解题思路:由表中数据可知,实验①②都有金属剩余,则溶液中不可能含有硝酸铁,溶液中金属离子为+2价,在实验①的基础上加入100mL硝酸,参加反应的金属的质量为18g-9.6g=8.4g,生成NO的体积为4480mL-2240mL=2240mL,NO物质的量为0.1mol,根据电子转移守恒可知,参加反应金属的物质的量为
0.1mol×(5−2)
2
=0.15mol,参加反应金属的平均摩尔质量为[8.4g/1.5mol]=56g/mol,故该过程只有Fe参加反应,故实验①只有Fe参与反应,根据NO的体积结合方程式计算硝酸的物质的量、参加反应Fe的物质的量,根据c=[n/V]计算硝酸的物质的量浓度,根据m=nM计算参加反应Fe的质量.
在实验②的基础上加入100mL硝酸,参加反应的金属的质量为9.6g,生成NO的体积为6720mL-4480mL=2240mL,NO物质的量为0.1mol,若该过程只有Cu参加反应,根据电子转移守恒,则Cu的物质的量=
0.1mol×(5−2)
2
=0.15mol,Cu的质量=0.15mol×64g/mol=9.6g,等于参加反应金属的质量,故该过程只有Cu反应,且Cu恰好完全反应,故加入200mL硝酸时,Fe恰好反应生成硝酸亚铁,在实验③的基础上再加入100mL硝酸,为硝酸与溶液中亚铁离子反应生成NO,根据亚铁离子的物质的量,利用电子转移守恒计算该阶段生成NO的物质的量,再根据V=nVm计算该阶段生成NO的体积,进而计算V的值.
由表中数据可知,实验①②都有金属剩余,则溶液中不可能含有硝酸铁,溶液中金属离子为+2价,在实验①的基础上加入100mL硝酸,参加反应的金属的质量为18g-9.6g=8.4g,生成NO的体积为4480mL-2240mL=2240mL,NO物质的量为0.1mol,根据电子转移守恒可知,参加反应金属的物质的量为
0.1mol×(5−2)
2=0.15mol,参加反应金属的平均摩尔质量为[8.4g/1.5mol]=56g/mol,故该过程只有Fe参加反应,故实验①只有Fe参与反应,
在实验②的基础上加入100mL硝酸,参加反应的金属的质量为9.6g,生成NO的体积为6720mL-4480mL=2240mL,NO物质的量为0.1mol,若该过程只有Cu参加反应,根据电子转移守恒,则Cu的物质的量=
0.1mol×(5−2)
2=0.15mol,Cu的质量=0.15mol×64g/mol=9.6g,等于参加反应金属的质量,故该过程只有Cu反应,且Cu恰好完全反应,故加入200mL硝酸时,Fe恰好反应生成硝酸亚铁,在实验③的基础上再加入100mL硝酸,为硝酸与溶液中亚铁离子反应生成NO,
A.由上述分析可知,实验①发生反应3Fe+8HNO3═3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O,生成NO的物质的量为[2.24L/22.4L/mol]=0.1mol,根据方程式可知,参加反应的硝酸的物质的量为0.1mol×4=0.4mol,故硝酸的物质的量浓度=[0.4mol/0.1L]=4mol/L,故A错误;
B.由上述分析可知,实验①发生反应3Fe+8HNO3═3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O,生成NO的物质的量为0.1mol,根据方程式可知,参加反应的Fe的物质的量为0.1mol×[3/2]=0.15mol,故参加反应Fe的质量=0.15mol×56g/mol=8.4g,故B错误;
C.由上述分析可知,实验②中参加反应的金属为Fe,Cu没有参加反应,故C错误;
D.由上述分析可知,实验②中Fe与硝酸恰好反应生成硝酸亚铁,生成NO的物质的量=[4.48L/22.4L/mol]=0.2mol,由3Fe+8HNO3═3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O可知,溶液中亚铁离子的物质的量为0.3mol,在实验③的基础上再加入100mL硝酸,为硝酸与溶液中亚铁离子反应生成NO,根据电子转移守恒可知,生成NO的物质的量=
0.3mol×(3−2)
5−2=0.1mol,故生成NO的体积为0.1mol×22.4L/mol=2.24L=2240mL,故V=6720+2240=8960,故D正确,
故选:D.
点评:
本题考点: 有关混合物反应的计算;硝酸的化学性质.
考点点评: 本题考查混合物的有关计算,根据表中数据判断各阶段发生的反应是关键,侧重对学生综合能力的考查,过程复杂、计算量较大,为易错题目,难度较大.