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Fe,FeO,Fe3O4混合物

 昵称PG98j 2012-05-19
 

问题:

将Fe,FeO,Fe3O4混合物均分成两等份,一份用足量H2还原,质量减少4.8g,另一份用足量稀硝酸处理得到标准状况下NO气体2.24L,则原混合物中铁元素的质量是多少?

解答:

这道题可以用三种方法来解答。

方法一:

一份用足量H2还原,质量减少4.8g,说明其中含O元素质量为4.8g,O原子物质的量为4.8g ÷ 16g/mol = 0.3mol。
另一份用足量稀硝酸处理得到标准状况下NO气体2.24L,由于稀硝酸足量,说明混合物Fe元素全部变为+3价的Fe3+离子,共失去电子2.24L ÷ 22.4L/mol × 3e- = 0.3mol。(每molFe失去3mole-,每molFeO失去1mol电子,每molFe3O4(由于Fe平均价为+8/3,升高到+3价)失去1mole-)
设混合物中含Fe为xmol、含FeO为ymol、含Fe2O3为zmol:
可知:

y + 4z = 0.3×2(其中一半所含O原子的物质的量为0.3mol,全部混合物含O原子(y+4z)mol)

3x + y + z = 0.3×2(另一半Fe,FeO,Fe3O4混合物转变为Fe(NO3)3失去0.3mol电子)
混合物中Fe元素质量为56(x+y+3z) = 56×0.6 = 33.6(g)。

方法二:

设混合物中Fe原子共有xmol,其中一半与稀硝酸反应,将来肯定生成Fe(NO3)3为 x/2 mol,其中的NO3-有 3x/2 mol,还原产生的NO有2.24L ÷ 22.4L/mol = 0.1mol,则参加反应的HNO3共有(3x/2 + 0.1)mol。

硝酸中的H元素哪儿去了?肯定是和混合物中的O原子(一半混合物中含O原子4.8g ÷ 16g/mol = 0.3mol)还有NO3-还原生成NO失去的O原子结合成水了。所以(3x/2 + 0.1) = 2(0.3 + 2×0.1),这就可以解出 x = 0.6。也能得到答案。
方法三:

根据一半混合物被H2还原,失去O元素质量为4.8g(O原子的物质的量为0.3mol),可知消耗H2为0.3mol,H2失去电子为0.6mol。

而另一半混合物被HNO3氧化得到Fe(NO3)3,失去电子可由生成还原产物NO为2.24L(物质的量为0.1mol)得知为0.3mol。

这样就得出这样的关系:

Fe ——→ Fe、FeO、Fe3O4混合物 ——→ Fe3+

失去0.6mole- 失去0.3mole-

这就可以知道混合物中铁原子共有:(0.6mole- + 0.3mole-) ÷ 3e- × 2 = 0.6mol。

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