江西省广丰县实验学校 谢德胜
金属与酸反应是高考化学专题复习教学中的一个重要专题，而Fe与稀HNO3 的反应又是其中的一个重点内容，其包含的知识点十分丰富：既有HNO3 的强氧化性问题又有Fe的变价情况；既要应用化学方程式又要应用离子方程式；既要用到电子守恒法又要寻找关系量。
铁与稀HNO3 反应存在如下规律：
Fe(少量) + 4 HNO3 (稀) = Fe(NO3)3 + NO↑ + 2 H2O ①
3 Fe(过量) + 8 HNO3 (稀) = 3 Fe(NO3)2 + 2 NO↑ + 4 H2O ②
规律一：
当n (Fe) : n (HNO3 ) ≤1 : 4 时，按反应①进行；
当n (Fe) : n (HNO3 ) ≥3 : 8 时，按反应②进行；
当 1 : 4 < n (Fe) : n (HNO3 ) < 3 : 8 时，则①②两反应都发生。
规律二：
无论是反应①还是反应②，被还原的HNO3 即生成的NO皆占参与反应的HNO3 的1 / 4。
例1、28g铁粉完全溶于500g溶质质量分数为20.16%的稀HNO3 溶液中，二者恰好完全反应，试通过计算求生成物是什么？物质的量为多少？
解析：依题意，知： n (Fe) : n (HNO3 ) = 28g / 56 g·mol-1 : 500g×20.16% / 63g·mol-1 = 3 : 9.6 ，介于1 : 4和3 : 8之间，故生成物是Fe(NO3)3 与Fe(NO3)2 的混合物。然后再根据铁元素和氮元素守恒列方程组即可解出二者的物质的量分别为0.3 mol和0.2 mol
答案：Fe(NO3)3 与Fe(NO3)2 的混合物，二者的物质的量分别为0.3 mol和0.2 mol
例2、将14 g铁粉溶解在1 L稀硝酸中，恰好完全反应，放出NO气体后称量所得溶液，发现比原溶液质量增加8 g 。则原溶液中硝酸的浓度为（ ）
A. 0.4mol·L-1 B. 0.6 mol·L-1 C. 0.8 mol·L-1 D. 1.0 mol·L-1
解析：依题意知，反应放出的NO气体的质量为 14 g8 g = 6 g ，
则n(NO) = 6 g/30g·mol—1 =0.2 mol
因为Fe与稀HNO3 反应，不管是生成Fe(NO3)2 还是Fe(NO3)3 ，由规律二可知，被还原的HNO3 即生成的NO是参加反应的HNO3 的1 / 4，则原溶液中含HNO3 的物质的量为
4×0.2 mol = 0.8 mol
故HNO3 的物质的量浓度为：0.8 mol / 1 L = 0.8 mol·L-1
答案：C
例3、向盛有400 mol某浓度稀硝酸的大烧杯中加入W g铁粉，充分反应后，铁粉质量减少16.8 g ，再往烧杯中加入V ml 4 mol·L-1稀硫酸，充分反应后，铁粉质量又减少8.4 g ，此时铁粉仍有剩余。
（1） 稀硝酸的物质的量浓度_______________________
（2） 甲、乙两同学在计算V值时得出两种不同的结果，甲为37.5 ，乙为50.0 ，你认为哪一个结果正确______（填甲、乙）
（3） 若硫酸足量，要使反应有H2 生成，W的取值范围是________________________
解析：（1）
因铁粉有剩余，所以发生反应②
3 Fe(过量) + 8 HNO3 (稀) = 3 Fe(NO3)2 + 2 NO↑ + 4 H2O
3 8
16.8 g /56g·mol-1 0.4×c (HNO3 )
c (HNO3 ) = 2 mol·L-1
(2) 加入稀硫酸后，由于铁粉仍有剩余，故反应后的溶液中存在Fe(NO3)2 和Fe ，则可能存在两种反应，即
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 ↑ Ⅰ
3 Fe + 2 NO3- + 8 H+ = 3 Fe2+ + 2 NO↑ + 4 H2O Ⅱ
由于氧化性：NO3- + H+ > H+ (稀硫酸)
所以加入稀硫酸后，应发生反应Ⅱ，而不是反应Ⅰ
故有 3 Fe ~ 8 H+
3 8
8.4 g /56 g·mol-1 n (H+ )
n (H+ ) = 0.4 mol 4 mol·L-1 × 2 × V ml × 10-3 = 0.4 mol
V = 50.0
所以 乙的结果正确
(3) 由(2)的分析可知，要使反应有H2 生成，则必须使溶液中的NO3-全部反应完毕后，才能发生Fe和稀HNO3 反应，故有
3 Fe ~ 2 NO3-
3 2
n (Fe) 0.4L×2 mol·L-1
n (Fe) = 1.2 mol m (Fe) = 1.2 mol×56 g·mol-1 = 67.2 g
所以W的取值范围是 W > 67.2
例4、对铁与稀HNO3 反应过程进行分析，请回答：
（1） 当 n (HNO3 ) : n (Fe) ≥ 4 时，发生反应的离子方程式为：
_____________________________________________________
（2） n (HNO3 ) : n (Fe) ≤ 8 /3 时,
①发生反应的化学方程式为____________________________________________
②若此时有5.04 g的HNO3 参加了反应，则氧化产物与还原产物的质量比为____________，转移电子的物质的量为__________mol。
（3） 当8 /3 < n (HNO3 ) : n (Fe) < 4 时，发生反应的化学方程式可用通式表示为：
a Fe + b HNO3 = c NO↑ + d Fe(NO3)2 + e Fe(NO3)3 + f H2O
①通过分析、推理与计算，写出e 与 a、d 之间的关系式：e = _______________
d 与a 、c 之间的关系式： d = ________________
组别 a b c d e f
1 16 44 11 15 1 22
2 16
3 16 52 13 9 7 26
4 16
5 16 60 15 3 13 30
②现假设a = 16 ，且b、c、d、e、f 均取正整数，可得到五组化学计量数配比（右表），请用合适的数据完成右表
③为了快速完成右表，你
认为首认为首先应确定的化学计量
数是（填字母）________
解析：（1）
由反应①可得：Fe + 4 H+ + NO3- = Fe3+ + NO↑ + 2 H2O
（2）
① 由反应②可得：3 Fe+ 8 HNO3 = 3 Fe(NO3)2 + 2 NO↑ + 4 H2O
② 氧化产物是Fe(NO3)2 ，还原产物是NO，其物质的量之比为3 ：2，则质量比为9 ：1，转移电子的物质的量为 0.06 mol
（3）
①根据铁元素守恒，可得 e = a － d ，
再由电子守恒，可得 2 d + 3 e = 3 c ，将e = a － d代入进去，则可得
d = 3 ( a－c )
②③ 为了快速完成右表，根据规律二，可以首先确定化学计量数 c ，即c 为b的1 /4 ，然后再根据①中的关系式和H元素守恒，就得到其合适的数据，即：
第2组分别为：48、12、12、4、24
第4组分别为：56、14、6、10、28