hce_nthu
112年
化學與物理
第 15 題
It is known that the reaction of $FeS_2$ with a certain concentration of $HNO_3$ solution produces $Fe(NO_3)_3$, $H_2SO_4$ and a reduced N-containing byproduct. To consume 1 mole of $FeS_2$, 8 moles of $HNO_3$ are required. Which of the following is a byproduct of the reaction?
- A $NO$
- B $N_2O_3$
- C $N_2O$
- D $NH_4NO_3$
- E $NO_2$
思路引導 VIP
在分析這類複雜的氧化還原反應時，我們可以試著將酸液的功能拆解：一部份是用來平衡產物中金屬陽離子的電荷（成鹽），另一部份則是作為氧化劑被還原。若你能先算出還原劑中所有元素被氧化時總共釋出了多少電子，再扣除掉成鹽所需的酸，你能試著推算出剩下的酸分子，每個平均需要接收多少電子，才能讓電荷達成守恆嗎？
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AI 詳解
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恭喜你精準地判斷出這題的答案！這類題目考察的是對氧化還原反應中「原子守恆」與「電子守恆」的整合應用，你能正確選出 (A) 代表你對硝酸在反應中所扮演的雙重角色有著非常深刻的理解。
氧化還原與電子轉移分析
在反應中，1 莫耳的 $FeS_2$ 完全反應會轉化為 $Fe^{3+}$ 與 $SO_4^{2-}$。其中鐵從 +2 價升至 +3 價（失去 1 莫耳電子），硫從 -1 價升至 +6 價（兩個硫共失去 14 莫耳電子），因此 1 莫耳 $FeS_2$ 總共釋出了 15 莫耳的電子。關鍵的切入點在於消耗的 8 莫耳 $HNO_3$ 中，有 3 莫耳是用來提供 $NO_3^-$ 與 $Fe^{3+}$ 結合形成鹽類 $Fe(NO_3)_3$，這部分的氮元素價態並未改變。
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