Question

5．常温下，将1.92g铜加入到100mL H₂SO₄和HNO₃的混合液中，Cu全部溶解，放出无色气体，再向溶液中加入足量铁粉，充分反应，此时收集到气体为448mL（标准状况）的氢气．请计算：
（1）原混合液中NO₃^-的物质的量为0.02mol．
（2）溶解的铁粉的质量为2.8g．
（3）原混合溶液中H⁺的物质的量浓度为1.2mol•L^-1．

Answer 1

分析 常温下，将铜加入到H₂SO₄和HNO₃的混合液中，发生反应3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+3H₂O，Cu全部溶解，放出无色气体为NO，再向溶液中加入足量铁粉，充分反应，此时收集到气体为448ml（标准状况）的氢气，说明硫酸有剩余，硝酸全部起氧化剂作用，加入的铁发生反应Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，置换出溶液中的铜、与氢气，由离子方程式可知n（Fe）=n（Cu）+n（H₂），加入足量铁粉后的溶液中溶质是硫酸亚铁，根据硫酸根、铁元素守恒n（H₂SO₄）=n（FeSO₄）=n（Fe），根据铜的质量，结合3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+3H₂O计算原溶液中n（NO₃^-）．

解答 解：（1）常温下，将铜加入到H₂SO₄和HNO₃的混合液中，发生反应3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+3H₂O，Cu全部溶解，放出无色气体为NO，再向溶液中加入足量铁粉，充分反应，此时收集到气体为448ml（标准状况）的氢气，说明硫酸有剩余，硝酸全部起氧化剂作用．加入的铁发生反应Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，置换出溶液中的铜、与氢气，n（Cu）=$\frac{1.92g}{64g/mol}$=0.03mol，根据3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+3H₂O可知，原溶液中n（NO₃^-）=$\frac{2}{3}$×0.03mol=0.02mol，故答案为：0.02；
（2）由离子方程式可知n（Fe）=n（Cu）+n（H₂）=$\frac{1.92g}{64g/mol}$+$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.05mol，所以加入铁粉的质量为0.05mol×56g/mol=2.8g，故答案为：2.8；
（3）n（Cu）=$\frac{1.92g}{64g/mol}$=0.03mol，根据3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+3H₂O可知，参加反应的氢离子的物质的量为0.03mol×$\frac{8}{3}$=0.08mol，n（H₂）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，剩余的氢离子的物质的量为0.02mol×2=0.04mol，所以原混合溶液中c（H⁺）=$\frac{0.08mol+0.04mol}{0.1L}$=1.2mol/L；故答案为：1.2．

点评 考查混合物的计算、硝酸性质等，难度中等，注意在足量的混酸中硝酸全起氧化剂作用，根据题目信息判断发生的反应是解题关键．