Question

3．将32.64g 铜与140mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的NO和NO₂混和气体在标准状况下的体积为11.2L，请计算：
（1）生成的NO和NO₂的标准状况下体积的体积．
（2）待产生的气体全部释放后，向溶液中加入VmL amol/L的NaOH 溶液，恰好使溶液中的Cu²⁺ 全部转化成沉淀，计算原硝酸溶液物质的量浓度．
（3）欲使铜与硝酸反应生成的气体在水中全部转化为HNO₃，计算至少需要的氧气的物质的量．

Answer 1

分析 （1）发生Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，n（Cu）=$\frac{32.64g}{64g/mol}$=0.51mol，n（NO_x）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，根据转移电子守恒、原子守恒来计算生成的NO和NO₂的标准状况下体积的体积；
（2）无论硝酸是否剩余，氢氧化钠和硝酸铜、硝酸反应都生成硝酸钠，根据钠原子守恒计算生成硝酸根离子的物质的量，根据N原子守恒计算生成氮氧化物消耗硝酸的物质的量，从而计算硝酸浓度；
（3）氧化还原反应中得失相等，根据转移电子守恒来分析解答．

解答 解：（1）发生Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，n（Cu）=$\frac{32.64g}{64g/mol}$=0.51mol，n（NO_x）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，设NO、NO2的物质的量分别为x、y，
根据转移电子守恒、原子守恒得$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.5}\\{3x+y=0.51×2}\end{array}\right.$，$\left\{\begin{array}{l}{x=0.26}\\{y=0.24}\end{array}\right.$，
V（NO）=0.26mol×22.4L/mol=5.824L，
V（NO₂）=0.24mol×22.4L/mol=5.376L，
答：NO的体积是5.824L；NO₂的体积为5.376L；
（2）无论硝酸是否剩余，氢氧化钠和硝酸铜、硝酸反应都生成硝酸钠，根据钠原子守恒、N原子守恒得n（NO₃^-）=n（HNO₃）=n（NaOH）=amol/L×10^-3VL=10^-3aVmol，根据N原子守恒计算生成氮氧化物消耗硝酸的物质的量=n（HNO₃）=n（NO_x）=0.5mol，
则硝酸物质的量浓度=$\frac{（1{0}^{-3}aV+0.5）mol}{0.14L}$=$\frac{1{0}^{-3}aV+0.5}{0.14}$mol/L，
答：硝酸物质的量浓度为$\frac{1{0}^{-3}aV+0.5}{0.14}$mol/L；
（3）氧化还原反应中得失相等，根据转移电子守恒得消耗氧气物质的量=$\frac{0.51mol×2}{4}$=0.255mol，
答：消耗氧气物质的量为0.255mol．

点评 本题考查氧化还原反应有关计算，为高频考查，侧重考查学生分析计算能力，利用原子守恒、转移电子守恒来分析解答，注意：（2）题不能确定硝酸是否剩余，为易错点．