Question

15．（1）将容积为50ml的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体，将量筒倒置在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为5mL．则原混合气体中NO₂和O₂体积比可能是18：7； 43：7
（2）1.52g铜镁合金完全溶解于50ml密度为1.40g/ml，质量分数为63%的浓硝酸中，得到NO₂和N₂O₄的混合气体N₂O₄的混合气体1120mL（标准状况）．向反应后的溶液中加入1.0mol/LNaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到2.54g沉淀．
①该合金中铜与镁的物质的量之比是
②该浓硝酸中HNO₃的物质的量浓度是
③NO₂和N₂O₄的混合气体中，NO₂的体积分数是
④得到2.54g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是．

Answer 1

分析 （1）可能发生的反应为：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，试管中O₂和NO₂气体按体积比1：4混合全部溶解，若剩余气体为氧气，根据4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，求出参加此反应的O₂，最后相加得到原来的氧气；
若为NO，先根据3NO₂+H₂O=2HNO₃+2NO求出过量的NO₂，然后根据4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃求氧气体积，进而计算NO₂的体积，据此解答；
（2）①金属离子全部沉淀时，得到2.54g沉淀为氢氧化铜、氢氧化镁，故沉淀中氢氧根的质量为2.54g-1.52g=1.02g，根据n=$\frac{m}{M}$计算氢氧根的物质的量，根据电荷守恒可知，金属提供的电子物质的量等于氢氧根的物质的量，设铜、镁合金中Cu、Mg的物质的量分别为xmol、ymol，根据提供的电子物质的量与二者质量之和列方程计算x、y的值，据此解答；
②根据c=$\frac{1000ρω}{M}$计算该浓硝酸的物质的量浓度；
③根据n=$\frac{V}{V{\;}_{m}}$计算NO₂和N₂O₄混合气体的物质的量，设二氧化氮的物质的量为amol，根据电子转移列方程计算；
④反应后溶质为硝酸钠，根据氮元素守恒计算硝酸钠的物质的量，根据钠离子守恒可知n（NaOH）=n（NaNO₃），再根据V=$\frac{n}{c}$计算需要氢氧化钠溶液的体积．

解答 解：（1）NO₂和O₂与水的反应属于循环反应，可简化为：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，对该反应来说，若NO₂剩余，则实际是NO，由3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO可知，剩余NO气体是5mL，说明剩余的NO₂为：5mL×3=15mL，其余的35mL气体中V（NO₂）：V（O₂）=4：1，则混合气体中氧气的体积为：35mL×$\frac{1}{5}$=7mL，二氧化氮的体积为：50mL-7mL=43mL，则原混合气体中NO₂和O₂体积比为：43mL：7mL=43：7；
若剩余气体是O₂，则反应的45mL中V（NO₂）：V（O₂）=4：1，原混合气体中二氧化氮的体积为：45mL×$\frac{4}{5}$=36mL，氧气为：50mL-36mL=14mL，
则原混合气体中NO₂和O₂体积比为：36mL：14mL=18：7，
故答案为：18：7； 43：7；
 （2）①金属离子全部沉淀时，得到2.54g沉淀为氢氧化铜、氢氧化镁，故沉淀中氢氧根的质量为2.54g-1.52g=1.02g，氢氧根的物质的量为$\frac{1.02g}{17g/mol}$=0.06mol，根据电荷守恒可知，金属提供的电子物质的量等于氢氧根的物质的量，令铜、镁合金中Cu、Mg的物质的量分别为xmol、ymol，则：2x+2y=0.06、64x+24y=1.52，解得x=0.02，y=0.01，故合金中铜与镁的质量之比是：2：1；
故答案为：2：1；
 ②该浓硝酸密度为1.40g/mL、质量分数为63%，故该浓硝酸的物质的量浓度为：$\frac{1000×1.4×63%}{63}$=14.0mol/L；
故答案为：14.0mol/L；
   ③NO₂和N₂O₄混合气体的物质的量为：$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，设二氧化氮的物质的量为amol，则四氧化二氮的物质的量为（0.05-a）mol，根据电子转移守恒可知，a×1+（0.05-a）×2×1=0.06，解得a=0.04，则混合气体中NO₂的体积分数等于其物质的量分数为：$\frac{0.04mol}{0.05mol}$×100%=80%；
故答案为：80%；
  ④反应后溶质为硝酸钠，根据氮元素守恒可知，硝酸钠的物质的量为0.05L×14mol/L-0.04mol-（0.05-0.04）×2=0.64mol，根据钠离子守恒可知n（NaOH）=n（NaNO₃）=0.64mol，故需要氢氧化钠溶液的体积为：$\frac{0.64mol}{1mol/L}$=0.64L=640mL，
故答案为：640mL．

点评 本题考查混合物的有关计算，题目难度中等，理解反应发生的过程为解答关键，是对学生综合能力的考查，注意掌握守恒思想在化学计算中的应用方法，试题培养了学生的分析及化学计算能力．