Question

（2013?普陀区二模）金属及其化合物变化多，用途广．请完成下列计算：
（1）等物质的量的镁在氧气中充分灼烧，产物质量为a g，比它在空气中灼烧所得产物增重b g．它在空气中灼烧后的产物中Mg₃N₂的质量分数是

5b

a-b

（用a、b表示，只考虑空气中氮气、氧气参与反应）．
（2）硬铝（因其主要成分，在此仅看作Al-Cu合金）常用于建筑装潢．1.18g某种硬铝恰好与10mL某浓度的硝酸完全反应，生成的混合气体（其中NO₂与NO的体积比为2：1）再与448mL氧气（标准状况）混合，恰好能被水完全吸收．
①计算该硝酸的物质的量浓度．
②计算并确定此种硬铝的化学式．
③取5.1g Al-Mg合金与200mL 1mol?L^-1的NaOH（aq）充分反应，产生气体a L．过滤，向滤液中通入V L CO₂后开始出现沉淀，继续通入CO₂使沉淀完全．过滤、洗涤、干燥、灼烧，得到固体5.1g．则a=

3.36L

，V=

1.12 L

．（气体体积均为标准状况）
④向Cu、Cu₂O和CuO的混合粉末中加入500mL 0.6mol?L^-1 HNO₃（aq），恰好完全溶解，同时收集到1120mL NO（标准状况）．通过计算推断混合粉末中Cu的物质的量．

Answer 1

分析：（1）设Mg₃N₂的物质的量为xmol，镁在空气中燃烧得到的固体质量为（a-b）g；列式求算即可；
（2）①②利用电子守恒，根据氧气的物质的量，求出得到的电子的物质的量，再分别计算出铝、铜物质的量，NO₂ NO的物质的量；
③、V L CO₂后开始出现沉淀，说明氢氧化钾过量，合金中的铝完全反应，aL气体是氢气，5.1g固体是氧化铝；
④、1120mL NO（标准状况）的物质的量是0.05mol，反应后生成了硝酸铜溶液，根据电子守恒和铜原子守恒计算出铜的物质的量范围．

解答：解：（1）在空气中燃烧质量减少的原因是生成了氮化镁，根据关系：Mg～MgO～O  Mg～

1

3

Mg₃N₂～

2

3

N，设生成氮化镁的镁原子物质的量是xmol，氧元素和氮元素的质量差就是b，则有（16-

2

3

×14）x=b，解得x=

3b

20

mol，生成的氮化镁质量是：100×

1

3

×

3b

20

=5b（g），氮化镁的质量分数是：

5b

a-b

；
故答案为：

5b

a-b

；
（2）①、根据电子的是守恒，金属失去的电子=HNO₃得到的电子=NO、NO₂混合气体失去的电子=氧气得到的电子
n（O₂）=

0.448L

22.4L/mol

=0.02mol；则转移电子的物质的量n（e^-）=0.02mol×4=0.08mol
NO₂ 、NO混合气体中，设NO物质的量为a，则NO₂物质的量为2a，则：3a+2a=0.08mol，a=0.016mol，
故n（HNO₃）=0.02mol×3+0.01mol×2+3×0.016mol=0.128mol；硝酸的物质的量浓度是：c（HNO₃）=0.128/0.01=12.8mol/L；
故答案为：12.8mol/L；
②、设合金中n（Al）=xmol、n（Cu）=ymol，则：3x+2y=0.08、27x+64y=1.18，得到x=0.02mol、y=0.01mol，故合金为：Al?2Cu；
故答案为：Al?2Cu；
③、向滤液中通入V L CO₂后开始出现沉淀，氢氧化钠溶液过量，继续和二氧化碳反应生成碳酸氢钠；5.1g固体是氧化铝，物质的量是0.05mol，合金中的Al的物质的量是0.1mol，根据电子守恒，铝失去0.1mol×3=0.3mol电子，生成0.15mol氢气，标准状况下氢气体积是：a=22.4L/mol×0.15mol=3.36L；
200mL 1mol?L^-1的NaOH（aq）中，氢氧化钠的物质的量是0.2mol，溶解合金中的金属0.1molAl，根据关系：Al～NaOH，消耗氢氧化钠的物质的量是0.1mol，剩余的氢氧化钠物质的量是：0.2mol-0.1mol=0.1mol，再根据关系式：2NaOH～CO₂，n（ CO₂）=

1

2

×0.1mol=0.05mol，V=22.4L/mol×0.05mol=1.12L；
故答案为：3.36；1.12；
④、1120mL NO（标准状况物质的量是0.05mol，电子转移的物质的量是：0.05mol（5-2）=0.15mol；
500mL 0.6mol?L^-1 HNO₃（aq）中硝酸的物质的量是0.3mol，根据氮原子守恒，硝酸铜的物质的量是：0.3mol-0.05mol=0.25mol； 
设铜的物质的量为X；
由Cu元素守恒可得：2×n（Cu₂0）+n（CuO）+X=0.25mol，
由氧化还原反应得失电子守恒可知：X×2+2×n（Cu₂0）=0.15mol，
解之得：n（CuO）=X-0.05mol，
n（Cu₂0）=0.15mol-X，
所以：0.05mol＜n（Cu）＜0.15mol；
答：Cu的物质的量为0.05mol＜n（Cu）＜0.15mol．

点评：本题考查铜及其化合物的计算，涉及了混合物的计算，题目具有一定难度，注意从质量守恒和氧化还原反应得失电子守恒的角度分析．