Question

14．已知常温下，硝酸浓度越稀，其还原产物的价态越低．（本题气体数据均已折算至标准状况）
（1）将9.65克某铜锌合金加入到足量的浓硝酸中，得到气体 6.72L（假设不含N₂O₄），则该合金中铜与锌的物质的量之比为2：1．
（2）向100mL某浓度的硝酸溶液中加入足量的铁粉，铁粉部分溶解，却无气体产生．向反应后的溶液中加入过量的氢氧化钠溶液，过滤后对滤渣进行洗涤后灼烧得到固体物质4.8g，写出有关反应的化学方程式，并求出该硝酸溶液的物质的量浓度．
（3）将13克锌加入到200mL 3.6mol/L的硝酸溶液中，锌全部溶解，得到无色气体2.464L（已知常温下N₂O₃为液体），测得反应后的溶液pH=0（假设反应前后溶液体积无变化）．取少量反应后的溶液加入足量的氢氧化钠溶液并加热，无刺激性气味的气体生成．试求该无色气体的组成及其物质的量．

Answer 1

分析 （1）6.72LNO₂的物质的量为0.3mol，设Cu为xmol，Zn为ymol，根据质量9.65g与生成NO₂的物质的量0.3mol列式计算；
（2）铁粉部分溶解，说明生成Fe（NO₃）₂，却无气体产生说明即生成NH₄NO₃；
（3）由加入NaOH没有刺激性气体产生，得到没有生成NH₃，则得到的无色气体为NO、N₂，根据原子守恒和得失电子守恒计算物质的量．

解答 解：（1）标准状况下，6.72LNO₂的物质的量为$\frac{6.72L}{22.4L/mol}$=0.3mol，设Cu为xmol，Zn为ymol，则
①xmol×64g/mol+ymol×65g/mol=9.65g
②2xmol+2ymol=0.3mol，
①②联立解得：x=0.1，y=0.05，
因此该合金中铜与锌的物质的量之比为0.1mol：0.05mol=2：1，
故答案为：2：1；
（2）铁粉部分溶解，说明生成Fe（NO₃）₂，却无气体产生说明即生成NH₄NO₃，所以方程式为10HNO₃+4Fe=4Fe（NO₃）₂+NH₄NO₃+3H₂O，
再加NaOH，Fe（NO₃）₂都转化成Fe（OH）₂，并进一步转化成Fe（OH）₃，再灼烧，则生成Fe₂O₃为4.8g，Fe₂O₃的物质的量为$\frac{4.8g}{160g/mol}$=.03mol，
所以Fe为0.03mol×2=0.06mol，HNO₃为0.06mol×$\frac{10}{4}$=0.15mol，因此该硝酸溶液的物质的量浓度为$\frac{0.15mol}{0.1L}$=1.5mol/L，
答：反应的化学方程式为10HNO₃+4Fe=4Fe（NO₃）₂+NH₄NO₃+3H₂O；硝酸溶液的物质的量浓度为1.5mol/L；
（3）13g锌的物质的量为$\frac{13g}{65g/mol}$=0.2mol，2.464L气体共$\frac{2.464L}{22.4L/mol}$=0.11mol，HNO₃的物质的量为0.2L×3.6mol/L=0.72mol，测得反应后的溶液pH=0，则剩余H⁺的物质的量为1mol/L×0.2L=0.2mol，因此有0.72mol-0.2mol=0.52mol硝酸发生了反应，
由加入NaOH没有刺激性气体产生，得到没有生成NH₃，NO₂为红棕色气体，因此得到的无色气体为NO、N₂；
化学方程式为20Zn+52HNO₃=20Zn（NO₃）₂+26H₂O+10NO（g）+N₂（g），
因此无色气体为NO 0.1mol和N₂ 0.01mol，
答：无色气体有NO和N₂组成，NO 0.1mol，N₂ 0.01mol．

点评 本题考查了化学方程式的计算，侧重于化学性质、原子守恒、电荷守恒的应用，题目难度较大，熟悉物质的性质及物质之间的转化是解题的关键．