Question

16．硝酸銅是重要的化工原料，以下三種方法均可得到硝酸銅．
已知：2NO₂+2NaOH→NaNO₃+NaNO₂+H₂O
NO+NO₂+2NaOH→2NaNO₂+H₂O
（以下涉及到的氣體體積均為標(biāo)準(zhǔn)狀況下數(shù)據(jù)）：
（1）甲組用a克Cu粉，在加熱的條件下，與空氣充分反應(yīng)，然后將生成的CuO全部溶于VmL稀硝酸中，制得硝酸銅溶液，則所需稀硝酸的濃度至少為$\frac{125a}{4V}$mol/L，需要質(zhì)量分?jǐn)?shù)為w%，密度為ρg/cm³的濃硝酸$\frac{1575a}{8ρw}$mL（均用最簡(jiǎn)分式表示）．
（2）乙組用b克Cu粉，全部溶于過(guò)量的稀硝酸中，溶液質(zhì)量增重$\frac{11b}{16}$克，將生成的氣體通入足量NaOH溶液中并同時(shí)通入氧氣的體積至少$\frac{7b}{120}$L才能使生成的氣體吸收完全（均用最簡(jiǎn)分式表示）．
（3）丙組取某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL，平均分成兩份．向其中一份中逐漸加入銅粉，最多能溶解9.6g．向另一份中逐漸加入鐵粉，產(chǎn)生氣體的量隨鐵粉質(zhì)量增加的變化如圖所示（已知硝酸只被還原為NO氣體）．列式計(jì)算原混合酸中硝酸的物質(zhì)的量是多少？硫酸的物質(zhì)的量濃度多少？

Answer 1

分析 （1）由Cu原子、硝酸根離子守恒可知n（HNO₃）=2n[Cu（NO₃）₂]=2n（Cu），再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算硝酸濃度；
根據(jù)c=$\frac{1000ρω}{M}$計(jì)算濃硝酸的物質(zhì)的量濃度，再根據(jù)V=$\frac{n}{c}$計(jì)算需要濃硫酸體積；
（2）發(fā)生反應(yīng)：3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，根據(jù)差量法計(jì)算溶液質(zhì)量增重；根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算生成NO的物質(zhì)的量，將NO通入NaOH溶液，同時(shí)通入氧氣，氣體被完全吸收，發(fā)生反應(yīng)NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O時(shí)需要氧氣最少，計(jì)算NO₂的物質(zhì)的量，結(jié)合2NO+O₂=2NO₂計(jì)算需要通入氧氣；
（3）由圖象可知，由于鐵過(guò)量，OA段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，AB段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，BC段發(fā)生反應(yīng)為Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
根據(jù)OA段離子方程式計(jì)算原混合酸中NO₃^-物質(zhì)的量，與混合溶液中硝酸為每一份中的2倍；
最終消耗Fe為14g，此時(shí)溶液中溶質(zhì)為 FeSO₄，則n（ FeSO₄）=n（Fe），由硫酸根守恒n（H₂SO₄）=n（ FeSO₄），再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算c（H₂SO₄）．

解答 解：（1）由Cu原子、硝酸根離子守恒可知n（HNO₃）=2n[Cu（NO₃）₂]=2n（Cu）=2×$\frac{ag}{64g/mol}$=$\frac{a}{32}$mol，則硝酸濃度為$\frac{\frac{a}{32}mol}{V×1{0}^{-3}L}$=$\frac{125a}{4V}$mol/L；
根據(jù)c=$\frac{1000ρω}{M}$可知，濃硝酸的物質(zhì)的量濃度為$\frac{1000×ρ×w%}{63}$mol/L=$\frac{10ρw}{63}$mol/L，需要濃硝酸的體積為$\frac{\frac{a}{32}mol}{\frac{10ρw}{63}mol/L}$=$\frac{63a}{320ρw}$L=$\frac{1575a}{8ρw}$mL，
故答案為：$\frac{125a}{4V}$；$\frac{1575a}{8ρw}$；
（2）設(shè)溶液質(zhì)量增重為m，則：
3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O 溶液質(zhì)量增重
192                             192-60=132
bg                                 m
所以m=$\frac{132b}{192}$g=$\frac{11b}{16}$g，
Cu的物質(zhì)的量為$\frac{bg}{64g/mol}$=$\frac{64}$mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，生成NO物質(zhì)的量為$\frac{\frac{64}mol×2}{3}$=$\frac{96}$mol，將NO通入NaOH溶液，同時(shí)通入氧氣，氣體被完全吸收，發(fā)生反應(yīng)NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O時(shí)需要氧氣最少，則NO₂的物質(zhì)的量為$\frac{96}$mol×$\frac{1}{2}$=$\frac{192}$mol，由2NO+O₂=2NO₂可知，需要通入氧氣為$\frac{192}$mol×$\frac{1}{2}$×22.4L/mol=$\frac{7b}{120}$L，
故答案為：$\frac{11b}{16}$；$\frac{7b}{120}$；
（3）由圖象可知，由于鐵過(guò)量，OA段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，AB段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，BC段發(fā)生反應(yīng)為Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
OA段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，硝酸全部起氧化劑作用，OA段消耗Fe為5.6g，所以n（NO₃^-）=n（Fe）=$\frac{5.6g}{56g/mol}$=0.1mol，原混合物中硝酸物質(zhì)的量為0.1mol×2=0.2mol；
最終消耗Fe為14g，此時(shí)溶液中溶質(zhì)為 FeSO₄，則n（ FeSO₄）=n（Fe）=$\frac{14g}{56g/mol}$=0.25mol，由硫酸根守恒n（H₂SO₄）=n（ FeSO₄）=0.25mol，則c（H₂SO₄）=$\frac{0.25mol}{0.1L}$=2.5mol/L，
答：原混合酸中硝酸的物質(zhì)的量是0.2mol，硫酸的濃度為2.5mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)計(jì)算，涉及字母型計(jì)算，為易錯(cuò)題目，（2）中計(jì)算需要氧氣體積為難點(diǎn)，中學(xué)基本不涉及該反應(yīng)，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．