Question

16．硝酸是常見的三大強(qiáng)酸之一，在化學(xué)研究和化工生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用，常用于制備硝酸鹽、染料、肥料、醫(yī)藥中間體、烈性炸藥等．硝酸鹽多用于焰火、試劑、圖象處理行業(yè)．
（1）某金屬M(fèi)的硝酸鹽受熱時(shí)按下式分解：2MNO₃$\stackrel{△}{→}$2M+2NO₂↑+O₂↑，加熱3.40gMNO₃，生成NO₂和O₂折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)的總體積為672mL．由此可以計(jì)算出M的相對(duì)原子質(zhì)量為108．
（2）將32.64g銅與140mL 一定濃度的硝酸反應(yīng)，銅完全溶解產(chǎn)生的NO和NO₂混合氣體折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2L．其中NO的體積為5.824L．
（3）現(xiàn)有Cu、Cu₂O和CuO組成的混合物，某研究性學(xué)習(xí)小組為了探究其組成情況，加入100mL0.6molHNO₃溶液恰好使混合物完全溶解，同時(shí)收集到224mLNO氣體（S．T．P．）．則產(chǎn)物中硝酸銅的物質(zhì)的量為0.025mol．如原混合物中有0.0lmolCu，則其中Cu₂O與CuO的質(zhì)量比為9：5．
（4）有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸，其中H₂SO₄和HNO₃物質(zhì)的量濃度分別是4mol/L和2mol/L，取10mL此混合酸，向其中加入過量的鐵粉，HNO₃被還原成NO，待反應(yīng)結(jié)束后，可產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體多少升？
（5）加熱某一硝酸銅的結(jié)晶水合物和硝酸銀的混合物110.2g，使之完全分解，得到固體殘?jiān)?8.4g．將反應(yīng)后產(chǎn)生的氣體通過水充分吸收后，剩余氣體1.68L （S．T．P．）．求原混合物中硝酸銅結(jié)晶水合物的化學(xué)式．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計(jì)算混合氣體總物質(zhì)的量，再根據(jù)方程式計(jì)算MNO₃的物質(zhì)的量，根據(jù)M=$\frac{m}{n}$計(jì)算MNO₃的摩爾質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算M的相對(duì)原子質(zhì)量；
（2）設(shè)NO和NO₂的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒及二者體積列方程計(jì)算，再根據(jù)V=nV_m計(jì)算NO的體積；
（3）混合物與硝酸恰好反應(yīng)，溶液中溶質(zhì)為硝酸銅，根據(jù)N元素守恒：2n[Cu（NO₃）₂]+n（NO）=n（HNO₃），據(jù)此計(jì)算硝酸銅的物質(zhì)的量；
令Cu₂O與CuO的物質(zhì)的量分別為a mol、b mol，根據(jù)Cu元素守恒、電子轉(zhuǎn)移守恒列方程計(jì)算，再根據(jù)m=nM計(jì)算；
（4）根據(jù)n=cV計(jì)算n（H⁺）、n（NO₃^-），由于Fe過量，發(fā)生反應(yīng)：3Fe+8H⁺+2NO₃^-=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，進(jìn)行過量計(jì)算，根據(jù)不足量的物質(zhì)計(jì)算NO的物質(zhì)的量，再根據(jù)V=nV_m計(jì)算NO的體積；
（5）二氧化氮、氧氣和水反應(yīng)方程式為4NO₂+O₂+2H₂O═4HNO₃，根據(jù)Cu（NO₃）₂和AgNO₃受熱分解方程式知，Cu（NO₃）₂分解產(chǎn)生的NO₂和O₂的體積比為4：1，被水完全吸收，AgNO₃分解出的NO₂和O₂的體積比小于4：1，所以氣體經(jīng)與水反應(yīng)后剩余1.68升，剩余氣體為O₂，根據(jù)原子守恒、氣體體積列方程組計(jì)算硝酸銅、硝酸銀的物質(zhì)的量；根據(jù)Cu原子守恒計(jì)算硝酸銅結(jié)晶水化物中結(jié)晶水的系數(shù)，從而確定其化學(xué)式．

解答 解：（1）NO₂和O₂折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)的總體積為672mL，氣體總物質(zhì)的量=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，由方程式可知，MNO₃的物質(zhì)的量=0.03mol×$\frac{2}{3}$=0.02mol，故MNO₃的摩爾質(zhì)量=$\frac{3.4g}{0.02mol}$=170g/mol，則M的相對(duì)原子質(zhì)量=170-62=108，故答案為：108；
（2）32.64g銅的物質(zhì)的量=$\frac{32.64g}{64g/mol}$=0.51mol，NO和NO₂的總物質(zhì)的量=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，設(shè)NO和NO₂的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒及二者物質(zhì)的量，則：
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.5}\\{3x+y=0.51×2}\end{array}\right.$
解得x=0.26  y=0.24
故標(biāo)況下，NO的體積=0.26mol×22.4L/mol=5.824L，故答案為：5.824L；
（3）NO的物質(zhì)的量=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，
混合物與硝酸恰好反應(yīng)，溶液中溶質(zhì)為硝酸銅，根據(jù)N元素守恒：2n[Cu（NO₃）₂]+n（NO）=n（HNO₃），所以n[Cu（NO₃）₂]=$\frac{1}{2}$×（0.1L×0.6mol/L-0.01mol）=0.025mol；令Cu₂O與CuO的物質(zhì)的量分別為a mol、b mol，根據(jù)Cu元素守恒、電子轉(zhuǎn)移守恒，則：
$\left\{\begin{array}{l}{0.01+2a+b=0.025}\\{0.01×2+2a=0.01×3}\end{array}\right.$
解得a=0.005 b=0.005
故Cu₂O與CuO的質(zhì)量比=144g/mol：80g/mol=9：5，
故答案為：0.025mol；9：5；
（4）n（H⁺）=0.01L×4mol/L×2+0.01L×2mol/L=0.1mol，n（NO₃^-）=0.01L×2mol/L=0.02mol
由于Fe過量，發(fā)生反應(yīng)：3Fe+8H⁺+2NO₃^-=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，0.02molNO₃^-完全反應(yīng)，需要H⁺的物質(zhì)的量=0.02mol×$\frac{8}{2}$=0.08mol＜0.1mol，故H⁺過量，NO₃^-不足，故生成NO的物質(zhì)的量=0.02mol，則標(biāo)況下，NO的體積=0.02mol×22.4L/mol=0.448L，
答：可產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體為0.448L；
（5）二氧化氮、氧氣和水反應(yīng)方程式為4NO₂+O₂+2H₂O═4HNO₃，根據(jù)Cu（NO₃）₂和AgNO₃受熱分解方程式知，Cu（NO₃）₂分解產(chǎn)生的NO₂和O₂的體積比為4：1，被水完全吸收，AgNO₃分解出的NO₂和O₂的體積比小于4：1，所以氣體經(jīng)與水反應(yīng)后剩余1.68升，剩余氣體為O₂，
設(shè)原混和物中Cu（NO₃）₂含x摩，AgNO₃含y摩，
則：80xg+108yg=48.4g①
$\frac{1}{4}$ymol=$\frac{1.68}{22.4}$mol②
解之得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.2}\\{y=0.3}\end{array}\right.$
設(shè)硝酸銅晶體為Cu（NO₃）₂•xH₂O，根據(jù)Cu原子守恒得，
設(shè)結(jié)晶水合物中結(jié)晶水系數(shù)為z，
Cu（NO₃）₂•zH₂O～Cu（NO₃）₂
（188+18z）g               1mol
（110.2-0.3×170）g     0.2mol
$\frac{（188+18z）g}{（110.2-0.3×170）g}=\frac{1mol}{0.2mol}$，z=6，所以其化學(xué)式為Cu（NO₃）₂•6H₂O，
答：硝酸銅晶體的化學(xué)式為Cu（NO₃）₂•6H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)方程式計(jì)算、混合物計(jì)算，屬于拼合型題目，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，題目計(jì)算量較大，為易錯(cuò)題目，難度中等．