Question

4．自然界中，金屬硫化物礦床常因發(fā)生表生氧化及次生富集作用，產(chǎn)生輝銅礦（Cu₂S）與銅藍(lán)（CuS）．
已知：Cu₂S、CuS是兩種不溶于水的黑色固體，在一定條件下都能與稀HNO₃反應(yīng)：
①3CuS+8H⁺+8NO₃^-→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O
②3Cu₂S+16H⁺+10NO₃^-→6Cu²⁺+3SO₄^2-+10NO↑+8H₂O
現(xiàn)將三份質(zhì)量不同的某Cu₂S和CuS混合物樣品分別與100mL 5mol/L的稀硝酸充分反應(yīng)，樣品質(zhì)量與產(chǎn)生氣體的體積（已折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況）如表所示：

實(shí)驗編號	甲	乙	丙
樣品質(zhì)量（g）	9.6	12.8	64.0
氣體體積（L）	5.04	6.72	V

試回答下列問題（不考慮硝酸的揮發(fā)以及溶液體積變化）：
（1）用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.63、密度為1.42g/cm³的濃硝酸配置100mL、5mol/L的稀硝酸，需濃硝酸的體積為35.2mL．（保留1位小數(shù)）
（2）甲實(shí)驗結(jié)束后，溶液中c（NO₃^-）=2.75mol/L．
（3）混合物樣品中Cu₂S、CuS的物質(zhì)的量之比是多少？（寫出計算過程）
（4）乙實(shí)驗結(jié)束后，溶液中氫離子的濃度是多少？（寫出計算過程）
（5）計算丙實(shí)驗中產(chǎn)生氣體的體積（V）．（寫出計算過程）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)c=$\frac{1000ρω}{M}$計算出該濃硝酸的濃度，再根據(jù)稀釋過程中溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變計算出需要濃硝酸的體積；
（2）根據(jù)甲、乙數(shù)據(jù)可知甲中硝酸過量，根據(jù)氮原子守恒可知被還原的硝酸的物質(zhì)的量，進(jìn)而計算反應(yīng)后溶液中硝酸根離子濃度；
（3）生成6.72L氣體需要樣品質(zhì)量為9.6g×$\frac{6.72L}{5.04L}$=12.8g，說明乙中混合物恰好完全反應(yīng)，設(shè)12.8g的樣品中CuS的物質(zhì)的量為x，Cu₂S的物質(zhì)的量為y，根據(jù)總質(zhì)量、生成氣體的物質(zhì)的量列式計算；
（4）結(jié)合（3）計算出反應(yīng)中消耗氫離子的物質(zhì)的量，再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計算出氫離子濃度減小量，最后計算出剩余氫離子濃度；
（5）根據(jù)（3）計算出64.0g混合物中含有的CuS、Cu₂S的物質(zhì)的量，然后利用極值法分別計算出生成NO的物質(zhì)的量及體積，從而得出V的范圍．

解答 解：（1）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.63、密度為1.42g/cm³的濃硝酸的濃度為：$\frac{1000×1.42×0.63}{63}$mol/L=14.2mol/L，配制100mL、5mol/L的稀硝酸，配制過程中硝酸的物質(zhì)的量不變，則需要該濃硝酸的體積為：$\frac{0.1L×5mol/L}{14.2mol/L}$≈0.0352L=35.2mL，
故答案為：35.2mL；
（2）根據(jù)甲、乙數(shù)據(jù)可知甲中硝酸過量，根據(jù)氮原子守恒可知被還原的硝酸的物質(zhì)的量是5.04L÷22.4L/mol=0.225mol，則剩余硝酸根的物質(zhì)的量是0.1L×5mol/L-0.225mol=0.275mol，剩余反應(yīng)后溶液中c（NO₃^-）=0.275mol÷0.1L=2.75mol/L，
故答案為：2.75mol/L；
（3）生成6.72L氣體需要樣品質(zhì)量為9.6g×$\frac{6.72L}{5.04L}$=12.8g，說明乙中混合物恰好完全反應(yīng)，
設(shè)12.8g的樣品中CuS的物質(zhì)的量為x，Cu₂S的物質(zhì)的量為y，生成NO為$\frac{6.72L}{22.4L/mol}$=0.3mol，則：
96x+160y=12.8
$\frac{8}{3}$x+$\frac{10}{3}$y=0.3
解得：x=y=0.05mol
所以混合物樣品中Cu₂S、CuS的物質(zhì)的量之比為：1：1，
答：混合物樣品中Cu₂S、CuS的物質(zhì)的量之比1：1；
（4）根據(jù)方程式①、②可知消耗n（H⁺）=0.05mol×$\frac{8}{3}$+0.05mol×$\frac{16}{3}$=0.4mol，故氫離子的濃度減小c（H⁺）=$\frac{0.4mol}{0.1L}$=4mol/L，所以剩余氫離子濃度為：c（H⁺）=5mol/L-4mol/L=1mol/L，
答：乙實(shí)驗結(jié)束后，溶液中氫離子的濃度為1mol/L；
（5）100mL 5mol/L的稀硝酸中含有硝酸的物質(zhì)的量為：5mol/L×0.1L=0.5mol，
根據(jù)（3）可知，64g樣品中CuS、Cu₂S的物質(zhì)的量為：n（Cu₂S）=n（CuS）=0.05mol×$\frac{64g}{12.8g}$=0.25mol，
若HNO₃只與CuS反應(yīng)：3CuS+8H⁺+8NO₃^-→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O，0.25molCuS完全反應(yīng)消耗硝酸：0.25mol×$\frac{8}{3}$＞0.5mol，硝酸不足，則根據(jù)反應(yīng)可知生成NO的物質(zhì)的量為：0.5mol，標(biāo)況下NO體積為：V（NO）=0.5mol×22.4L/mol=11.2L；
若HNO₃只與Cu₂S反應(yīng)：3Cu₂S+16H⁺+10NO₃^-→6Cu²⁺+3SO₄^2-+10NO↑+8H₂O，0.25molCu₂S消耗硝酸：0.25mol×$\frac{16}{3}$＞0.5mol，硝酸不足，根據(jù)反應(yīng)可知生成NO的物質(zhì)的量為：0.5mol×$\frac{10}{16}$=$\frac{5}{16}$mol，標(biāo)況下NO體積為：22.4L/mol×$\frac{5}{16}$mol=7L，
所以丙中產(chǎn)生氣體體積（V）為：7L＜V＜11.2L，
答：丙實(shí)驗中產(chǎn)生氣體的體積為：7L＜V＜11.2L．

點(diǎn)評 本題考查了混合物反應(yīng)的計算，題目難度中等，試題知識點(diǎn)較多、計算量較大，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計算能力，注意極值法在化學(xué)計算中的應(yīng)用．