Question

金屬及其化合物變化多，用途廣。請完成下列計算：

（1）等物質的量的鎂在氧氣中充分灼燒，產物質量為a g，比它在空氣中灼燒所得產物增重b g。它在空氣中灼燒后的產物中Mg₃N₂的質量分數是                 （用a、b表示，只考慮空氣中氮氣、氧氣參與反應）。

（2）硬鋁（因其主要成分，在此僅看作Al-Cu合金）常用于建筑裝潢。1.18g某種硬鋁恰好與10mL某濃度的硝酸完全反應，生成的混合氣體（其中NO₂與NO的體積比為2：1）再與448mL氧氣（標準狀況）混合，恰好能被水完全吸收。

①計算該硝酸的物質的量濃度。

②計算并確定此種硬鋁的化學式。

（3）取5.1g Al-Mg合金與200mL 1mol·L^-1的NaOH(aq)充分反應，產生氣體a L。過濾，向濾液中通入V L CO₂后開始出現沉淀，繼續(xù)通入CO₂使沉淀完全。過濾、洗滌、干燥、灼燒，得到固體5.1 g。則a =        ，V =         。（氣體體積均為標準狀況）

（4）向Cu、Cu₂O和CuO的混合粉末中加入500mL 0.6 mol·L^-1 HNO₃(aq)，恰好完全溶解，同時收集到1120 mL NO（標準狀況）。通過計算推斷混合粉末中Cu的物質的量。

 

Answer 1

【答案】

 

（1） （2分）

（2）①12.8 mol/L     （3分）

②設硬鋁中： Al x mol 、Cu y mol

x=0.02mol，y= 0.01 mol         所以該硬鋁的化學式為 Al₂Cu 。 （3分）

（3）a= 3.36（2分） 、 V= 1.12  （2分）

（4）0.025＜n(Cu)＜0.075     （4分）

【解析】

試題分析：

（1）在氧氣中生成氧化鎂，在空氣中生成氧化鎂和假設在相同量1mol的鎂分別在氧氣和空氣燃燒，那么質量相差為1molMgO(40g),1/3 mol Mg₃N₂(100/3)g，質量相差40g－(100/3)g＝20/3 g,要使質量相差b g，則生成Mg₃N₂的質量為(100/3)*b/(20/3 )g,=5b，而空氣中灼燒后的產物質量為a-b，Mg₃N₂的質量分數是。

考點：考查根據差量法來解題的能力。

（2）根據電子的是守恒：金屬失去的電子=HNO3得到的電子=NO NO2混合氣體失去的電子=氧氣得到的電子 n(O2)=0.448/22.4=0.02mol則轉移電子的物質的量n(e-)=0.02*4=0.08mol

設合金中n(Al)=xmol n(Cu)=ymol則3x+2y=0.08

27x+64y=1.18得到x=0.02  y=0.01    NO₂ NO混合氣體中

設NO物質的量=a，則NO₂物質的量=2a；3a+2a=0.08；a=0.016

n(HNO₃)=0.02*3+0.01*2+3*0.016=0.128mol；c(HNO3)=0.128/0.01=12.8mol/L；

合金化學式為Al₂Cu

考點：考查根據元素守恒法和電子守恒法的運用。

（3）產生氣體a L為氫氣，2AL-----3H₂     灼燒，得到固體5.1 g是氧化鋁，其物質的量為0.05mol，根據鋁元素守恒可知AlO₂^- 的物質的量為0.1mol，根據關系式2AlO₂^-  ------可求出CO₂的物質的量為0.05mol，故V= 1.12，根據關系式2AL-----3H₂  求得氫氣物質的量為0.15mol，故a= 3.36

考點：考查根據元素守恒法的運用。

（4）本題為混合物的計算，若建立方程組求解，則解題過程較為繁瑣。若抓住反應的始態(tài)和終態(tài)利用守恒關系進行求解，則可達到化繁為簡的目的。

利用氮(N)原子守恒。n（HNO₃）= 0.3mol，n（NO）= 0.05mol，則n（Cu(NO₃)₂）=（0.3-0.05）/2=0.125mol

本題混合物中雖含有Cu、Cu₂O和CuO三種物質，但參加氧化還原反應的只有 Cu、Cu₂O，所以利用電子守恒可直接求解。轉移電子總數：n（e-）= n（NO）×3=0.15mol

設Cu的物質的量為Xmol，Cu則提供電子數：2Xmol

Cu₂O提供電子數： 0.15-2Xmol

n（Cu₂O）=（0.15-X）/2  mol  n（CuO）= 0.125-X-（0.15-2X）=0.025－X

根據電子守恒進行極端假設：

若電子全由Cu提供則n（Cu）=0.075mol；

若電子全由Cu₂O提供則n（Cu₂O）=0.075mol，則n（Cu²⁺）>0.125mol,不可能，但n（CuO）= 0.125-X-（0.15-2X）=－0.025+X>0,解得X>0.025

所以0.025mol < n（Cu）<0.075mol。

考點：考查根據電子守恒法的運用。