Question

8．已知：CuS、Cu₂S是兩種黑色不溶于水的固體，但一定條件下都能與稀HNO₃反應(yīng)，用離子方程式表示為：
①3CuS+8H⁺+8NO₃^-=3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O
②3Cu₂S+16H⁺+10NO₃^-=6Cu²⁺+3SO₄^2-+10NO↑+8H₂O
現(xiàn)有不同質(zhì)量的四份CuS、Cu₂S的混合物樣品分別和100mL物質(zhì)的量濃度5mol/L稀硝酸充分反應(yīng)，所取樣品質(zhì)量與產(chǎn)生氣體體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)定）如表所示：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	a	b	c
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(wèn)題（不考慮硝酸的揮發(fā)以及溶液體積變化）：
（1）a組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，溶液中c（NO₃^-）=2.75mol/L；
（2）b組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，溶液的pH=0；
（3）通過(guò)計(jì)算分析實(shí)驗(yàn)c組中產(chǎn)生氣體的體積（V）范圍7L＜V＜11.2L．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)可知，生成氣體的物質(zhì)的量與消耗硝酸根離子的物質(zhì)的量相等，據(jù)此計(jì)算出反應(yīng)后a溶液中硝酸根離子濃度；
（2）根據(jù)a中數(shù)據(jù)判斷b中混合物恰好完全反應(yīng)，然后設(shè)出混合物中Cu₂S、CuS的物質(zhì)的量，分別根據(jù)總質(zhì)量、生成氣體的物質(zhì)的量列式計(jì)算出Cu₂S、CuS的物質(zhì)的量；再根據(jù)反應(yīng)方程式計(jì)算出反應(yīng)中消耗氫離子的物質(zhì)的量，然后根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算出消耗氫離子濃度，最后計(jì)算出剩余氫離子濃度及溶液的pH；
（3）根據(jù)（3）計(jì)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(jì)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）根據(jù)反應(yīng)①3CuS+8H⁺+8NO₃^-→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O、②3Cu₂S+16H⁺+10NO₃^-→6Cu²⁺+3SO₄^2-+10NO↑+8H₂O可知，反應(yīng)生成NO氣體的物質(zhì)的量與消耗硝酸根離子的物質(zhì)的量相等，a實(shí)驗(yàn)中生成NO的物質(zhì)的量為：$\frac{5.04L}{22.4L/mol}$=0.225mol，消耗硝酸的濃度為：$\frac{0.225mol}{0.1L}$=2.25mol/L，則反應(yīng)后溶液濃度為5mol/L-2.25mol/L=2.75mol/L，
故答案為：2.75mol/L；     
（2）9.6g混合物生成5.04LNO氣體，12.8g混合物能夠生成一氧化氮的體積為：$\frac{12.8g}{9.6g}$×5.04L=6.72L，說(shuō)明b中混合物完全反應(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)質(zhì)量可得：①96x+160y=12.8，
根據(jù)生成氣體可得：②$\frac{8}{3}$x+$\frac{10}{2}$y=$\frac{6.72L}{22.4L/mol}$=0.3，
根據(jù)①②解得：x=y=0.05mol，
根據(jù)方程式①3CuS+8H⁺+8NO₃^-→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O、②3Cu₂S+16H⁺+10NO₃^-→6Cu²⁺+3SO₄^2-+10NO↑+8H₂O可知消耗氫離子的物質(zhì)的量為：n（H⁺）=0.05mol×$\frac{8}{3}$+0.05mol×$\frac{16}{3}$=0.4mol，
故消耗氫離子的濃度為：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，反應(yīng)后b溶液的pH=0，
故答案為：0；
（3）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)（2）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c組產(chǎn)生氣體體積（V）為：7L＜V＜11.2L，
故答案為：7L＜V＜11.2L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了混合物反應(yīng)的計(jì)算，題目都能較大，正確判斷b中混合物是否完全反應(yīng)為解答關(guān)鍵，注意掌握質(zhì)量守恒定律在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用，試題計(jì)算量較大，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．