Question

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)將四份質(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）如下表所示：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	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(wèn)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

 

．（保留1位小數(shù)）
（2）甲實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，溶液中c（NO₃^-）=

 

．
（3）混合物樣品中Cu₂S、CuS的物質(zhì)的量之比是多少？（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）
（4）乙實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，溶液中氫離子的濃度是多少？（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）
（5）計(jì)算丙實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生氣體的體積（V）．（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）

Answer 1

考點(diǎn)：有關(guān)混合物反應(yīng)的計(jì)算

專(zhuān)題：

分析：（1）根據(jù)c=

1000ρω

M

計(jì)算出該濃硝酸的濃度，然后根據(jù)稀釋過(guò)程中溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變計(jì)算出需要濃硝酸的體積；
（2）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)后溶液中硝酸根離子濃度；
（3）根據(jù)甲中數(shù)據(jù)判斷乙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；
（4）結(jié)合（3）計(jì)算出反應(yīng)中消耗氫離子的物質(zhì)的量，再根據(jù)c=

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；
（5）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）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.63、密度為1.42g/cm³的濃硝酸的濃度為：

1000×1.42×0.63

63

=14.2mol/L，配制100mL、5mol/L的稀硝酸，配制過(guò)程中硝酸的物質(zhì)的量不變，則需要該濃硝酸的體積為：

5mol/L×0.1L

14.2mol/L

≈0.0352L=35.2mL，
故答案為：35.2mL；         
（2）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，甲實(shí)驗(yàn)中生成NO的物質(zhì)的量為：

5.04L

22.4L/mol

=0.225mol，消耗硝酸的濃度為：

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；     
（3）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：

12.8g

9.6g

×5.04L=6.72L，說(shuō)明乙中混合物完全反應(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

8

3

x+

10

2

y=

6.72

22.4

=0.3，
根據(jù)①②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可知消耗氫離子的物質(zhì)的量為：n（H⁺）=0.05mol×

8

3

+0.05mol×

16

3

=0.4mol，
故消耗氫離子的濃度為：c（H⁺）=

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(yàn)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×

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×

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×

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×

10

16

=

5

16

mol，標(biāo)況下NO體積為：22.4L/mol×

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(yàn)中產(chǎn)生氣體的體積為：7L＜V＜11.2L．

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