Question

4．鹽酸、硫酸和硝酸是中學(xué)階段常見的“三大酸”．現(xiàn)就硫酸、硝酸與金屬銅反應(yīng)的情況，回答下列問(wèn)題：
（1）工業(yè)上制備硫酸銅是利用廢銅屑經(jīng)灼燒后，在加熱情況下跟稀硫酸反應(yīng)，有關(guān)的化學(xué)方程式是：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O．
不采用銅跟濃硫酸反應(yīng)來(lái)制取硫酸銅的原因：
從環(huán)境角度來(lái)講：生成的二氧化硫污染環(huán)境．
從原料角度來(lái)講：生成等量的硫酸銅需硫酸較多．
（2）在一定體積的10mol•L^-1的濃硫酸中加入過(guò)量銅片，加熱使之反應(yīng)，被還原的硫酸為0.9mol．則濃硫酸的實(shí)際體積大于（填“大于”、“等于”或“小于”）180mL．
（3）若使剩余的銅片繼續(xù)溶解，可在其中加入硝酸鹽溶液（如KNO₃溶液），則該反應(yīng)的離子方程式為3Cu+2NO₃^-+8H⁺═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（4）碳跟濃硫酸共熱產(chǎn)生的氣體X和銅跟濃硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體Y同時(shí)通入盛有足量氯化鋇溶液的洗氣瓶中（如圖裝置），下列有關(guān)說(shuō)法正確的是D
A．洗氣瓶中產(chǎn)生的沉淀是碳酸鋇
B．從Z導(dǎo)管出來(lái)的氣體中無(wú)二氧化碳
C．洗氣瓶中產(chǎn)生的沉淀是亞硫酸鋇
D．在Z導(dǎo)管口有紅棕色氣體出現(xiàn)
（5）為了測(cè)定某銅銀合金的成分，將30.0g 合金溶于80mL13.5mol•L^-1的濃HNO₃中，待合金完全溶解后，收集到氣體6.72L （標(biāo)準(zhǔn)狀況），并測(cè)得溶液中c（H⁺）=1mol•L^-1．假設(shè)反應(yīng)后溶液的體積仍為80mL，試計(jì)算：
①被還原的HNO₃的物質(zhì)的量是0.3mol；（只寫結(jié)果）
②合金中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為64%．（寫出計(jì)算過(guò)程）

Answer 1

分析 （1）Cu與氧氣反應(yīng)生成CuO，氧化銅與硫酸反應(yīng)生成硫酸銅與水；
Cu與濃硫酸在加熱條件下反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫與水，生成的二氧化硫污染環(huán)境，生成等量的硫酸銅需硫酸較多；
（2）Cu與濃硫酸反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行濃硫酸變?yōu)橄×蛩�，Cu與稀硫酸不反應(yīng)；
（3）酸性條件下硝酸根具有強(qiáng)氧化性，將Cu氧化為銅離子，自身被還原為NO；
（4）碳與濃硫酸共熱產(chǎn)生的X氣體為CO₂和SO₂的混合氣體，銅與濃硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的Y氣體是NO₂，同時(shí)通入時(shí)因NO₂與水和SO₂共同作用要產(chǎn)生SO₄^2-和NO，NO在空氣中又會(huì)生成NO₂；
（5）①被還原的硝酸生成NO₂或NO₂、NO混合物，根據(jù)N元素守恒計(jì)算被還原硝酸的物質(zhì)的量；
②令混合物中Cu、Ag物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，產(chǎn)物Cu（NO₃）₂、AgNO₃中含NO₃^-物質(zhì)的量各為2xmol、ymol，根據(jù)合金質(zhì)量及N原子守恒列方程，再根據(jù)m=nM計(jì)算Cu的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算合金中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）Cu與氧氣反應(yīng)生成CuO，氧化銅與硫酸反應(yīng)生成硫酸銅與水，反應(yīng)方程式為：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO和稀硫酸反應(yīng)方程式為：CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，
濃硫酸和銅反應(yīng)方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂+2H₂O，生成等量的硫酸銅時(shí)需要硫酸較多且生成的二氧化硫污染環(huán)境，
故答案為：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；生成的二氧化硫污染環(huán)境；生成等量的硫酸銅需硫酸較多；
（2）在加熱條件下，濃硫酸和銅反應(yīng)生成二氧化硫，稀硫酸和銅不反應(yīng)，但濃硫酸濃度達(dá)到一定值后變?yōu)橄×蛩�，稀硫酸和銅不反應(yīng)，所以被還原的硫酸為0.9mol．則濃硫酸的實(shí)際體積大于180mL，
故答案為：大于；
（3）在酸性條件下，硝酸根離子和銅發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硝酸銅和NO，所以離子反應(yīng)方程式為：3Cu+2NO₃^-+8H⁺═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+2NO₃^-+8H⁺═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（4）碳與濃硫酸共熱產(chǎn)生的X氣體為CO₂和SO₂的混合氣體，銅與濃硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的Y氣體是NO₂，SO₂+H₂O+NO₂=H₂SO₄+NO，故洗氣瓶中產(chǎn)生的是硫酸鋇沉淀，Z處逸出的氣體中有CO₂和NO，NO遇到空氣中的氧氣生成了紅棕色的NO₂，
故答案為：D；
（5）①被還原的硝酸生成NO₂或NO₂、NO混合物，根據(jù)N元素守恒，故被還原的n（HNO₃）=n（氣體）=6.72 L÷22.4L/mol=0.3mol，
故答案為：0.3mol；
②反應(yīng)的n（HNO₃）=13.5 mol/L×0.08L-1 mol/L×0.08L=1 mol
設(shè)合金中銅、銀物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則：64x+108y=30
產(chǎn)物Cu（NO₃）₂、AgNO₃中含NO₃^-物質(zhì)的量各為2x mol、y mol，據(jù)N守恒可得：2x+y+0.3=1
聯(lián)立方程，解得x=0.3 y=0.1 mol
故合金中Cu的質(zhì)量=0.3 mol×64g/mol=19.2g，合金中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{19.2g}{30g}$×100%=64%，
故答案為：64%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查元素化合物性質(zhì)、對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)、混合物計(jì)算、氧化還原反應(yīng)計(jì)算等，難度中等，（5）中注意反應(yīng)中硝酸起氧化劑、還原劑作用，注意利用守恒法解答．