Question

8．實(shí)驗(yàn)室里將32克銅與100mL一定濃度的硝酸恰好完全反應(yīng)，產(chǎn)生的NO和NO₂混合氣體在標(biāo)況下的體積為13.44L，計算：
（1）能生成多少升NO（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）？
（2）被還原的HNO₃的物質(zhì)的量？
（3）硝酸的物質(zhì)的量濃度是多少？
（4）將銅和硝酸產(chǎn)生的氣體收集于一倒置于水槽的容器中，欲使水充滿整個容器，應(yīng)向容器中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下O₂多少升？

Answer 1

分析 n（Cu）=$\frac{32g}{64g/mol}$=0.5mol，銅與濃硝酸反應(yīng)生成NO₂，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硝酸的濃度逐漸降低，稀硝酸與銅反應(yīng)生成NO，NO₂、NO的物質(zhì)的量共為：$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，
（1）設(shè)混合氣體中含有NOxmol，則含有二氧化氮為（0.6-x）mol，根據(jù)電子守恒計算出NO的物質(zhì)的量，最高價V=nVm計算出標(biāo)準(zhǔn)狀況下NO體積；
（2）被還原的硝酸的物質(zhì)的量等于生成NO₂、NO的總的物質(zhì)的量；
（3）n（Cu）=0.5mol，反應(yīng)后生成Cu（NO₃）₂、NO和NO₂，且NO和NO₂的物質(zhì)的量總共為0.6mol，據(jù)此可計算出硝酸的總物質(zhì)的量，然后根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計算出該硝酸的物質(zhì)的量濃度；
（4）若要使水恰好充滿容器，則NO₂、NO與氧氣和水完全反應(yīng)生成硝酸，根據(jù)電子守恒可知硝酸與銅反應(yīng)得到電子的物質(zhì)的量應(yīng)等于O₂氧化NO₂、NO生成硝酸得到電子的物質(zhì)的量，也等于0.5molCu失去電子的物質(zhì)的量，根據(jù)關(guān)系式2Cu～O₂計算出氧氣的體積．

解答 解：n（Cu）=$\frac{32g}{64g/mol}$=0.5mol，銅與濃硝酸反應(yīng)生成NO₂，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硝酸的濃度逐漸降低，稀硝酸與銅反應(yīng)生成NO，NO₂、NO的物質(zhì)的量共為：$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，
（1）設(shè)混合氣體中含有NOxmol，則含有二氧化氮為（0.6-x）mol，根據(jù)電子守恒可得：0.5mol×2=（5-2）x+（0.6-x）×（5-4），解得：x=0.2mol，
標(biāo)準(zhǔn)狀況下0.2molNO氣體的體積為：22.4L/mol×0.2mol=4.48L，
答：生成NO氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為4.48L；
（2）NO₂、NO的物質(zhì)的量共0.6mol，被還原的硝酸的物質(zhì)的量等于生成NO₂、NO的總的物質(zhì)的量，為0.2mol，
答：被還原的HNO₃的物質(zhì)的量為0.6mol；
（3）n（Cu）=0.5mol，反應(yīng)后生成Cu（NO₃）₂、NO和NO₂，且NO和NO₂的物質(zhì)的量總共為0.6mol，則反應(yīng)中消耗HNO₃的物質(zhì)的量為：2n（Cu（NO₃）₂）+n（NO）+n（NO₂）=2×0.5mol+0.6mol=1.6mol，
所以原硝酸的物質(zhì)的量濃度為：$\frac{1.6mol}{0.1L}$=16mol/L，
答：原硝酸的物質(zhì)的量濃度16mol/L；
（4）將收集上述氣體的容器倒扣在盛有水的水槽中，并向其中緩慢通入O₂，使其充分反應(yīng)，若要使水恰好充滿容器，則NO₂、NO與氧氣和水完全反應(yīng)生成硝酸，根據(jù)電子守恒可知硝酸與銅反應(yīng)得到電子的物質(zhì)的量應(yīng)等于O₂氧化NO₂、NO生成硝酸得到電子的物質(zhì)的量，也等于0.5molCu失去電子的物質(zhì)的量，
設(shè)需通入O₂的體積為x，由電子守恒，可得：
2Cu～O₂
2mol   22.4L
0.5mol    x
2mol：22.4L=0.5mol：x
解得：x=5.6L，
答：理論上需要通入O₂的在標(biāo)準(zhǔn)狀況的體積是5.6L．

點(diǎn)評 本題考查氧化還原反應(yīng)的計算，題目難度中等，注意把握硝酸的性質(zhì)，解答本題的關(guān)鍵是把握氧化還原反應(yīng)的特點(diǎn)：氧化劑和還原劑得失電子數(shù)目相等，（4）為易錯點(diǎn)，答題時注意從守恒的角度入手思考．