Question

硝酸與金屬反應是硝酸的重要化學性質之一，請閱讀下文并解答有關問題．
（1）ag銅與bmL濃HNO₃充分反應后得到V₁L紅棕色氣體X，且溶液中余下cg銅；再將此紅棕色氣體通過水變成V₂L無色氣體Y（氣體已轉換成標準狀況下的體積，設題中產生的氮的化合物分子中均含有一個氮原子．）
①當反應生成X氣體時有多少克氮元素被還原？
②計算X氣體中各組分的物質的量．
（2）若在（1）反應余下的溶液中加入過量的稀H₂SO₄使留下的cg銅恰好完全溶解；此時溶液中只留下一種鹽．
①寫出此時發生的化學反應方程式
②計算a與c的質量比及濃HNO₃的物質的量濃度．

Answer 1

分析：（1）銅與濃硝酸反應的方程式為：發生的反應有：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，隨著反應的進行，硝酸濃度降低，則發生：3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，則紅棕色氣體為NO₂和NO的混合物，根據N元素守恒，被還原的硝酸即為生成NO₂和NO的物質的量，根據電子守恒計算X氣體中各組分的物質的量；
（2）若在（1）反應余下的溶液中加入過量的稀H₂SO₄使留下的cg銅恰好完全溶解，
發生反應為3Cu+Cu（NO₃）₂+4H₂SO₄═4CuSO₄+2NO↑+4H₂O，根據方程式計算．

解答：解：（1）銅與濃硝酸反應的方程式為：發生的反應有：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，隨著反應的進行，硝酸濃度降低，則發生：3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，則紅棕色氣體為NO₂和NO的混合物，
①根據N元素守恒，被還原的硝酸即為生成NO₂和NO的物質的量，n（NO₂）+n（NO）=

V1

22.4

mol，
m（N）=

V1

22.4

mol×14g/mol=

7V1

11.2

g，
答：當反應生成X氣體時有

7V1

11.2

g氮元素被還原；
②再將此紅棕色氣體通過水變成V₂L無色氣體Y，發生反應為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，
設混合氣體中含有xLNO，yLNO₂，
則：

x+y=V1 1 3 y+x=V2

，
解之得：x=

3V2-V1

2

，y=

3V1-3V2

2

所以：n（NO）=

3V2-V1

44.8

mol，n（NO₂）=

3V1-3V2

44.8

mol，
答：X氣體中各組分的物質的量分別為：n（NO）=

3V2-V1

44.8

mol，n（NO₂）=

3V1-3V2

44.8

mol；
（2）①反應后溶液中含有NO₃^-，NO₃^-在酸性條件下具有強氧化性，能繼續與Cu反應，最終產物為CuSO₄，反應的方程式為3Cu+Cu（NO₃）₂+4H₂SO₄═4CuSO₄+2NO↑+4H₂O，
答：發生的化學反應方程式為3Cu+Cu（NO₃）₂+4H₂SO₄═4CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
②反應的方程式為3Cu+Cu（NO₃）₂+4H₂SO₄═4CuSO₄+2NO↑+4H₂O，
由方程式可知：加入硫酸前與加入硫酸后的Cu的物質的量之比為1：3，
則總的Cu的物質的量與加入硫酸后的Cu的物質的量之比為（1+3）：3=4：3，
質量比為：4：3，
n（Cu（NO₃）₂）=2×

ag

64g/mol

×

1

4

=

a

128

mol
根據N元素守恒計算總n（HNO₃），
n_總=n（NO₂）+n（NO）+2n（Cu（NO₃）₂）=

V1

22.4

mol+2×

ag

64g/mol

×

1

4

=（

V1

22.4

+

a

128

）mol
所以：濃HNO₃的物質的量濃度為：c=

n

V

=

1000( a 128 + V1 22.4 )

b

mol/L，
答：a與c的質量比及濃HNO₃的物質的量濃度分別為：4：3； 

1000( a 128 + V1 22.4 )

b

mol/L．

點評：本題考查化學方程式的有關計算，題目較難，注意根據反應的方程式，從守恒的角度解答．