Question

已知稀硝酸與銅反應時，NO₃^-一般被還原為NO；濃硝酸與銅反應時，NO₃^-一般被還原為NO₂．現將25.6g Cu投入到50mL 12mol/L的濃硝酸中，充分反應后，收集到4.48L（標況）NO和NO₂的混合氣體．
（1）被還原的硝酸的物質的量為：______．
（2）25.6g Cu與50mL 12mol/L的硝酸反應后，剩余物為：______，其物質的量為：______．
（3）容積為4.48L的干燥燒瓶充滿上述反應中收集的NO和NO₂的混合氣體（標況）后倒置于水中，須再通入______L（標況）O₂才能使溶液充滿燒瓶．
（4）如果往反應后的體系內再加入200mL 4mol/L的稀硫酸，是否有氣體逸出？若有，計算生成氣體在標況下的體積（要求有簡單過程，結果保留三位有效數字）．

Answer 1

解：發生反應的方程式有：Cu+4HNO₃（濃）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O
3Cu+8HNO₃（稀）═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
n（Cu）==0.4mol，n（HNO₃）=0.05L×12mol/L=0.6mol，n（NO）+n（NO₂）==0.2mol，
（1）根據N原子守恒可知，被還原的硝酸的物質的量等于生成NO和NO₂的物質的量，
即n（NO）+n（NO₂）==0.2mol，故答案為：0.2mol；
（2）設有amol Cu被氧化，則生成2amol Cu（NO₃）₂，
根據N元素守恒可知：n（Cu（NO₃）₂）+n（NO）+n（NO₂）=0.6mol，
則有：2a+0.2=0.6，a=0.2，
即被氧化的Cu為0.2mol，則剩余0.4mol-0.2mol=0.2mol，
故答案為：Cu；0.2mol；   
（3）由題意可知：HNO₃HNO₃，
即0.2mol Cu失去0.4mol電子，O₂得到0.4mol電子，需氧氣0.1mol，即2.24L標態氧氣，
故答案為：2.24；
（4）反應后溶液中含有n（NO₃^-）=0.4mol，
加入H⁺的物質的量為：n（H⁺）=2n（H₂SO₄）=2×0.2L×4mol/L=1.6mol，
剩余0.2mol Cu，
則：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
        3    2    8        2
    0.2mol  0.4mol 1.6mol  n（NO）
由以上各物質的量可知，往反應后的體系內再加入200mL 4mol/L的稀硫酸，Cu完全反應，
生成n（NO）==0.133mol，
V（NO）=0.133mol×22.4L/mol=2.99L，
答：生成氣體在標況下的體積為2.99L．
分析：發生反應有：
Cu+4HNO₃（濃）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O
3Cu+8HNO₃（稀）═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
25.6g Cu為0.4mol，全部反應失去0.8mol電子，如果4.48L氣體（0.2mol）全部為NO，即得到了0.6mol電子，如果全部為NO₂，則得到0.2mol電子，所以肯定是Cu過量．
（1）能夠求得被還原的硝酸為0.2mol（即等于NO和NO₂物質的量）；
（2）設有amol Cu被氧化，根據硝酸守恒，有2a+0.2=0.6，即被氧化的Cu為0.2mol．剩余0.2mol．
（3）要使混合氣體全部氧化，需要把硝酸得到的電子再轉移給氧氣，所以需要轉移0.4mol電子，需氧氣0.1mol，即2.24L標態氧氣．
（4）根據3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O計算．
點評：本題考查硝酸與銅反應的有關計算，題目難度較大，注意有關反應方程式的書寫，從質量守恒的角度解答．