Question

（2013?普陀區二模）金屬及其化合物變化多，用途廣．請完成下列計算：
（1）等物質的量的鎂在氧氣中充分灼燒，產物質量為a g，比它在空氣中灼燒所得產物增重b g．它在空氣中灼燒后的產物中Mg₃N₂的質量分數是

5b

a-b

（用a、b表示，只考慮空氣中氮氣、氧氣參與反應）．
（2）硬鋁（因其主要成分，在此僅看作Al-Cu合金）常用于建筑裝潢．1.18g某種硬鋁恰好與10mL某濃度的硝酸完全反應，生成的混合氣體（其中NO₂與NO的體積比為2：1）再與448mL氧氣（標準狀況）混合，恰好能被水完全吸收．
①計算該硝酸的物質的量濃度．
②計算并確定此種硬鋁的化學式．
③取5.1g Al-Mg合金與200mL 1mol?L^-1的NaOH（aq）充分反應，產生氣體a L．過濾，向濾液中通入V L CO₂后開始出現沉淀，繼續通入CO₂使沉淀完全．過濾、洗滌、干燥、灼燒，得到固體5.1g．則a=

3.36L

，V=

1.12 L

．（氣體體積均為標準狀況）
④向Cu、Cu₂O和CuO的混合粉末中加入500mL 0.6mol?L^-1 HNO₃（aq），恰好完全溶解，同時收集到1120mL NO（標準狀況）．通過計算推斷混合粉末中Cu的物質的量．

Answer 1

分析：（1）設Mg₃N₂的物質的量為xmol，鎂在空氣中燃燒得到的固體質量為（a-b）g；列式求算即可；
（2）①②利用電子守恒，根據氧氣的物質的量，求出得到的電子的物質的量，再分別計算出鋁、銅物質的量，NO₂ NO的物質的量；
③、V L CO₂后開始出現沉淀，說明氫氧化鉀過量，合金中的鋁完全反應，aL氣體是氫氣，5.1g固體是氧化鋁；
④、1120mL NO（標準狀況）的物質的量是0.05mol，反應后生成了硝酸銅溶液，根據電子守恒和銅原子守恒計算出銅的物質的量范圍．

解答：解：（1）在空氣中燃燒質量減少的原因是生成了氮化鎂，根據關系：Mg～MgO～O  Mg～

1

3

Mg₃N₂～

2

3

N，設生成氮化鎂的鎂原子物質的量是xmol，氧元素和氮元素的質量差就是b，則有（16-

2

3

×14）x=b，解得x=

3b

20

mol，生成的氮化鎂質量是：100×

1

3

×

3b

20

=5b（g），氮化鎂的質量分數是：

5b

a-b

；
故答案為：

5b

a-b

；
（2）①、根據電子的是守恒，金屬失去的電子=HNO₃得到的電子=NO、NO₂混合氣體失去的電子=氧氣得到的電子
n（O₂）=

0.448L

22.4L/mol

=0.02mol；則轉移電子的物質的量n（e^-）=0.02mol×4=0.08mol
NO₂ 、NO混合氣體中，設NO物質的量為a，則NO₂物質的量為2a，則：3a+2a=0.08mol，a=0.016mol，
故n（HNO₃）=0.02mol×3+0.01mol×2+3×0.016mol=0.128mol；硝酸的物質的量濃度是：c（HNO₃）=0.128/0.01=12.8mol/L；
故答案為：12.8mol/L；
②、設合金中n（Al）=xmol、n（Cu）=ymol，則：3x+2y=0.08、27x+64y=1.18，得到x=0.02mol、y=0.01mol，故合金為：Al?2Cu；
故答案為：Al?2Cu；
③、向濾液中通入V L CO₂后開始出現沉淀，氫氧化鈉溶液過量，繼續和二氧化碳反應生成碳酸氫鈉；5.1g固體是氧化鋁，物質的量是0.05mol，合金中的Al的物質的量是0.1mol，根據電子守恒，鋁失去0.1mol×3=0.3mol電子，生成0.15mol氫氣，標準狀況下氫氣體積是：a=22.4L/mol×0.15mol=3.36L；
200mL 1mol?L^-1的NaOH（aq）中，氫氧化鈉的物質的量是0.2mol，溶解合金中的金屬0.1molAl，根據關系：Al～NaOH，消耗氫氧化鈉的物質的量是0.1mol，剩余的氫氧化鈉物質的量是：0.2mol-0.1mol=0.1mol，再根據關系式：2NaOH～CO₂，n（ CO₂）=

1

2

×0.1mol=0.05mol，V=22.4L/mol×0.05mol=1.12L；
故答案為：3.36；1.12；
④、1120mL NO（標準狀況物質的量是0.05mol，電子轉移的物質的量是：0.05mol（5-2）=0.15mol；
500mL 0.6mol?L^-1 HNO₃（aq）中硝酸的物質的量是0.3mol，根據氮原子守恒，硝酸銅的物質的量是：0.3mol-0.05mol=0.25mol； 
設銅的物質的量為X；
由Cu元素守恒可得：2×n（Cu₂0）+n（CuO）+X=0.25mol，
由氧化還原反應得失電子守恒可知：X×2+2×n（Cu₂0）=0.15mol，
解之得：n（CuO）=X-0.05mol，
n（Cu₂0）=0.15mol-X，
所以：0.05mol＜n（Cu）＜0.15mol；
答：Cu的物質的量為0.05mol＜n（Cu）＜0.15mol．

點評：本題考查銅及其化合物的計算，涉及了混合物的計算，題目具有一定難度，注意從質量守恒和氧化還原反應得失電子守恒的角度分析．