Question

7．铜既能与稀硝酸反应，也能与浓硝酸反应，当铜与一定浓度硝酸反应时，可将方程式表示为：Cu+HNO₃→Cu（NO₃）₂+NO↑+NO₂↑+H₂O （方程式未配平，不考虑 2NO₂?N₂O₄）．
（1）硝酸在该反应中体现的性质有氧化性、酸性．
（2）如果参加反应的Cu和HNO₃的物质的量之比是3：10，写出并配平该反应的离子方程式3Cu+10H⁺+4NO₃^-=3Cu²⁺+NO↑+3NO₂↑+5H₂O．
（3）0.004molCu被硝酸完全溶解后，Cu失去的电子数是0.008N_A，如果得到的NO和NO₂物质的量相同，则参加反应的硝酸的物质的量是0.012mol，在标准状况下若将收集NO和NO₂的集气瓶倒立于水中，通入一定量的氧气充分反应后发现无气体剩余，则通入O₂的体积为44.8 mL；所得溶液（假设溶质不扩散）的物质的量浓度是$\frac{1}{22.4}$mol/L（或0.0446 mol•L^-1）．

Answer 1

分析 （1）反应中氮元素化合价由+5价降低为+2、+4价，体现硝酸氧化性，同时生成硝酸盐，硝酸体现酸性；
（2）铜失去2个电子形成Cu²⁺，失去的电子物质的量是铜的2倍，据此计算，根据电子转移守恒计算NO、NO₂的物质的量，根据铜元素守恒计算硝酸铜的物质的量，根据氮元素守恒可知参加反应的硝酸的物质的量n（HNO₃）=2n[Cu（NO₃）₂]+n（NO₂）+n（NO），根据方程式4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，计算需要通入O₂的物质的量，生成硝酸的物质的量，根据V=cVm计算氧气体积，溶液体积等于一氧化氮与二氧化氮的体积之和，根据c=$\frac{n}{V}$计算硝酸浓度；
（3）令铜为3mol，则HNO₃为10mol，根据铜元素守恒可知，生成硝酸铜3mol，所以氧化剂作用的硝酸为10mol-6mol=4mol，令生成NO为xmol，则生成NO₂为（4-x）mol，利用电子转移守恒列方程计算x值，据此书写离子方程式．

解答 解：（1）反应中氮元素化合价由+5价降低为+2、+4价，体现硝酸氧化性，同时生成硝酸盐，硝酸体现酸性．
故答案为：氧化性、酸性；
（2）令铜为3mol，则HNO₃为10mol，根据铜元素守恒可知，生成硝酸铜3mol，所以氧化剂作用的硝酸为10mol-6mol=4mol，令生成NO为xmol，则生成NO₂为（4-x）mol，根据电子转移守恒可知，3x+（4-x）×1=3×2，解得x=1，即生成NO为1mol，则生成NO₂为3mol，反应离子方程式为3Cu+10H⁺+4NO₃^-=3Cu²⁺+NO↑+3NO₂↑+5H₂O．
故答案为：3Cu+10H⁺+4NO₃^-=3Cu²⁺+NO↑+3NO₂↑+5H₂O；
（3）铜失去2个电子形成Cu²⁺，失去的电子物质的量是铜的2倍，0.004molCu被硝酸完全溶解后，Cu失去的电子数是0.004mol×2×N_Amol^-1=0.008N_A；根据铜元素守恒，n[Cu（NO₃）₂]=n（Cu）=0.004mol，令NO、NO₂的物质的量为ymol，根据电子转移守恒有3y+y=0.004×2，解得y=0.002，根据氮元素守恒可知，参加反应的硝酸的物质的量：n（HNO₃）=2n[Cu（NO₃）₂]+n（NO₂）+n（NO）=0.004mol×2+0.002mol+0.002mol=0.012mol；根据方程式4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃可知，需要通入O₂的物质的量为：0.002mol×$\frac{1}{4}$+0.002mol×$\frac{3}{4}$=0.002mol，生成硝酸的物质的量为0.002mol+0.002mol=0.004mol，所以需要氧气的体积为0.002mol×22.4L/mol=0.0448L=44.8ml；溶液体积等于一氧化氮与二氧化氮的体积之和，所以溶液的体积为0.004mol×22.4L/mol=0.004×22.4L，所得溶液的物质的量浓度是$\frac{0.004mol}{0.004×22.4L}$=$\frac{1}{22.4}$mol/L．
故答案为：0.008N_A；0.012mol；44.8mL；$\frac{1}{22.4}$mol/L（或0.0446 mol•L^-1）．

点评 本题考查反应方程式的有关计算，难度中等，（2）中离子方程式的书写关键是NO、NO₂的物质的量的确定，注意氧化还原反应原理的灵活应用是关键．