Question

常温时，将amol Fe与amol Cu投入含bmol HNO₃的浓硝酸中，经一段时间后，使它们恰好完全反应，已知反应后溶液中Fe³⁺与Fe²⁺的物质的量相等，HNO₃的还原产物为NO和NO₂，且不考虑NO₂转化为N₂O₄。反应中可产生气体560mL，将该气体溶于水，充分反应后，气体体积减少224mL（气体体积均为标准状况下体积），求a、b的值。

以铜、硝酸、硝酸银、水、空气为原料，可用多种方法制取硝酸铜。

（1）列举4种方法，用化学方程式表示。

（2）从环境保护和经济效益角度考虑，制取大量的硝酸铜最宜采用哪种方法，并说明原因。

 

Answer 1

答案：
解析：

解：常温时，将Fe和Cu投入浓硝酸中，由于Fe发生钝化，首先发生的反应为： Cu+4HNO3（浓）═Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 待硝酸浓度降低以后，随之发生的反应为： Fe+4HNO3（稀）═Fe(NO3)3+NO↑+2H2O 3Fe+8HNO3（稀）═3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O 3Cu+8HNO3（稀）═3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O n(NO)+n(NO)==0.025mol 由气体体积差量法： 3NO2+H2O═2HNO3+NO      DV 3mol                       2´22.4L n(NO2)                     0.224L n(NO2)=0.015mol n(NO)=0.025mol-0.015mol=0.01mol 据得失电子守恒： 2n(Cu2+)+2n(Fe2+)+3n(Fe3+)=3n(NO)+n(NO2) 2´amol+2´mol+3´ mol=3´0.01mol+0.015mol a=0.01 b值可用两种方法求得： 解法一：反应消耗的HNO3 n(HNO3)=2n(Cu2+)+2n(Fe2+)+3n(Fe3+)+n(NO)+n(NO2) =4.5amol+0.025mol=4.5´0.01mol+0.025mol=0.07mol 即b=0.07 解法二：考察Fe、Cu与稀HNO3的三个反应，参加反应的HNO3的量均为被还原HNO3的量（即NO的量）的4倍，所以 n(HNO3)=2n(NO2)+4n(NO)        =2´0.015mol+4´0.01mol        =0.07mol （1）①Cu+4HNO3（浓）═Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O ②3Cu+8HNO3（稀）═3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O ③Cu+2AgNO3═Cu(NO3)2+2Ag ④2Cu+O22CuO CuO+2HNO3═Cu(  NO3)2+H2O （1）       对于上述反应，③需要用昂贵的AgNO3，从经济角度看不合适。而对①、②、④进行比较，若要制取1mol Cu(NO3)2，消耗HNO3的物质的量分别 为4mol、mol、2mol，且①、②反应中产生的NO、NO污染环境。故采用④较适宜。