Question

已知稀硝酸与铜反应时，NO₃^-一般被还原为NO；浓硝酸与铜反应时，NO₃^-一般被还原为NO₂．现将25.6g Cu投入到50mL 12mol/L的浓硝酸中，充分反应后，收集到4.48L（标况）NO和NO₂的混合气体．
（1）被还原的硝酸的物质的量为：______．
（2）25.6g Cu与50mL 12mol/L的硝酸反应后，剩余物为：______，其物质的量为：______．
（3）容积为4.48L的干燥烧瓶充满上述反应中收集的NO和NO₂的混合气体（标况）后倒置于水中，须再通入______L（标况）O₂才能使溶液充满烧瓶．
（4）如果往反应后的体系内再加入200mL 4mol/L的稀硫酸，是否有气体逸出？若有，计算生成气体在标况下的体积（要求有简单过程，结果保留三位有效数字）．

Answer 1

解：发生反应的方程式有：Cu+4HNO₃（浓）═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）根据N原子守恒可知，被还原的硝酸的物质的量等于生成NO和NO₂的物质的量，
即n（NO）+n（NO₂）==0.2mol，故答案为：0.2mol；
（2）设有amol Cu被氧化，则生成2amol Cu（NO₃）₂，
根据N元素守恒可知：n（Cu（NO₃）₂）+n（NO）+n（NO₂）=0.6mol，
则有：2a+0.2=0.6，a=0.2，
即被氧化的Cu为0.2mol，则剩余0.4mol-0.2mol=0.2mol，
故答案为：Cu；0.2mol；   
（3）由题意可知：HNO₃HNO₃，
即0.2mol Cu失去0.4mol电子，O₂得到0.4mol电子，需氧气0.1mol，即2.24L标态氧气，
故答案为：2.24；
（4）反应后溶液中含有n（NO₃^-）=0.4mol，
加入H⁺的物质的量为：n（H⁺）=2n（H₂SO₄）=2×0.2L×4mol/L=1.6mol，
剩余0.2mol Cu，
则：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
        3    2    8        2
    0.2mol  0.4mol 1.6mol  n（NO）
由以上各物质的量可知，往反应后的体系内再加入200mL 4mol/L的稀硫酸，Cu完全反应，
生成n（NO）==0.133mol，
V（NO）=0.133mol×22.4L/mol=2.99L，
答：生成气体在标况下的体积为2.99L．
分析：发生反应有：
Cu+4HNO₃（浓）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O
3Cu+8HNO₃（稀）═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
25.6g Cu为0.4mol，全部反应失去0.8mol电子，如果4.48L气体（0.2mol）全部为NO，即得到了0.6mol电子，如果全部为NO₂，则得到0.2mol电子，所以肯定是Cu过量．
（1）能够求得被还原的硝酸为0.2mol（即等于NO和NO₂物质的量）；
（2）设有amol Cu被氧化，根据硝酸守恒，有2a+0.2=0.6，即被氧化的Cu为0.2mol．剩余0.2mol．
（3）要使混合气体全部氧化，需要把硝酸得到的电子再转移给氧气，所以需要转移0.4mol电子，需氧气0.1mol，即2.24L标态氧气．
（4）根据3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O计算．
点评：本题考查硝酸与铜反应的有关计算，题目难度较大，注意有关反应方程式的书写，从质量守恒的角度解答．