Question

氢气还原氧化铜所得的红色固体可能是铜与氧化亚铜的混合物，已知Cu₂O在酸性溶液中可发生自身氧化还原反应，生成Cu²⁺和Cu。
（1）现有8.4克氧化铜被氢气完全还原后，得到红色固体6.96克，其中含单质铜与氧化亚铜的物质的量之比是               ；
（2）若将6.96克上述混合物与足量的浓硝酸充分反应：
①生成标准状况下1.568升的气体（不考虑NO₂的溶解，也不考虑NO₂与N₂O₄的转化），则该气体的成分是         ，其物质的量之比是            ；
②把得到的溶液小心蒸发浓缩，把析出的晶体过滤，得晶体20.328g。经分析，原溶液中的Cu²⁺有20%残留在母液中，所得晶体的化学式为                   。
（3）Cu、Cu₂O和CuO组成的混合物，加入100mL 0.6mol/L HNO₃溶液恰好使混合物完全溶解，同时收集到224mL NO气体(标准状况)。如原混合物中Cu的物质的量为X，求其中Cu₂O、CuO的物质的量及X的取值范围(写出解题过程)。

Answer 1

（1）5∶1
（2）①NO、NO₂,（1分） 11∶3 （2分）
②Cu(NO₃)₂·3H₂O（2分）
（3）n(Cu₂O)=(0.015－x) mol （2分）
n(CuO)= (x－0.005) mol（2分）    0.005＜x＜0.015  （1分）

试题分析：（1）设单质铜与氧化亚铜的物质的量分别为x和y，则根据铜原子守恒可知x+2y＝＝0.105mol。又因为64g/mol×x+144g/mol×y＝6.96g，解得x＝0.075mol、y＝0.015mol，因此单质铜与氧化亚铜的物质的量之比为5∶1。
（2）①反应中转移电子的物质的量为0.075mol×2+0.015mol×2×1＝0.18mol，气体的物质的量是1.568L÷22.4L/mol＝0.07mol。设混合气中NO和NO₂的物质的量分别为a mol和b mol，则a+b=0.07、3a+b=0.18，解得a＝0.055mol、b=0.015mol，因此混合气的成分是NO和NO₂，其体积之比为11∶3。
②设晶体的化学式为Cu(NO₃)₂·nH₂O，则根据铜离子守恒可知晶体中铜离子的物质的量为0.105mol×80%＝0.084mol，因此晶体的物质的量也是0.084mol，则0.084mol×（192+18n）g/mol＝20.328g，解得n＝3，即晶体化学式为Cu(NO₃)₂·3H₂O。
（3）设Cu₂O、CuO的物质的量分别为Ymol、Zmol，则根据铜原子守恒可知生成硝酸铜的物质的量为（X+2Y+Z）mol。NO的物质的量是0.01mol，则根据电子得失守恒可知2X+2Y＝0.01×3＝0.03。硝酸的物质的量是0.06mol，则根据氮原子守恒可知2×（X+2Y+Z）+0.01＝0.06，解得Z＝(x－0.005)，Y＝(0.015－x)。由于Y、Z均不能为0，作为X的取值范围是0.005＜x＜0.015。