题目内容

(2013?普陀区二模)金属及其化合物变化多,用途广.请完成下列计算:
(1)等物质的量的镁在氧气中充分灼烧,产物质量为a g,比它在空气中灼烧所得产物增重b g.它在空气中灼烧后的产物中Mg3N2的质量分数是
5b
a-b
5b
a-b
(用a、b表示,只考虑空气中氮气、氧气参与反应).
(2)硬铝(因其主要成分,在此仅看作Al-Cu合金)常用于建筑装潢.1.18g某种硬铝恰好与10mL某浓度的硝酸完全反应,生成的混合气体(其中NO2与NO的体积比为2:1)再与448mL氧气(标准状况)混合,恰好能被水完全吸收.
①计算该硝酸的物质的量浓度.
②计算并确定此种硬铝的化学式.
③取5.1g Al-Mg合金与200mL 1mol?L-1的NaOH(aq)充分反应,产生气体a L.过滤,向滤液中通入V L CO2后开始出现沉淀,继续通入CO2使沉淀完全.过滤、洗涤、干燥、灼烧,得到固体5.1g.则a=
3.36L
3.36L
,V=
1.12 L
1.12 L
.(气体体积均为标准状况)
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,同时收集到1120mL NO(标准状况).通过计算推断混合粉末中Cu的物质的量.
分析:(1)设Mg3N2的物质的量为xmol,镁在空气中燃烧得到的固体质量为(a-b)g;列式求算即可;
(2)①②利用电子守恒,根据氧气的物质的量,求出得到的电子的物质的量,再分别计算出铝、铜物质的量,NO2 NO的物质的量;
③、V L CO2后开始出现沉淀,说明氢氧化钾过量,合金中的铝完全反应,aL气体是氢气,5.1g固体是氧化铝;
④、1120mL NO(标准状况)的物质的量是0.05mol,反应后生成了硝酸铜溶液,根据电子守恒和铜原子守恒计算出铜的物质的量范围.
解答:解:(1)在空气中燃烧质量减少的原因是生成了氮化镁,根据关系:Mg~MgO~O  Mg~
1
3
Mg3N2
2
3
N,设生成氮化镁的镁原子物质的量是xmol,氧元素和氮元素的质量差就是b,则有(16-
2
3
×14)x=b,解得x=
3b
20
mol,生成的氮化镁质量是:100×
1
3
×
3b
20
=5b(g),氮化镁的质量分数是:
5b
a-b

故答案为:
5b
a-b

(2)①、根据电子的是守恒,金属失去的电子=HNO3得到的电子=NO、NO2混合气体失去的电子=氧气得到的电子
n(O2)=
0.448L
22.4L/mol
=0.02mol;则转移电子的物质的量n(e-)=0.02mol×4=0.08mol
NO2 、NO混合气体中,设NO物质的量为a,则NO2物质的量为2a,则:3a+2a=0.08mol,a=0.016mol,
故n(HNO3)=0.02mol×3+0.01mol×2+3×0.016mol=0.128mol;硝酸的物质的量浓度是:c(HNO3)=0.128/0.01=12.8mol/L;
故答案为:12.8mol/L;
②、设合金中n(Al)=xmol、n(Cu)=ymol,则:3x+2y=0.08、27x+64y=1.18,得到x=0.02mol、y=0.01mol,故合金为:Al?2Cu;
故答案为:Al?2Cu;
③、向滤液中通入V L CO2后开始出现沉淀,氢氧化钠溶液过量,继续和二氧化碳反应生成碳酸氢钠;5.1g固体是氧化铝,物质的量是0.05mol,合金中的Al的物质的量是0.1mol,根据电子守恒,铝失去0.1mol×3=0.3mol电子,生成0.15mol氢气,标准状况下氢气体积是:a=22.4L/mol×0.15mol=3.36L;
200mL 1mol?L-1的NaOH(aq)中,氢氧化钠的物质的量是0.2mol,溶解合金中的金属0.1molAl,根据关系:Al~NaOH,消耗氢氧化钠的物质的量是0.1mol,剩余的氢氧化钠物质的量是:0.2mol-0.1mol=0.1mol,再根据关系式:2NaOH~CO2,n( CO2)=
1
2
×0.1mol=0.05mol,V=22.4L/mol×0.05mol=1.12L;
故答案为:3.36;1.12;
④、1120mL NO(标准状况物质的量是0.05mol,电子转移的物质的量是:0.05mol(5-2)=0.15mol;
500mL 0.6mol?L-1 HNO3(aq)中硝酸的物质的量是0.3mol,根据氮原子守恒,硝酸铜的物质的量是:0.3mol-0.05mol=0.25mol; 
设铜的物质的量为X;
由Cu元素守恒可得:2×n(Cu20)+n(CuO)+X=0.25mol,
由氧化还原反应得失电子守恒可知: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的物质的量为0.05mol<n(Cu)<0.15mol.
点评:本题考查铜及其化合物的计算,涉及了混合物的计算,题目具有一定难度,注意从质量守恒和氧化还原反应得失电子守恒的角度分析.
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