Question

将128 g铜置入一定量的浓硝酸中，并微热，随着铜的不断减少，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜反应完毕时（铜片完全消失），共收集到NO₂和NO的混合气体44.8 L气体（标准状况），求：
（1）写出上述过程中，有关反应的化学方程式（4分）。
______________________________________________________、
______________________________________________________。
（2）完成该反应至少需要量取10mol/L的浓硝酸_________mL（4分）。
（3）求混合气体中NO₂、NO的体积（6分，请写出计算步骤）。
（4）将收集上述气体的容器倒扣在盛有水的水槽中，并向其中缓慢通入O₂，使其充分反应，若要使水恰好充满容器，求理论上需要参加反应的O₂的物质的量（4分，请写出计算步骤）。

Answer 1

（共18分，本大题其它合理解法也得分）
（1）Cu+4HNO₃(浓) = Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+ 2H₂O 
3Cu+8HNO₃(稀) = 3Cu(NO₃)₂+2NO↑+ 4H₂O
（2）根据N元素守恒，HNO₃被还原后生成NO₂、NO，混合气体中
Cu+4HNO₃(浓) = Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+ 2H₂O 
4                    2
n(浓HNO₃)=2mol       1mol     
3Cu+8HNO₃(稀) = 3Cu(NO₃)₂+2NO↑+ 4H₂O
8                     2
n(稀HNO₃)=4mol          1mol
故 n(HNO₃) =6mol 
V (HNO₃) = n(HNO₃) / c(HNO₃) =" 6mol" / (10mol/L) =" 0.6" L =" 600mL"
（3）设混合气中n(NO₂)=x   n(NO)="y" ，则x+y="44.8" L/ 22.4 L /mol = 2mol-----①（2分）
根据反应方程式
Cu+4HNO₃(浓) = Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+ 2H₂O 
1                         2
0.5x                       x
3Cu+8HNO₃(稀) = 3Cu(NO₃)₂+2NO↑+ 4H₂O
3                         2
1.5y                       y
0.5x+1.5y ="128" g / (64 g/mol) = 2mol----②（2分）
联立方程式得 x=1mol  y="1mol" （1分）
所以V(NO₂)= 1mol ×22.4 L /mol=22.4L   V(NO)=" 1mol" ×22.4 L /mol="22.4L" （1分）
（4）根据电子守恒，可得：
2Cu  —— O₂   （2分）
128       1
128g       n(O₂)=1mol  （2分）

解析试题分析：（1）、浓硝酸与铜反应式为Cu+4HNO₃(浓) = Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+ 2H₂O，反应进行到一定程度，浓硝酸变为稀硝酸，反应式变为3Cu+8HNO₃(稀) = 3Cu(NO₃)₂+2NO↑+ 4H₂O；（2）、由m/M可知n(Cu)=2mol，由V/V_m可知n(NO₂)+n(NO)=2mol，设被浓硝酸氧化的铜为xmol，被硝酸氧化的铜为ymol，由反应式可知生成2xmolNO₂、2y/3molNO，则x+y=2、2x+2y/3=2，解方程组，x=0.5，y=1.5；由反应式可知共消耗的n(HNO₃)=(4x+8y/3)mol=6mol，由n/c可知V=0.6L=600mL；（3）、由n?V_m可知，V(NO₂)=11.2L，V(NO)=33.6L；（4）、NO₂与O₂溶于水变成硝酸的反应式为4 NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，NO与O₂溶于水变成硝酸的反应式为4 NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，由反应式可知氧化NO₂的O₂为1mol/4，氧化NO的O₂为3×1/4mol，因此理论上共消耗的O₂为1mol/4+3×1/4mol=1mol。
考点：考查硝酸的性质、物质的量在化学方程式计算中的应用、氮氧化物的性质等相关知识。