Question

8．已知：硝酸铜受热易分解．
170℃时，2Cu （NO₃）₂$\stackrel{△}{→}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑开始分解，至250℃分解完全．（其中2NO₂?N₂O₄，2NO₂→2NO+O₂等反应忽略不计）．
800℃时，4CuO$\stackrel{高温}{→}$2Cu₂O+O₂↑ 开始分解，至1000℃以上分解完全．
（1）取5.64g无水硝酸铜，加热至1000℃以上，将生成的气体导入足量的NaOH溶液充分吸收后，还有逸出的气体是O₂（填分子式），体积（标准状况）为0.168L；将吸收液加水稀释到100mL，此溶液中NO₃^-的物质的量浓度为0.6mol/L．
（2）取5.64g无水硝酸铜加热至某温度分解后的残留固体中含有1.60g CuO，则残留固体的质量可能是2.32g或3.48g
实验证明，当温度达到1800℃时，Cu₂O也会发生分解：2Cu₂O$\stackrel{1800℃}{→}$4Cu+O₂↑
（3）取8.00g CuO，加热到1800℃左右，冷却后称得质量为6.88g，通过计算求出反应后剩余固体中各成分的物质的量之比．
（4）取8.00g CuO，通入一定量H₂并加热，使其部分还原为Cu和Cu₂O，且其中n （Cu₂O）：n （Cu）=x．将此混合物溶于足量的稀硫酸中（Cu₂O+2H⁺→Cu+Cu²⁺+H₂O），充分反应后过滤得到Cu y g，试求未被还原的CuO的物质的量0.1-$\frac{y+2xy}{64（x+1）}$（用含x、y的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）无水硝酸铜分解生成CuO时，生成的NO₂与O₂恰好与水完全反应，多余的气体为CuO分解生成的氧气，根据4CuO～O₂计算剩余氧气的物质的量，再根据V=nVm计算体积；根据n=$\frac{m}{M}$计算5.64g无水硝酸铜物质的量，由转化关系可知，5.64g无水硝酸铜中含有的硝酸根等于溶液中含有的硝酸根，再根据c=$\frac{n}{V}$计算；
（2）残留固体可能是CuO和Cu₂O的混合物，也可能是CuO和Cu（NO₃）₂的混合物，据此讨论结合铜原子守恒计算；
（3）根据固体质量减少与氧化铜中含有的氧元素质量，判断氧化铜是否完全发生转化为Cu，进而判断剩余固体中Cu元素、O元素的质量，确定Cu原子与氧原子关系，确定剩余固体的组成，据此计算解答；
（4）过滤得到ygCu来源于氢气还原生成的Cu及Cu₂O与酸反应生成的Cu，令氢气还原生成的Cu的物质的量为nmol，则Cu₂O的物质的量分别nxmol，根据方程式计算Cu₂O与酸反应生成的Cu的物质的量，进而计算n的值，再根据Cu原子守恒计算为分解的Cu．

解答 解：（1）无水硝酸铜分解生成CuO时，生成的NO₂与O₂恰好与水完全反应，多余的气体为CuO分解生成的氧气，由可知关系式4CuO～O₂可知，n（O₂）=0.03mol×$\frac{1}{4}$=0.0075（mol），所以标准状况下氧气的体积为0.0075mol×22.4L/mol=0.168 L，
5.64g无水硝酸铜物质的量为$\frac{5.64g}{188g/mol}$=0.03mol，由转化关系可知，5.64g无水硝酸铜中含有的硝酸根等于溶液中含有的硝酸根，故溶液中硝酸根的物质的量为0.03mol×2=0.06mol，故稀释后溶液中硝酸根的物质的量浓度为$\frac{0.06mol}{0.1L}$=0.6mol/L，
故答案为：O₂；0.168L；0.6mol/L；
（2）残留固体可能是CuO和Cu₂O的混合物，也可能是CuO和Cu（NO₃）₂的混合物．若为CuO和Cu₂O的混合物，则n（CuO）=$\frac{1.6g}{80g/mol}$=0.02 mol，n（CuO）+2n（Cu₂O）=0.03 mol，所以n（Cu₂O）=0.005 mol，故m（Cu₂O）=144g/mol×0.005mol=0.72g，m（残留固体）=1.60 g+0.72 g=2.32 g； 若为CuO和Cu（NO₃）₂的混合物，则n（CuO）=0.02 mol，则n（CuO）+n[Cu（NO₃）₂]=0.03 mol，n[Cu（NO₃）₂]=0.01 mol，m[Cu（NO₃）₂]=0.01mol×188g/mol=1.88 g，m（残留固体）=1.60 g+1.88 g=3.48 g，故答案为：2.32g或3.48g；
（3）取8.00g CuO，加热到1800℃左右，冷却后称得质量为6.88g，则生成的氧气的质量为8g-6.88g=1.12g，8gCuO中O元素质量为8g×$\frac{16}{80}$=1.6g＞1.12g，则CuO为完全转化为Cu，剩余固体中Cu元素质量为8g-1.6g=6.4g，O元素质量为1.6g-1.12g=0.28g，剩余固体中n（Cu）：n（O）=$\frac{6.4}{64}$：$\frac{0.48}{16}$=10：3，故剩余固体为Cu、Cu₂O，故n（Cu₂O）=n（O）=$\frac{0.48g}{16g/mol}$=0.03mol，n（Cu）=$\frac{6.4g}{64g/mol}$-0.03mol×2=0.04mol，故n（Cu₂O）：n（Cu）=0.03mol：0.04mol=3：4，
故答案为：n（Cu₂O）：n（Cu）=3：4；
（4）8.00g CuO的物质的量为$\frac{8g}{80g/mol}$=0.1mol，
令氢气还原生成的Cu的物质的量为nmol，则Cu₂O的物质的量分别nxmol，则：
Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O
   nx            n
所以nx+n=$\frac{y}{64}$，故n=$\frac{y}{64（x+1）}$，故n（Cu₂O）=nx=$\frac{xy}{64（x+1）}$，
根据铜原子守恒可知，未被还原的CuO的物质的量为n（CuO）=0.1-n-2nx=0.1-$\frac{y}{64（x+1）}$-2×$\frac{xy}{64（x+1）}$=0.1-$\frac{y+2xy}{64（x+1）}$，故答案为：n（CuO）=0.1-$\frac{y+2xy}{64（x+1）}$．

点评 本题考查混合物的有关计算、根据方程式的计算等，难度较大，注意（2）根据可能的情况进行讨论计算，对学生的思维由较高的要求．