Question

18．在稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中，加入铜粉．
（1）若将100mL 2mol/L HNO₃和100mL 1mol/L H₂SO₄混合后，加入19.2g 铜粉，微热，充分反应．
①若忽略溶液体积变化，溶液中铜离子物质的量浓度为0.75mol/L
②生成气体折合成标准状况下体积2.24L；
③若使铜粉全部溶解，还需加入1mol/L H₂SO₄200mL
（2）若c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）=5.0mol•L^-1．取200mL该混合酸，则能溶解铜的最大质量为38.4g．

Answer 1

分析 （1）n（ HNO₃）=2mol/L×0.1L=0.2mol，n（ H₂SO₄）=1mol/L×0.1L=0.1mol，n（Cu）=$\frac{19.2g}{64g/mol}$=0.3mol．
溶液中n（H⁺）=0.2mol×1+0.1mol×2=0.4mol
n（NO₃^-）=0.2mol×1=0.2mol
①②根据离子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，氢离子不足，故生成Cu²⁺、NO物质的量应根据H⁺的物质的量来计算；
③根据分析可知，若使金属铜完全反应，还缺少0.4mol氢离子，据此分析．
（2）溶液体积为200mL，而c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）=5.0mol•L^-1，据此可知n（SO₄^2-）+n（NO₃^-）=5.0mol•L^-1×0.2L=1mol；
，而当混合酸溶液中n（H⁺）：n（NO₃^-）=8：2=4：1时，所能溶解的铜的量最多，据此计算．

解答 解：（1）n（ HNO₃）=2mol/L×0.1L=0.2mol，n（ H₂SO₄）=1mol/L×0.1L=0.1mol，n（Cu）=$\frac{19.2g}{64g/mol}$=0.3mol．
溶液中n（H⁺）=0.2mol×1+0.1mol×2=0.4mol           n（NO₃^-）=0.2mol×1=0.2mol
①根据离子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，氢离子不足，故生成Cu²⁺的物质的量应根据H⁺的物质的量来计算．设生成的铜离子的物质的量为xmol，则有：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
                          8                           3
                      0.4mol                     xmol
故有：$\frac{8}{0.4mol}=\frac{3}{xmol}$
解得x=0.15mol
而反应后溶液体积为200mL，故反应后溶液中铜离子的物质的量浓度c=$\frac{0.15mol}{0.2L}$=0.75mol/L．
故答案为：0.75．
②根据离子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，氢离子不足，故生成NO物质的量应根据H⁺的物质的量来计算，设生成的NO的物质的量为ymol，则有：
3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
                          8                                 2
                      0.4mol                          ymol
则有：$\frac{8}{0.4mol}=\frac{2}{ymol}$
解得y=0.1mol
在标况下的体积V=nVm=0.1mol×22.4L/mol=2.24L
故答案为：2.24；
③根据题干分析可知，若使金属铜完全反应，还缺少0.4mol氢离子，即需要的硫酸的物质的量为0.2mol，则需要的1mol/L H₂SO₄的体积V=$\frac{0.2mol}{1mol/L}$=0.2L=200mL
故答案为：200mL．
（2）由于混合溶液中c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）=5.0mol•L^-1，且溶液体积为200mL，故有：n（SO₄^2-）+n（NO₃^-）=[c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）]×0.2L=5.0mol•L^-1×0.2L=1mol．
而当混合酸溶液中n（H⁺）：n（NO₃^-）═8：2=4：1时，所能溶解的铜的量最多．
设混合溶液中硫酸的物质的量为xmol，硝酸的物质的量为ymol，当溶解的铜的质量最多时，有：
x+y=1  ①
$\frac{2x+y}{y}$=4  ②
解①②可得：x=0.6mol     y=0.4mol
即溶液中n（NO₃^-）=0.4mol．
设所能溶解的铜的物质的量为zmol，则有：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
                                                                 3                         2                           
                                                                 zmol                 0.4mol
则有：$\frac{3}{zmol}=\frac{2}{0.4mol}$
解得z=0.6mol
即最多溶解的铜的质量m=0.6mol×64g/mol=38.4g
故答案为：38.4．

点评 本题考查了混合溶液中化学方程式的有关计算，综合性较强，难度适中，是一道好题．解题时应注意的是铜虽然和稀硫酸不反应，但稀硫酸能为铜和硝酸根的反应提供氢离子．