Question

8．实验室里将32克铜与100mL一定浓度的硝酸恰好完全反应，产生的NO和NO₂混合气体在标况下的体积为13.44L，计算：
（1）能生成多少升NO（标准状况下）？
（2）被还原的HNO₃的物质的量？
（3）硝酸的物质的量浓度是多少？
（4）将铜和硝酸产生的气体收集于一倒置于水槽的容器中，欲使水充满整个容器，应向容器中通入标准状况下O₂多少升？

Answer 1

分析 n（Cu）=$\frac{32g}{64g/mol}$=0.5mol，铜与浓硝酸反应生成NO₂，随着反应的进行，硝酸的浓度逐渐降低，稀硝酸与铜反应生成NO，NO₂、NO的物质的量共为：$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，
（1）设混合气体中含有NOxmol，则含有二氧化氮为（0.6-x）mol，根据电子守恒计算出NO的物质的量，最高价V=nVm计算出标准状况下NO体积；
（2）被还原的硝酸的物质的量等于生成NO₂、NO的总的物质的量；
（3）n（Cu）=0.5mol，反应后生成Cu（NO₃）₂、NO和NO₂，且NO和NO₂的物质的量总共为0.6mol，据此可计算出硝酸的总物质的量，然后根据c=$\frac{n}{V}$计算出该硝酸的物质的量浓度；
（4）若要使水恰好充满容器，则NO₂、NO与氧气和水完全反应生成硝酸，根据电子守恒可知硝酸与铜反应得到电子的物质的量应等于O₂氧化NO₂、NO生成硝酸得到电子的物质的量，也等于0.5molCu失去电子的物质的量，根据关系式2Cu～O₂计算出氧气的体积．

解答 解：n（Cu）=$\frac{32g}{64g/mol}$=0.5mol，铜与浓硝酸反应生成NO₂，随着反应的进行，硝酸的浓度逐渐降低，稀硝酸与铜反应生成NO，NO₂、NO的物质的量共为：$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，
（1）设混合气体中含有NOxmol，则含有二氧化氮为（0.6-x）mol，根据电子守恒可得：0.5mol×2=（5-2）x+（0.6-x）×（5-4），解得：x=0.2mol，
标准状况下0.2molNO气体的体积为：22.4L/mol×0.2mol=4.48L，
答：生成NO气体在标准状况下的体积为4.48L；
（2）NO₂、NO的物质的量共0.6mol，被还原的硝酸的物质的量等于生成NO₂、NO的总的物质的量，为0.2mol，
答：被还原的HNO₃的物质的量为0.6mol；
（3）n（Cu）=0.5mol，反应后生成Cu（NO₃）₂、NO和NO₂，且NO和NO₂的物质的量总共为0.6mol，则反应中消耗HNO₃的物质的量为：2n（Cu（NO₃）₂）+n（NO）+n（NO₂）=2×0.5mol+0.6mol=1.6mol，
所以原硝酸的物质的量浓度为：$\frac{1.6mol}{0.1L}$=16mol/L，
答：原硝酸的物质的量浓度16mol/L；
（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，则NO₂、NO与氧气和水完全反应生成硝酸，根据电子守恒可知硝酸与铜反应得到电子的物质的量应等于O₂氧化NO₂、NO生成硝酸得到电子的物质的量，也等于0.5molCu失去电子的物质的量，
设需通入O₂的体积为x，由电子守恒，可得：
2Cu～O₂
2mol   22.4L
0.5mol    x
2mol：22.4L=0.5mol：x
解得：x=5.6L，
答：理论上需要通入O₂的在标准状况的体积是5.6L．

点评 本题考查氧化还原反应的计算，题目难度中等，注意把握硝酸的性质，解答本题的关键是把握氧化还原反应的特点：氧化剂和还原剂得失电子数目相等，（4）为易错点，答题时注意从守恒的角度入手思考．