Question

8．已知：CuS、Cu₂S是两种黑色不溶于水的固体，但一定条件下都能与稀HNO₃反应，用离子方程式表示为：
①3CuS+8H⁺+8NO₃^-=3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O
②3Cu₂S+16H⁺+10NO₃^-=6Cu²⁺+3SO₄^2-+10NO↑+8H₂O
现有不同质量的四份CuS、Cu₂S的混合物样品分别和100mL物质的量浓度5mol/L稀硝酸充分反应，所取样品质量与产生气体体积（标准状况下测定）如表所示：

实验序号	a	b	c
样品质量（g）	9.6	12.8	64.0
气体体积（L）	5.04	6.72	V

试回答下列问题（不考虑硝酸的挥发以及溶液体积变化）：
（1）a组实验结束后，溶液中c（NO₃^-）=2.75mol/L；
（2）b组实验结束后，溶液的pH=0；
（3）通过计算分析实验c组中产生气体的体积（V）范围7L＜V＜11.2L．

Answer 1

分析 （1）根据反应可知，生成气体的物质的量与消耗硝酸根离子的物质的量相等，据此计算出反应后a溶液中硝酸根离子浓度；
（2）根据a中数据判断b中混合物恰好完全反应，然后设出混合物中Cu₂S、CuS的物质的量，分别根据总质量、生成气体的物质的量列式计算出Cu₂S、CuS的物质的量；再根据反应方程式计算出反应中消耗氢离子的物质的量，然后根据c=$\frac{n}{V}$计算出消耗氢离子浓度，最后计算出剩余氢离子浓度及溶液的pH；
（3）根据（3）计算出64.0g混合物中含有的CuS、Cu₂S的物质的量，然后利用极值法分别计算出生成NO的物质的量及体积，从而得出V的范围．

解答 解：（1）根据反应①3CuS+8H⁺+8NO₃^-→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O、②3Cu₂S+16H⁺+10NO₃^-→6Cu²⁺+3SO₄^2-+10NO↑+8H₂O可知，反应生成NO气体的物质的量与消耗硝酸根离子的物质的量相等，a实验中生成NO的物质的量为：$\frac{5.04L}{22.4L/mol}$=0.225mol，消耗硝酸的浓度为：$\frac{0.225mol}{0.1L}$=2.25mol/L，则反应后溶液浓度为5mol/L-2.25mol/L=2.75mol/L，
故答案为：2.75mol/L；     
（2）9.6g混合物生成5.04LNO气体，12.8g混合物能够生成一氧化氮的体积为：$\frac{12.8g}{9.6g}$×5.04L=6.72L，说明b中混合物完全反应，
设12.8g的样品中CuS的物质的量为x，Cu₂S的物质的量为y，
根据质量可得：①96x+160y=12.8，
根据生成气体可得：②$\frac{8}{3}$x+$\frac{10}{2}$y=$\frac{6.72L}{22.4L/mol}$=0.3，
根据①②解得：x=y=0.05mol，
根据方程式①3CuS+8H⁺+8NO₃^-→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O、②3Cu₂S+16H⁺+10NO₃^-→6Cu²⁺+3SO₄^2-+10NO↑+8H₂O可知消耗氢离子的物质的量为：n（H⁺）=0.05mol×$\frac{8}{3}$+0.05mol×$\frac{16}{3}$=0.4mol，
故消耗氢离子的浓度为：c（H⁺）=$\frac{0.4mol}{0.1L}$=4mol/L，
所以剩余氢离子浓度为：c（H⁺）=5mol/L-4mol/L=1mol/L，反应后b溶液的pH=0，
故答案为：0；
（3）100mL 5mol/L的稀硝酸中含有硝酸的物质的量为：5mol/L×0.1L=0.5mol，
根据（2）可知，64g样品中CuS、Cu₂S的物质的量为：n（Cu₂S）=n（CuS）=0.05mol×$\frac{64g}{12.8g}$=0.25mol，
若HNO₃只与CuS反应：3CuS+8H⁺+8NO₃^-→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O，0.25molCuS完全反应消耗硝酸：0.25mol×$\frac{8}{3}$＞0.5mol，硝酸不足，则根据反应可知生成NO的物质的量为：0.5mol，标况下NO体积为：V（NO）=0.5mol×22.4L/mol=11.2L；
若HNO₃只与Cu₂S反应：3Cu₂S+16H⁺+10NO₃^-→6Cu²⁺+3SO₄^2-+10NO↑+8H₂O，0.25molCu₂S消耗硝酸：0.25mol×$\frac{16}{3}$＞0.5mol，硝酸不足，根据反应可知生成NO的物质的量为：0.5mol×$\frac{10}{16}$=$\frac{5}{16}$mol，标况下NO体积为：22.4L/mol×$\frac{5}{16}$mol=7L，
所以c组产生气体体积（V）为：7L＜V＜11.2L，
故答案为：7L＜V＜11.2L．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目都能较大，正确判断b中混合物是否完全反应为解答关键，注意掌握质量守恒定律在化学计算中的应用，试题计算量较大，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．