Question

6．在50mL a mol•L^-1的硝酸溶液中，加入6.4g Cu，全部溶解，假设硝酸的还原产物只有NO₂和NO，将反应后溶液用蒸馏水稀释至100mL时测得c（NO₃^-）=3mol•L^-1
（1）求稀释后的溶液中H⁺的物质的量浓度
（2）若a=9，求生产的气体中NO₂的物质的量
（3）治理氮氧化物污染的方法之一是用NaOH溶液进行吸收，反应原理如下：
NO₂+NO+2NaOH═2NaNO₂+H₂O
2NO₂+2NaOH═NaNO₂+NaNO₃+H₂O
若将上述的NO₂和NO的混合气体通入1mol•L^-1的NaOH溶液恰好被吸收，求需要NaOH溶液的体积．

Answer 1

分析 （1）溶液c（Cu²⁺）=n（Cu），由电荷守恒可知溶液中c（NO₃^-）=c（H⁺）+2c（Cu²⁺），据此计算c（H⁺）；
（2）根据N元素守恒，可知n（NO₂）+n（NO）=n_硝酸溶液（HNO₃）-n_{反应后溶液}（NO₃^-），令NO₂、NO的物质的量分别为xmol、ymol，利用电子转移守恒、二者的物质的量之和列方程计算．
（3）反应后为NaNO₂、NaNO₃混合溶液，根据N元素守恒可知，n（NaNO₂）+n（NaNO₃）=n（NO₂）+n（NO），根据钠元素守恒可知，n（NaOH）=n（NaNO₂）+n（NaNO₃），再根据V=$\frac{n}{c}$计算．

解答 解：（1）6.4g Cu的物质的量为$\frac{6.4g}{64g/mol}$=0.1mol，所以溶液n（Cu²⁺）=n（Cu）=0.1mol，溶液中c（NO₃^-）=c（H⁺）+2c（Cu²⁺），所以溶液中c（H⁺）=2c（Cu²⁺）-c（NO₃^-）=$\frac{0.1mol}{0.05L}$×2-3mol/L=1mol/L，
答：稀释后的溶液中H⁺的物质的量浓度为1mol/L；
（2）根据N元素守恒，可知n（NO₂）+n（NO）=n_硝酸溶液（HNO₃）-n_{反应后溶液}（NO₃^-）=0.05L×9mol/L=0.45mol-0.1L×3mol/L=0.15mol，
令NO₂、NO的物质的量分别为xmol、ymol，则：
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.15}\\{x+3y=0.1×2}\end{array}\right.$，
解得x=0.125，y=0.025．
答：气体中NO₂的物质的量为0.125mol；
（3）反应后为NaNO₂、NaNO₃混合溶液，根据N元素守恒可知，n（NaNO₂）+n（NaNO₃）=n（NO₂）+n（NO）=0.15mol，根据钠元素守恒可知，n（NaOH）=n（NaNO₂）+n（NaNO₃）=0.15mol，NaOH溶液的体积为$\frac{0.15mol}{1L}$=0.15L=150mL，
答：需要NaOH溶液的体积为150mL．

点评 本题考查氧化还原反应的有关计算，为高频考点，把握发生的反应、原子守恒、电荷守恒、原子守恒等为解答的关键，侧重守恒法及分析、计算能力的考查，题目难度中等．