Question

4．高一某研究性学习小组在化学实验研修时探究氢气还原氧化铜实验．
（1）理论计算：称取24.0g CuO进行实验，若H₂足量，应该可以得到Cu的质量为19.2 g
（2）实验：待24.0g CuO完全变成红色固体，冷却，称量，得固体20.4g．这个反常现象激发了学生的兴趣；
（3）一组学生查阅资料：
Ⅰ．H₂还原CuO时还可能得到氧化亚铜（Cu₂O），Cu₂O为红色固体，不溶于水；
Ⅱ．Cu₂O能与稀硫酸反应：Cu₂O+H₂SO?=CuSO?+Cu+H₂O；
Ⅲ．Cu₂O能与稀硝酸反应：3Cu₂O+14HNO₃（稀）=6Cu（NO₃）₂+2NO↑+7H₂O；
Ⅳ．Cu能与稀硝酸反应：3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
讨论：可以选择足量的稀硫酸（填“稀硫酸”或“稀硝酸”）判断红色固体中混有Cu₂O； 现象是溶液呈蓝色同时有红色固体出现；
（4）另一组学生认为通过计算，即可确认固体成分是Cu与Cu₂O的混合物．
20.4g红色固体中Cu₂O的物质的量为0.075mol；将20.4g红色固体加入到体积为200mL足量的稀硝酸中，被还原的硝酸的物质的量为0.15mol．

Answer 1

分析 （1）根据铜元素守恒计算铜的质量；
（3）根据信息Ⅱ可知，Cu₂O能与稀硫酸反应产生铜和硫酸铜，根据Ⅲ、Ⅳ可知，Cu₂O、Cu都能与稀硝酸反应生成硝酸铜和一氧化氮；
（4）设Cu为xmol，Cu₂O为ymol，根据题意有$\left\{\begin{array}{l}{64x+144y=20.4}\\{80x+80×2y=24}\end{array}\right.$，由此确定Cu₂O的物质的量，红色固体加入到足量的稀硝酸中，铜都被氧化成+2价铜离子，硝酸根中的氮从+5价被还原为+2价的NO，根据电子得失守恒计算被还原的硝酸的物质的量．

解答 解：（1）24.0g CuO中铜元素的质量为$24×\frac{64}{80}$g=19.2g，根据铜元素守恒可知可以得到Cu的质量为19.2g，故答案为：19.2；
（3）根据信息Ⅱ可知，Cu₂O能与稀硫酸反应产生铜和硫酸铜，根据Ⅲ、Ⅳ可知，Cu₂O、Cu都能与稀硝酸反应生成硝酸铜和一氧化氮，所以用硝酸无法判断是否含有Cu₂O，可以选择稀硫酸，若溶液呈蓝色同时有红色固体出现，则说明有Cu₂O，
故答案为：稀硫酸；溶液呈蓝色同时有红色固体出现；
（4）设Cu为xmol，Cu₂O为ymol，根据题意有$\left\{\begin{array}{l}{64x+144y=20.4}\\{80x+80×2y=24}\end{array}\right.$，x=0.15mol，y=0.075mol，所以Cu₂O的物质的量为0.075mol，红色固体加入到足量的稀硝酸中，铜都被氧化成+2价铜离子，电子转移的物质的量为0.15mol×2+0.075mol×2=0.45mol，硝酸根中的氮从+5价被还原为+2价的NO，根据电子得失守恒可知被还原的硝酸的物质的量为$\frac{0.45mol}{3}$=0.15mol，
故答案为：0.075；0.15．

点评 本题考查混合物的计算及实验分析，题目难度大，综合性强，注意从质量守恒和氧化还原反应得失电子守恒的角度分析．