Question

8．现有铜、银合金34.4g与足量的某浓度的硝酸100mL发生反应，将生成的气体与3.36L（标况）氧气混合，通入足量的水中恰好全部吸收，反应后溶液体积仍为100mL．试通过计算回答下列问题：
（1）原固体混合物中铜和银的质量各是多少？
（2）若原硝酸溶液为浓硝酸，反应产生的气体是单一气体，则该反应中被还原的硝酸的物质的量是多少？
（3）合金完全溶解后，若生成的气体在标况下体积为8.96L，反应后溶液中c（H⁺）=5mol/L，则该混合气体中NO和NO₂在标准状况下的体积分别是多少？原硝酸的浓度是多少？

Answer 1

分析 （1）铜、银合金与足量的某浓度的硝酸完全反应，反应生成氮的氧化物与3.36L的O₂（标准状况）混合，通入水中，恰好完全吸收，纵观整个过程，金属提供电子物质的量等于氧气获得电子物质的量，令Cu、Ag的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量及电子转移守恒列方程解答；
（2）若原硝酸溶液为浓硝酸，反应产生的气体是单一气体，则生成气体为NO₂，根据电子转移守恒计算NO₂的物质的量，反应中被还原的硝酸生成NO₂，根据N元素守恒计算被还原硝酸的物质的量；
（3）令NO和NO₂的物质的量分别为a mol、b mol，根据二者体积及电子转移守恒列方程计算，再根据V=nV_m计算各自体积；
反应后溶液中含有为硝酸铜、硝酸银及剩余的硝酸，根据电荷守恒，可知反应后溶液中n（NO₃^-）=n（H⁺）+2n（Cu²⁺）+n（Ag⁺），根据氮元素守恒可知n_原溶液（HNO₃）=n（NO₃^-）+n（NO+NO₂），再根据c=$\frac{n}{V}$计算．

解答 解：（1）铜、银合金与足量的某浓度的硝酸完全反应，反应生成氮的氧化物与3.36L的O₂（标准状况）混合，通入水中，恰好完全吸收，纵观整个过程，金属提供电子物质的量等于氧气获得电子物质的量，令Cu、Ag的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量及电子转移守恒，可得：
$\left\{\begin{array}{l}{64x+108y=34.4}\\{2x+y=\frac{3.36L}{22.4L/mol}×2×（2-0）}\end{array}\right.$
解得x=0.2、y=0.2，
故m（Cu）=0.2mol×64g/mol=12.8g，m（Ag）=0.2mol×108g/mol=21.6g，
答：故合金中Cu的质量为12.8g、Ag的质量为21.6g；
（2）若原硝酸溶液为浓硝酸，反应产生的气体是单一气体，则生成气体为NO₂，氧气的物质的量为$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，根据电子转移守恒，故NO₂的物质的量=$\frac{0.15mol×4}{（5-4）}$=0.6mol，反应中被还原的硝酸生成NO₂，根据N元素守恒，被还原硝酸的物质的量等于NO₂的物质的量，即被还有硝酸的物质的量为0.6mol，
答：被还有硝酸的物质的量为0.6mol；
（3）若生成的气体在标况下体积为8.96L，混合气体的物质的量为$\frac{8.96L}{22.4L/mol}$=0.4mol，令NO和NO₂的物质的量分别为a mol、b mol，根据二者物质的量及电子转移守恒可得：
$\left\{\begin{array}{l}{a+b=0.4}\\{3a+b=0.6}\end{array}\right.$
解得a=0.1、b=0.3，
故V（NO）=0.1mol×22.4L/mol=2.24L；
V（NO₂）=0.3mol×22.4L/mol=6.72L，
反应后溶液中含有为硝酸铜、硝酸银及剩余的硝酸，根据电荷守恒可知反应后溶液中n（NO₃^-）=n（H⁺）+2n（Cu²⁺）+n（Ag⁺）=0.1L×5mol/L+0.2mol×2+0.2mol=0.9mol，根据氮元素守恒可知n_原溶液（HNO₃）=n（NO₃^-）+n（NO+NO₂）=0.9mol+0.4mol=1.3mol，故原硝酸的浓度是$\frac{1.3mol}{0.1L}$=13mol/L，
答：该混合气体中v（NO）=2.24L、v（NO₂）=6.72L原硝酸的浓度为13mol/L．

点评 本题考查氧化还原反应的计算，为高频考点，把握发生的反应、电子及原子守恒为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意守恒法应用，题目难度不大．