Question

8．實驗室里將32克銅與100mL一定濃度的硝酸恰好完全反應，產生的NO和NO₂混合氣體在標況下的體積為13.44L，計算：
（1）能生成多少升NO（標準狀況下）？
（2）被還原的HNO₃的物質的量？
（3）硝酸的物質的量濃度是多少？
（4）將銅和硝酸產生的氣體收集于一倒置于水槽的容器中，欲使水充滿整個容器，應向容器中通入標準狀況下O₂多少升？

Answer 1

分析 n（Cu）=$\frac{32g}{64g/mol}$=0.5mol，銅與濃硝酸反應生成NO₂，隨著反應的進行，硝酸的濃度逐漸降低，稀硝酸與銅反應生成NO，NO₂、NO的物質的量共為：$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，
（1）設混合氣體中含有NOxmol，則含有二氧化氮為（0.6-x）mol，根據電子守恒計算出NO的物質的量，最高價V=nVm計算出標準狀況下NO體積；
（2）被還原的硝酸的物質的量等于生成NO₂、NO的總的物質的量；
（3）n（Cu）=0.5mol，反應后生成Cu（NO₃）₂、NO和NO₂，且NO和NO₂的物質的量總共為0.6mol，據此可計算出硝酸的總物質的量，然后根據c=$\frac{n}{V}$計算出該硝酸的物質的量濃度；
（4）若要使水恰好充滿容器，則NO₂、NO與氧氣和水完全反應生成硝酸，根據電子守恒可知硝酸與銅反應得到電子的物質的量應等于O₂氧化NO₂、NO生成硝酸得到電子的物質的量，也等于0.5molCu失去電子的物質的量，根據關系式2Cu～O₂計算出氧氣的體積．

解答 解：n（Cu）=$\frac{32g}{64g/mol}$=0.5mol，銅與濃硝酸反應生成NO₂，隨著反應的進行，硝酸的濃度逐漸降低，稀硝酸與銅反應生成NO，NO₂、NO的物質的量共為：$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，
（1）設混合氣體中含有NOxmol，則含有二氧化氮為（0.6-x）mol，根據電子守恒可得：0.5mol×2=（5-2）x+（0.6-x）×（5-4），解得：x=0.2mol，
標準狀況下0.2molNO氣體的體積為：22.4L/mol×0.2mol=4.48L，
答：生成NO氣體在標準狀況下的體積為4.48L；
（2）NO₂、NO的物質的量共0.6mol，被還原的硝酸的物質的量等于生成NO₂、NO的總的物質的量，為0.2mol，
答：被還原的HNO₃的物質的量為0.6mol；
（3）n（Cu）=0.5mol，反應后生成Cu（NO₃）₂、NO和NO₂，且NO和NO₂的物質的量總共為0.6mol，則反應中消耗HNO₃的物質的量為：2n（Cu（NO₃）₂）+n（NO）+n（NO₂）=2×0.5mol+0.6mol=1.6mol，
所以原硝酸的物質的量濃度為：$\frac{1.6mol}{0.1L}$=16mol/L，
答：原硝酸的物質的量濃度16mol/L；
（4）將收集上述氣體的容器倒扣在盛有水的水槽中，并向其中緩慢通入O₂，使其充分反應，若要使水恰好充滿容器，則NO₂、NO與氧氣和水完全反應生成硝酸，根據電子守恒可知硝酸與銅反應得到電子的物質的量應等于O₂氧化NO₂、NO生成硝酸得到電子的物質的量，也等于0.5molCu失去電子的物質的量，
設需通入O₂的體積為x，由電子守恒，可得：
2Cu～O₂
2mol   22.4L
0.5mol    x
2mol：22.4L=0.5mol：x
解得：x=5.6L，
答：理論上需要通入O₂的在標準狀況的體積是5.6L．

點評 本題考查氧化還原反應的計算，題目難度中等，注意把握硝酸的性質，解答本題的關鍵是把握氧化還原反應的特點：氧化劑和還原劑得失電子數目相等，（4）為易錯點，答題時注意從守恒的角度入手思考．