Question

已知：CuS、Cu₂S是兩種黑色不溶于水的固體，但一定條件下都能與稀HNO₃反應，用離子方程式表示為：
①3CuS＋8H^＋＋8NO₃^－＝3Cu^2＋＋3SO₄^2－＋8NO↑＋4H₂O
②3Cu₂S＋16H^＋＋10NO₃^－＝6Cu^2＋＋3SO₄^2－＋10NO↑＋8H₂O
現有不同質量的四份CuS、Cu₂S的混合物樣品分別和100mL物質的量濃度5mol/L稀硝酸充分反應，所取樣品質量與產生氣體體積（標準狀況下測定）如下表所示：

實驗序號	a	b	c
樣品質量(g)	9.6	12.8	64.0
氣體體積(L)	5.04	6.72	V

 
試回答下列問題（不考慮硝酸的揮發以及溶液體積變化）：
（1）a組實驗結束后，溶液中c(NO₃^－)＝         ；
（2）b組實驗結束后，溶液的pH＝           ；
（3）通過計算分析實驗c組中產生氣體的體積（V）范圍                    。

Answer 1

（1）2.75mol/L
（2） 0
（3）7L< V <11.2L

（1）設9.6g的樣品中CuS的物質的量為x，Cu₂S的物質的量為y
96x＋160y＝9.6           8x/3＋10y/3＝0.225
解得：x＝y＝0.0375mol， c(NO₃^－)= （0.5mol－0.225 mol）/0.4L=2.75mol/L
（亦可根據N原子守恒來求）
（2）設12.8g的樣品中CuS的物質的量為x，Cu₂S的物質的量為y
96x＋160y＝12.8
8x/3＋10y/3＝0.3
解得：x＝y＝0.05mol
根據方程式①、②可知消耗n(H^＋)＝0.05mol×8/3＋0.05mol×16/3＝0.4mol
故剩余n(H^＋)＝0.1mol，c(H^＋)＝1mol/L  pH＝0
（3）首先判斷64g樣品中CuS、Cu₂S的物質的量皆為0.25mol，分別跟0.5mol硝酸反應時均過量。因此采用極端假設法思考：
若HNO₃均與CuS反應：硝酸不足，則V(NO)＝0.5mol×22.4L/mol＝11.2L
若HNO₃均與Cu₂S反應：硝酸不足，則V(NO)＝0.5mol×10/16×22.4L/mol＝7L
所以：c中產生氣體體積（V）等于7L< V <11.2L。