Question

13．Ⅰ．3.2g Cu與30mL，8mol/L過量HNO₃反應，硝酸的還原產物為NO，NO₂，反應后溶液中所含H⁺為a mol，則：
①此時溶液中所含的NO₃^-為（0.1+a）mol．
②所生成的NO在標準狀況下體積為11.2（a-0.04） L．（以上結果均用含a的代數式表示）
Ⅱ．某黑色固體甲可能含有氧化銅、硫化銅、硫化亞銅，以及被掩蔽的氧化亞銅．
查閱資料知道：①氧化亞銅在酸性環境下會發生自身氧化還原反應生成Cu²⁺和銅單質，在氧氣流中煅燒，可以轉化為氧化銅．②硫化銅和硫化亞銅常溫下都不溶于稀鹽酸．在氧氣流中煅燒，硫化銅和硫化亞銅都轉化為氧化銅和二氧化硫．為了研究甲的成分，該小組同學在收集到足夠量的固體甲后，進行了如圖所示的實驗：

（1）③中在煅燒過程中一定發生的反應的化學方程式為2CuS+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CuO+2SO₂．
（2）關于固體甲的成分的判斷中，下列說法正確的是BCD
A．固體甲中，CuS和Cu₂S不能同時存在；
B．固體甲中，CuO和Cu₂O至少有一種；
C．固體甲中若沒有Cu₂O，則一定有Cu₂S；
D．固體甲中若存在Cu₂O，也可能有Cu₂S．

Answer 1

分析 Ⅰ．①反應硝酸有剩余，根據守恒守恒：2n（Cu²⁺）+n（H⁺）=n（NO₃^-），據此計算；
②根據N元素守恒計算NO、NO₂總物質的量，再結合電子轉移守恒列方程計算NO的物質的量，根據V=nV_m計算NO的體積；
Ⅱ．（1）固體甲加入稀鹽酸后，得到的藍色溶液，說明固體甲的成分中CuO和Cu₂O至少有一種，硫化銅和硫化亞銅常溫下都不溶于稀鹽酸，濾渣可能含有Cu、Cu₂S、CuS，在灼燒時可能發生反應：Cu+O₂=CuO、Cu₂S+2O₂=2CuO+SO₂ 、2CuS+3O₂=2CuO+2SO₂，從質量變化的角度分析；
（2）結合（1）的分析可知一定存在的反應，再根據固體質量變化進行分析判斷．

解答 解：I．①n（Cu）=$\frac{3.2g}{64g/mol}$=0.05mol，反應后溶液存在Cu²⁺、H⁺、NO₃^-，
其中n（Cu²⁺）=n（Cu）=0.05mol，n（NO₃^-）=amol，
根據溶液呈電中性原則，可知溶液中存在：2n（Cu²⁺）+n（H⁺）=n（NO₃^-），
則n（NO₃^-）=2×0.05mol+amol=（0.1+a）mol，
故答案為：（0.1+a）；
②根據N元素守恒，NO、NO₂總物質的量=0.03L×8mol/L-amol=（0.24-a）mol，
設生成的NO、NO₂的物質的量分別是xmol、ymol，則：x+y=（0.24-a）
由電子轉移守恒，3x+y=0.05×2，
聯立方程，解得x=（0.5a-0.02）
故NO的體積為（0.5a-0.02）mol×22.4L/mol=11.2（a-0.04）L
故答案為：11.2（a-0.04）；
Ⅱ．（1）固體甲加入稀鹽酸后，得到的藍色溶液，說明固體甲的成分中CuO和Cu₂O至少有一種，硫化銅和硫化亞銅常溫下都不溶于稀鹽酸，濾渣可能含有Cu、Cu₂S、CuS，在灼燒時可能發生反應：
Cu+O₂=CuO，導致固體質量增重，
Cu₂S+2O₂=2CuO+SO₂ ，固體質量不變，
2CuS+3O₂=2CuO+2SO₂，固體質量減輕，
而實際固體質量減輕，故一定存在：2CuS+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CuO+2SO₂，
故答案為：2CuS+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CuO+2SO₂；
（2）固體甲加入稀鹽酸后，得到的藍色溶液，說明固體甲的成分中CuO和Cu₂O至少有一種，硫化銅和硫化亞銅常溫下都不溶于稀鹽酸，濾渣可能含有Cu、Cu₂S、CuS，
由（1）分析可知，煅燒時一定存在：2CuS+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CuO+2SO₂，說明甲必有CuS，
若有Cu₂O，煅燒后固體質量減輕，Cu₂S可有可無，與Cu₂O用酸溶解得到Cu、CuS的量有關；
若無Cu₂O，則一定含有CuO，若沒有Cu₂S，則CuS為2g，由2CuS+3O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CuO+2SO₂可知，生成CuO質量為$\frac{2g}{98g/mol}$×80g/mol=1.63g＜1.84g，則一定含有Cu₂S，
經上分析，對于固體甲的成分的判斷中，正確的是BCD，
故答案為：BCD．

點評 本題考查氧化還原反應計算、物質成分測定實驗等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．