Question

20．銅與某濃度的硝酸反應后產生氣100mL（標況），該混合氣體的密度是相同狀況下H₂密度的26.7倍，將此氣體在密閉容器中用水充分吸收后，剩余氣體的體積為70mL（標況）
（1）該混合氣各組分的體積是多少ml？
（2）被還原的硝酸是多少克？

Answer 1

分析 （1）生成的混合氣體相對分子質量為26.7×2=53.4，則混合氣體一定含有NO₂、N₂O₄，若生成的混合氣體沒有NO，由3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO、3N₂O₄+2H₂O=4HNO₃+2NO，全部為N₂O₄用水吸收可以得到NO體積最大為100mL×$\frac{2}{3}$=66.7mL＜70mL，故生成的氣體中含有NO，即為NO₂、N₂O₄、NO混合氣體，令NO₂、N₂O₄、NO體積分別為xmL、ymL、zmL，根據總體積、剩余氣體體積、混合氣體平均相對分子質量列方程計算解答；
（2）計算各氣體物質的量，根據N原子守恒計算被還原硝酸物質的量，再根據m=nM計算被還原硝酸質量．

解答 解：（1）生成的混合氣體相對分子質量為26.7×2=53.4，則混合氣體一定含有NO₂、N₂O₄，若生成的混合氣體沒有NO，由3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO、3N₂O₄+2H₂O=4HNO₃+2NO，全部為N₂O₄用水吸收可以得到NO體積最大為100mL×$\frac{2}{3}$=66.7mL＜70mL，故生成的氣體中含有NO，即為NO₂、N₂O₄、NO混合氣體，令NO₂、N₂O₄、NO體積分別為xmL、ymL、zmL，則：
由總體積可得：x+y+z=100
由水吸收后剩余氣體體積可得：$\frac{1}{3}$x+$\frac{2}{3}$y+z=70
由平均相對分子質量可得：$\frac{46x+92y+30z}{x+y+z}$=53.4，
聯立方程解得x=y=30，z=40
答：該混合氣體中NO₂為30mL、N₂O₄為30mL、NO為40mL；
（2）根據N原子守恒，被還原硝酸物質的量=$\frac{0.03L}{22.4L/mol}$+2×$\frac{0.03L}{22.4L/mol}$+$\frac{0.04L}{22.4L/mol}$=$\frac{0.13}{22.4}$mol，故被還原硝酸的質量為$\frac{0.13}{22.4}$mol×63g/mol≈0.37g，
答：被還原硝酸的質量為0.37g．

點評 本題考查混合物有關計算，關鍵是判斷生成氣體的組成，側重考查學生分析計算能力，難度較大．