Question

13．將28.8g銅投入100ml濃硝酸中，最后銅剩余，其NO₃^-離子物質的量變化如圖所示，請回答下列問題：
（1）開始反應時濃硝酸的物質的量濃度為10mol/L．
（2）銅與濃硝酸反應生成的氣體在標準狀況下的體積（不考慮NO₂與N₂O₄的平衡）為8.96L．
（3）硝酸完全反應后消耗銅的物質的量是0.3mol．
（4）應再往此反應體系中滴加2mol/L的硫酸100ml，才能使剩余的銅恰好完全溶解．已知此過程中NO₃^-的還原產物為NO．
（5）在常溫下，把NO氣體壓縮到1.01×10⁷Pa，再加熱到500℃，發現氣體的壓強迅速下降，壓強降至略小于原壓強的$\frac{2}{3}$，然后壓強就不再改變．已知其中一種產物為N₂O，則上述變化的化學方程式為3NO=N₂O十NO₂，2NO₂?N₂O₄．

Answer 1

分析 （1）根據開始時硝酸根的物質的量計算硝酸的濃度；
（2）利用氮元素守恒計算氣體的物質的量，再根據V=nV_m計算二氧化氮的體積；
（3）反應結束，溶液中溶質為硝酸銅，根據硝酸根計算消耗n（Cu）；
（4）發生反應：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，據此計算消耗硫酸的物質的量，進而計算需要硫酸的體積；
（5）由N元素的化合價變化及氧化還原反應以及二氧化氮與N₂O₄的化學平衡來分析．

解答 解：（1）由圖可知，開始時n（NO₃^-）=1.0mol，則n（HNO₃）=n（NO₃^-）=1.0mol，則c（HNO₃）=$\frac{1.0mol}{0.1L}$=10mol/L，故答案為：10；
（2）由圖可知，反應結束時，溶液中NO₃^-為0.6mol，根據氮元素守恒，生成氣體的物質的量為1.0mol-0.6mol=0.4mol，標況下二氧化氮的體積為0.4mol×22.4L/mol=8.96L，故答案為：8.96；
（3）溶液中溶質為硝酸銅，由圖可知，反應結束時，溶液中NO₃^-為0.6mol，故消耗n（Cu）=n（硝酸銅）=$\frac{0.6mol}{2}$=0.3mol，故答案為：0.3；
（4）28.8g銅的物質的量為$\frac{28.8g}{64g/mol}$=0.45mol，故剩余Cu為0.45mol-0.3mol=0.15mol，
3 Cu+2 NO₃^-+8 H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
3       2    8
0.15mol      n（H⁺）
則n（H⁺）=$\frac{0.15mol×8}{3}$=0.4mol，故n（H₂SO₄）=0.2mol，則需要硫酸體積為$\frac{0.2mol}{0.2mol/L}$=0.1L=100mL，
故答案為：100；
（5）由信息可知2NO→N₂O，N的化合價降低2價，由氧化還原反應可知，則必有另一變化升高2價，依題意產物為NO₂，該反應為3NO=N₂O+NO₂，此時壓強降至原壓強的$\frac{2}{3}$，如果壓強降至略小于原壓強的$\frac{2}{3}$，是因為存在轉化：2NO₂?N₂O₄．
故答案為：3NO=N₂O+NO₂；2NO₂?N₂O₄．

點評 本題考查化學計算，屬于拼合型題目，涉及守恒法、極限法的運用等，是對學生綜合能力的考查，難度較大