Question

14．已知常溫下，硝酸濃度越稀，其還原產物的價態越低．（本題氣體數據均已折算至標準狀況）
（1）將9.65克某銅鋅合金加入到足量的濃硝酸中，得到氣體 6.72L（假設不含N₂O₄），則該合金中銅與鋅的物質的量之比為2：1．
（2）向100mL某濃度的硝酸溶液中加入足量的鐵粉，鐵粉部分溶解，卻無氣體產生．向反應后的溶液中加入過量的氫氧化鈉溶液，過濾后對濾渣進行洗滌后灼燒得到固體物質4.8g，寫出有關反應的化學方程式，并求出該硝酸溶液的物質的量濃度．
（3）將13克鋅加入到200mL 3.6mol/L的硝酸溶液中，鋅全部溶解，得到無色氣體2.464L（已知常溫下N₂O₃為液體），測得反應后的溶液pH=0（假設反應前后溶液體積無變化）．取少量反應后的溶液加入足量的氫氧化鈉溶液并加熱，無刺激性氣味的氣體生成．試求該無色氣體的組成及其物質的量．

Answer 1

分析 （1）6.72LNO₂的物質的量為0.3mol，設Cu為xmol，Zn為ymol，根據質量9.65g與生成NO₂的物質的量0.3mol列式計算；
（2）鐵粉部分溶解，說明生成Fe（NO₃）₂，卻無氣體產生說明即生成NH₄NO₃；
（3）由加入NaOH沒有刺激性氣體產生，得到沒有生成NH₃，則得到的無色氣體為NO、N₂，根據原子守恒和得失電子守恒計算物質的量．

解答 解：（1）標準狀況下，6.72LNO₂的物質的量為$\frac{6.72L}{22.4L/mol}$=0.3mol，設Cu為xmol，Zn為ymol，則
①xmol×64g/mol+ymol×65g/mol=9.65g
②2xmol+2ymol=0.3mol，
①②聯立解得：x=0.1，y=0.05，
因此該合金中銅與鋅的物質的量之比為0.1mol：0.05mol=2：1，
故答案為：2：1；
（2）鐵粉部分溶解，說明生成Fe（NO₃）₂，卻無氣體產生說明即生成NH₄NO₃，所以方程式為10HNO₃+4Fe=4Fe（NO₃）₂+NH₄NO₃+3H₂O，
再加NaOH，Fe（NO₃）₂都轉化成Fe（OH）₂，并進一步轉化成Fe（OH）₃，再灼燒，則生成Fe₂O₃為4.8g，Fe₂O₃的物質的量為$\frac{4.8g}{160g/mol}$=.03mol，
所以Fe為0.03mol×2=0.06mol，HNO₃為0.06mol×$\frac{10}{4}$=0.15mol，因此該硝酸溶液的物質的量濃度為$\frac{0.15mol}{0.1L}$=1.5mol/L，
答：反應的化學方程式為10HNO₃+4Fe=4Fe（NO₃）₂+NH₄NO₃+3H₂O；硝酸溶液的物質的量濃度為1.5mol/L；
（3）13g鋅的物質的量為$\frac{13g}{65g/mol}$=0.2mol，2.464L氣體共$\frac{2.464L}{22.4L/mol}$=0.11mol，HNO₃的物質的量為0.2L×3.6mol/L=0.72mol，測得反應后的溶液pH=0，則剩余H⁺的物質的量為1mol/L×0.2L=0.2mol，因此有0.72mol-0.2mol=0.52mol硝酸發生了反應，
由加入NaOH沒有刺激性氣體產生，得到沒有生成NH₃，NO₂為紅棕色氣體，因此得到的無色氣體為NO、N₂；
化學方程式為20Zn+52HNO₃=20Zn（NO₃）₂+26H₂O+10NO（g）+N₂（g），
因此無色氣體為NO 0.1mol和N₂ 0.01mol，
答：無色氣體有NO和N₂組成，NO 0.1mol，N₂ 0.01mol．

點評 本題考查了化學方程式的計算，側重于化學性質、原子守恒、電荷守恒的應用，題目難度較大，熟悉物質的性質及物質之間的轉化是解題的關鍵．