Question

【題目】硝酸銅是重要的化工原料，以下三種方法均可得到硝酸銅。

已知：2NO2+2NaOH=NaNO3+ NaNO2+H2O ，NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O（以下涉及到的氣體體積均為標準狀況下數據）：

(1)甲組用a克Cu粉，在加熱的條件下，與空氣充分反應，然后將生成的CuO全部溶于VmL稀硝酸中，制得硝酸銅溶液，則所需稀硝酸的濃度至少為_______mol/L，需要質量分數為ω%，密度為ρg/cm3的濃硝酸_______mL（均用最簡分式表示）。

(2)乙組用b克Cu粉，全部溶于過量的稀硝酸中，溶液質量增重_____克，將生成的氣體通入足量NaOH溶液中并同時通入氧氣的體積至少_______L才能使生成的氣體吸收完全（均用最簡分式表示）。

(3)丙組取某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL，平均分成兩份。向其中一份中逐漸加入銅粉，最多能溶解9.6 g。向另一份中逐漸加入鐵粉，產生氣體的量隨鐵粉質量增加的變化如圖所示(已知硝酸只被還原為NO氣體)。列式計算原混合酸中硝酸的物質的量是多少？____________硫酸的物質的量濃度多少？_________

Answer 1

【答案】 H2SO4濃度為2.5 mol/L HNO3物質的量為0.2 mol

【解析】

(1)由Cu原子、硝酸根離子守恒可知n(HNO3)=2n[Cu(NO3)2]=2n(Cu)，再根據c=計算硝酸濃度；根據c=計算濃硝酸的物質的量濃度，再根據V=計算需要濃硫酸體積；

(2)發生反應：3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，根據差量法計算溶液質量增重；根據電子轉移守恒計算生成NO的物質的量，將NO通入NaOH溶液，同時通入氧氣，氣體被完全吸收，發生反應NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O時需要氧氣最少，計算NO2的物質的量，結合2NO+O2=2NO2計算需要通入氧氣；

(3)由圖象可知，由于鐵過量，OA段發生反應為：Fe+NO3-+4H+=Fe3++NO↑+2H2O，AB段發生反應為：Fe+2Fe3+=3Fe2+，BC段發生反應為Fe+2H+=Fe2++H2↑；根據OA段離子方程式計算原混合酸中NO3-物質的量，與混合溶液中硝酸為每一份中的2倍；最終消耗Fe為14g，此時溶液中溶質為 FeSO4，則n(FeSO4)=n(Fe)，由硫酸根守恒n(H2SO4)=n(FeSO4)，再根據c=計算c(H2SO4)。

(1)由Cu原子、硝酸根離子守恒可知n(HNO3)=2n[Cu(NO3)2]=2n(Cu)=2×=mol，則硝酸濃度為=mol/L；根據c=可知，濃硝酸的物質的量濃度為mol/L=mol/L，需要濃硝酸的體積為=mL；

(2)設溶液質量增重為m，則：

所以，解得：m=g=g，Cu的物質的量為=mol，根據電子轉移守恒，生成NO物質的量為mol×=mol，將NO通入NaOH溶液，同時通入氧氣，氣體被完全吸收，發生反應NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O時需要氧氣最少，則NO2的物質的量為mol×=mol，由2NO+O2=2NO2可知，需要通入氧氣為mol××22.4L/mol=L；

(3)由圖象可知，由于鐵過量，OA段發生反應為：Fe+NO3+4H+=Fe3++NO↑+2H2O，AB段發生反應為：Fe+2Fe3+=3Fe2+，BC段發生反應為Fe+2H+=Fe2++H2↑。OA段發生反應為：Fe+NO3+4H+=Fe3++NO↑+2H2O，硝酸全部起氧化劑作用，OA段消耗Fe為5.6g，所以n(NO3)=n(Fe)==0.1mol，原混合物中硝酸物質的量為0.1mol×2=0.2mol；最終消耗Fe為14g，此時溶液中溶質為FeSO4，則n(FeSO4)=n(Fe)==0.25mol，由硫酸根守恒n(H2SO4)=n(FeSO4)=0.25mol，則c(H2SO4)==2.5mol/L。