Question

將23.9g表面已銹蝕成銅綠[Cu₂（OH）₂CO₃]的銅片投入100mL 9mol/L的硝酸中，充分反應后，固體全部溶解，硝酸只被還原成NO₂和NO（假設生成氣體全部逸出），反應后溶液中H⁺ 為0.16mol（不考慮Cu²⁺ 的水解）．往反應后的溶液中加入過量的NaOH溶液，濾出沉淀，洗滌、干燥后得到29.4g藍色固體．求：
（1）銅片中單質銅的質量分數（保留2位小數）．
（2）銅片與硝酸充分反應后，溶液中NO₃^-的物質的量濃度（假設反應前溶液的體積不變）．
（3）生成NO₂和NO氣體的體積比．
（4）已知2NO₂+2NaOH→NaNO₃+NaNO₂+H₂O，NO+NO₂+2NaOH→2NaNO₂+H₂O．現將反應后生成的氣體用過量NaOH溶液吸收，為使氮氧化物充分吸收，還需通入一定量氧氣．
①最少應通入氧氣的體積（標準狀況）．
②參加反應的NaOH的物質的量．

Answer 1

解：干燥后得到29.4g藍色固體為Cu（OH）₂，n[Cu（OH）₂]==0.3mol，
（1）根據銅元素守恒n（Cu）=n[Cu（OH）₂]=0.3mol，
設單質銅為xmol，Cu₂（OH）₂CO₃為ymol，則：
，解得x=0.2，y=0.05，
m（Cu單質）=0.2mol×64g/mol=12.8g，
故銅單質的質量分數=×100%=53.56%
答：銅片中單質銅的質量分數為53.56%；
（2）由題意可知，反應后硝酸有剩余，溶液中溶質為硝酸銅、硝酸，根據硝酸根守恒可知，溶液中n（NO₃^-）=n（HNO₃）+2n[Cu（NO₃）₂]=0.16mol+2×0.3mol=0.76mol，
故溶液中NO₃^-的物質的量濃度==7.6mol/L，
答：溶液中NO₃^-的物質的量濃度為7.6mol/L．
（3）設NO₂和NO的物質的量分別為xmol、ymol，根據氮元素守恒可知，二者物質的量之和等于原硝酸溶液中硝酸的物質的量減去反應后溶液中硝酸根的物質的量，則：x+y=0.1×9-0.76，
再根據電子轉移守恒有：x+3y=0.2×2，
聯立方程，解得x=0.01，y=0.13
故生成NO₂和NO氣體的體積比=0.01mol：0.13mol=1：13，
答：生成NO₂和NO氣體的體積比為1：13，
（4）①當NO：NO₂=1：1時需要氧氣最少，則加入氧氣后NO的物質的量=×（0.01mol+0.13mol）=0.07mol，故與氧氣反應轉化為二氧化氮的NO的物質的量為：0.13mol-0.07mol=0.06mol，2NO+O₂=2NO₂可知，需要氧氣最少為×0.06mol=0.03mol，體積為0.03mol×22.4L/mol=0.672L，
答：最少應通入氧氣的體積為0.672L．
②由化學式NaNO₃、NaNO₂可知，氮原子與鈉原子物質的量之比為1：1，故n（NaOH）=n（N）=0.01mol+0.13mol=0.14mol，
放出的氣體中含有二氧化碳，二氧化碳與氫氧化鈉反應生成碳酸鈉，根據碳原子守恒計算n（Na₂CO₃）=n[Cu₂（OH）₂CO₃]=0.05mol，由鈉離子守恒可知n（NaOH）=2n（Na₂CO₃）=0.1mol，
故消耗的氫氧化鈉的物質的量=0.14mol+0.1mol=0.24mol，
答：參加反應的NaOH的物質的量為0.24mol．
分析：干燥后得到29.4g藍色固體為Cu（OH）₂，n[Cu（OH）₂]==0.3mol，
（1）根據銅元素守恒n（Cu）=n[Cu（OH）₂]，設單質銅為xmol，Cu₂（OH）₂CO₃為ymol，根據二者質量之和及銅原子的物質的量之和列方程計算，根據m=nM計算Cu單質的質量，根據質量分數定義計算；
（2）由題意可知，反應后硝酸有剩余，溶液中溶質為硝酸銅、硝酸，根據硝酸根守恒可知，溶液中n（NO₃^-）=n（HNO₃）+2n[Cu（NO₃）₂]，根據銅原子守恒n[Cu（NO₃）₂]=n（Cu），再根據c=計算；
（3）設NO₂和NO的物質的量分別為xmol、ymol，根據氮元素守恒可知，二者物質的量之和等于原硝酸溶液中硝酸的物質的量減去反應后溶液中硝酸根的物質的量，再根據電子轉移守恒列方程，據此解答；
（4）①當NO：NO₂=1：1時需要氧氣最少，計算通入氧氣后NO：NO₂的物質的量，根據反應的NO計算最少應通入n（O₂），再根據V=nV_m計算；
②由化學式NaNO₃、NaNO₂可知，氮原子與鈉原子物質的量之比為1：1，故n（NaOH）=n（N），放出的氣體中含有二氧化碳，二氧化碳與氫氧化鈉反應生成碳酸鈉，由鈉離子守恒可知n（NaOH）=2n（Na₂CO₃），根據碳原子守恒計算n（Na₂CO₃），上述兩部分氫氧化鈉之和為消耗的氫氧化鈉，據此解答．
點評：本題考查混合物的有關計算，難度較大，注意根據守恒進行的計算，清楚反應過程是解題的關鍵，（4）②為易錯點，學生容易忽略氣體中二氧化碳與氫氧化鈉反應．