Question

將128 g銅置入一定量的濃硝酸中，并微熱，隨著銅的不斷減少，反應生成的氣體顏色逐漸變淺，當銅反應完畢時（銅片完全消失），共收集到NO₂和NO的混合氣體44.8 L氣體（標準狀況），求：
（1）寫出上述過程中，有關反應的化學方程式（4分）。
______________________________________________________、
______________________________________________________。
（2）完成該反應至少需要量取10mol/L的濃硝酸_________mL（4分）。
（3）求混合氣體中NO₂、NO的體積（6分，請寫出計算步驟）。
（4）將收集上述氣體的容器倒扣在盛有水的水槽中，并向其中緩慢通入O₂，使其充分反應，若要使水恰好充滿容器，求理論上需要參加反應的O₂的物質的量（4分，請寫出計算步驟）。

Answer 1

（共18分，本大題其它合理解法也得分）
（1）Cu+4HNO₃(濃) = Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+ 2H₂O 
3Cu+8HNO₃(稀) = 3Cu(NO₃)₂+2NO↑+ 4H₂O
（2）根據N元素守恒，HNO₃被還原后生成NO₂、NO，混合氣體中
Cu+4HNO₃(濃) = Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+ 2H₂O 
4                    2
n(濃HNO₃)=2mol       1mol     
3Cu+8HNO₃(稀) = 3Cu(NO₃)₂+2NO↑+ 4H₂O
8                     2
n(稀HNO₃)=4mol          1mol
故 n(HNO₃) =6mol 
V (HNO₃) = n(HNO₃) / c(HNO₃) =" 6mol" / (10mol/L) =" 0.6" L =" 600mL"
（3）設混合氣中n(NO₂)=x   n(NO)="y" ，則x+y="44.8" L/ 22.4 L /mol = 2mol-----①（2分）
根據反應方程式
Cu+4HNO₃(濃) = Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+ 2H₂O 
1                         2
0.5x                       x
3Cu+8HNO₃(稀) = 3Cu(NO₃)₂+2NO↑+ 4H₂O
3                         2
1.5y                       y
0.5x+1.5y ="128" g / (64 g/mol) = 2mol----②（2分）
聯立方程式得 x=1mol  y="1mol" （1分）
所以V(NO₂)= 1mol ×22.4 L /mol=22.4L   V(NO)=" 1mol" ×22.4 L /mol="22.4L" （1分）
（4）根據電子守恒，可得：
2Cu  —— O₂   （2分）
128       1
128g       n(O₂)=1mol  （2分）

解析試題分析：（1）、濃硝酸與銅反應式為Cu+4HNO₃(濃) = Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+ 2H₂O，反應進行到一定程度，濃硝酸變為稀硝酸，反應式變為3Cu+8HNO₃(稀) = 3Cu(NO₃)₂+2NO↑+ 4H₂O；（2）、由m/M可知n(Cu)=2mol，由V/V_m可知n(NO₂)+n(NO)=2mol，設被濃硝酸氧化的銅為xmol，被硝酸氧化的銅為ymol，由反應式可知生成2xmolNO₂、2y/3molNO，則x+y=2、2x+2y/3=2，解方程組，x=0.5，y=1.5；由反應式可知共消耗的n(HNO₃)=(4x+8y/3)mol=6mol，由n/c可知V=0.6L=600mL；（3）、由n?V_m可知，V(NO₂)=11.2L，V(NO)=33.6L；（4）、NO₂與O₂溶于水變成硝酸的反應式為4 NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，NO與O₂溶于水變成硝酸的反應式為4 NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，由反應式可知氧化NO₂的O₂為1mol/4，氧化NO的O₂為3×1/4mol，因此理論上共消耗的O₂為1mol/4+3×1/4mol=1mol。
考點：考查硝酸的性質、物質的量在化學方程式計算中的應用、氮氧化物的性質等相關知識。