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(zhì)銅的質(zhì)量分數(shù)（保留2位小數(shù)）．
（2）銅片與硝酸充分反應后，溶液中NO₃^-的物質(zhì)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(xiàn)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(zhì)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(jù)銅元素守恒n（Cu）=n[Cu（OH）₂]=0.3mol，
設單質(zhì)銅為xmol，Cu₂（OH）₂CO₃為ymol，則：
，解得x=0.2，y=0.05，
m（Cu單質(zhì)）=0.2mol×64g/mol=12.8g，
故銅單質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)=×100%=53.56%
答：銅片中單質(zhì)銅的質(zhì)量分數(shù)為53.56%；
（2）由題意可知，反應后硝酸有剩余，溶液中溶質(zhì)為硝酸銅、硝酸，根據(jù)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(zhì)的量濃度==7.6mol/L，
答：溶液中NO₃^-的物質(zhì)的量濃度為7.6mol/L．
（3）設NO₂和NO的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)氮元素守恒可知，二者物質(zhì)的量之和等于原硝酸溶液中硝酸的物質(zhì)的量減去反應后溶液中硝酸根的物質(zhì)的量，則：x+y=0.1×9-0.76，
再根據(jù)電子轉移守恒有：x+3y=0.2×2，
聯(lián)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(jù)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(zhì)的量=0.14mol+0.1mol=0.24mol，
答：參加反應的NaOH的物質(zhì)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(jù)銅元素守恒n（Cu）=n[Cu（OH）₂]，設單質(zhì)銅為xmol，Cu₂（OH）₂CO₃為ymol，根據(jù)二者質(zhì)量之和及銅原子的物質(zhì)的量之和列方程計算，根據(jù)m=nM計算Cu單質(zhì)的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量分數(shù)定義計算；
（2）由題意可知，反應后硝酸有剩余，溶液中溶質(zhì)為硝酸銅、硝酸，根據(jù)硝酸根守恒可知，溶液中n（NO₃^-）=n（HNO₃）+2n[Cu（NO₃）₂]，根據(jù)銅原子守恒n[Cu（NO₃）₂]=n（Cu），再根據(jù)c=計算；
（3）設NO₂和NO的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)氮元素守恒可知，二者物質(zhì)的量之和等于原硝酸溶液中硝酸的物質(zhì)的量減去反應后溶液中硝酸根的物質(zhì)的量，再根據(jù)電子轉移守恒列方程，據(jù)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(zhì)的量，根據(jù)反應的NO計算最少應通入n（O₂），再根據(jù)V=nV_m計算；
②由化學式NaNO₃、NaNO₂可知，氮原子與鈉原子物質(zhì)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(jù)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(jù)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(jù)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．