Question

金屬及其化合物變化多，用途廣。請完成下列計算：
（1）等物質(zhì)的量的鎂在氧氣中充分灼燒，產(chǎn)物質(zhì)量為a g，比它在空氣中灼燒所得產(chǎn)物增重b g。它在空氣中灼燒后的產(chǎn)物中Mg₃N₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是                （用a、b表示，只考慮空氣中氮氣、氧氣參與反應(yīng)）。
（2）硬鋁（因其主要成分，在此僅看作Al-Cu合金）常用于建筑裝潢。1.18g某種硬鋁恰好與10mL某濃度的硝酸完全反應(yīng)，生成的混合氣體（其中NO₂與NO的體積比為2：1）再與448mL氧氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況）混合，恰好能被水完全吸收。
①計算該硝酸的物質(zhì)的量濃度。
②計算并確定此種硬鋁的化學(xué)式。
（3）取5.1g Al-Mg合金與200mL 1mol·L^-1的NaOH(aq)充分反應(yīng)，產(chǎn)生氣體a L。過濾，向濾液中通入V L CO₂后開始出現(xiàn)沉淀，繼續(xù)通入CO₂使沉淀完全。過濾、洗滌、干燥、灼燒，得到固體5.1 g。則a =        ，V =         。（氣體體積均為標(biāo)準(zhǔn)狀況）
（4）向Cu、Cu₂O和CuO的混合粉末中加入500mL 0.6 mol·L^-1 HNO₃(aq)，恰好完全溶解，同時收集到1120 mL NO（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。通過計算推斷混合粉末中Cu的物質(zhì)的量。

Answer 1

（1）（2分）
（2）①12.8 mol/L    （3分）
②設(shè)硬鋁中： Al x mol 、Cu y mol
x=0.02mol，y=" 0.01" mol        所以該硬鋁的化學(xué)式為Al₂Cu 。 （3分）
（3）a= 3.36（2分） 、 V= 1.12 （2分）
（4）0.025＜n(Cu)＜0.075    （4分）

試題分析：
（1）在氧氣中生成氧化鎂，在空氣中生成氧化鎂和假設(shè)在相同量1mol的鎂分別在氧氣和空氣燃燒，那么質(zhì)量相差為1molMgO(40g),1/3 mol Mg₃N₂(100/3)g，質(zhì)量相差40g－(100/3)g＝20/3 g,要使質(zhì)量相差b g，則生成Mg₃N₂的質(zhì)量為(100/3)*b/(20/3 )g,=5b，而空氣中灼燒后的產(chǎn)物質(zhì)量為a-b，Mg₃N₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是。
（2）根據(jù)電子的是守恒：金屬失去的電子=HNO3得到的電子="NO" NO2混合氣體失去的電子=氧氣得到的電子 n(O2)=0.448/22.4=0.02mol則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n(e-)=0.02*4=0.08mol
設(shè)合金中n(Al)="xmol" n(Cu)=ymol則3x+2y=0.08
27x+64y=1.18得到x=0.02  y=0.01    NO₂ NO混合氣體中
設(shè)NO物質(zhì)的量=a，則NO₂物質(zhì)的量=2a；3a+2a=0.08；a=0.016
n(HNO₃)=0.02*3+0.01*2+3*0.016=0.128mol；c(HNO3)=0.128/0.01=12.8mol/L；
合金化學(xué)式為Al₂Cu
（3）產(chǎn)生氣體a L為氫氣，2AL-----3H₂    灼燒，得到固體5.1 g是氧化鋁，其物質(zhì)的量為0.05mol，根據(jù)鋁元素守恒可知AlO₂^-的物質(zhì)的量為0.1mol，根據(jù)關(guān)系式2AlO₂^-  ------可求出CO₂的物質(zhì)的量為0.05mol，故V= 1.12，根據(jù)關(guān)系式2AL-----3H₂ 求得氫氣物質(zhì)的量為0.15mol，故a= 3.36
（4）本題為混合物的計算，若建立方程組求解，則解題過程較為繁瑣。若抓住反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)利用守恒關(guān)系進行求解，則可達(dá)到化繁為簡的目的。
利用氮(N)原子守恒。n（HNO₃）= 0.3mol，n（NO）= 0.05mol，則n（Cu(NO₃)₂）=（0.3-0.05）/2=0.125mol
本題混合物中雖含有Cu、Cu₂O和CuO三種物質(zhì)，但參加氧化還原反應(yīng)的只有 Cu、Cu₂O，所以利用電子守恒可直接求解。轉(zhuǎn)移電子總數(shù)：n（e-）= n（NO）×3=0.15mol
設(shè)Cu的物質(zhì)的量為Xmol，Cu則提供電子數(shù)：2Xmol
Cu₂O提供電子數(shù)： 0.15-2Xmol
n（Cu₂O）=（0.15-X）/2  mol  n（CuO）= 0.125-X-（0.15-2X）=0.025－X
根據(jù)電子守恒進行極端假設(shè)：
若電子全由Cu提供則n（Cu）=0.075mol；
若電子全由Cu₂O提供則n（Cu₂O）=0.075mol，則n（Cu²⁺）>0.125mol,不可能，但n（CuO）= 0.125-X-（0.15-2X）=－0.025+X>0,解得X>0.025
所以0.025mol < n（Cu）<0.075mol。