Question

18．在稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中，加入銅粉．
（1）若將100mL 2mol/L HNO₃和100mL 1mol/L H₂SO₄混合后，加入19.2g 銅粉，微熱，充分反應(yīng)．
①若忽略溶液體積變化，溶液中銅離子物質(zhì)的量濃度為0.75mol/L
②生成氣體折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積2.24L；
③若使銅粉全部溶解，還需加入1mol/L H₂SO₄200mL
（2）若c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）=5.0mol•L^-1．取200mL該混合酸，則能溶解銅的最大質(zhì)量為38.4g．

Answer 1

分析 （1）n（ HNO₃）=2mol/L×0.1L=0.2mol，n（ H₂SO₄）=1mol/L×0.1L=0.1mol，n（Cu）=$\frac{19.2g}{64g/mol}$=0.3mol．
溶液中n（H⁺）=0.2mol×1+0.1mol×2=0.4mol
n（NO₃^-）=0.2mol×1=0.2mol
①②根據(jù)離子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，氫離子不足，故生成Cu²⁺、NO物質(zhì)的量應(yīng)根據(jù)H⁺的物質(zhì)的量來(lái)計(jì)算；
③根據(jù)分析可知，若使金屬銅完全反應(yīng)，還缺少0.4mol氫離子，據(jù)此分析．
（2）溶液體積為200mL，而c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）=5.0mol•L^-1，據(jù)此可知n（SO₄^2-）+n（NO₃^-）=5.0mol•L^-1×0.2L=1mol；
，而當(dāng)混合酸溶液中n（H⁺）：n（NO₃^-）=8：2=4：1時(shí)，所能溶解的銅的量最多，據(jù)此計(jì)算．

解答 解：（1）n（ HNO₃）=2mol/L×0.1L=0.2mol，n（ H₂SO₄）=1mol/L×0.1L=0.1mol，n（Cu）=$\frac{19.2g}{64g/mol}$=0.3mol．
溶液中n（H⁺）=0.2mol×1+0.1mol×2=0.4mol           n（NO₃^-）=0.2mol×1=0.2mol
①根據(jù)離子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，氫離子不足，故生成Cu²⁺的物質(zhì)的量應(yīng)根據(jù)H⁺的物質(zhì)的量來(lái)計(jì)算．設(shè)生成的銅離子的物質(zhì)的量為xmol，則有：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
                          8                           3
                      0.4mol                     xmol
故有：$\frac{8}{0.4mol}=\frac{3}{xmol}$
解得x=0.15mol
而反應(yīng)后溶液體積為200mL，故反應(yīng)后溶液中銅離子的物質(zhì)的量濃度c=$\frac{0.15mol}{0.2L}$=0.75mol/L．
故答案為：0.75．
②根據(jù)離子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，氫離子不足，故生成NO物質(zhì)的量應(yīng)根據(jù)H⁺的物質(zhì)的量來(lái)計(jì)算，設(shè)生成的NO的物質(zhì)的量為ymol，則有：
3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
                          8                                 2
                      0.4mol                          ymol
則有：$\frac{8}{0.4mol}=\frac{2}{ymol}$
解得y=0.1mol
在標(biāo)況下的體積V=nVm=0.1mol×22.4L/mol=2.24L
故答案為：2.24；
③根據(jù)題干分析可知，若使金屬銅完全反應(yīng)，還缺少0.4mol氫離子，即需要的硫酸的物質(zhì)的量為0.2mol，則需要的1mol/L H₂SO₄的體積V=$\frac{0.2mol}{1mol/L}$=0.2L=200mL
故答案為：200mL．
（2）由于混合溶液中c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）=5.0mol•L^-1，且溶液體積為200mL，故有：n（SO₄^2-）+n（NO₃^-）=[c（SO₄^2-）+c（NO₃^-）]×0.2L=5.0mol•L^-1×0.2L=1mol．
而當(dāng)混合酸溶液中n（H⁺）：n（NO₃^-）═8：2=4：1時(shí)，所能溶解的銅的量最多．
設(shè)混合溶液中硫酸的物質(zhì)的量為xmol，硝酸的物質(zhì)的量為ymol，當(dāng)溶解的銅的質(zhì)量最多時(shí)，有：
x+y=1  ①
$\frac{2x+y}{y}$=4  ②
解①②可得：x=0.6mol     y=0.4mol
即溶液中n（NO₃^-）=0.4mol．
設(shè)所能溶解的銅的物質(zhì)的量為zmol，則有：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
                                                                 3                         2                           
                                                                 zmol                 0.4mol
則有：$\frac{3}{zmol}=\frac{2}{0.4mol}$
解得z=0.6mol
即最多溶解的銅的質(zhì)量m=0.6mol×64g/mol=38.4g
故答案為：38.4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了混合溶液中化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算，綜合性較強(qiáng)，難度適中，是一道好題．解題時(shí)應(yīng)注意的是銅雖然和稀硫酸不反應(yīng)，但稀硫酸能為銅和硝酸根的反應(yīng)提供氫離子．