Question

16．氫氣還原氧化銅反應不完全時，得到的是Cu、Cu₂O、CuO的固體混合物．某化學興趣小組為了探究某次氫氣還原CuO實驗最終所得的產物的組成，進行了如下實驗：
①取一定質量的均勻的上述固體混合物A，將其分成兩等份．
②取其中一份用足量的氫氣還原，測得反應后固體的質量減小了3.20g
③另一份加入500mL的稀硝酸，固體恰好完全溶解，且同時收集到標準狀況下NO氣體2.24L．
請回答以下問題：
（1）A中，所含氧元素的物質的量為0.4mol．
（2）A中，n（Cu）+n（Cu₂O）=0.3mol．
（3）所用稀硝酸的物質的量濃度為1.6mol/L．

Answer 1

分析 （1）其中一份用足量的氫氣還原，測得反應后固體的質量減小了3.20g，所以n（O）=$\frac{3.20g}{16g/mol}$×2=0.4mol；
（2）根據電子轉移守恒，每一份中[n（Cu）+n（Cu₂O）]×2=3n（NO），據此計算；
（3）另一份中加入500mL稀硝酸，固體恰好完全溶解，溶液中溶質為Cu（NO₃）₂，且同時收集到標準狀況下NO氣體4.48L，NO的物質的量為$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根據電子轉移守恒可知拆分后Cu、CuO的混合物中2n（Cu）=3n（NO），由銅元素守恒可知n[Cu（NO₃）₂]=n（CuO）+n（Cu），根據氮元素守恒可知n（HNO₃）=n（NO）+2n[Cu（NO₃）₂]，據此計算n（HNO₃），再根據c=$\frac{n}{V}$計算硝酸的濃度．

解答 解：（1）其中一份用足量的氫氣還原，測得反應后固體的質量減小了3.20g，所以n（O）=$\frac{3.20g}{16g/mol}$×2=0.4mol，故答案為：0.4mol；
（2）NO的物質的量為$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
Cu和Cu₂O中的Cu的化合價上升，HNO₃中N的化合價下降，根據電子轉移守恒：
每一份中[n（Cu）+n（Cu₂O）]×2=n（NO）×3=0.3mol，
則每一份中n（Cu）+n（Cu₂O）=0.15mol，
故混合物A中n（Cu）+n（Cu₂O）=0.15mol×2=0.3mol
故答案為：0.3mol；
（3）另一份中加入500mL稀硝酸，固體恰好完全溶解，溶液中溶質為Cu（NO₃）₂，且同時收集到標準狀況下NO氣體2.24L，NO的物質的量為$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，將Cu₂O拆分為Cu、CuO，原混合物看做Cu、CuO的混合物，其中一份用足量的氫氣還原，反應后固體質量減少3.20g為拆分后Cu、CuO的混合物中O元素的質量，O原子的物質的量為$\frac{3.2g}{16g/mol}$=0.2mol，根據Cu元素守恒可知n（CuO）=n（O）=0.2mol；根據電子轉移守恒可知拆分后Cu、CuO的混合物中2n（Cu）=3n（NO）=3×0.1mol，則n（Cu）=0.15mol，由銅元素守恒可知n[Cu（NO₃）₂]=n（CuO）+n（Cu）=0.2mol+0.15mol=0.35mol，根據氮元素守恒可知n（HNO₃）=n（NO）+2n[Cu（NO₃）₂]=0.1mol+2×0.35mol=0.8mol，硝酸的濃度為$\frac{0.8mol}{0.5L}$=1.6mol/L，故答案為：1.6mol/L．

點評 本題考查混合物的計算，難度中等，清楚反應過程是解題的關鍵，本題采取拆分法與守恒法進行解答，簡化計算過程，可以通過列方程解答．