问题 问答题

硝酸与金属反应是硝酸的重要化学性质之一,请阅读下文并解答有关问题.

(1)ag铜与bmL浓HNO3充分反应后得到V1L红棕色气体X,且溶液中余下cg铜;再将此红棕色气体通过水变成V2L无色气体Y(气体已转换成标准状况下的体积,设题中产生的氮的化合物分子中均含有一个氮原子.)

①当反应生成X气体时有多少克氮元素被还原?

②计算X气体中各组分的物质的量.

(2)若在(1)反应余下的溶液中加入过量的稀H2SO4使留下的cg铜恰好完全溶解;此时溶液中只留下一种盐.

①写出此时发生的化学反应方程式

②计算a与c的质量比及浓HNO3的物质的量浓度.

答案

(1)铜与浓硝酸反应的方程式为:发生的反应有:Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO32+2NO2↑+2H2O,随着反应的进行,硝酸浓度降低,则发生:3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO32+2NO↑+4H2O,则红棕色气体为NO2和NO的混合物,

①根据N元素守恒,被还原的硝酸即为生成NO2和NO的物质的量,n(NO2)+n(NO)=

V1
22.4
mol,

m(N)=

V1
22.4
mol×14g/mol=
7V1
11.2
g,

答:当反应生成X气体时有

7V1
11.2
g氮元素被还原;

②再将此红棕色气体通过水变成V2L无色气体Y,发生反应为:3NO2+H2O=2HNO3+NO,

设混合气体中含有xLNO,yLNO2

则:

x+y=V1
1
3
y+x=V2

解之得:x=

3V2-V1
2
,y=
3V1-3V2
2

所以:n(NO)=

3V2-V1
44.8
mol,n(NO2)=
3V1-3V2
44.8
mol,

答:X气体中各组分的物质的量分别为:n(NO)=

3V2-V1
44.8
mol,n(NO2)=
3V1-3V2
44.8
mol;

(2)①反应后溶液中含有NO3-,NO3-在酸性条件下具有强氧化性,能继续与Cu反应,最终产物为CuSO4,反应的方程式为3Cu+Cu(NO32+4H2SO4═4CuSO4+2NO↑+4H2O,

答:发生的化学反应方程式为3Cu+Cu(NO32+4H2SO4═4CuSO4+2NO↑+4H2O;

②反应的方程式为3Cu+Cu(NO32+4H2SO4═4CuSO4+2NO↑+4H2O,

由方程式可知:加入硫酸前与加入硫酸后的Cu的物质的量之比为1:3,

则总的Cu的物质的量与加入硫酸后的Cu的物质的量之比为(1+3):3=4:3,

质量比为:4:3,

n(Cu(NO32)=2×

ag
64g/mol
×
1
4
=
a
128
mol

根据N元素守恒计算总n(HNO3),

n=n(NO2)+n(NO)+2n(Cu(NO32)=

V1
22.4
mol+2×
ag
64g/mol
×
1
4
=(
V1
22.4
+
a
128
)mol

所以:浓HNO3的物质的量浓度为:c=

n
V
=
1000(
a
128
+
V1
22.4
)
b
mol/L

答:a与c的质量比及浓HNO3的物质的量浓度分别为:4:3; 

1000(
a
128
+
V1
22.4
)
b
mol/L.

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