Question

金属及其化合物变化多，用途广。请完成下列计算：
（1）等物质的量的镁在氧气中充分灼烧，产物质量为a g，比它在空气中灼烧所得产物增重b g。它在空气中灼烧后的产物中Mg₃N₂的质量分数是                （用a、b表示，只考虑空气中氮气、氧气参与反应）。
（2）硬铝（因其主要成分，在此仅看作Al-Cu合金）常用于建筑装潢。1.18g某种硬铝恰好与10mL某浓度的硝酸完全反应，生成的混合气体（其中NO₂与NO的体积比为2：1）再与448mL氧气（标准状况）混合，恰好能被水完全吸收。
①计算该硝酸的物质的量浓度。
②计算并确定此种硬铝的化学式。
（3）取5.1g Al-Mg合金与200mL 1mol·L^-1的NaOH(aq)充分反应，产生气体a L。过滤，向滤液中通入V L CO₂后开始出现沉淀，继续通入CO₂使沉淀完全。过滤、洗涤、干燥、灼烧，得到固体5.1 g。则a =        ，V =         。（气体体积均为标准状况）
（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，同时收集到1120 mL NO（标准状况）。通过计算推断混合粉末中Cu的物质的量。

Answer 1

（1）（2分）
（2）①12.8 mol/L    （3分）
②设硬铝中： Al x mol 、Cu y mol
x=0.02mol，y=" 0.01" mol        所以该硬铝的化学式为Al₂Cu 。 （3分）
（3）a= 3.36（2分） 、 V= 1.12 （2分）
（4）0.025＜n(Cu)＜0.075    （4分）

试题分析：
（1）在氧气中生成氧化镁，在空气中生成氧化镁和假设在相同量1mol的镁分别在氧气和空气燃烧，那么质量相差为1molMgO(40g),1/3 mol Mg₃N₂(100/3)g，质量相差40g－(100/3)g＝20/3 g,要使质量相差b g，则生成Mg₃N₂的质量为(100/3)*b/(20/3 )g,=5b，而空气中灼烧后的产物质量为a-b，Mg₃N₂的质量分数是。
（2）根据电子的是守恒：金属失去的电子=HNO3得到的电子="NO" NO2混合气体失去的电子=氧气得到的电子 n(O2)=0.448/22.4=0.02mol则转移电子的物质的量n(e-)=0.02*4=0.08mol
设合金中n(Al)="xmol" n(Cu)=ymol则3x+2y=0.08
27x+64y=1.18得到x=0.02  y=0.01    NO₂ NO混合气体中
设NO物质的量=a，则NO₂物质的量=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；
合金化学式为Al₂Cu
（3）产生气体a L为氢气，2AL-----3H₂    灼烧，得到固体5.1 g是氧化铝，其物质的量为0.05mol，根据铝元素守恒可知AlO₂^-的物质的量为0.1mol，根据关系式2AlO₂^-  ------可求出CO₂的物质的量为0.05mol，故V= 1.12，根据关系式2AL-----3H₂ 求得氢气物质的量为0.15mol，故a= 3.36
（4）本题为混合物的计算，若建立方程组求解，则解题过程较为繁琐。若抓住反应的始态和终态利用守恒关系进行求解，则可达到化繁为简的目的。
利用氮(N)原子守恒。n（HNO₃）= 0.3mol，n（NO）= 0.05mol，则n（Cu(NO₃)₂）=（0.3-0.05）/2=0.125mol
本题混合物中虽含有Cu、Cu₂O和CuO三种物质，但参加氧化还原反应的只有 Cu、Cu₂O，所以利用电子守恒可直接求解。转移电子总数：n（e-）= n（NO）×3=0.15mol
设Cu的物质的量为Xmol，Cu则提供电子数：2Xmol
Cu₂O提供电子数： 0.15-2Xmol
n（Cu₂O）=（0.15-X）/2  mol  n（CuO）= 0.125-X-（0.15-2X）=0.025－X
根据电子守恒进行极端假设：
若电子全由Cu提供则n（Cu）=0.075mol；
若电子全由Cu₂O提供则n（Cu₂O）=0.075mol，则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。