Question

当硝酸与金属或非金属反应时，反应物或反应条件不同，硝酸被还原的产物也不同．请回答下列问题：
（1）金属Zn与某浓度的硝酸反应时无气体产生，那么硝酸的还原产物为______（填化学式）．
（2）某混酸由200mL 3mol?L^-1I的稀硝酸和200mL 2.5mol?L^-1的稀硫酸均匀混合而成（忽略溶液的体积变化）．将其分成两等份，分别与铜和铁反应，还原产物只有NO，则最多能溶解______ mol Cu和______g Fe．
（3）200mL 16mol?L^-1的浓硝酸与3.2g Cu反应，反应过程中还原产物只有NO₂，则反应结束后，产生气体的体积为______（标准状况下），溶液中c（H⁺）：c（NO^-₃）=______（忽略HNO₃的挥发）．
（4）用试管将（3）反应产生的NO₂收集满并倒立在足量的水中，待试管中液面不再上升时，试管中剩余气体的体积约为原气体体积的______．试管中的液体的物质的量浓度为______．（假设试管中的液体不对外扩散，此反应条件下1mol气体的体积为25.0L．如果NO₂中混有N₂O₄气体，试管中的液体的物质的量浓度将______（填“增大”、“减小”或“不变”）．

Answer 1

解：（1）金属锌和硝酸反应时没有气体生成，说明生成的气体易溶于溶液，所以该气体是氨气NH₃，故答案为：NH₃；
（2）n（HNO₃）=3mol?L^-1×0.2L=0.6mol，n（H₂SO₄）=2.5mol?L^-1×0.2L=0.5mol，混合酸中n（H⁺）=0.6mol+0.5mol×2=1.6mol，n（NO₃^-）=0.6mol，铜和硝酸能发生反应但和稀硫酸不反应，铜和稀硝酸的反应方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，根据方程式知，参加反应的氢离子和硝酸根离子的物质的量之比是8：2，实际上混合溶液中氢离子和硝酸根离子的物质的量之比是8：3，说明硝酸根离子过量，以氢离子为标准计算溶解的铜的物质的量，设铜的物质的量为x，
3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
3mol 8mol
x 1.6mol
x=0.3mol，
向混合酸中加入铁，过量铁和酸反应生成亚铁离子，所以铁和硝酸反应与铜与硝酸的反应相同，把铜换成铁即可；通过铜知，溶解铁的物质的量也是0.3mol，
其质量为0.3mol×56g/mol=16.8g，故答案为：0.3；16.8；
（3）反应过程中还原产物只有二氧化氮说明浓硝酸过量，铜不足量，氧化还原反应中得失电子数相等，所以铜失去的电子数=硝酸根离子得到的电子数，设二氧化氮的体积是V，×2=×1，V=2.24L，
原溶液中硝酸的物质的量=16mol/L×0.2L=3.2mol，根据反应过程中氮原子守恒知，生成2.24L二氧化氮消耗硝酸根离子0.1mol，参加反应的硝酸根和氢离子的物质的量之比为1：2，
所以消耗氢离子的物质的量为0.2mol，所以溶液中还剩余氢离子的物质的量为3.2mol-0.2mol=3mol，
硝酸根的物质的量为3.2mol-0.1mol=3.1mol，所以反应后的溶液中c（H⁺）：c（NO^-₃）=3mol：3.1mol=30：31，
故答案为：2.24L；30：31；
（5）二氧化氮和水反应的方程式为3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，根据方程式知，生成的一氧化氮体积是二氧化氮的，所以试管中剩余气体的体积约为原气体体积的；根据方程式知，设气体的体积为V，生成硝酸的物质的量为，c==0.04mol/L；相同体积的气体中如果混有四氧化二氮，导致氮元素的物质的量增大，所以硝酸的物质的量浓度增大，
故答案为：；0.04mol/L；增大．
分析：（1）金属和浓硝酸反应过程中，金属失电子作还原剂，硝酸根离子得电子作氧化剂，且没有气体生成，说明生成的气体易溶于水；
（2）n（HNO₃）=3mol?L^-1×0.2L=0.6mol，n（H₂SO₄）=2.5mol?L^-1×0.2L=0.5mol，铜和稀硝酸反应但和稀硫酸不反应，根据硝酸根和氢离子的物质的量计算消耗的铜的物质的量；铁和稀硫酸、稀硝酸都反应，最终生成亚铁离子，硝酸根离子不足量，所以铁和酸的反应与铜和酸的反应相似，根据铜的物质的量即可判断铁的物质的量；
（3）还原产物只有二氧化氮说明酸过量，根据氧化还原反应中得失电子数相等计算二氧化氮的物质的量，再根据V=nV_m计算气体体积；根据反应前后氮原子守恒计算生成二氧化氮所需的硝酸根的物质的量，从而计算出参加反应的氢离子的物质的量，总量减去反应的量即是反应后的溶液中存在的离子的物质的量，从而得出其比值；
（4）根据反应方程式判断生成气体体积占原气体的体积的分数，从而得出答案；根据反应方程式计算硝酸的物质的量，再根据物质的量浓度公式计算其浓度；体积相同的气体中含有四氧化二氮，导致氮的物质的量增大，所以形成硝酸的物质的量增大．
点评：本题以氮的化合物为载体考查了有关氮的化合物的计算，难度较大，易错题是（2），单纯的硝酸的物质的量减少，但稀硫酸中的氢离子和硝酸根离子又相当于硝酸，注意此点是解本题的关键．