Question

38.4 mg铜跟适量浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到气体22.4 mL(标准状况)，反应消耗HNO₃的物质的量可能是

A.1.00×10^－3 mol                                            B.1.60×10^－3 mol

C.2.20×10^－3 mol                                             D.2.40×10^－3 mol

(忽视NO₂与N₂O₄的相互转化)

Answer 1

C

解析:

随着反应的进行，硝酸的浓度逐渐变小，产生的气体可能是纯净的NO₂，也可能是NO₂和NO的混合物。

n(Cu)=38.4 mg÷64.0 g·mol^－1=0.600 mmol

n(g)=22.4 mL÷22.4 L·mol^－1=1.00 mmol

这样，发生的反应可能是下列①一个，也可能是①②两个：

①Cu＋4HNO₃(浓)====Cu(NO₃)₂＋2NO₂↑＋2H₂O

②3Cu＋8HNO₃(稀)====3Cu(NO₃)₂＋2NO↑＋4H₂O

于是，本题有以下多种解法。

方法1(极值法)：若产生的气体全部是NO₂，由化学方程式①得：

n(HNO₃)=4n(Cu)=0.600 mmol×4=2.40 mmol

n(NO₂)=2n(Cu)=0.600 mmol×2=1.20 mmol

V(NO₂)=1.20 mmol×22.4 L·mol^－1=26.9 mL＞22.4 mL

可见，气体不全是NO₂。

若产生的气体全部是NO，由化学方程式②得：

n(HNO₃)=8/3n(Cu)=0.600 mmol×8/3=1.60 mmol

n(NO)=2/3n(Cu)=0.600 mmol×2/3=0.400 mmol

V(NO₂)=0.400 mmol×22.4 L·mol^－1=8.96 mL＜22.4 mL

由于气体是NO₂和NO的混合物，8.96 mL＜V(g)＜26.9 mL，

所以1.60 mmol＜n(HNO₃)＜2.40 mmol，

观察备选项可知答案。

方法2(守恒法)：根据反应前后N原子守恒和Cu原子守恒得：

n(HNO₃)=n[Cu(NO₃)₂]×2＋n(NO₂)＋n(NO)            (N原子守恒)

      =n(Cu)×2＋n(NO₂)＋n (NO)                            (Cu原子守恒)

      =0.600 mmol×2＋1.00 mmol

              =2.20 mmol

方法3(写总反应方程式法)：设生成NO₂的物质的量为x，则题设条件下的总反应为：

0.6Cu＋2.2HNO₃====0.6Cu(NO₃)₂＋xNO₂↑＋(1－x)NO↑＋1.1H₂O

先写出反应物和生成物以及Cu、NO₂和NO的化学计量数，再根据Cu原子守恒和N原子守恒得出Cu(NO₃)₂和HNO₃的化学计量数，H₂O的化学计量数可根据N原子守恒而得出(因与结果无关也可不算出)。

根据方程式及有效数字的运算规则，可知参加反应的HNO₃物质的量为2.20 mmol。

方法4(平均分子式法)：设HNO₃还原产物的平均分子式为NO_x，则：

n(Cu)∶n(NO_x)=0.600 mmol∶1.00 mmol=3∶5

Cu与HNO₃的总反应方程式为：

3Cu＋11HNO₃====3Cu(NO₃)₂＋5NO_x↑＋？H₂O

先写出反应物和生成物及Cu和NO_x的化学计量数3和5，再根据Cu原子守恒和N原子守恒分别得出Cu(NO₃)₂和HNO₃的化学计量数3和11，H₂O的化学计量数因与结果无关可不算出，则：

n(HNO₃)=11/3n(Cu)=0.600 mmol×11/3=2.20 mmol