Question

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．

Answer 1

分析：（1）铜与浓硝酸反应的方程式为：发生的反应有：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，随着反应的进行，硝酸浓度降低，则发生：3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，则红棕色气体为NO₂和NO的混合物，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，根据电子守恒计算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，
发生反应为3Cu+Cu（NO₃）₂+4H₂SO₄═4CuSO₄+2NO↑+4H₂O，根据方程式计算．

解答：解：（1）铜与浓硝酸反应的方程式为：发生的反应有：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，随着反应的进行，硝酸浓度降低，则发生：3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+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（NO₃）₂+4H₂SO₄═4CuSO₄+2NO↑+4H₂O，
答：发生的化学反应方程式为3Cu+Cu（NO₃）₂+4H₂SO₄═4CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
②反应的方程式为3Cu+Cu（NO₃）₂+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（NO₃）₂）=2×

ag

64g/mol

×

1

4

=

a

128

mol
根据N元素守恒计算总n（HNO₃），
n_总=n（NO₂）+n（NO）+2n（Cu（NO₃）₂）=

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．

点评：本题考查化学方程式的有关计算，题目较难，注意根据反应的方程式，从守恒的角度解答．