Question

由C、Cu、FeCO₃、铜锈[主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃]组成的固体混合物，进行了如图所示的实验过程：

回答下列问题：
（1）无色气体1的成分是：

 

．
（2）混合物乙中加入NaNO₃后，写出一个可能产生无色气体2的反应的离子方程式：

 

．
（3）溶液X中含有的金属阳离子是

 

．
（4）无色气体3成分是

 

，已知固体混合物丁的质量为5.6g，在标准状况下无色气体3的体积为14.56L，求无色气体3各成分的物质的量：

 

．（写出具体的计算过程）

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：反应流程为：混合物与过量稀硫酸反应，碳酸亚铁、铜锈与稀硫酸反应，得到无色气体二氧化碳和混合物乙；混合物乙中加入少量硝酸钠，硝酸根离子在酸性条件下能够氧化铜甚至亚铁离子，得到无色气体一氧化氮和混合物丙，混合物丙为C和Cu的混合物，加入过量浓硫酸后，C、铜与浓硫酸发生反应生成溶液Y和二氧化碳、二氧化硫气体，
（1）C、Cu不与稀硫酸反应，FeCO₃、铜锈与稀硫酸反应生成二氧化碳气体；
（2）硝酸根离子在酸性条件下能够氧化铜、亚铁离子，据此写出反应的离子方程式；
（3）加入硝酸钠后，硝酸根离子将铜氧化成铜离子，据此判断溶液X中含有的阳离子；
（4）先判断混合物组成，然后根据总质量、生成气体总物质的量列式计算．

解答： 解：混合物与过量稀硫酸反应，碳酸亚铁、铜锈与稀硫酸反应，得到无色气体二氧化碳和混合物乙；混合物乙中加入少量硝酸钠，硝酸根离子在酸性条件下能够氧化铜甚至亚铁离子，得到无色气体一氧化氮和混合物丙，混合物丙为C和Cu的混合物，加入过量浓硫酸后，C、铜与浓硫酸发生反应生成溶液Y和二氧化碳、二氧化硫气体，
（1）C、Cu不与稀硫酸发生反应，而稀硫酸与FeCO₃、铜锈[主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃]反应生成二氧化碳气体，所以气体1为二氧化碳，
故答案为：CO₂；
（2）加入NaNO₃后，在酸性条件下NO₃^-具有强氧化性，与还原性物质Cu和Fe²⁺反应生成NO气体，反应的离子方程式为：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O、3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，
故答案为：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O（或3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O）；
（3）因为加入少量NaNO₃，故NO₃^-优先氧化还原性强的Cu，溶液中含有的阳离子为：Cu²⁺、Fe²⁺、Na⁺，
故答案为：Cu²⁺、Fe²⁺、Na⁺；
（4）固体混合物丁中一定含有碳，可能含有铜，如只含有碳，根据反应C+2H₂SO₄（浓）=2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O 可知，则5.6g碳可生成气体体积为：

5.6g

12g/mol

×3×22.4L/mol=31.36L＞14.56L，所以固体应为碳和铜的混合物，
发生反应方程式有：C+2H₂SO₄（浓）=2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O、Cu+2H₂SO₄（浓）=SO₂↑+CuSO₄+2H₂O，
根据混合物总质量可得：12n（C）+64n（Cu）=5.6
根据生成气体的物质的量可得：3n（C）+n（Cu）=

14.56L

22.4L/mol

=0.65mol，
联立解得：n（C）=0.02mol、n（Cu）=0.05mol，
则生成CO₂的物质的量为0.2mol，
生成SO₂的物质的量为：2n（C）+n（Cu）=0.45mol，
故答案为：CO₂、SO₂；CO₂：0.2mol、SO₂：0.45mol．

点评：本题考查了物质的分离、提纯及化学实验基本操作方法的综合应用，题目难度中等，正确理解存在流程及基本操作方法为解答关键，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．