Question

氢气还原氧化铜所得的红色固体可能是铜与氧化亚铜的混合物，已知Cu₂O在酸性溶液中可发生自身氧化还原反应，生成Cu²⁺和单质铜．
（1）现有8克氧化铜被氢气还原后，得到红色固体6.8克，其中含单质铜与氧化亚铜的物质的量之比是______；
（2）若将6.8克上述混合物与足量的稀硫酸充分反应后过滤，可得到固体______克；
（3）若将6.8克上述混合物与一定量的浓硝酸充分反应，
①生成标准状况下1.568升的气体（不考虑NO₂的溶解，也不考虑NO₂与N₂O₄的转化），则该气体的成分是______，其物质的量之比是______；
②把得到的溶液小心蒸发浓缩，把析出的晶体过滤，得晶体23.68．经分析，原溶液中的Cu²⁺有20%残留在母液中．求所得晶体的化学式为______．

Answer 1

解：（1）n（CuO）==0.1mol，氧元素的物质的量=n（CuO）═铜元素的物质的量=0.1mol；固体由CuO生成Cu和
Cu₂O，减少的质量为氧元素的质量，即8g-6.8g=1.2g，减少的氧元素的物质的量==0.075mol，所以Cu₂O中氧元素的物质的量=0.1mol-0.075mol=0.025mol，所以n（Cu₂O）=0.025mol，根据铜元素守恒得n（Cu）=0.1mol-2×0.025mol=0.05mol，所以单质铜与氧化亚铜的物质的量之比是2：1．
故答案为：2：1．
（2）n（Cu）=0.1mol-2×0.025mol=0.05mol，所以m（Cu）=0.05mol×64g/mol=3.2g，
氧化亚铜的质量=6.8g-3.2g=3.6g．
氧化亚铜和稀硫酸反应，铜和稀硫酸不反应，设氧化亚铜和稀硫酸反应生成铜的质量为x．
氧化亚铜和稀硫酸反应的方程式为：
Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
144g 64g
3.6g x
x=1.6g
所以可得到固体的质量=3.2g+1.6g=4.8克
故答案为：4.8克．
（3）①通过②分析知，6.8克的铜和氧化亚铜的混合物与硝酸反应相当于4.8克的铜与硝酸反应．
设铜与硝酸反应全部生成二氧化氮，二氧化氮的体积为：
Cu+4HNO₃=Cu（NO₃）₂+2NO₂ ↑+2H₂O
64g 44.8L
4.8g 3.36L
设铜与硝酸反应全部生成一氧化氮，一氧化氮的体积为：
3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
192g 44.8L
4.8g 1.12L
1.12L＜1.568l＜3.36L，所以该气体是二氧化氮和一氧化氮的混合物．
设生成一氧化氮的物质的量为ymol，生成二氧化氮的物质的量为zmol．
3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
192g 2mol
96yg ymol
Cu+4HNO₃=Cu（NO₃）₂+2NO₂ ↑+2H₂O
64g 2mol
32zg zmol


所以一氧化氮和二氧化氮的物质的量之比为4：3．
故答案为：NO、NO₂； 4：3．
②根据铜元素守恒知，氧化铜中的铜全部转化为硝酸铜中的铜离子，为0.1mol，原溶液中的Cu²⁺有20%残留在母液中，所以晶体中铜离子的物质的量为0.08mol，根据化学式知，晶体中硝酸铜的物质的量=铜离子的物质的量=0.08mol，
m（Cu（NO₃）₂）=0.08mol×188g/mol=15.04g＜23.68g，所以晶体中有水，水的物质的量==0.48mol，硝酸铜与水的物质的量之比=0.08mol：0.48mol=1：6，所以其化学式为Cu（NO₃）₂?6H₂O．
故答案为Cu（NO₃）₂?6H₂O．
分析：（1）氧化铜和氢气反应生成铜和氧化亚铜、水，所以固体减少的质量为氧元素的质量，根据剩余氧元素的质量计算氧化亚铜的物质的量，再根据元素守恒计算铜的物质的量．
（2）根据铜的物质的量计算铜的质量，从而得出氧化亚铜的质量，再根据反应方程式计算氧化亚铜生成铜的质量，两部分铜的质量即为固体的质量．
（3）①采用极限法判断气体的成分，然后列方程式组求出一氧化氮和二氧化氮的物质的量之比．
②先根据铜元素守恒计算硝酸铜溶液中铜离子的含量，再根据题意判断晶体中铜离子的含量，从而得出硝酸铜的物质的量，总质量减去硝酸铜的质量即为水的质量，计算水的物质的量，再根据物质的量之比等于系数之比得出化学式．
点评：本题考查了铜的性质，计算量较大，注意运用分析、转化的思想解题，易错题是（2）题，容易把氧化铜生成的铜单质漏掉而造成错误解答．