Question

16．氢气还原氧化铜反应不完全时，得到的是Cu、Cu₂O、CuO的固体混合物．某化学兴趣小组为了探究某次氢气还原CuO实验最终所得的产物的组成，进行了如下实验：
①取一定质量的均匀的上述固体混合物A，将其分成两等份．
②取其中一份用足量的氢气还原，测得反应后固体的质量减小了3.20g
③另一份加入500mL的稀硝酸，固体恰好完全溶解，且同时收集到标准状况下NO气体2.24L．
请回答以下问题：
（1）A中，所含氧元素的物质的量为0.4mol．
（2）A中，n（Cu）+n（Cu₂O）=0.3mol．
（3）所用稀硝酸的物质的量浓度为1.6mol/L．

Answer 1

分析 （1）其中一份用足量的氢气还原，测得反应后固体的质量减小了3.20g，所以n（O）=$\frac{3.20g}{16g/mol}$×2=0.4mol；
（2）根据电子转移守恒，每一份中[n（Cu）+n（Cu₂O）]×2=3n（NO），据此计算；
（3）另一份中加入500mL稀硝酸，固体恰好完全溶解，溶液中溶质为Cu（NO₃）₂，且同时收集到标准状况下NO气体4.48L，NO的物质的量为$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根据电子转移守恒可知拆分后Cu、CuO的混合物中2n（Cu）=3n（NO），由铜元素守恒可知n[Cu（NO₃）₂]=n（CuO）+n（Cu），根据氮元素守恒可知n（HNO₃）=n（NO）+2n[Cu（NO₃）₂]，据此计算n（HNO₃），再根据c=$\frac{n}{V}$计算硝酸的浓度．

解答 解：（1）其中一份用足量的氢气还原，测得反应后固体的质量减小了3.20g，所以n（O）=$\frac{3.20g}{16g/mol}$×2=0.4mol，故答案为：0.4mol；
（2）NO的物质的量为$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
Cu和Cu₂O中的Cu的化合价上升，HNO₃中N的化合价下降，根据电子转移守恒：
每一份中[n（Cu）+n（Cu₂O）]×2=n（NO）×3=0.3mol，
则每一份中n（Cu）+n（Cu₂O）=0.15mol，
故混合物A中n（Cu）+n（Cu₂O）=0.15mol×2=0.3mol
故答案为：0.3mol；
（3）另一份中加入500mL稀硝酸，固体恰好完全溶解，溶液中溶质为Cu（NO₃）₂，且同时收集到标准状况下NO气体2.24L，NO的物质的量为$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，将Cu₂O拆分为Cu、CuO，原混合物看做Cu、CuO的混合物，其中一份用足量的氢气还原，反应后固体质量减少3.20g为拆分后Cu、CuO的混合物中O元素的质量，O原子的物质的量为$\frac{3.2g}{16g/mol}$=0.2mol，根据Cu元素守恒可知n（CuO）=n（O）=0.2mol；根据电子转移守恒可知拆分后Cu、CuO的混合物中2n（Cu）=3n（NO）=3×0.1mol，则n（Cu）=0.15mol，由铜元素守恒可知n[Cu（NO₃）₂]=n（CuO）+n（Cu）=0.2mol+0.15mol=0.35mol，根据氮元素守恒可知n（HNO₃）=n（NO）+2n[Cu（NO₃）₂]=0.1mol+2×0.35mol=0.8mol，硝酸的浓度为$\frac{0.8mol}{0.5L}$=1.6mol/L，故答案为：1.6mol/L．

点评 本题考查混合物的计算，难度中等，清楚反应过程是解题的关键，本题采取拆分法与守恒法进行解答，简化计算过程，可以通过列方程解答．