Question

6．将7.6g的镁、铜合金加入到100mL某浓度硝酸溶液中，两者恰好完全反应，假设反应过程中还原产物全部是NO，向所得溶液中加入物质的量浓度为3mol•L^-1的NaOH溶液至沉淀完全，测得生成沉淀的质量比原合金的质量增加5.1g，试计算：
（1）完全沉淀时所消耗的NaOH溶液的体积
（2）合金中铜和镁的质量各为多少
（3）该硝酸的浓度为多少．

Answer 1

分析 将镁和铜合金加入到稀HNO₃中，二者恰好反应，金属、硝酸都没有剩余，反应中还原产物只有NO，发生反应：3Mg+8HNO₃（稀）═3Mg（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、3Cu+8HNO₃（稀）═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
向反应后的溶液中加入3mol/L NaOH溶液至沉淀完全，发生反应：Mg（NO₃）₂+2NaOH═Mg（OH）₂↓+2NaNO₃、Cu（NO₃）₂+2NaOH═Cu（OH）₂↓+2NaNO₃，沉淀为氢氧化镁和氢氧化铜，生成沉淀的质量比原合金的质量增加5.1g，则氢氧化镁和氢氧化铜含有氢氧根的质量为5.1g．
（1）计算氢氧根的物质的量，可得消耗氢氧化钠的物质的量，进而计算需要氢氧化钠溶液体积；
（2）根据电子转移守恒，则镁和铜的总的物质的量等于氢氧根的物质的量，结合金属的总质量列方程计算；
（3）根据方程式可知参加反应的n（HNO₃）=$\frac{8}{3}$n（金属），进而计算硝酸物质的量浓度．

解答 解：将镁和铜合金加入到稀HNO₃中，二者恰好反应，金属、硝酸都没有剩余，反应中还原产物只有NO，发生反应：3Mg+8HNO₃（稀）═3Mg（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、3Cu+8HNO₃（稀）═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
向反应后的溶液中加入3mol/L NaOH溶液至沉淀完全，发生反应：Mg（NO₃）₂+2NaOH═Mg（OH）₂↓+2NaNO₃、Cu（NO₃）₂+2NaOH═Cu（OH）₂↓+2NaNO₃，沉淀为氢氧化镁和氢氧化铜，生成沉淀的质量比原合金的质量增加5.1g，则氢氧化镁和氢氧化铜含有氢氧根的质量为5.1g．
（1）氢氧根的物质的量为$\frac{5.1g}{17g/mol}$=0.3mol，则参加反应氢氧化钠的物质的量等于0.3mol，需要氢氧化钠溶液的体积=0.3mol÷3mol/L=0.1L=100mL，
答：完全沉淀时所消耗的NaOH溶液的体积为100mL；
（2）根据电子转移守恒，则镁和铜的总的物质的量为$\frac{0.3mol}{2}$=0.15mol，
设镁和铜的物质的量分别为xmol、ymol，则：
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.15}\\{24x+64y=7.6}\end{array}\right.$
解得x=0.05，y=0.1
则镁的质量为0.05mol×24g/mol=1.2g，铜的质量为0.1mol×64g/mol=6.4g，
答：镁的质量为1.2g，铜的质量为6.4g；
（3）根据方程式可知参加反应的n（HNO₃）=$\frac{8}{3}$n（金属）=0.15mol×$\frac{8}{3}$=0.4mol，该硝酸的浓度为$\frac{0.4mol}{0.1L}$=4mol/L，
答：该硝酸的浓度为0.4mol/L．

点评 本题主要考查混合物有关计算，综合考查学生的得失电子守恒、质量守恒等综合运用和解决复杂问题的能力，是一道考查能力的好题，难度之大．