Question

某研究性学习小组的两位同学欲用浓硝酸来测定某铜银合金中铜的质量分数。已知在反应过程中随着硝酸浓度的降低还原产物中还有NO生成。请根据两位同学的设计，完成下列问题：

（1）甲同学取铜银合金样品14.0 g加入烧瓶中，向烧瓶中再加入13.0 mol·L^-1的硝酸25.0 mL，充分反应后测得生成气体在标准状况下的体积为2.24 L，反应后烧瓶中溶液的H⁺浓度为1.0 mol·L^-1（假设反应后溶液体积不变）。利用以上数据甲同学能得到铜的质量分数吗？如果能，请写出计算过程及结果。

（2）乙同学向烧瓶中加入物质的量为a的铜银合金样品和足量浓硝酸，充分反应后用排水法测定生成气体体积为b L(标准状况下），求铜银合金中铜的物质的量。

Answer 1

（1）设合金样品铜及银的物质的量分别为x和y，则14.0 g=64 g·mol^-1×x+108 g·mol^-1×y;由氮原子守恒可得n(HNO₃)=n(NO_x)+2n(Cu)+n(Ag)+n（H⁺），13.0 mol·L^-1×0.025 L=+2x+y+1.0 mol·L^-1×0.025 L。解得x=0.05 mol,y=0.1 mol。铜的质量分数为：×100%=22.9%。

（2）设合金样品铜及银的物质的量分别为m和n。反应后生成混合气体中的NO₂能与H₂O反应：3NO₂+H₂O====2HNO₃+NO。因为①1 mol稀HNO₃被金属完全还原能生成1 mol NO(转移3 mol e^-);②1 mol浓HNO₃被金属完全还原能生成1 mol NO₂(转移1 mol e^-),然后1 mol NO₂又与H₂O反应生成 mol NO，所以1 mol浓HNO₃最终生成 mol NO时转移1 mol e^-。综上所述，只要获得1 mol NO,HNO₃都转移3 mol e^-。

           HNO₃—NO    —    3e^-

     

Cu  —  Cu²⁺  —  2e^-

m                       2m

Ag  —  Ag⁺  —  e^-

N                     n

a=m+n解得m=-a，合金中铜的物质的量为-a。