Question

3．某同学在学习硝酸与硫酸时，对两种酸与铜的反应情况进行研究，试完成下列各题．
（1）在甲、乙两个烧杯中，分别装入 40mL 浓度均为 2mol•L-1的稀硫酸和稀硝酸，并向其中各加入 4g 束状铜丝，观察现象，试完成下列实验报告：

实验示意图	实验现象	解释
甲：	无明显现象	稀硫酸只能表现酸的氧化性，而铜排在金属活动顺序表氢之后，不能将氢置换出来．
乙：	铜丝逐渐溶解，铜丝表面有气泡产生，溶液颜色变蓝	稀硝酸是氧化性的酸，能与铜发生反应：3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

（2）充分反应后，将甲、乙烧杯混合，再使之充分反应，最终所得溶液溶质为CuSO₄、Cu（NO₃）₂，剩余固体总质量为2.24 g
（3）若甲中硫酸溶液体积 V（V＞40mL）可变，其余数据不变，则：
①当甲、乙烧杯混合充分反应后，溶液中只有一种溶质时，V=60mL
②能否通过硫酸溶液体积的改变，使铜丝在甲、乙烧杯混合充分反应后完全溶解？试写出推理过程否．

Answer 1

分析 （1）根据铜为不活泼金属，不能与稀硫酸反应来分析；因为硝酸具有强氧化性，所以铜在常温下可以与稀硝酸反应；
（2）计算出硝酸、硫酸的物质的量，分别计算出离子、硝酸根离子的物质的量，然后结合反3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O应进行判断过量情况，最后计算出反应后剩余铜的质量；
（3）①若溶液中溶质只有一种，则该溶质应该是硫酸铜，根据离子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O计算出需要氢离子的物质的量，从而得出需要硫酸提供的氢离子的物质的量，据此可知硫酸的物质的量，然后根据V=$\frac{n}{c}$计算出需要硫酸溶液的体积；
②乙烧杯的中的NO₃^-共有：40mL×10^-3L/mL×2mol/L=0.08mol，据离子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O计算出最多溶解的铜的质量，然后判断溶解的铜的最大质量是否≥8g．

解答 解：（1）甲：由于稀硫酸只能表现酸的氧化性，而铜排在金属活动顺序表氢之后，所以不能将氢置换出来；乙：由于硝酸是氧化性酸，能氧化金属铜，因此实验现象是铜丝逐渐溶解，铜丝表面有气泡产生，溶液颜色变蓝，
故答案为：

实验示意图	实验现象	解释
甲：		稀硫酸只能表现酸的氧化性，而铜排在金属活动顺序表氢之后，不能将氢置换出来
乙：	铜丝逐渐溶解，铜丝表面有气泡产生，溶液颜色变蓝

（2）硝酸和硫酸的物质的量都为：0.04L×2mol/L=0.08mol，其中NO₃^-的物质的量是0.08mol，氢离子的物质的量是0.24mol，根据方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知氢离子不足，NO₃^-过量，所以能溶解铜的质量为：$\frac{3}{8}$×0.24mol×64g/mol=5.76g＜8g，所以铜过量，剩余铜的质量为：8g-5.76g=2.24g，溶液中最终所得溶液溶质为：CuSO₄、Cu（NO₃）₂，
故答案为：CuSO₄、Cu（NO₃）₂；2.24；
（3））①若溶液中溶质只有一种，则该溶质应该是硫酸铜，根据离子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，需要氢离子的物质的量是0.08mol×4=0.032mol，其中硫酸提供的氢离子为：0.032mol-0.08mol=0.24mol，所以硫酸的物质的量为：$\frac{0.24mol}{2}$=0.12mol，则硫酸溶液的体积为：$\frac{0.12mol}{2mol/L}$=0.06L=60ml，
故答案为：60；
②乙烧杯的中的NO₃^-共有：40mL×10^-3L/mL×2mol/L=0.08mol，据离子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，最多可氧化的Cu的质量为：0.08mol×$\frac{3}{2}$×64g/mol=7.68g，溶解的铜的最大质量小于两烧杯中铜丝的总质量8g，故无法让铜溶解完，
故答案为：否．

点评 本题考查了硫酸、硝酸的性质及混合物反应的计算，题目难度中等，注意掌握硫酸、硝酸的化学性质，（3）为难点、易错点，正确判断反应物过量情况为解答根据，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算、化学实验能力．