Question

13．将28.8g铜投入100ml浓硝酸中，最后铜剩余，其NO₃^-离子物质的量变化如图所示，请回答下列问题：
（1）开始反应时浓硝酸的物质的量浓度为10mol/L．
（2）铜与浓硝酸反应生成的气体在标准状况下的体积（不考虑NO₂与N₂O₄的平衡）为8.96L．
（3）硝酸完全反应后消耗铜的物质的量是0.3mol．
（4）应再往此反应体系中滴加2mol/L的硫酸100ml，才能使剩余的铜恰好完全溶解．已知此过程中NO₃^-的还原产物为NO．
（5）在常温下，把NO气体压缩到1.01×10⁷Pa，再加热到500℃，发现气体的压强迅速下降，压强降至略小于原压强的$\frac{2}{3}$，然后压强就不再改变．已知其中一种产物为N₂O，则上述变化的化学方程式为3NO=N₂O十NO₂，2NO₂?N₂O₄．

Answer 1

分析 （1）根据开始时硝酸根的物质的量计算硝酸的浓度；
（2）利用氮元素守恒计算气体的物质的量，再根据V=nV_m计算二氧化氮的体积；
（3）反应结束，溶液中溶质为硝酸铜，根据硝酸根计算消耗n（Cu）；
（4）发生反应：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，据此计算消耗硫酸的物质的量，进而计算需要硫酸的体积；
（5）由N元素的化合价变化及氧化还原反应以及二氧化氮与N₂O₄的化学平衡来分析．

解答 解：（1）由图可知，开始时n（NO₃^-）=1.0mol，则n（HNO₃）=n（NO₃^-）=1.0mol，则c（HNO₃）=$\frac{1.0mol}{0.1L}$=10mol/L，故答案为：10；
（2）由图可知，反应结束时，溶液中NO₃^-为0.6mol，根据氮元素守恒，生成气体的物质的量为1.0mol-0.6mol=0.4mol，标况下二氧化氮的体积为0.4mol×22.4L/mol=8.96L，故答案为：8.96；
（3）溶液中溶质为硝酸铜，由图可知，反应结束时，溶液中NO₃^-为0.6mol，故消耗n（Cu）=n（硝酸铜）=$\frac{0.6mol}{2}$=0.3mol，故答案为：0.3；
（4）28.8g铜的物质的量为$\frac{28.8g}{64g/mol}$=0.45mol，故剩余Cu为0.45mol-0.3mol=0.15mol，
3 Cu+2 NO₃^-+8 H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
3       2    8
0.15mol      n（H⁺）
则n（H⁺）=$\frac{0.15mol×8}{3}$=0.4mol，故n（H₂SO₄）=0.2mol，则需要硫酸体积为$\frac{0.2mol}{0.2mol/L}$=0.1L=100mL，
故答案为：100；
（5）由信息可知2NO→N₂O，N的化合价降低2价，由氧化还原反应可知，则必有另一变化升高2价，依题意产物为NO₂，该反应为3NO=N₂O+NO₂，此时压强降至原压强的$\frac{2}{3}$，如果压强降至略小于原压强的$\frac{2}{3}$，是因为存在转化：2NO₂?N₂O₄．
故答案为：3NO=N₂O+NO₂；2NO₂?N₂O₄．

点评 本题考查化学计算，属于拼合型题目，涉及守恒法、极限法的运用等，是对学生综合能力的考查，难度较大