Question

6．铜合金是人类使用最早的金属材料，铜在化合物中的常见化合价有+1、+2．已知Cu₂O与稀硫酸反应，有红色金属析出且溶液呈蓝色．现向Cu、Cu₂O和CuO组成的混合物中，加入1L 0.6mol/L HNO₃溶液恰好使混合物溶解，同时收集到2240mL NO气体（标准状况）．请回答下列问题：
（1）写出Cu₂O跟稀硝酸反应的离子方程式3Cu₂O+14H⁺+2NO₃^-═6Cu²⁺+2NO↑+7H₂O．
（2）生成硝酸铜的物质的量为0.25mol
（3）若将上述混合物用足量的H₂加热还原，所得到固体的质量为16g．
（4）若混合物中含0.1mol Cu，将该混合物与稀硫酸充分反应，至少消耗H₂SO₄的物质的量为0.1mol．
（5）若混合物中Cu的物质的量为n mol，则n的取值范围为0.05mol＜n＜0.15mol．

Answer 1

分析 （1）硝酸具有强氧化性，Cu₂O被稀HNO₃氧化为Cu²⁺，NO₃^-被还原为NO，同时生成H₂O，据此配平写出反应离子方程式；
（2）Cu、Cu₂O、CuO与0.6mol HNO₃恰好完全反应时生成Cu（NO₃）₂、NO和H₂O，根据N原子守恒计算n[Cu（NO₃）₂]；
（3）根据n[Cu（NO₃）₂]及Cu元素守恒计算还原后得到Cu的物质的量，再根据m=nM计算固体Cu的质量；
（4）由Cu元素守恒可得：2n（Cu₂O）+n（CuO）+n（Cu）=混合物中Cu原子物质的量，根据电子守恒可知：2n（Cu）+2n（Cu₂O）=3n（NO），联立方程计算Cu₂O、CuO的物质的量，Cu₂O、CuO中氧原子与H₂SO₄反应结合H⁺生成H₂O，据此计算消耗硫酸；
（5）根据电子守恒和铜原子守恒用n表示出n（Cu₂O）、n（CuO）．

解答 解：（1）Cu₂O被稀HNO₃氧化为Cu²⁺，NO₃^-被还原为NO，同时生成H₂O，其反应的离子方程式为：3Cu₂O+14H⁺+2NO₃^-═6Cu²⁺+2NO↑+7H₂O，
故答案为：3Cu₂O+14H⁺+2NO₃^-═6Cu²⁺+2NO↑+7H₂O；
（2）Cu、Cu₂O、CuO与HNO₃恰好完全反应时生成Cu（NO₃）₂、NO和H₂O，硝酸的物质的量为：1L×0.6mol/L=0.6mol，NO的物质的量=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
根据N原子守恒可知：n[Cu（NO₃）₂]=$\frac{0.6mol-0.1mol}{2}$=0.25mol，
故答案为：0.25；
（3）根据（2）可知n[Cu（NO₃）₂]=$\frac{0.6mol-0.1mol}{2}$=0.25mol，混合物中所含的Cu元素共有0.25mol，根据铜元素守恒可知，用H₂还原Cu、Cu₂O、CuO混合物后应得到0.25mol Cu，故固体的质量为0.25mol×64g/mol=16g，
故答案为：16g；
（4）由Cu元素守恒可得：2×n（Cu₂O）+n（CuO）+0.1mol=0.25mol，
由氧化还原反应得失电子守恒可知：0.1×2+2×n（Cu₂O）=0.1mol×3，
解之得：n（Cu₂O）=0.05mol，n（CuO）=0.05mol，
混合物中，0.1mol Cu不与稀H₂SO₄反应，0.05molCu₂O、0.05molCuO与稀H₂SO₄反应，根据Cu₂O、CuO中氧原子与H₂SO₄反应结合H⁺生成H₂O，可得n（H₂SO₄）=0.05mol+0.05mol=0.1mol，
故答案为：0.1mol；
（5）由Cu元素守恒可得：2×n（Cu₂O）+n（CuO）+n=0.25mol，
由氧化还原反应得失电子守恒可知：n×2+2×n（Cu₂O）=0.1mol×3，
解之得：n（CuO）=n-0.05mol，
n（Cu₂O）=0.15mol-n，
所以n的取值范围为：0.05mol＜n＜0.15mol，
故答案为：0.05mol＜n＜0.15mol．

点评 本题考查混合物反应的计算，题目难度中等，侧重对学生思维能力的考查，（3）中注意根据守恒思想进行计算，（4）中利用反应生成水，根据H、O原子关系计算，避免利用方程式的繁琐，试题培养了学生的化学计算能力．