Question

铜是重要的工业原材料，现有Cu、Cu₂O和CuO组成的混合物，某研究性学习小组为了探究其组成情况，向混合物中加入100 mL 0.6 mol·L^-1 HNO₃溶液刚好使其溶解，同时收集到224 mL NO气体（标准状况）。请回答下列问题：

（1）写出Cu₂O跟稀硝酸反应的化学方程式__________________________。

（2）产物中硝酸铜的物质的量___________mol。

（3）如混合物中含0.01 mol Cu，则其中Cu₂O、CuO的物质的量分别是___________mol、___________mol。

（4）如混合物中Cu的物质的量为x，则x的取值范围为___________。

Answer 1

（1）3Cu₂O+14HNO₃====6Cu(NO₃)₂+2NO↑+7H₂O

（2）0.025  （3）0.005  0.005  （4）0.005＜x＜0.015

解析：此题是求算取值范围的化学综合计算题。此题是多种物质与HNO₃反应的综合计算题，涉及的反应类型有氧化还原反应和复分解反应，题目难度较大。运用“守恒法”解此类题目可以使解题步骤简化。Cu₂O与稀硝酸反应是氧化还原反应，反应物和产物都知道，用化合价升降法配平。化学方程式为3Cu₂O+14HNO₃====6Cu(NO₃)₂+2NO↑+7H₂O,由题意可知，100 mL 0.6 mol·L^-1 HNO₃溶液恰好完全反应，生成224 mL NO气体（标准状况）和硝酸铜，由氮元素守恒可得出硝酸铜的物质的量：n〔Cu(NO₃)₂〕=0.5［n(HNO₃)-n(NO)］=0.025 mol，铜和Cu₂O与稀硝酸反应生成硝酸铜和NO，由得失电子守恒可得n（Cu₂O）=0.5［3n(NO)-2n(Cu)］=0.005,由铜元素守恒可得：n（CuO）=n〔Cu(NO₃)₂〕-n(Cu)-2n(Cu₂O)=0.005，讨论取值范围可用极值法，NO是铜和Cu₂O与稀硝酸反应的产物，假设混合物中没有Cu₂O，由得失电子守恒可得：n（Cu）=0.5·3n（NO）=0.015 mol，假设混合物中没有铜，则n（Cu₂O）为0.015 mol，此时，n〔Cu(NO₃)₂〕=2n(Cu₂O)=0.03 mol＞0.025 mol，所以铜的物质的量不可能是0，混合物中没有CuO。设铜的物质的量为x，Cu₂O的物质的量为y，由得失电子守恒可得：2x+2y=0.03 mol①；由铜元素守恒可得x+2y=0.025 mol②。①②联立解方程组可得x=0.005 mol，y=0.01 mol即x的取值范围是0.005＜x＜0.015。