Question

某研究性学习小组拟用铜屑与氧化铜混合物与硫酸和硝酸组成的混酸反应来制取CuSO₄•5H₂O晶体，混酸中硝酸的还原产物为NO，反应过程中不产生SO₂，反应后的溶液中不含Cu（NO₃）₂，反应中固体完全溶解，两种酸均恰好完全反应．设固体混合物的总质量为480g，其中铜的质量分数为x，试回答下列．
（1）所得硫酸铜晶体的质量y为：______（用x表示）；
（2）若x=0.4，混酸中HNO₃与H₂SO₄的物质的量之比为：______；
（3）若x=0.4，480g固体混合物与一定量混酸微热后，充分反应，冷却恰好只得到CuSO₄•5H₂O，试求原混酸中H₂SO₄的质量分数．

Answer

（1）计算480克混合物中铜屑与氧化铜质量，再根据n=计算n（Cu）、n（CuO），根据Cu元素守恒可知n（CuSO4・5H2O）=n（Cu）+n（CuO），再根据m=nM计算所得硫酸铜晶体的质量；
（2）计算480克铜与氧化铜的质量，进而计算物质的量，根据电子转移守恒计算n（HNO3），依铜元素守恒可知n（CuSO4・5H2O）=n（Cu）+n（CuO），故n（H2SO4）=n（CuSO4・5H2O），据此解答；
（3）由硫酸根守恒可知n（H2SO4）=n（CuSO4・5H2O），据此计算混酸中n（H2SO4），据m=nM计算所得硫酸的质量，m（混酸）=m（CuSO4・5H2O）+m（NO）-m（Cu+CuO），据此计算解答．
【解析】
（1）480克混合物中铜屑的质量=480xg，则n（Cu）==7.5xmol，氧化铜的质量=480（1-x）g，则n（CuO）==6（1-x）mol，根据Cu元素守恒可知n（CuSO4・5H2O）=n（Cu）+n（CuO）=7.5xmol+6（1-x）mol=（1.5x+6）mol，故所得硫酸铜晶体的质量y=（1.5x+6）mol×250g/mol=（375x+1500）g，
故答案为：375x+1500；
（2）x=0.4，则n（Cu）=7.5×0.4=3mol，根据电子转移守恒3n（HNO3）=2n（Cu），故n（HNO3）==2mol．n（CuO）=6×（1-0.4）mol=3.6，根据Cu元素守恒可知n（CuSO4・5H2O）=n（Cu）+n（CuO）=3mol+3.6mol=6.6mol，故n（H2SO4）=n（CuSO4・5H2O）=6.6mol，故混酸中HNO3与H2SO4的物质的量之比为2mol：6.6mol=1：3.3mol，
故答案为：1：3.3；
（3）n（H2SO4）=n（CuSO4・5H2O）=6.6mol，故m（H2SO4）=6.6mol×98g/mol=646.8g，
m（混酸）=m（CuSO4・5H2O）+m（NO）-m（Cu+CuO）=6.6mol×250g/mol+2mol×30g/mol-480g=1230g，
故原混酸中硫酸的质量分数=×100%=52.6%，
答：原混酸中硫酸的质量分数为52.6%．