Question

将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的NO和NO₂混合气体在标准状况下的体积为11.2L，请回答：

（1）若铜与硝酸刚好反应完全，则原硝酸溶液的浓度为______mol•L^﹣1。

（2）NO的体积为______L，NO₂的体积为______L。

（3）若将产生的气体全部释放后，向溶液中加入VmLamol•L^﹣1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu²⁺全部转化为沉淀，则原硝酸溶液的浓度为____mol•L^﹣1。（用含a和V的式子表示）

Answer

10.8或10.9 5.82 5.38 或(aV+500)/140或aV/140+25/7或aV/140+3.57

【解析】(1)若铜与硝酸刚好反应完全，根据原子守恒参加反应的HNO3的物质的量为：2n(Cu2+)+n(NO)+n(NO2)=2×+=2×0.51mol+0.5mol=1.52mol，则原硝酸溶液的浓度为=1.9mol•L﹣1；

(2)32.64g铜的物质的量为=0.51mol，在反应中失去的电子的物质的量为2×0.51mol=1.02mol，11.2L混合气体的物质的量为=0.5mol
令NO和NO2的物质的量分别为xmol、ymol，则：x+y=0.5、3x+y=1.02，解得x=0.26、y=0.24，NO的体积=0.26mol×22.4L/mol=5.824L；NO2的体积=0.24mol×22.4L/mol=5.376L；

(3)加入氢氧化钠恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀，此时溶液中溶质为NaNO3，根据钠离子守恒有：n(NaNO3)=n(NaOH)=V×10-3L×amol/L=aV×10-3 mol，由N原子守恒可知：n(HNO3)=n(NaNO3)+n(NO和NO2)=aV×10-3 mol+0.5mol=(aV×10-3+0.5)mol，故硝酸的物质的量浓度==mol•L﹣1。

点睛：金属与硝酸反应的计算一般常采用以下方法：（1）原子守恒法：HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。（2）得失电子守恒法：HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得到电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。（3）电荷守恒法：HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH－)有：c(NO3－)＝c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)。（4）离子方程式计算法：金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于溶液中NO3－在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H+或NO3－进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。