Question

氢气还原氧化铜所得的红色固体可能是铜与氧化亚铜的混合物，已知Cu₂O在酸性溶液中可发生自身氧化还原反应，生成Cu²⁺和单质铜。

（1）现有8克氧化铜被氢气还原后，得到红色固体6.8克，其中含单质铜与氧化亚铜的物质的量之比是_________；

（2）若将6.8克上述混合物与足量的稀硫酸充分反应后过滤，可得到固体__________克；

（3）若将6.8克上述混合物与一定量的浓硝酸充分反应；

①生成标准状况下1.568升的气体（不考虑NO₂的溶解，也不考虑NO₂与N₂O₄的转化），则该气体的成分是___________，其物质的量之比是_____________；

②把得到的溶液小心蒸发浓缩，把析出的晶体过滤，得晶体23.68克．经分析，原溶液中的Cu²⁺有20%残留在母液中．求所得晶体的化学式为____________________。

Answer

2:1 4.8 NO、NO2 4:3 Cu（NO3）2·6H2O

【解析】

(1)氧化铜和氢气反应生成铜和氧化亚铜、水，所以固体减少的质量为氧元素的质量，根据剩余氧元素的质量计算氧化亚铜的物质的量，再根据元素守恒计算铜的物质的量；
(2)根据铜的物质的量计算铜的质量，从而得出氧化亚铜的质量，再根据反应方程式计算氧化亚铜生成铜的质量，两部分铜的质量即为固体的质量；
(3)①采用极限法判断气体的成分，然后列方程式组求出一氧化氮和二氧化氮的物质的量之比；
②先根据铜元素守恒计算硝酸铜溶液中铜离子的含量，再根据题意判断晶体中铜离子的含量，从而得出硝酸铜的物质的量，总质量减去硝酸铜的质量即为水的质量，计算水的物质的量，再根据物质的量之比等于系数之比得出化学式。

(1)n(CuO)= =0.1mol，氧元素的物质的量=n(CuO)═铜元素的物质的量=0.1mol，固体由CuO生成Cu和Cu2O，减少的质量为氧元素的质量，即8g−6.8g=1.2g，减少的氧元素的物质的量==0.075mol，所以Cu2O中氧元素的物质的量=0.1mol−0.075mol=0.025mol，所以n(Cu2O)=0.025mol，根据铜元素守恒得n(Cu)=0.1mol−2×0.025mol=0.05mol，所以单质铜与氧化亚铜的物质的量之比是2：1，故答案为：2：1；

(2)n(Cu)=0.1mol−2×0.025mol=0.05mol，所以m(Cu)=0.05mol×64g/mol=3.2g，氧化亚铜的质量=6.8g−3.2g=3.6g，氧化亚铜和稀硫酸反应，铜和稀硫酸不反应，设氧化亚铜和稀硫酸反应生成铜的质量为x.氧化亚铜和稀硫酸反应的方程式为：Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O，x==1.6g，所以可得到固体的质量=3.2g+1.6g=4.8克，故答案为：4.8；

(3)①通过②分析知，6.8克的铜和氧化亚铜的混合物与硝酸反应相当于4.8克的铜与硝酸反应。设铜与硝酸反应全部生成二氧化氮，则，二氧化氮的体积为：x=，设铜与硝酸反应全部生成一氧化氮，则，一氧化氮的体积为：x=，1.12L<1.568L<3.36L，所以该气体是二氧化氮和一氧化氮的混合物；设生成一氧化氮的物质的量为ymol，生成二氧化氮的物质的量为zmol，根据反应，有下列关系式：

，，联立方程：，解得，所以一氧化氮和二氧化氮的物质的量之比为4:3，故答案为：NO、NO2；4:3；

②根据铜元素守恒知，氧化铜中的铜全部转化为硝酸铜中的铜离子，为0.1mol，原溶液中的Cu2+有20%残留在母液中，所以晶体中铜离子的物质的量为0.08mol，根据化学式知，晶体中硝酸铜的物质的量=铜离子的物质的量=0.08mol，m(Cu(NO3)2)=0.08mol×188g/mol=15.04g<23.68g，所以晶体中有水，水的物质的量= =0.48mol，硝酸铜与水的物质的量之比=0.08mol：0.48mol=1：6，所以其化学式为Cu(NO3)2⋅6H2O.故答案为Cu(NO3)2⋅6H2O。