Question

氫氣還原氧化銅所得的紅色固體可能是銅與氧化亞銅的混合物，已知Cu₂O在酸性溶液中可發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)，生成Cu²⁺和Cu．
（1）現(xiàn)有8.4克氧化銅被氫氣完全還原后，得到紅色固體6.96克，其中含單質(zhì)銅與氧化亞銅的物質(zhì)的量之比是

 

；
（2）若將6.96克上述混合物與足量的濃硝酸充分反應(yīng)：
①生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.568升的氣體（不考慮NO₂的溶解，也不考慮NO₂與N₂O₄的轉(zhuǎn)化），則該氣體的成分是

 

，其物質(zhì)的量之比是

 

；
②把得到的溶液小心蒸發(fā)濃縮，把析出的晶體過濾，得晶體20.328g．經(jīng)分析，原溶液中的Cu²⁺有20%殘留在母液中，所得晶體的化學(xué)式為

 

．
（3）Cu、Cu₂O和CuO組成的混合物，加入100mL 0.6mol/L HNO₃溶液恰好使混合物完全溶解，同時收集到224mL NO氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．如原混合物中Cu的物質(zhì)的量為X，求其中Cu₂O、CuO的物質(zhì)的量及X的取值范圍（寫出解題過程）．

Answer 1

考點：氧化還原反應(yīng)的計算

專題：氧化還原反應(yīng)專題

分析：（1）氧化銅和氫氣反應(yīng)生成銅和氧化亞銅、水，所以固體減少的質(zhì)量為氧元素的質(zhì)量，根據(jù)剩余氧元素的質(zhì)量計算氧化亞銅的物質(zhì)的量，再根據(jù)元素守恒計算銅的物質(zhì)的量．
（2）①根據(jù)銅的物質(zhì)的量計算銅的質(zhì)量，從而得出氧化亞銅的質(zhì)量，再根據(jù)反應(yīng)方程式計算氧化亞銅生成銅的質(zhì)量，兩部分銅的質(zhì)量即為固體的質(zhì)量，采用極限法判斷氣體的成分，然后列方程式組求出一氧化氮和二氧化氮的物質(zhì)的量之比．
②先根據(jù)銅元素守恒計算硝酸銅溶液中銅離子的含量，再根據(jù)題意判斷晶體中銅離子的含量，從而得出硝酸銅的物質(zhì)的量，總質(zhì)量減去硝酸銅的質(zhì)量即為水的質(zhì)量，計算水的物質(zhì)的量，再根據(jù)物質(zhì)的量之比等于系數(shù)之比得出化學(xué)式．
（3）根據(jù)質(zhì)量和電子守恒列方程式計算即可．

解答： 解：（1）n（CuO）=

8.4g

80g/mol

=0.105mol，氧元素的物質(zhì)的量=n（CuO）═銅元素的物質(zhì)的量=0.105mol；固體由CuO生成Cu和
Cu₂O，減少的質(zhì)量為氧元素的質(zhì)量，即8.4g-6.96g=1.44g，減少的氧元素的物質(zhì)的量=

1.44g

16g/mol

=0.09mol，所以Cu₂O中氧元素的物質(zhì)的量=0.105mol-0.09mol=0.015mol，所以n（Cu₂O）=0.015mol，根據(jù)銅元素守恒得n（Cu）=0.105mol-2×0.015mol=0.075mol，所以單質(zhì)銅與氧化亞銅的物質(zhì)的量之比是5：1．
故答案為：5：1．
（2）①n（Cu）=0.105mol-2×0.015mol=0.075mol，所以m（Cu）=0.075mol×64g/mol=4.8g，
氧化亞銅的質(zhì)量=6.96g-4.8g=2.16g．氧化亞銅和稀硫酸反應(yīng)，銅和稀硫酸不反應(yīng)，設(shè)氧化亞銅和稀硫酸反應(yīng)生成銅的質(zhì)量為x．
氧化亞銅和稀硫酸反應(yīng)的方程式為：
Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
144g             64g
2.16g             x
x=0.96g
所以可得到固體的質(zhì)量=4.8g+0.96g=5.76克
通過分析知，6.96克的銅和氧化亞銅的混合物與硝酸反應(yīng)相當(dāng)于5.76克的銅與硝酸反應(yīng)．
設(shè)銅與硝酸反應(yīng)全部生成二氧化氮，二氧化氮的體積為：
Cu+4HNO₃=Cu（NO₃）₂+2NO₂ ↑+2H₂O
 64g               44.8L
5.76               4.032L                  
設(shè)銅與硝酸反應(yīng)全部生成一氧化氮，一氧化氮的體積為：
3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
192g                44.8L
5.76              1.344L
  1.344L＜1.568l＜4.032L，所以該氣體是二氧化氮和一氧化氮的混合物．
設(shè)生成一氧化氮的物質(zhì)的量為ymol，生成二氧化氮的物質(zhì)的量為zmol．
3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O  
192g                   2mol
 96yg                 ymol
Cu+4HNO₃=Cu（NO₃）₂+2NO₂ ↑+2H₂O
64g                 2mol
32zg                zmol
y+z=

1.568

22.4

mol=0.07mol，96y+32z=5.76，解得y=0.055mol，z=0.015mol，y：z=11：3
所以一氧化氮和二氧化氮的物質(zhì)的量之比為11：3．
故答案為：NO、NO₂； 11：3．
  ②根據(jù)銅元素守恒知，氧化銅中的銅全部轉(zhuǎn)化為硝酸銅中的銅離子，為0.105mol，原溶液中的Cu²⁺有20%殘留在母液中，所以晶體中銅離子的物質(zhì)的量為0.084mol，根據(jù)化學(xué)式知，晶體中硝酸銅的物質(zhì)的量=銅離子的物質(zhì)的量=0.084mol，
m（Cu（NO₃）₂）=0.084mol×188g/mol=15.792g＜20.328g，所以晶體中有水，水的物質(zhì)的量=

20.328g-15.792g

18g/mol

=0.252mol，硝酸銅與水的物質(zhì)的量之比=0.084mol：0.252mol=1：3，所以其化學(xué)式為Cu（NO₃）₂?3H₂O．
故答案為：Cu（NO₃）₂?3H₂O；
（3）由Cu元素守恒可得：2×n（Cu₂0）+n（CuO）+X=0.025mol，
由氧化還原反應(yīng)得失電子守恒可知：X×2+2×n（Cu₂0）=

0.224L

22.4L/mol

，
解之得：n（CuO）=X-0.005mol，
n（Cu₂0）=0.015mol-X，
則0.005mol＜X＜0.015mol，
答：其中Cu₂0、CuO的物質(zhì)的量為：n（CuO）=X-0.005mol，n（Cu₂0）=0.015mol-X，X的取值范圍為0.005mol＜X＜0.015mol．

點評：本題考查混合物的計算，題目難度大，綜合性強，注意從質(zhì)量守恒和氧化還原反應(yīng)得失電子守恒的角度分析．