Question

8．已知：硝酸銅受熱易分解．
170℃時(shí)，2Cu （NO₃）₂$\stackrel{△}{→}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑開(kāi)始分解，至250℃分解完全．（其中2NO₂?N₂O₄，2NO₂→2NO+O₂等反應(yīng)忽略不計(jì)）．
800℃時(shí)，4CuO$\stackrel{高溫}{→}$2Cu₂O+O₂↑ 開(kāi)始分解，至1000℃以上分解完全．
（1）取5.64g無(wú)水硝酸銅，加熱至1000℃以上，將生成的氣體導(dǎo)入足量的NaOH溶液充分吸收后，還有逸出的氣體是O₂（填分子式），體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為0.168L；將吸收液加水稀釋到100mL，此溶液中NO₃^-的物質(zhì)的量濃度為0.6mol/L．
（2）取5.64g無(wú)水硝酸銅加熱至某溫度分解后的殘留固體中含有1.60g CuO，則殘留固體的質(zhì)量可能是2.32g或3.48g
實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)溫度達(dá)到1800℃時(shí)，Cu₂O也會(huì)發(fā)生分解：2Cu₂O$\stackrel{1800℃}{→}$4Cu+O₂↑
（3）取8.00g CuO，加熱到1800℃左右，冷卻后稱(chēng)得質(zhì)量為6.88g，通過(guò)計(jì)算求出反應(yīng)后剩余固體中各成分的物質(zhì)的量之比．
（4）取8.00g CuO，通入一定量H₂并加熱，使其部分還原為Cu和Cu₂O，且其中n （Cu₂O）：n （Cu）=x．將此混合物溶于足量的稀硫酸中（Cu₂O+2H⁺→Cu+Cu²⁺+H₂O），充分反應(yīng)后過(guò)濾得到Cu y g，試求未被還原的CuO的物質(zhì)的量0.1-$\frac{y+2xy}{64（x+1）}$（用含x、y的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）無(wú)水硝酸銅分解生成CuO時(shí)，生成的NO₂與O₂恰好與水完全反應(yīng)，多余的氣體為CuO分解生成的氧氣，根據(jù)4CuO～O₂計(jì)算剩余氧氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)V=nVm計(jì)算體積；根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算5.64g無(wú)水硝酸銅物質(zhì)的量，由轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，5.64g無(wú)水硝酸銅中含有的硝酸根等于溶液中含有的硝酸根，再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算；
（2）殘留固體可能是CuO和Cu₂O的混合物，也可能是CuO和Cu（NO₃）₂的混合物，據(jù)此討論結(jié)合銅原子守恒計(jì)算；
（3）根據(jù)固體質(zhì)量減少與氧化銅中含有的氧元素質(zhì)量，判斷氧化銅是否完全發(fā)生轉(zhuǎn)化為Cu，進(jìn)而判斷剩余固體中Cu元素、O元素的質(zhì)量，確定Cu原子與氧原子關(guān)系，確定剩余固體的組成，據(jù)此計(jì)算解答；
（4）過(guò)濾得到y(tǒng)gCu來(lái)源于氫氣還原生成的Cu及Cu₂O與酸反應(yīng)生成的Cu，令氫氣還原生成的Cu的物質(zhì)的量為nmol，則Cu₂O的物質(zhì)的量分別nxmol，根據(jù)方程式計(jì)算Cu₂O與酸反應(yīng)生成的Cu的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算n的值，再根據(jù)Cu原子守恒計(jì)算為分解的Cu．

解答 解：（1）無(wú)水硝酸銅分解生成CuO時(shí)，生成的NO₂與O₂恰好與水完全反應(yīng)，多余的氣體為CuO分解生成的氧氣，由可知關(guān)系式4CuO～O₂可知，n（O₂）=0.03mol×$\frac{1}{4}$=0.0075（mol），所以標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積為0.0075mol×22.4L/mol=0.168 L，
5.64g無(wú)水硝酸銅物質(zhì)的量為$\frac{5.64g}{188g/mol}$=0.03mol，由轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，5.64g無(wú)水硝酸銅中含有的硝酸根等于溶液中含有的硝酸根，故溶液中硝酸根的物質(zhì)的量為0.03mol×2=0.06mol，故稀釋后溶液中硝酸根的物質(zhì)的量濃度為$\frac{0.06mol}{0.1L}$=0.6mol/L，
故答案為：O₂；0.168L；0.6mol/L；
（2）殘留固體可能是CuO和Cu₂O的混合物，也可能是CuO和Cu（NO₃）₂的混合物．若為CuO和Cu₂O的混合物，則n（CuO）=$\frac{1.6g}{80g/mol}$=0.02 mol，n（CuO）+2n（Cu₂O）=0.03 mol，所以n（Cu₂O）=0.005 mol，故m（Cu₂O）=144g/mol×0.005mol=0.72g，m（殘留固體）=1.60 g+0.72 g=2.32 g； 若為CuO和Cu（NO₃）₂的混合物，則n（CuO）=0.02 mol，則n（CuO）+n[Cu（NO₃）₂]=0.03 mol，n[Cu（NO₃）₂]=0.01 mol，m[Cu（NO₃）₂]=0.01mol×188g/mol=1.88 g，m（殘留固體）=1.60 g+1.88 g=3.48 g，故答案為：2.32g或3.48g；
（3）取8.00g CuO，加熱到1800℃左右，冷卻后稱(chēng)得質(zhì)量為6.88g，則生成的氧氣的質(zhì)量為8g-6.88g=1.12g，8gCuO中O元素質(zhì)量為8g×$\frac{16}{80}$=1.6g＞1.12g，則CuO為完全轉(zhuǎn)化為Cu，剩余固體中Cu元素質(zhì)量為8g-1.6g=6.4g，O元素質(zhì)量為1.6g-1.12g=0.28g，剩余固體中n（Cu）：n（O）=$\frac{6.4}{64}$：$\frac{0.48}{16}$=10：3，故剩余固體為Cu、Cu₂O，故n（Cu₂O）=n（O）=$\frac{0.48g}{16g/mol}$=0.03mol，n（Cu）=$\frac{6.4g}{64g/mol}$-0.03mol×2=0.04mol，故n（Cu₂O）：n（Cu）=0.03mol：0.04mol=3：4，
故答案為：n（Cu₂O）：n（Cu）=3：4；
（4）8.00g CuO的物質(zhì)的量為$\frac{8g}{80g/mol}$=0.1mol，
令氫氣還原生成的Cu的物質(zhì)的量為nmol，則Cu₂O的物質(zhì)的量分別nxmol，則：
Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O
   nx            n
所以nx+n=$\frac{y}{64}$，故n=$\frac{y}{64（x+1）}$，故n（Cu₂O）=nx=$\frac{xy}{64（x+1）}$，
根據(jù)銅原子守恒可知，未被還原的CuO的物質(zhì)的量為n（CuO）=0.1-n-2nx=0.1-$\frac{y}{64（x+1）}$-2×$\frac{xy}{64（x+1）}$=0.1-$\frac{y+2xy}{64（x+1）}$，故答案為：n（CuO）=0.1-$\frac{y+2xy}{64（x+1）}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算、根據(jù)方程式的計(jì)算等，難度較大，注意（2）根據(jù)可能的情況進(jìn)行討論計(jì)算，對(duì)學(xué)生的思維由較高的要求．