Question

某研究性學習小組擬用銅屑與氧化銅混合物與硫酸和硝酸組成的混酸反應來制取CuSO₄?5H₂O晶體，混酸中硝酸的還原產物為NO，反應過程中不產生SO₂，反應后的溶液中不含Cu（NO₃）₂，反應中固體完全溶解，兩種酸均恰好完全反應．設固體混合物的總質量為480g，其中銅的質量分數為x，試回答下列．
（1）所得硫酸銅晶體的質量y為：

375x+1500

（用x表示）；
（2）若x=0.4，混酸中HNO₃與H₂SO₄的物質的量之比為：

1：3.3

；
（3）若x=0.4，480g固體混合物與一定量混酸微熱后，充分反應，冷卻恰好只得到CuSO₄?5H₂O，試求原混酸中H₂SO₄的質量分數．

Answer 1

分析：（1）計算480克混合物中銅屑與氧化銅質量，再根據n=

m

M

計算n（Cu）、n（CuO），根據Cu元素守恒可知n（CuSO₄?5H₂O）=n（Cu）+n（CuO），再根據m=nM計算所得硫酸銅晶體的質量；
（2）計算480克銅與氧化銅的質量，進而計算物質的量，根據電子轉移守恒計算n（HNO₃），依銅元素守恒可知n（CuSO₄?5H₂O）=n（Cu）+n（CuO），故n（H₂SO₄）=n（CuSO₄?5H₂O），據此解答；
（3）由硫酸根守恒可知n（H₂SO₄）=n（CuSO₄?5H₂O），據此計算混酸中n（H₂SO₄），據m=nM計算所得硫酸的質量，m（混酸）=m（CuSO₄?5H₂O）+m（NO）-m（Cu+CuO），據此計算解答．

解答：解：（1）480克混合物中銅屑的質量=480xg，則n（Cu）=

480xg

64g/mol

=7.5xmol，氧化銅的質量=480（1-x）g，則n（CuO）=

480(1-x)g

80g/mol

=6（1-x）mol，根據Cu元素守恒可知n（CuSO₄?5H₂O）=n（Cu）+n（CuO）=7.5xmol+6（1-x）mol=（1.5x+6）mol，故所得硫酸銅晶體的質量y=（1.5x+6）mol×250g/mol=（375x+1500）g，
故答案為：375x+1500；
（2）x=0.4，則n（Cu）=7.5×0.4=3mol，根據電子轉移守恒3n（HNO₃）=2n（Cu），故n（HNO₃）=

3mol×2

3

=2mol．n（CuO）=6×（1-0.4）mol=3.6，根據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與H₂SO₄的物質的量之比為2mol：6.6mol=1：3.3mol，
故答案為：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，
故原混酸中硫酸的質量分數=

646.8g

1230g

×100%=52.6%，
答：原混酸中硫酸的質量分數為52.6%．

點評：本題考查混合計算等，難度中等，清楚硝酸全部起氧化劑作用是關鍵，注意守恒思想的運用．