Question

銅既能與稀硝酸反應，也能與濃硝酸反應，當銅與一定濃度硝酸反應時，可將方程式表示為：Cu+HNO₃→Cu（NO₃）₂+NO↑+NO₂↑+H₂O （方程式未配平，不考慮2NO_2? N₂O₄）．
（1）硝酸在該反應中的作用是    ．
（2）0.004molCu被硝酸完全溶解后，Cu失去的電子數是    ，如果得到的NO和NO₂物質的量相同，則參加反應的硝酸的物質的量是    ，在標準狀況下若將收集NO和NO₂的集氣瓶倒立于水中，通入一定量的氧氣充分反應后發現無氣體剩余，則通入O₂的體積為    ；所得溶液（假設溶質不擴散）的物質的量濃度是    ．
（3）如果參加反應的Cu和HNO₃的物質的量之比是3：10，寫出并配平該反應的離子方程式    ．
（4）如果沒有對該反應中的某些物質的比例作限定，則方程式可能的配平系數有許多組．原因是    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）反應中氮元素化合價由+5價降低為+2、+4價，體現硝酸氧化性，同時生成硝酸鹽，硝酸體現酸性．
（2）銅失去2個電子形成Cu²⁺，失去的電子物質的量是銅的2倍，據此計算．
根據電子轉移守恒計算NO、NO₂的物質的量，根據銅元素守恒計算硝酸銅的物質的量，根據氮元素守恒可知參加反應的硝酸的物質的量n（HNO₃）=2n[Cu（NO₃）₂]+n（NO₂）+n（NO）．
根據方程式4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，計算需要通入O₂的物質的量，生成硝酸的物質的量，根據V=cVm計算氧氣體積，溶液體積等于一氧化氮與二氧化氮的體積之和，根據c=計算硝酸濃度．
（3）令銅為3mol，則HNO₃為10mol，根據銅元素守恒可知，生成硝酸銅3mol，所以氧化劑作用的硝酸為10mol-6mol=4mol，令生成NO為xmol，則生成NO₂為（4-x）mol，利用電子轉移守恒列方程計算x值，據此書寫離子方程式．
（4）該反應含有兩個氧化還原反應，兩者的比例和氧化劑的用量都可以發生變化．
解答：解：（1）反應中氮元素化合價由+5價降低為+2、+4價，體現硝酸氧化性，同時生成硝酸鹽，硝酸體現酸性．
故答案為：氧化性、酸性．
（2）銅失去2個電子形成Cu²⁺，失去的電子物質的量是銅的2倍，0.004molCu被硝酸完全溶解后，
Cu失去的電子數是0.004mol×2×N_Amol^-1=0.008N_A；
根據銅元素守恒，n[Cu（NO₃）₂]=n（Cu）=0.004mol，令NO、NO₂的物質的量為ymol，
根據電子轉移守恒有3y+y=0.004×2，解得y=0.002，根據氮元素守恒可知，參加反應的硝酸的物質的量
n（HNO₃）=2n[Cu（NO₃）₂]+n（NO₂）+n（NO）=0.004mol×2+0.002mol+0.002mol=0.012mol；
根據方程式4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃可知，需要通入O₂的物質的量為
0.002mol×+0.002mol×=0.002mol，生成硝酸的物質的量為0.002mol+0.002mol=0.004mol，所以需要氧氣的體積為
0.002mol×22.4L/mol=0.0448L=44.8ml；溶液體積等于一氧化氮與二氧化氮的體積之和，所以溶液的體積為
0.004mol×22.4L/mol=0.004×22.4L，所得溶液的物質的量濃度是=mol/L．
故答案為：0.008N_A；0.012mol；44.8mL；mol/L．
（3）令銅為3mol，則HNO₃為10mol，根據銅元素守恒可知，生成硝酸銅3mol，所以氧化劑作用的硝酸為10mol-6mol=4mol，令生成NO為xmol，則生成NO₂為（4-x）mol，根據電子轉移守恒可知，3x+（4-x）×1=3×2，解得x=1，即生成NO為1mol，則生成NO₂為3mol，反應離子方程式為3Cu+10H⁺+4NO₃^-=3Cu²⁺+NO↑+3NO₂↑+5H₂O．
故答案為：3Cu+10H⁺+4NO₃^-=3Cu²⁺+NO↑+3NO₂↑+5H₂O．
（4）該反應含有兩個氧化還原反應，兩者的比例和氧化劑的用量都可以發生變化．
故答案為：該反應含有兩個氧化還原反應，兩者的比例和氧化劑的用量都可以發生變化．
點評：考查反應方程式的有關計算，難度中等，（3）中離子方程式的書寫關鍵是NO、NO₂的物質的量的確定．