(2014•闵行区二模)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

(2014•闵行区二模)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Cu.
(1)现有8.4克氧化铜被氢气完全还原后,得到红色固体6.96克,其中含单质铜与氧化亚铜的物质的量之比是______;
(2)若将6.96克上述混合物与足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20.328g.经分析,原溶液中的Cu2+有20%残留在母液中,所得晶体的化学式为______.
(3)Cu、Cu2O和CuO组成的混合物,加入100mL 0.6mol/L HNO3溶液恰好使混合物完全溶解,同时收集到224mL NO气体(标准状况).如原混合物中Cu的物质的量为X,求其中Cu2O、CuO的物质的量及X的取值范围(写出解题过程).
lxh_lch 1年前 已收到1个回答 举报

卿本狂人 幼苗

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解题思路:(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)①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,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.
(3)根据质量和电子守恒列方程式计算即可.

(1)n(CuO)=[8.4g/80g/mol]=0.105mol,氧元素的物质的量=n(CuO)═铜元素的物质的量=0.105mol;固体由CuO生成Cu和
Cu2O,减少的质量为氧元素的质量,即8.4g-6.96g=1.44g,减少的氧元素的物质的量=[1.44g/16g/mol]=0.09mol,所以Cu2O中氧元素的物质的量=0.105mol-0.09mol=0.015mol,所以n(Cu2O)=0.015mol,根据铜元素守恒得n(Cu)=0.105mol-2×0.015mol=0.075mol,所以单质铜与氧化亚铜的物质的量之比是5:1.
故答案为:5:1.
(2)①n(Cu)=0.105mol-2×0.015mol=0.075mol,所以m(Cu)=0.075mol×64g/mol=4.8g,
氧化亚铜的质量=6.96g-4.8g=2.16g.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
144g 64g
2.16g x
x=0.96g
所以可得到固体的质量=4.8g+0.96g=5.76克
通过分析知,6.96克的铜和氧化亚铜的混合物与硝酸反应相当于5.76克的铜与硝酸反应.
设铜与硝酸反应全部生成二氧化氮,二氧化氮的体积为:
Cu+4HNO3=Cu(NO32+2NO2 ↑+2H2O
64g 44.8L
5.76 4.032L
设铜与硝酸反应全部生成一氧化氮,一氧化氮的体积为:
3Cu+8HNO3=3Cu(NO32+2NO↑+4H2O
192g 44.8L
5.76 1.344L
1.344L<1.568l<4.032L,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.
3Cu+8HNO3=3Cu(NO32+2NO↑+4H2O
192g 2mol
96yg ymol
Cu+4HNO3=Cu(NO32+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质的量之比为11:3.
故答案为:NO、NO2; 11:3.
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0.105mol,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0.084mol,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=0.084mol,
m(Cu(NO32)=0.084mol×188g/mol=15.792g<20.328g,所以晶体中有水,水的物质的量=[20.328g−15.792g/18g/mol]=0.252mol,硝酸铜与水的物质的量之比=0.084mol:0.252mol=1:3,所以其化学式为Cu(NO32•3H2O.
故答案为:Cu(NO32•3H2O;
(3)由Cu元素守恒可得:2×n(Cu20)+n(CuO)+X=0.025mol,
由氧化还原反应得失电子守恒可知:X×2+2×n(Cu20)=[0.224L/22.4L/mol],
解之得:n(CuO)=X-0.005mol,
n(Cu20)=0.015mol-X,
则0.005mol<X<0.015mol,
答:其中Cu20、CuO的物质的量为:n(CuO)=X-0.005mol,n(Cu20)=0.015mol-X,X的取值范围为0.005mol<X<0.015mol.

点评:
本题考点: 氧化还原反应的计算.

考点点评: 本题考查混合物的计算,题目难度大,综合性强,注意从质量守恒和氧化还原反应得失电子守恒的角度分析.

1年前

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