Question

當硝酸與金屬或非金屬反應時，反應物或反應條件不同，硝酸被還原的產物也不同．請回答下列問題：
（1）金屬Zn與某濃度的硝酸反應時無氣體產生，那么硝酸的還原產物為______（填化學式）．
（2）某混酸由200mL 3mol?L^-1I的稀硝酸和200mL 2.5mol?L^-1的稀硫酸均勻混合而成（忽略溶液的體積變化）．將其分成兩等份，分別與銅和鐵反應，還原產物只有NO，則最多能溶解______ mol Cu和______g Fe．
（3）200mL 16mol?L^-1的濃硝酸與3.2g Cu反應，反應過程中還原產物只有NO₂，則反應結束后，產生氣體的體積為______（標準狀況下），溶液中c（H⁺）：c（NO^-₃）=______（忽略HNO₃的揮發）．
（4）用試管將（3）反應產生的NO₂收集滿并倒立在足量的水中，待試管中液面不再上升時，試管中剩余氣體的體積約為原氣體體積的______．試管中的液體的物質的量濃度為______．（假設試管中的液體不對外擴散，此反應條件下1mol氣體的體積為25.0L．如果NO₂中混有N₂O₄氣體，試管中的液體的物質的量濃度將______（填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

解：（1）金屬鋅和硝酸反應時沒有氣體生成，說明生成的氣體易溶于溶液，所以該氣體是氨氣NH₃，故答案為：NH₃；
（2）n（HNO₃）=3mol?L^-1×0.2L=0.6mol，n（H₂SO₄）=2.5mol?L^-1×0.2L=0.5mol，混合酸中n（H⁺）=0.6mol+0.5mol×2=1.6mol，n（NO₃^-）=0.6mol，銅和硝酸能發生反應但和稀硫酸不反應，銅和稀硝酸的反應方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，根據方程式知，參加反應的氫離子和硝酸根離子的物質的量之比是8：2，實際上混合溶液中氫離子和硝酸根離子的物質的量之比是8：3，說明硝酸根離子過量，以氫離子為標準計算溶解的銅的物質的量，設銅的物質的量為x，
3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
3mol 8mol
x 1.6mol
x=0.3mol，
向混合酸中加入鐵，過量鐵和酸反應生成亞鐵離子，所以鐵和硝酸反應與銅與硝酸的反應相同，把銅換成鐵即可；通過銅知，溶解鐵的物質的量也是0.3mol，
其質量為0.3mol×56g/mol=16.8g，故答案為：0.3；16.8；
（3）反應過程中還原產物只有二氧化氮說明濃硝酸過量，銅不足量，氧化還原反應中得失電子數相等，所以銅失去的電子數=硝酸根離子得到的電子數，設二氧化氮的體積是V，×2=×1，V=2.24L，
原溶液中硝酸的物質的量=16mol/L×0.2L=3.2mol，根據反應過程中氮原子守恒知，生成2.24L二氧化氮消耗硝酸根離子0.1mol，參加反應的硝酸根和氫離子的物質的量之比為1：2，
所以消耗氫離子的物質的量為0.2mol，所以溶液中還剩余氫離子的物質的量為3.2mol-0.2mol=3mol，
硝酸根的物質的量為3.2mol-0.1mol=3.1mol，所以反應后的溶液中c（H⁺）：c（NO^-₃）=3mol：3.1mol=30：31，
故答案為：2.24L；30：31；
（5）二氧化氮和水反應的方程式為3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，根據方程式知，生成的一氧化氮體積是二氧化氮的，所以試管中剩余氣體的體積約為原氣體體積的；根據方程式知，設氣體的體積為V，生成硝酸的物質的量為，c==0.04mol/L；相同體積的氣體中如果混有四氧化二氮，導致氮元素的物質的量增大，所以硝酸的物質的量濃度增大，
故答案為：；0.04mol/L；增大．
分析：（1）金屬和濃硝酸反應過程中，金屬失電子作還原劑，硝酸根離子得電子作氧化劑，且沒有氣體生成，說明生成的氣體易溶于水；
（2）n（HNO₃）=3mol?L^-1×0.2L=0.6mol，n（H₂SO₄）=2.5mol?L^-1×0.2L=0.5mol，銅和稀硝酸反應但和稀硫酸不反應，根據硝酸根和氫離子的物質的量計算消耗的銅的物質的量；鐵和稀硫酸、稀硝酸都反應，最終生成亞鐵離子，硝酸根離子不足量，所以鐵和酸的反應與銅和酸的反應相似，根據銅的物質的量即可判斷鐵的物質的量；
（3）還原產物只有二氧化氮說明酸過量，根據氧化還原反應中得失電子數相等計算二氧化氮的物質的量，再根據V=nV_m計算氣體體積；根據反應前后氮原子守恒計算生成二氧化氮所需的硝酸根的物質的量，從而計算出參加反應的氫離子的物質的量，總量減去反應的量即是反應后的溶液中存在的離子的物質的量，從而得出其比值；
（4）根據反應方程式判斷生成氣體體積占原氣體的體積的分數，從而得出答案；根據反應方程式計算硝酸的物質的量，再根據物質的量濃度公式計算其濃度；體積相同的氣體中含有四氧化二氮，導致氮的物質的量增大，所以形成硝酸的物質的量增大．
點評：本題以氮的化合物為載體考查了有關氮的化合物的計算，難度較大，易錯題是（2），單純的硝酸的物質的量減少，但稀硫酸中的氫離子和硝酸根離子又相當于硝酸，注意此點是解本題的關鍵．