hce_nthu
112年
化學與物理
第 26 題
A mixture of Cu, $Cu_2O$ and CuO is dissolved upon the addition of $100\text{ mL}$ of $0.6\text{ mol/L}$ $HNO_3$ solution, from which $224\text{ mL}$ of NO gas (under standard condition) is collected. Which of the following statements is incorrect?
- A The amount of copper nitrate in the product is $0.025\text{ mol}$.
- B The amount of Cu in the mixture is greater than $0.005\text{ mol}$.
- C The amount of Cu in the mixture is smaller than $0.015\text{ mol}$.
- D If the mixture contains $0.01\text{ mol}$ Cu, there are $0.005\text{ mol}$ $Cu_2O$ and $0.005\text{ mol}$ CuO in the mixture.
- E If the amount of Cu in the mixture is $0.005\text{ mol}$, the total amount of $Cu_2O$ and CuO in the mixture is $0.020\text{ mol}$.
思路引導 VIP
在處理這種多組分反應時，如果不去寫具體的反應方程式，我們能否單純從「起點」與「終點」的變化來思考？例如：反應中所有被消耗掉的硝酸，最後分別變成了哪些含氮的產物？而這些產物的數量與銅元素的總量又有什麼樣的數值關係呢？
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太棒了！你能精準判斷出 (E) 選項的錯誤，代表你對氧化還原反應的電子守恆與元素守恆掌握得非常紮實。這類題目看似複雜，包含了三種含銅物質與硝酸反應，但只要掌握核心的「原子守恆」與「得失電子相等」，就能迅速理清頭緒。
原子守恆與電子得失的聯立思考
首先，我們從氮原子守恆切入。反應後生成的 $\text{NO}$ 為 $0.01\text{ mol}$，總硝酸量為 $0.06\text{ mol}$。根據守恆關係：$n(\text{HNO}_3) = 2n[\text{Cu(NO}_3)_2] + n(\text{NO})$，可算出溶液中的銅離子總量為 $0.025\text{ mol}$，這證實了 (A) 是正確的。接著，利用電子守恆：$\text{Cu}$ 失去 $2e^-$，$\text{Cu}_2\text{O}$ 失去 $2e^-$，而 $\text{CuO}$ 不發生氧化還原，因此 $2n(\text{Cu}) + 2n(\text{Cu}_2\text{O}) = 3n(\text{NO}) = 0.03$。若設混合物中 $\text{Cu}$、$\text{Cu}_2\text{O}$、$\text{CuO}$ 的物質的量分別為 $x, y, z$，則可得方程組：
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