高考化学氧化还原反应的综合压轴题专题复习含答案.docx
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高考化学氧化还原反应的综合压轴题专题复习含答案
一、高中化学氧化还原反应练习题(含详细答案解析)
1.硫酸亚铁铵的化学式为(NH4)2SO4•FeSO4•6H2O,商品名为莫尔盐,可由硫酸亚铁与硫酸铵反应生成。
一般硫酸亚铁盐在空气中易被氧化,而形成莫尔盐后就比较稳定了。
三种盐的溶解度(单位为g/100g水)如下表:
温度/℃
10
20
30
(NH4)2SO4
73.0
75.4
78.0
FeSO4·7H2O
20.0
26.5
32.9
(NH4)2SO4•FeSO4
17.2
21.6
28.1
(一)实验室制取少量莫尔盐的流程如下:
试回答下列问题:
(1)步骤1中加入10%Na2CO3溶液的主要作用是___________;反应中铁屑过量是为了______。
(2)步骤3需要趁热过滤,原因是___________。
(3)从步骤4到莫尔盐,必须进行的操作依次是______,析出的晶体常用________洗涤。
(4)若莫尔盐的饱和溶液中有水20克,当温度从30℃降至10℃,最多析出莫尔盐的质量是________(选填编号)。
A2.18gB大于2.18gC小于2.18gD无法确定
(二)称取质量为1.96g的莫尔盐制成溶液。
用未知浓度的酸性KMnO4溶液进行滴定。
(1)已知MnO4-被还原为Mn2+,试写出该滴定反应的离子方程式____。
(2)判断该反应到达滴定终点的现象为____________。
(3)假设到达滴定终点时,用去VmL酸性KMnO4溶液,则该酸性KMnO4溶液的浓度为_______mol/L。
【答案】除铁屑表面的油污还原氧化生成的Fe3+,保证Fe2+稳定、纯净地存在,减少产物中的Fe3+杂质FeSO4在温度低时溶解度较小,如果不趁热过滤就会有FeSO4·7H2O析出过滤、洗涤无水酒精或冰水B5Fe2++MnO4-+8H+→5Fe3++Mn2++4H2O加入最后一滴KMnO4溶液紫红色不褪,且半分钟内不褪色1/V
【解析】
【分析】
(一)
(1)碳酸钠水解显碱性;
(2)FeSO4在温度低时溶解度较小;
(3)浓缩结晶后需要过滤、洗涤;温度低时,硫酸亚铁铵的溶解度小;
(4)(NH4)2SO4·FeSO4在30℃和10℃的溶解度分别为:
28.1g和17.2g;
(二)
(1)MnO4-将二价铁离子氧化为三价铁离子,被还原为Mn2+;
(2)高锰酸钾本身有颜色,滴定亚铁离子是不需要指示剂的;
(3)根据亚铁离子和高锰酸根反应的实质,可以找到亚铁离子与高锰酸根之间的量的关系,根据原子守恒可以找到亚铁离子和酸亚铁铵之间量的关系,进而进行计算。
【详解】
(一)
(1)碳酸钠水解显碱性,油脂在碱性条件下能水解,过量的Fe可以还原氧化生成的Fe3+,减少产物中的Fe3+杂质,
故答案为:
除铁屑表面的油污;还原氧化生成的Fe3+,保证Fe2+稳定、纯净地存在,减少产物中的Fe3+杂质;
(2)如果不趁热过滤就会有FeSO4·7H2O析出,故答案为:
FeSO4在温度低时溶解度较小,如果不趁热过滤就会有FeSO4·7H2O析出;
(3)浓缩结晶后需要过滤、洗涤;硫酸亚铁铵在无水乙醇中的溶解度小;温度低时,硫酸亚铁铵的溶解度小,可用冰水洗涤,故答案为:
过滤、洗涤;无水酒精或冰水;
(4)(NH4)2SO4·FeSO4在30℃和10℃的溶解度分别为:
28.1g和17.2g,即若溶剂为100g水,冷却析出10.9g,有水20g析出2.18g,硫酸亚铁铵的化学式为(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O含有结晶水,故析出质量大于2.18g,故答案为:
B;
(二)
(1)反应的离子方程式5Fe2++MnO4-+8H+→5Fe3++Mn2++4H2O,故答案为:
5Fe2++MnO4-+8H+→5Fe3++Mn2++4H2O;
(2)高锰酸钾本身有颜色,滴定亚铁离子不需要指示剂,当滴加最后一滴溶液后,溶液变成紫红色,30s内不褪色,说明达到滴定终点,故答案为:
加入最后一滴KMnO4溶液紫红色不褪,且半分钟内不褪色;
(3)1.96g硫酸亚铁铵晶体的物质的量n=
=
=0.005mol,根据原子守恒则亚铁离子的物质的量为0.005mol,反应5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O,则5Fe2+~MnO4-,所以高锰酸钾的物质的量为0.001mol,据c=
=
=
mol/L,故答案为:
。
2.利用钒钛磁铁矿冶炼后产生的钒渣(主要含FeO·V2O3、Al2O3、SiO2及少量可溶性磷酸盐)生产V2O5的工艺流程如下,回答下列问题:
已知:
①V2O5、Al2O3、SiO2可与Na2CO3、NaCl组成的混合钠盐在高温下反应,并转化为NaVO3、NaAlO2、Na2SiO3等可溶性钠盐。
②AlO
+4H+=Al3++2H2O。
(1)焙烧Ⅰ包括氧化和钠化成盐两个过程,氧化的目的是获得V2O5,写出氧化过程中FeO·V2O3发生反应的化学方程式________;废渣Ⅰ的主要成分是________;精制Ⅰ中加盐酸调pH的主要作用是________,加入NH3·H2O后发生反应的离子方程式为________。
(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液除去磷酸盐,pH过小时影响除磷效果的原因是________;pH过大时,沉淀量增大的原因是________。
(3)沉钒所得NH4VO3沉淀需进行洗涤,洗涤时除去的阴离子主要是________。
NH4VO3在500℃时焙烧脱氨制得产品V2O5,反应方程式为2NH4VO3
V2O5+H2O↑+2NH3↑。
但脱氨过程中,部分V2O5会转化成V2O4,反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3:
2,该反应的化学方程式为________。
【答案】4FeO·V2O3+5O2
2Fe2O3+4V2O5Fe2O3[或Fe(OH)3]除Si并转化AlO2-写“除Si”即得分)Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH
H++NH3·H2O=H2O+NH
(写出第一个离子方程式即得分)形成溶解度较大的酸式盐(或形成溶解度较大的磷酸氢钙和/或磷酸二氢钙)产生了Ca(OH)2沉淀Cl-3V2O5+2NH3
3V2O4+N2+3H2O
【解析】
【分析】
氧化过程FeO·V2O3生成对应的金属氧化物Fe2O3和V2O5;经过氧化和钠化后,V2O5、Al2O3、SiO2均转化为可溶性盐,Fe2O3[或Fe(OH)3]成为滤渣;精制Ⅰ中加盐酸调pH为了和SiO32-反应生成硅酸沉淀,将AlO2-转化为Al3+;加入NH3·H2O后与Al3+发生反应生成Al(OH)3沉淀;精制Ⅱ中加入CaCl2溶液生成磷酸钙沉淀,除去磷酸盐,沉钒时加入试剂NH4Cl,所得NH4VO3沉淀,焙烧得到产品,据此分析。
【详解】
(1)氧化过程FeO·V2O3生成对应的金属氧化物Fe2O3和V2O5,化学方程式为:
4FeO·V2O3+5O2
2Fe2O3+4V2O5;经过氧化和钠化后,V2O5、Al2O3、SiO2均转化为可溶性盐,Fe2O3[或Fe(OH)3]成为滤渣;精制Ⅰ中加盐酸调pH为了和SiO32-反应生成硅酸沉淀,将AlO2-转化为Al3+;加入NH3·H2O后与Al3+发生反应生成Al(OH)3沉淀,还可以中和酸,反应方程式为:
、
,故答案为:
4FeO·V2O3+5O2
2Fe2O3+4V2O5;Fe2O3[或Fe(OH)3];除Si并转化AlO2-(写“除Si”即得分);
,
(写出第一个离子方程式即得分);
(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液生成磷酸钙沉淀,除去磷酸盐,pH过小时形成溶解度较大的酸式盐;pH过大时易形成Ca(OH)2沉淀,故答案为:
形成溶解度较大的酸式盐(或形成溶解度较大的磷酸氢钙和/或磷酸二氢钙);产生了Ca(OH)2沉淀;
(3)沉钒时加入试剂NH4Cl,因此所得NH4VO3沉淀含有阴离子主要为Cl-;脱氨过程中,部分V2O5会转化成V2O4,且反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3:
2,则V2O5为氧化剂,NH3为还原剂,还原产物为V2O4,氧化产物为N2,则氧化还原方程式为:
3V2O5+2NH3
3V2O4+N2+3H2O,故答案为:
Cl-;3V2O5+2NH3
3V2O4+N2+3H2O。
3.在古代,橘红色的铅丹(Pb3O4)用于入药和炼丹,人们对其中重金属铅的毒性认识不足。
已知:
PbO2为棕黑色粉末。
某化学兴趣小组对铅丹的一些性质进行实验探究并测定其组成。
回答下列问题:
(1)性质实验
实验操作
现象
解释或结论
①将适量铅丹样品放入小烧杯中,加入2 mL 6 mol/L的HNO3溶液,搅拌
_____
Pb3O4+4HNO3=PbO2+
2Pb(NO3)2+2H2O
②将上述混合物过滤,所得滤渣分为两份,一份加入2 mL浓盐酸,加热
有刺激性的黄绿色气体产生
反应的化学方程式:
_______
③另一份滤渣加入硝酸酸化的Mn(NO3)2溶液,搅拌
得紫色溶液
结论:
_______
(2)组成测定
① 准确称取0.530 g 干燥的铅丹样品,置于洁净的小烧杯中,加入2 mL 6 mol/L的HNO3溶液,搅拌使之充分反应,分离出固体和溶液。
该分离操作名称是_____________。
② 将①中所得溶液全部转入锥形瓶中,加入指示剂和缓冲溶液,用0.04000 mol/L的EDTA溶液(显酸性)滴定至终点,消耗EDTA溶液36.50 mL。
EDTA与Pb2+的反应可表示为Pb2++H2Y2- =PbY2-+2H+,滴定时EDTA溶液应盛装在_______________中。
滤液中含Pb2+__________mol。
③ 将①中所得固体PbO2全部转入另一锥形瓶中,往其中加入适量HAc与NaAc的混合液和8 g固体KI,摇动锥形瓶,使PbO2全部反应而溶解,发生反应PbO2+4I-+4HAc=PbI2+I2+4Ac-+2H2O,此时溶液呈透明棕色。
以0.05000 mol/L的Na2S2O3标准溶液滴定,发生反应I2+2S2O32-=S4O62-+2I-,至溶液呈淡黄色时加入2%淀粉溶液1 mL,继续滴定至溶液_______,即为终点,用去Na2S2O3溶液30.80 mL。
根据②、③实验数据计算,铅丹中Pb(Ⅱ)与Pb(Ⅳ)的原子数之比为____________。
【答案】固体由橘红色变为棕黑色PbO2+4HCl(浓)
PbCl2+Cl2↑+2H2O在酸性溶液中,PbO2能够将Mn2+氧化为MnO4-过滤、洗涤、干燥酸式滴定管1.460×10-3蓝色褪去且半分钟内不恢复1.90
【解析】
【分析】
(1)①由化学方程式及物质的物理性质总结反应现象,②黄绿色气体为氯气,HCl氧化为氯气,则PbO2发生还原,③紫色是MnO4-离子的颜色,在酸性条件下PbO2能够将Mn2+氧化为MnO4-,PbO2发生还原反应变为+2价离子;
(2)①溶液中有固体沉淀的分离步骤是:
过滤、洗涤、干燥,②碱性溶液用碱式滴定管盛装,酸性和氧化性溶液用酸式滴定管盛装,根据反应的离子方程式找出关系式进行计算滤液中含Pb2+的物质的量;
(3)碘遇淀粉变蓝色,根据反应的离子方程式找出关系式进行相关计算。
根据以上分析进行解答。
【详解】
(1)①铅丹样品与HNO3溶液发生反应:
Pb3O4+4HNO3=PbO2+2Pb(NO3)2+2H2O,由题中所给Pb3O4、PbO2物理性质可知反应现象为:
固体由橘红色变为棕黑色。
答案为:
固体由橘红色变为棕黑色。
②PbO2与浓盐酸加热生成的黄绿色气体为氯气,HCl氧化为氯气,PbO2发生还原变成Pb2+,根据原子守恒写出反应方程式为:
PbO2+4HCl(浓)
PbCl2+Cl2↑+2H2O。
答案为:
PbO2+4HCl(浓)
PbCl2+Cl2↑+2H2O。
③PbO2与硝酸酸化的Mn(NO3)2溶液反应得到的是MnO4-紫色溶液,说明在酸性条件下PbO2能够将Mn2+氧化为MnO4-,PbO2发生还原反应变为Pb2+离子,反应方程式为:
5PbO2+2Mn2++4H+=2MnO4-+5Pb2++2H2O。
答案为:
在酸性溶液中,PbO2能够将Mn2+氧化为MnO4-。
(2)①溶液中有不溶物分离的操作步骤是:
过滤、洗涤、干燥。
答案是:
过滤、洗涤、干燥。
②滴定实验中酸性和氧化性溶液用酸式滴定管盛装,所以显酸性的EDTA溶液应盛装在酸式滴定管里,根据反应Pb2++H2Y2- =PbY2-+2H+可得:
n(Pb2+)=n(H2Y2- )=36.50⨯10-3L⨯0.0400mol/L=1.460⨯10-3mol。
答案为:
酸式滴定管;1.460×10-3。
(3)该滴定实验使用淀粉溶液作指示剂,而碘遇淀粉变蓝色,当反应I2+2S2O32-=S4O62-+2I-结束时,碘恰好反应完蓝色褪去,所以达到滴定终点的标志是:
蓝色褪去且半分钟内不恢复;根据反应:
PbO2+4I-+4HAc=PbI2+I2+4Ac-+2H2O,I2+2S2O32-=S4O62-+2I-可得:
n(PbO2)=n(I2)=
n(S2O32-)=
⨯0.05000mol/L⨯30.80⨯10-3L=7.7⨯10-4mol,所以铅丹中Pb(Ⅱ)与Pb(Ⅳ)的原子数之比为:
1.460×10-3:
7.7⨯10-4=1.90。
答案为:
蓝色褪去且半分钟内不恢复;1.90。
【点睛】
有关滴定实验的计算中要根据反应方程式找准关系式,计算时注意单位的换算。
4.亚硝酰硫酸(NOSO4H)主要用于染料、医药等工业。
实验室制备亚硝酰硫酸的方法如下:
将SO2通入盛有浓硫酸和浓硝酸的混合液中,维持体系温度略低于20℃,搅拌,使其充分反应。
反应过程中,亚硝酰硫酸的物质的量和硝酸的物质的量随时间的变化如图所示。
(1)①实验室制备NOSO4H的化学反应方程式为___。
②反应进行到10min后,反应速度明显加快,其可能的原因是___。
③反应过程中,硝酸减少的物质的量大于NOSO4H生成的物质的量的可能原因是___
(2)为了测定亚硝酰硫酸的纯度,进行如下实验:
。
准确称取1.200g产品放入锥形瓶中,加入50.00mL0.1000mol·L-1的KMnO4标准溶液和足量稀H2SO4,摇匀,使其充分反应。
再将反应后溶液加热至60~70℃(使生成的HNO3挥发逸出),冷却至室温,用0.2500mol·L-1Na2C2O4标准溶液滴定至终点,消耗Na2C2O4溶液的体积为16.00mL。
已知:
2KMnO4+5NOSO4H+2H2O=K2SO4+2MnSO4+5HNO3+2H2SO4;KMnO4在酸性条件下被还原为Mn2+。
根据以上实验数据计算亚硝酰硫酸的纯度。
(写出计算过程)___
【答案】HNO3+SO2
NOSO4H生成的NOSO4H对该反应有催化作用硝酸会挥发和分解90.00%
【解析】
【分析】
(1)设NOSO4H中N的化合价为x,根据化合价代数和为0有:
x+(+6)×1+(-2)×5+(+1)×1=0,解得:
x=+3,N元素化合价从+5降低到+3,必有S元素化合价从+4升高到+6,发生的是氧化还原反应,氧化剂与还原剂物质的量之比=1:
1;
(2)50.00mL0.1000mol·L-1的KMnO4与16.00mL0.2500mol·L-1Na2C2O4反应之后剩余的KMnO4再与NOSO4H反应。
【详解】
(1)①N元素化合价从+5降低到+3,必有S元素化合价从+4升高到+6,N元素和S元素的物质的量之比=1:
1,所以反应的方程式为:
HNO3+SO2
NOSO4H,故答案为:
HNO3+SO2
NOSO4H;
②反应前十分钟没有加快,不是温度,十分钟后明显加快,说明生成的物质对反应有催化作用,故答案为:
生成的NOSO4H对该反应有催化作用;
③从反应的方程式看:
参加反应的硝酸和生成的NOSO4H比例为1:
1,消耗的硝酸多,可能是有一部分挥发和分解了,故答案为:
硝酸会挥发和分解;
(2)一部分KMnO4标准溶液和NOSO4H反应,剩余的KMnO4标准溶液用Na2C2O4反滴定,KMnO4和Na2C2O4,KMnO4中Mn元素化合价从+7降低到+2,降低5,作氧化剂,Na2C2O4中C元素化合价从+3升高到+4升高了1,2个C升高了2,作还原剂,根据得失电子守恒,氧化剂和还原剂的物质的量之比=2:
5,所以
,解得:
和Na2C2O4反应的KMnO4的物质的量n1=1.6×10-3mol,KMnO4总的物质的量=50.00×10-3L×0.1000mol·L-1=5×10-3mol,所以和NOSO4H反应的KMnO4的物质的量=5×10-3mol-1.6×10-3mol=3.4×10-3mol,所以
,解得NOSO4H的质量m=1.0795g,所以样品中NOSO4H的纯度=
≈90.00%,故答案为:
90.00%。
【点睛】
和Na2C2O4反应的KMnO4加上和NOSO4H反应的KMnO4为总的KMnO4的量。
5.NH3和Cl2在常温下可快速反应生成氮气:
2NH3+3Cl2→N2+6HCl。
当Cl2和NH3比例不同时,产物有差异。
(1)该反应可用于检验化工生产中氯气是否泄漏。
如氯气有少量泄漏,用氨气检验时的现象为_____________________________。
(2)若利用该反应处理含有氨气和氯气的尾气,用于制备盐酸,Cl2和NH3的最佳比例为_____。
(3)常温常压下,取总物质的量为12mol的氯气和氨气的混合气体,完全反应后,气体物质的量保持不变。
求:
①反应前氯气和氨气的物质的量之比______________
②反应后生成的氧化产物的质量_______________。
(4)若将总体积为100L的NH3和Cl2混合,实验精确测得充分反应后无色混合气体中N2占混合气体的
,求生成氧化产物的物质的量_____________。
(该实验数据在标准状况下测定)
【答案】有白烟生成3∶2n(NH3)∶n(Cl2)=1∶1m(N2)=56g余NH3和N20.263mol,余HCl和N20.893mol
【解析】
【分析】
NH3和Cl2在常温下可快速反应生成氮气:
2NH3+3Cl2→N2+6HCl。
当Cl2和NH3比例不同时,产物有差异。
(1)要检验化工生产中氯气是否泄漏,则需要有明显的现象,从提供的反应可以看出,氨气过量时会有明显现象,找到该反应并指出现象即可;
(2)要求是利用氨气和氯气之间反应生成氯化氢用于制备盐酸,故按该反应中Cl2和NH3的比例来回答;
(3)常温常压下,取总物质的量为12mol的氯气和氨气的混合气体,完全反应后,气体物质的量保持不变,说明
反应后氨气有剩余,再发生反应NH3+HCl=NH4Cl,HCl不能完全反应,按此思路计算①反应前氯气和氨气的物质的量之比及②反应后生成的氧化产物的质量;
(4)若将总体积为100L的NH3和Cl2混合,①
恰好反应,根据方程式计算混合气体总体积,进而计算氮气体积;
②NH3过量时,发生反应
,剩余混合气体为氮气、氨气,设Cl2有xL,利用方程式和已知条件计算出氮气的体积、氧化产物的物质的量;
【详解】
(1)按题意,用于检验氯气是否泄漏的反应应有明显现象,氯气和氨气可能的反应为
、当氨气过量时会与生成的HCl反应生成氯化铵,有白烟,现象明显;
答案为:
有白烟生成;
(2)氨气和氯气在常温下可快速反应生成氮气:
,若利用该反应处理含有氨气和氯气的尾气,用于制备盐酸,Cl2和NH3的最佳比例为3:
2;
答案为:
3:
2;
(3)①常温常压下,取总物质的量为12mol的氯气和氨气的混合气体,完全反应后,气体物质的量保持不变,说明
反应后氨气有剩余,再多余氨气再与部分HCl发生反应NH3+HCl=NH4Cl,HCl不能完全反应,设反应
中消耗氯气的物质的量为x,
,
,前者体积增大与后者体积减小相等,则
,得x=6,
故反应前氯气和氨气的物质的量之比为
:
1;
答案为:
1:
1;
②反应后生成的氧化产物为氮气,氯气为6mol,由
可知,生成氮气的物质的量为2mol,故氧化产物氮气的质量=2mol×28g/mol=56g,
故答案为:
56g;
(4)在
反应中,NH3和Cl2恰好完全反应时,混合气体中N2占混合气体的
,由于氨气与HCl可以反应生成HN4Cl,而充分反应后的混合气体中N2占混合气体的
,则有两类情况:
①Cl2与氨气恰好反应,由方程式可知5体积气体生成7体积气体,故反应后混合气体总体积=100L×
=140L,则氧化产物氮气体积为140L×
=20L,故其物质的量=
=0.893mol;②NH3过量时,发生反应
,剩余混合气体为氮气、氨气,设Cl2有xL,则
,则
,
,故氧化产物氮气的物质的量=
;
答案为:
余NH3和N2为0.263mol,余HCl和N2为0.893mol。
6.将28.8g铜投入100mL浓硝酸中,最后铜有剩余,其NO3-离子物质的量变化如下图所示,请回答下列问题:
(1)开始反应时浓硝酸的物质的量浓度为____________mol/L。
(2)铜与浓硝酸反应生成的气体在标准状况下的体积(不考虑NO2与N2O4的平衡)为_____L。
(3)硝酸完全反应后消耗铜的物质的量n(Cu)是______mol。
(4)应再往此反应体系中滴加_________L2mol/L的硫酸才能使剩余的铜恰好完全溶解。
已知此过程中NO3-的还原产物为NO。
(5)ag铜全部溶于一定量的浓硝酸中,测得生成的气体在标准状况下的体积(不考虑NO2与N2O4的平衡)为bL,为消除污染,将生成的气体通入NaOH溶液中,气体被完全吸收。
已知:
NO+NO2+2NaOH→2NaNO2+H2O2NO2+2NaOH→NaNO3+NaNO2+H2O如果NO、NO2混合气体用NOx表示,被NaOH溶液完全吸收时,x的取值范围______;生成NaNO2的物质的量是_________mol;NaNO3的物质的量是_________mol。
(6)在常温下,把NO气体压缩到1.01×107Pa,再加热到500C,发现气体的压强迅速下降,压强降至略小于原压强的2/3,然后压强就不再改变。
已知其中一种产物为N2O,则上述变化的化学方程式为__________________。
气体的平均摩尔质量为M,则M的取值范围应该是_________________。
【答案】108.960.3100
;
【解析】
【分析】
(1)根据开始时硝酸根的物质的量计算硝酸的浓度;
(2)利用氮元素守恒计算气体的物质的量,再根据V=nVm计算二氧化氮的体积;
(3)反应结束,溶液中溶质为硝酸铜,根据硝酸根计算消耗n(Cu);
(4)发生反应:
,据此计算消耗硫酸的物质的量,进而计算需要硫酸的体积;
(5)由方程式
和
可知,NO单独不能被吸收,NO和NO2混合气体被NaOH溶液被完全吸收,满足
,当n(NO2):
n(NO)=1时x值最小,计算x的最小值,因为混有NO,所以x最大值<2,据此确定x取值范围;纵观整个过程,Cu失去的电子等于硝酸生