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这道题目涉及铜镁合金与硝酸反应的化学计算。1.52克铜镁合金完全溶解于50毫升浓硝酸中,生成了NO₂和N₂O₄的混合气体以及含有铜离子和镁离子的溶液。向反应后的溶液中加入氢氧化钠溶液,使金属离子全部沉淀,得到2.54克沉淀。我们需要判断四个选项中哪一个是错误的。让我们开始分析这个问题。
首先,我们需要确定合金中铜和镁的物质的量。根据题目给出的信息,我们可以建立两个方程:铜和镁的质量和等于合金总质量1.52克;铜和镁生成的氢氧化物沉淀质量和为2.54克。铜的相对原子质量为63.5,镁为24.3,氢氧化铜的相对分子质量为97.5,氢氧化镁为58.3。解这个方程组,我们得到铜的物质的量约为0.02摩尔,镁的物质的量约为0.01摩尔。因此,铜与镁的物质的量之比为2比1,选项B是正确的。
接下来,我们计算混合气体中NO₂和N₂O₄的组成。首先,金属铜和镁在反应中失去电子,铜失去2个电子变成Cu²⁺,镁失去2个电子变成Mg²⁺。总共失去的电子数为2×0.02+2×0.01=0.06摩尔。这些电子被硝酸根离子获得,生成NO₂和N₂O₄。混合气体的总物质的量为1120毫升除以22.4升/摩尔,等于0.05摩尔。设NO₂的物质的量为n₁,N₂O₄的物质的量为n₂,则n₁+n₂=0.05。由于N₂O₄中含有2个氮原子,每个氮原子获得1个电子,所以n₁+2n₂=0.06。解这个方程组,得到n₁=0.04摩尔,n₂=0.01摩尔。因此,NO₂的体积分数为0.04/0.05=80%,选项A是正确的。
现在我们计算需要加入的氢氧化钠溶液的体积。首先计算初始硝酸的物质的量:50毫升浓硝酸的质量为50×1.40=70克,纯硝酸的质量为70×63%=44.1克,物质的量为44.1÷63=0.7摩尔。硝酸在反应中有两个作用:一是作为氧化剂,消耗了0.06摩尔;二是作为酸,生成硝酸盐,消耗了0.06摩尔。总共消耗了0.12摩尔硝酸,剩余0.58摩尔。加入的氢氧化钠首先要中和剩余的硝酸,需要0.58摩尔;然后沉淀金属离子,需要0.06摩尔。总共需要0.64摩尔氢氧化钠。氢氧化钠溶液的浓度为3.20摩尔/升,所以体积为0.64÷3.20=0.2升=200毫升。因此,选项C是正确的。
最后,我们计算反应结束后溶液中溶质的物质的量浓度。反应后溶液中的溶质是硝酸钠NaNO₃,其物质的量等于加入的氢氧化钠的物质的量,为0.64摩尔。溶液的总体积为初始硝酸溶液体积加上加入的氢氧化钠溶液体积,即50毫升加200毫升等于250毫升,即0.25升。因此,硝酸钠的物质的量浓度为0.64摩尔除以0.25升,等于2.56摩尔/升。而选项D中给出的浓度为2.4摩尔/升,与计算结果不符。所以,选项D是错误的。综上所述,选项A、B、C都是正确的,只有选项D是错误的,因此答案是D。