[專題]硝酸與金屬反應(yīng)的計算

1、硝酸與金屬反應(yīng)的計算是一個難點,本文從思維角度加以闡述,供大家參考。一、從反應(yīng)的本質(zhì)看:金屬與硝酸反應(yīng)的實質(zhì)是金屬與H+和NO3-共同作用.例如:銅與稀硝酸反應(yīng)的實質(zhì)是：3Cu+8H+2NO3-=3Cu2+4H2O+2NOfFe2+與稀硝酸反應(yīng)的實質(zhì)是:3Fe2+4H+N03-=3Fe3+2H2O+NOf例1.銅粉放入稀硫酸溶液后,加熱后無明顯現(xiàn)象發(fā)生,當(dāng)加入下列一種物質(zhì)后,銅粉質(zhì)量減少,溶液呈藍(lán)色,同時有氣體產(chǎn)生,該物質(zhì)可能是()。Fe2(SO4)3B.Na2CO3C.KNO3D.FeSO4解析：銅不能與稀硫酸反應(yīng)，但稀硫酸提供H+,鹽提供NO3-構(gòu)成強(qiáng)氧化條件，能溶解銅并產(chǎn)生氣體。答案選C

2、。例2鐵銅混合物加入不足量的硝酸,反應(yīng)后，剩余金屬mg,再向其中加入一定量稀硫酸充分振蕩后，剩余金屬m2g,則m與m2的關(guān)系是()。A.m一定大于m2B.m一定等于m2C.m可能等于m2D.m可能大于m2解析：鐵銅混合物與不足量的硝酸反應(yīng)后生成硝酸鹽，即溶液中的鹽含有no3-，再加稀硫酸提供H+,發(fā)生氧化還原反應(yīng),會再溶解一部分金屬。答案選A。例3.已知Fe2+可以水解：Fe2+2也0Fe(OH)2+2H+，現(xiàn)向Fe(NO3)2溶液中加入足量的稀硫酸,則溶液的顏色()。A.淺綠色加深B.顏色變淺C.溶液變黃D.無法判斷解析：原Fe(NO3)2溶液中含有NO3-，再加入稀硫酸提供H+,發(fā)生氧化還

3、原反應(yīng)，3Fe2+4H+NO3-=3Fe3+2H2O+NOf溶液變黃,答案選C例4.在00mL混合溶液中,HNO3和H2SO4的物質(zhì)的量濃度分別是0.4mol/L,0.mol/L向該混合液中加入1.92g銅粉，加熱待充分反應(yīng)后，所得溶液中Cu2+的物質(zhì)的量濃度是()。A.0.15B.0.225C.0.35D.0.45解析：題中告訴了HNO3和H2SO4的物質(zhì)的量濃度，可以求出H+和NO3-的物質(zhì)的量分別是0.06mol,0.04mol,0.03molCu,顯然要判斷過量,NO3-和Cu過量.按照H+的量代入離子方程式計算答案選B。、從硝酸在反應(yīng)中的作用:參加反應(yīng)的硝酸一部分顯酸性，生成硝酸鹽，

4、另一部分作氧化劑，一般轉(zhuǎn)化為氮的氧化物（NO或NO2）,根據(jù)氮元素守恒解題。例5將25.6mgCu與1.4x10-3mol的濃硝酸恰好完全反應(yīng),反應(yīng)后收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為ml。（假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生NO或NO2）解析：因為1molCu參加反應(yīng)生成Cu（NO3）2對應(yīng)2molHNO3顯酸性，所以25.6mgCu完全反應(yīng),必然有0.8x10-3mol的硝酸顯酸性，其余的硝酸中的氮全轉(zhuǎn)移到NO或NO2中，即有1molHNO3作氧化劑就有1mol氮的氧化物（NO或NO2）。答案13.44mL.。例6將1.92g銅粉與一定量濃硝酸恰好完全反應(yīng)，反應(yīng)后收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1120mL0

5、（假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生NO或NO2）則消耗硝酸的物質(zhì)的量為mol。A.0.12B.0.11C.0.09D.0.08解析：因為0.03molCu參加反應(yīng)生成Cu（NO3）2對應(yīng)0.06molHNO3顯酸性，0.05mol氮的氧化物（NO或NO2）對應(yīng)0.05molHNO3作氧化劑，所以共消耗硝酸0.11mol。答案選B。例7為測定某銅銀合金的成分，將30g合金完全溶解于80mol、濃度為13.5mol/L的濃硝酸中，合金完全溶解后,收集到6.72L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）的氣體（假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生NO或NO2）,并測得溶液的pH=0,假設(shè)反應(yīng)后溶液的體積仍80mLo（1）被還原的硝酸的物質(zhì)的量.（2）合金中各金

6、屬成分.解析：（1）被還原的硝酸就是作氧化劑的硝酸，即生成的1mol氮的氧化物就對應(yīng)1mol被還原的硝酸:所以：n=6.72/22.4=0.3mol（2）設(shè)合金中銅銀的物質(zhì)的量分別為x、y則顯酸性的硝酸的物質(zhì)的量為2x+y因為PH=0則反應(yīng)后溶液的氫離子濃度為164x+108y=302x+y+6.72/22.4=0.08x13.5-0.08x1（氮元素守恒）解得x=0.3y=0.1例8將6.4gCu與80mol/L60mL的硝酸充分反應(yīng)，銅完全溶解，反應(yīng)后溶液中的H+的物質(zhì)的量為amol.（假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生NO或NO2）,此時溶液中所含NO3-的物質(zhì)的量為_mol。A.0.28B.0.31C.

7、a+0.2D.a+0.4解析:6.4gCu反應(yīng)后生成0.1molCu(NO3)2，再加上HNO3中的NO3-。即得答案C。三、從得失電子守恒的角度.一般情況下:金屬失去的電子被+5價的氮得到,轉(zhuǎn)化為NO或NO2，根據(jù)得失電子解題。例9.在Cu與稀硝酸反應(yīng)中,如果有1mol硝酸被還原，則被氧化的銅的物質(zhì)的量為mol。A.3/8B.8/3C.3/2D.2/3解析：設(shè)被氧化的銅的物質(zhì)的量為xmol.則根據(jù)得失電子守恒有:1x(5-2)=2x,答案選C例10.題見例7(3)求生成的氣體的成分。解析：(2)已解出銅銀的物質(zhì)的量分別為0.3、0.1,則NO和NO2的物質(zhì)的量的關(guān)系式為：0.3x2+0.1x

8、1=3n(NO)+n(NO2)(得失電子守恒)n(NO)+n(NO2)=6.72/22.4解得n(NO)=0.2n(NO2)=0.1四、從反應(yīng)始態(tài)和最終狀態(tài)看。終態(tài)法的運(yùn)用使許多復(fù)雜問題簡單化，在化學(xué)計算中具有非常重要的地位。例11.銅鎂合金4.6g完全溶于濃硝酸中，若反應(yīng)中硝酸被還原,只產(chǎn)生4480mLNO2氣體和336mLN2O4氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)反應(yīng)后的溶液中加足量NaOH溶液，生成沉淀的質(zhì)量為一g。解析:反應(yīng)中銅鎂合金失去電子，最終轉(zhuǎn)化為Cu(OH)2和Mg(OH)2沉淀，比較始態(tài)和終態(tài)，固體增加的質(zhì)量為OH-的質(zhì)量，而OH-的物質(zhì)的量等于轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量，再根據(jù)氣體計算轉(zhuǎn)移的電子

9、的物質(zhì)的量：n=4480mL/22400mLmol-1+(336mL/22400mLmol-)x2=0.23mol。所以沉淀的質(zhì)量為:4.6+0.23x17=8.51g例12.1.92gCu投入到一定量的濃硝酸中，銅完全溶解，生成的氣體的顏色越來越淺，共收集到672mL的氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)將盛有此氣體的容器倒扣在水槽中，通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下一定體積的氧氣，恰好使氣體完全溶于水，則通入的氧氣的體積為mL。A.168B.224C.336D.504解析:從反應(yīng)的始態(tài)和最終狀態(tài)看，銅在反應(yīng)中失去電子，氧氣在反應(yīng)中得電子，設(shè)通入的氧氣的體積為xmL，則：(1.92/64)x2=(x/22400)x4解得:x=

10、336,答案選C。例13.將32.64g銅粉與140mL一定量濃硝酸恰好完全反應(yīng)，銅完全溶解，反應(yīng)后收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2L.(假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生NO或NO2)請回答：NO的體積為_mL；NO2的體積為_mL。待產(chǎn)生的氣體全部釋放后,向溶液中加入vmLamol/L的NaOH溶液,恰好使溶液中的Cu2+全部沉淀，則原硝酸的濃度為_amol/L欲使銅與硝酸反應(yīng)生成的氣體在溶液中完全轉(zhuǎn)化為NaNO3，至少需要30%的雙氧水一g。解析：(1)設(shè)反應(yīng)中產(chǎn)生NO和NO2的體積分別為x、y(據(jù)得失電子守恒有)x+y=11.2(x/22.4)x3+(y/22.4)x1=(32.64/64)x2

11、解得x=5.824Ly=5.376L根據(jù)反應(yīng)后的溶液中只有一種溶質(zhì)NaNO3，設(shè)原硝酸的物質(zhì)的量濃度為C(由氮元素守恒)則0.14xC=10-3xvxa+11.2/22.4，得原硝酸的濃度為:C=(10-3va+0.5)/0.14從反應(yīng)的始態(tài)和最終狀態(tài)看，銅在反應(yīng)中失去電子，雙氧水在反應(yīng)中得到電子，需要30%的雙氧水的質(zhì)量為m則(據(jù)得失電子守恒有):(32.64/64)x2=(30%xm)/34x2解得:m=57.8g五、從極限的角度.硝酸與鐵反應(yīng)，隨用量的不同，產(chǎn)物可能是Fe(NO3)2或Fe(NO3)3這時可用極限法解。如果產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物不單一，可能也要用極限法解。例14.把22.4g鐵完

12、全溶解于某濃度的硝酸中,反應(yīng)只收集到0.3molNO2和0.2molNO。下列說法正確的是()。A.反應(yīng)后生成的鹽只有Fe(NO3)3B.反應(yīng)后生成的鹽只有Fe(NO3)2產(chǎn)物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物質(zhì)的量之比為1:3D.產(chǎn)物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物質(zhì)的量之比為3:1解析:用極限法判斷:22.4g鐵如完全轉(zhuǎn)化為Fe(NO3)3轉(zhuǎn)移1.2mol電子;如完全轉(zhuǎn)化為Fe(NO3)2轉(zhuǎn)移0.8mol電子，反應(yīng)中實際轉(zhuǎn)移0.3x1+0.2x3=0.9mol電子，所以產(chǎn)物中既有Fe(NO3)2又有Fe(NO3)3這,分別設(shè)Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物質(zhì)的量分別x、

13、y,則(據(jù)得失電子守恒有)：x+y=0.42xx+3xy=0.9解之:x=0.3y=0.1,答案選Do例15.0.03mol的銅完全溶于硝酸,產(chǎn)生氮的氧化物NO、NO2、N2O4,混合氣體共0.05mol,該混合氣體的平均相對分子量可能是()oA.30B.46C.50D.66解析:假設(shè)0.05mol氣體全是NO則轉(zhuǎn)移0.15mol電子;假設(shè)0.05mol氣體全是NO2則轉(zhuǎn)0.05mol電子；假設(shè)0.05mol氣體全是N2O4則轉(zhuǎn)移0.1mol電子，而實際0.03mol的銅在反應(yīng)中轉(zhuǎn)移0.06mol的電子，因為0.06介于0.05和0.15之間；0.05和0.1之間；所以用極限法判斷組成可能有兩種極限。(1)氣體為NO2和NO的混合氣體.解:設(shè)NO2和NO的物質(zhì)的量分別為X、y則(據(jù)得失電子守恒):