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(共20張PPT)
第五章　
微專題二　硝酸與金屬反應的相關計算
1.原子守恒
硝酸與金屬單質或化合物反應，一部分以　　的形式存在，另一部分轉化為還原產物，這兩部分中氮原子的物質的量之和與反應消耗的HNO3中氮原子的物質的量相等。
2.得失電子守恒
硝酸與金屬單質或化合物的反應中，HNO3得到電子的物質的量等于金屬原子失去電子的物質的量。
3.變價金屬與硝酸的反應
如鐵與稀硝酸的反應：Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；
3Fe(過量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
4.硝酸和硫酸的混合酸與金屬反應
金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應時，由于硝酸鹽中 在H2SO4提供H＋的條件下能繼續與金屬反應，故此類題目應用離子方程式來計算，先作過量判斷，然后根據完全反應的金屬或H＋或 進行相關計算，且溶液中要符合電荷守恒。
思維模型
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1.(2023·廣東汕頭高一檢測)將3.84 g Cu和一定量的濃HNO3反應，當Cu反應完全時，共收集到氣體2.24 L NO2和NO(標準狀況，不考慮NO2轉化為N2O4)，則反應中消耗HNO3的物質的量為
A.0.1 mol B.0.24 mol
C.0.16 mol D.0.22 mol
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跟蹤訓練
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跟蹤訓練
銅與硝酸反應轉化為Cu(NO3)2、NO和NO2，根據銅原子守恒n[Cu(NO3)2]
＝n(Cu)＝ ＝0.06 mol，NO和NO2的物質的量共為
，根據氮原子守恒：n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]
＋n(NO)＋n(NO2)＝2×0.06 mol＋0.1 mol＝0.22 mol。
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2.將Mg、Cu組成的m g混合物投入適量稀HNO3中恰好完全反應，固體完全溶解時收集到0.896 L(標準狀況)NO氣體，向反應后的溶液中加入60 mL 2 mol·L－1的NaOH溶液時，金屬離子恰好沉淀完全，則形成的沉淀的質量為
A.(m＋2.28) g B.(m＋2.04) g C.(m＋3.32) g D.(m＋4.34) g
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跟蹤訓練
當金屬離子恰好沉淀完全時，m(沉淀)＝m(金屬)＋m(OH－)，n(OH－)＝n(NaOH)＝60×10－3 L ×2 mol·L－1＝0.12 mol，m(沉淀)＝m(金屬)＋m(OH－)＝m g＋0.12 mol×17 g·mol－1＝(m＋2.04) g。
3.某100 mL混合液中，HNO3和H2SO4的物質的量濃度分別是0.4 mol·L－1和0.1 mol·L－1，向該混合液中加入1.92 g銅粉，加熱，待充分反應后，所得溶液中Cu2＋的物質的量濃度(忽略體積變化)為
A.0.15 mol·L－1 B.0.225 mol·L－1
C.0.35 mol·L－1 D.0.45 mol·L－1
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跟蹤訓練
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跟蹤訓練
解答本題要從離子反應的角度來考慮，H2SO4提供的H＋可以和　　構成強氧化性環境，繼續氧化銅單質。HNO3、H2SO4混合液中H＋總的物質的量為0.06 mol，　　的物質的量為0.04 mol，Cu的物質的量為0.03 mol。
Cu與稀硝酸發生反應：
3Cu　＋　 8H＋＋　2　　=== 3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
3　　　　 8　　　 2
0.03 mol　 0.06 mol 0.04 mol
H＋量不足，應根據H＋的物質的量來計算。
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跟蹤訓練
8　　　　　 　3
　 0.06 mol　　　　n(Cu2＋)
4.(2023·山西運城高一檢測)某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL，平均分成兩份。向其中一份中逐漸加入銅粉，最多能溶解19.2 g銅(已知硝酸只被還原為NO氣體)。向另一份中逐漸加入鐵粉，產生氣體的量隨鐵粉質量增加的變化如圖所示。下列分析或結果不正確的是
A.原混合酸中H2SO4物質的量為0.4 mol
B.AB段發生的離子反應為Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
C.混合酸中HNO3物質的量濃度為2 mol·L－1
D.第二份溶液中最終溶質為FeSO4
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跟蹤訓練
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跟蹤訓練
由圖像可知，由于鐵過量，OA段發生的反應為Fe＋ ＋4H＋=== Fe3＋＋NO↑＋2H2O，AB段發生的反應為Fe＋2Fe3＋=== 3Fe2＋，BC段發生的反應為Fe＋2H＋===
Fe2＋＋H2↑。反應消耗22.4 g鐵，也就是 ＝0.4 mol，所有的
鐵都在硫酸亞鐵中，根據硫酸根離子守恒，所以每份含硫酸0.4 mol，所以硫酸的濃度是4 mol·L－1，原混合酸中H2SO4物質的量為4 mol·L－1 ×0.2 L＝0.8 mol，故A項錯誤；
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跟蹤訓練
AB段發生的離子反應為Fe＋2Fe3＋=== 3Fe2＋，故B項正確；
OA段發生的反應為Fe＋ ＋4H＋=== Fe3＋＋NO↑＋2H2O， 全部起氧化劑作用，
所以n( )＝n(Fe)＝ ＝0.2 mol,200 mL混合酸中HNO3物質
的量濃度為 ＝2 mol·L－1，故C項正確；
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跟蹤訓練
硝酸根離子全部被還原，沒有顯酸性的硝酸，因為溶液中有硫酸根離子，并且鐵單質全部轉化為亞鐵離子，所以溶液中最終溶質為FeSO4，故D項正確。
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5.將32.64 g銅與140 mL一定濃度的硝酸反應，銅完全溶解，產生標準狀況下的一氧化氮和二氧化氮混合氣體共11.2 L。請回答下列問題：
(1)產生一氧化氮的體積為______L(標準狀況下)。
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跟蹤訓練
5.824
該過程發生兩個反應：3Cu＋8HNO3(稀)=== 3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，Cu＋4HNO3(濃)=== Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。設生成的NO和NO2的物質的量分別為x、y，則x＋y＝0.5 mol，1.5x＋0.5y＝0.51 mol，解得x＝0.26 mol，y＝0.24 mol，故標準狀況下V(NO)＝0.26 mol×22.4 L·mol－1＝5.824 L。
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跟蹤訓練
(2)待反應結束后，向溶液中加入VmL a mol·L－1氫氧化鈉溶液，恰好使
溶液中的Cu2＋全部轉化為沉淀，則原硝酸的濃度為______________mol·L－1 (不必化簡)。
在反應過程中，HNO3一部分表現酸性，另一部分表現氧化性。由溶液中的Cu2＋恰好全部轉化為沉淀，則表現酸性的HNO3的物質的量為n(HNO3)＝n(NaOH)，表現氧化性的HNO3的物質的量為n(HNO3)＝n(NO)＋n(NO2)，故原硝酸中HNO3的物質的量n(HNO3)＝n(NaOH)＋n(NO)＋n(NO2)＝(aV×10－3
＋0.5)mol，則c(HNO3)＝ mol·L－1。
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跟蹤訓練
(3)欲使銅與硝酸反應生成的氣體在氫氧化鈉溶液中全部轉化為硝酸鈉，至少需要氧氣______mol。
通入氧氣的目的是將0.26 mol NO和0.24 mol NO2全部轉化為HNO3。
根據得失電子守恒：
4n(O2)＝3n(NO)＋n(NO2)＝3×0.26 mol＋0.24 mol＝1.02 mol，則n(O2)＝0.255 mol。
0.255
本課結束

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