資源簡介

1．硝酸與金屬反應的計算方法
(1)“原子守恒法”在解題中的應用
HNO3與金屬反應時，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中，另一部分HNO3作為氧化劑轉化為還原產物，這兩部分HNO3中氮原子的總物質的量等于反應消耗的HNO3中氮原子的物質的量。n(HNO3)總＝x·n[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)。
(2)“電子守恒法”在解題中的應用
HNO3與金屬的反應屬于氧化還原反應，HNO3中氮原子得到的電子的物質的量等于金屬失去的電子的物質的量，即金屬失電子的物質的量＝n(NO2)＋3n(NO)。
(3)“電荷守恒法”在解題中的應用
HNO3過量時，反應后溶液中（不考慮OH－）有：
c（NO）＝c(H＋)＋nc(Mn＋)（Mn＋代表金屬離子）。
(4)“離子方程法”在解題中的應用
金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應時，由于硝酸鹽中NO在H2SO4提供H＋的條件下能繼續與金屬反應，因此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NO進行相關計算，且溶液中要符合電荷守恒。
2．思維建模
1．離子方程式法
典例1.在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+的物質的量濃度是（忽略溶液體積的變化）(　　)
A．0.15 mol·L-1 B．0.225 mol·L-1
C．0.35 mol·L-1 D．0.45 mol·L-1
答案：B
解析：解答本題要從離子反應的角度來考慮，HNO3電離出的H＋全部消耗完之后，H2SO4提供的H＋可以和NO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，NO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＋　＋　 2NO===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O
3 8 2
0.03 mol 0.06 mol 0.04 mol
H＋不足量，應根據H＋的物質的量來計算。
3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O
8 3
0.06 mol n(Cu2+)
n(Cu2+)＝0.06 mol×＝0.022 5 mol，
c(Cu2+)＝＝0.225 mol·L-1。
2．原子守恒法
典例2.足量的銅和含有2.4×10-3 mol硝酸的某濃硝酸完全反應，共收集到標準狀況下氣體22.4 mL。參加反應的銅的質量是(　　)
A．3.84×10-2 g B．4.48×10-2 g
C．4.83×10-2 g D．5.76×10-2 g
答案：B
解析：第一步：計算被還原硝酸的物質的量。銅與濃硝酸可能發生的化學方程式：Cu＋4HNO3（濃）===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。無論參加反應比例多少，被還原的硝酸全部轉化為NO或NO2，根據氮原子守恒，則被還原硝酸的物質的量＝收集到的氣體的物質的量＝＝1×10-3 mol。
第二步：計算生成硝酸銅的物質的量。根據硝酸（或氮原子）守恒，參加反應的硝酸減去被還原的，就是轉化為鹽類的硝酸，因此生成硝酸銅的物質的量＝＝7×10-4 mol。
第三步：計算銅的質量。根據銅原子守恒，參加反應的銅的物質的量與生成硝酸銅的物質的量相等，則參加反應的銅的質量＝7×10-4 mol×64 g·mol-1＝4.48×10-2 g。
3．電荷守恒法
典例3.3.2 g Cu與過量硝酸(8 mol·L-1，30 mL)充分反應，硝酸的還原產物有NO2和NO，反應后溶液中所含H＋為a mol，則此時溶液所含NO為(　　)
A．a mol B．(0.2＋a) mol
C．(0.1＋a) mol D．(0.38＋a) mol
答案：C
解析：反應后溶液中的溶質為Cu(NO3)2和HNO3，由于溶液呈電中性，由電荷守恒：n（NO）＝n(H＋)＋2n(Cu2+)＝a mol＋2×＝(a＋0.1) mol。
4．電子守恒法
典例4.5.12 g Cu和一定質量的稀硝酸反應，當Cu反應完全時，共收集到標準狀況下的氣體3.36 L，若把裝有這些氣體的集氣瓶倒立在盛水的水槽中，需通入多少升標準狀況下的氧氣才能使集氣瓶充滿溶液？
答案：0.896 L
解析：銅失去電子的物質的量＝被還原的硝酸得到電子的物質的量＝NO轉化為HNO3失去電子的物質的量＝消耗的氧氣得到的電子的物質的量，省去中間計算過程，即可簡化為銅失去電子的物質的量＝氧氣得電子的物質的量。則有：
n(Cu)×2＝n(O2)×4，n(Cu)＝＝0.08 mol，代入上式得：n(O2)＝0.04 mol，
V(O2)＝0.04 mol×22.4 L·mol-1＝0.896 L。
針對練1.一定質量的金屬銅，加入50 mL 10 mol/L的濃硝酸充分反應后，銅完全溶解，共放出標準狀況下的氣體4.48 L。
(1)若氣體只有NO2，計算銅的質量。
(2)若氣體為NO2和NO，且硝酸也恰好完全反應，計算銅的質量。
答案：(1)6.4 g　(2)9.6 g
解析：(1)一定質量的金屬銅，加入50 mL 10 mol/L的濃硝酸充分反應后，若氣體只有NO2，反應的方程式是Cu＋4HNO3（濃）===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，n(NO2)＝4.48 L÷22.4 L/mol＝0.2 mol，則根據方程式可知反應消耗的銅的物質的量是0.1 mol，則其質量是m(Cu)＝0.1 mol×64 g/mol＝6.4 g；(2)若氣體為NO2和NO，且硝酸也恰好完全反應，則發生的反應有Cu＋4HNO3（濃）===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。假設反應產生的NO2、NO的物質的量分別是x、y；則根據反應方程式可知：2x＋4y＝10 mol/L×0.05 L，x＋y＝4.48 L÷22.4 L/mol，解得x＝0.15 mol，y＝0.05 mol，則根據方程式可知反應消耗的銅的物質的量是n(Cu)＝n(NO2)＋n(NO)＝×
0．15 mol＋×0.05 mol＝0.15 mol，n(Cu)＝0.15 mol×64 g/mol＝9.6 g。
針對練2.把3.86 g Cu Zn合金粉末放入40 mL 2.0 mol/L的稀硫酸中，完全反應產生氣體448 mL（標準狀況）。試計算：（必須列出計算過程，計算結果保留1位小數）
(1)合金中銅的質量分數。
(2)再向上述溶液中滴加稀硝酸，要使金屬完全溶解，最少需要2.0 mol/L的硝酸多少毫升？
答案：(1)n(Zn)＝n(H2)＝＝0.02 mol，m(Cu)＝3.86 g－m(Zn)＝2.56 g，×100%≈66.3%。
(2)n(Cu)＝＝0.04 mol，因為溶液中有剩余的H＋，H＋過量，實際最少需要硝酸的物質的量按NO物質的量計算，NO的物質的量為n（NO）＝n(Cu)，V(HNO3)＝V（NO）＝＝≈0.0133 L＝13.3 mL。(共16張PPT)
專題突破(二)　硝酸與金屬反應的相關計算
　
第五章　化工生產中的重要非金屬元素
1．硝酸與金屬反應的計算方法
(1)“原子守恒法”在解題中的應用
HNO3與金屬反應時，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中，另一部分HNO3作為氧化劑轉化為還原產物，這兩部分HNO3中氮原子的總物質的量等于反應消耗的HNO3中氮原子的物質的量。n(HNO3)總＝x·n[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)。
(2)“電子守恒法”在解題中的應用
HNO3與金屬的反應屬于氧化還原反應，HNO3中氮原子得到的電子的物質的量等于金屬失去的電子的物質的量，即金屬失電子的物質的量＝n(NO2)＋3n(NO)。
(3)“電荷守恒法”在解題中的應用
HNO3過量時，反應后溶液中(不考慮OH－)有：
c(NO )＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金屬離子)。
(4)“離子方程法”在解題中的應用
金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應時，由于硝酸鹽中NO 在H2SO4提供H＋的條件下能繼續與金屬反應，因此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NO 進行相關計算，且溶液中要符合電荷守恒。
2．思維建模
1．離子方程式法
在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+的物質的量濃度是(忽略溶液體積的變化)
A．0.15 mol·L-1 B．0.225 mol·L-1
C．0.35 mol·L-1 D．0.45 mol·L-1
√
典例
1
解答本題要從離子反應的角度來考慮，HNO3電離出的H＋全部消耗完之后，H2SO4提供的H＋可以和NO 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，NO 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＋　＋　 2NO ===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O
3 8 2
0.03 mol 0.06 mol 0.04 mol
H＋不足量，應根據H＋的物質的量來計算。
2．原子守恒法
足量的銅和含有2.4×10-3 mol硝酸的某濃硝酸完全反應，共收集到標準狀況下氣體22.4 mL。參加反應的銅的質量是
A．3.84×10-2 g B．4.48×10-2 g
C．4.83×10-2 g D．5.76×10-2 g
√
典例
2
第一步：計算被還原硝酸的物質的量。銅與濃硝酸可能發生的化學方程式：Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8HNO3(稀) ===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。無論參加反應比例多少，被還原的硝酸全部轉化為NO或NO2，根據氮原子守恒，則被還原硝酸的物質的量＝收集到的氣體的物質的量＝ ＝1×10-3 mol。
第二步：計算生成硝酸銅的物質的量。根據硝酸(或氮原子)守恒，參加反應的硝酸減去被還原的，就是轉化為鹽類的硝酸，因此生成硝酸銅的物質的量＝ ＝7×10-4 mol。
第三步：計算銅的質量。根據銅原子守恒，參加反應的銅的物質的量與生成硝酸銅的物質的量相等，則參加反應的銅的質量＝7×10-4 mol×64 g·mol-1＝4.48×10-2 g。
3．電荷守恒法
3.2 g Cu與過量硝酸(8 mol·L-1，30 mL)充分反應，硝酸的還原產物有NO2和NO，反應后溶液中所含H＋為a mol，則此時溶液所含NO 為
A．a mol B．(0.2＋a) mol
C．(0.1＋a) mol D．(0.38＋a) mol
√
典例
3
4．電子守恒法
5.12 g Cu和一定質量的稀硝酸反應，當Cu反應完全時，共收集到標準狀況下的氣體3.36 L，若把裝有這些氣體的集氣瓶倒立在盛水的水槽中，需通入多少升標準狀況下的氧氣才能使集氣瓶充滿溶液？
答案：0.896 L
典例
4
銅失去電子的物質的量＝被還原的硝酸得到電子的物質的量＝NO轉化為HNO3失去電子的物質的量＝消耗的氧氣得到的電子的物質的量，省去中間計算過程，即可簡化為銅失去電子的物質的量＝氧氣得電子的物質的量。則有：
n(Cu)×2＝n(O2)×4，n(Cu)＝ ＝0.08 mol，代入上式得：n(O2)＝0.04 mol，
V(O2)＝0.04 mol×22.4 L·mol-1＝0.896 L。
針對練1．一定質量的金屬銅，加入50 mL 10 mol/L的濃硝酸充分反應后，銅完全溶解，共放出標準狀況下的氣體4.48 L。
(1)若氣體只有NO2，計算銅的質量。
答案：6.4 g
一定質量的金屬銅，加入50 mL 10 mol/L的濃硝酸充分反應后，若氣體只有NO2，反應的方程式是Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，n(NO2)＝4.48 L÷22.4 L/mol＝0.2 mol，則根據方程式可知反應消耗的銅的物質的量是0.1 mol，則其質量是m(Cu)＝0.1 mol×64 g/mol＝6.4 g；
(2)若氣體為NO2和NO，且硝酸也恰好完全反應，計算銅的質量。
答案：9.6 g
若氣體為NO2和NO，且硝酸也恰好完全反應，則發生的反應有Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8HNO3(稀) ===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。假設反應產生的NO2、NO的物質的量分別是x、y；則根據反應方程式可知：2x＋4y＝10 mol/L×0.05 L，x＋y＝4.48 L÷22.4 L/mol，解得x＝0.15 mol，y＝0.05 mol，則根據方程式可知反應消耗的銅的物質的量是
×0.05 mol＝0.15 mol，n(Cu)＝0.15 mol×64 g/mol＝9.6 g。
針對練2．把3.86 g Cu Zn合金粉末放入40 mL 2.0 mol/L的稀硫酸中，完全反應產生氣體448 mL(標準狀況)。試計算：(必須列出計算過程，計算結果保留1位小數)
(1)合金中銅的質量分數。
(2)再向上述溶液中滴加稀硝酸，要使金屬完全溶解，最少需要2.0 mol/L的硝酸多少毫升？

展開更多......

收起↑