硝酸與金屬反應(yīng)的計算是一個難點,本文從角度加以闡述,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 +2NO↑

Fe2+與稀硝酸反應(yīng)的實質(zhì)是:

3Fe2+ + 4H+ + NO3-=== 3Fe3+ + 2H2O + NO↑

例 1.銅粉放入稀硫酸溶液后,加熱后無明顯現(xiàn)象發(fā)生,當加入下列一種物質(zhì)后,銅粉質(zhì)量減少,溶液呈藍色,同時有氣體產(chǎn)生,該物質(zhì)可能是( ) 。

A.Fe2 (SO4) 3 B.Na2CO3 C.KNO3 D.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)成強氧化條件，能溶解銅并產(chǎn)生氣體。答案選C。

例2.鐵銅混合物加入不足量的硝酸,反應(yīng)后,剩余金屬m1 g,再向其中加入一定量稀硫酸.充分振蕩后, 剩余金屬m2 g, 則m1與m2的關(guān)系是( )。

A. m1一定大于m2 B. m1一定等于m2 C. m1可能等于m2 D.m1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+ +2H2OFe(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)生氧化還原反應(yīng)

3Fe2+ + 4H+ + NO3- === 3Fe3+ + 2H2O + NO↑ 溶液變黃,答案 選 C

例4.在100 mL 混合溶液中, HNO3 和 H2SO4 的物質(zhì)的量濃度分別是 0.4 mol/L, 0.1 mol/L 向該混合液中加入 1.92 g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. 0.15 B. 0.225 C. 0.35 D. 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 0.06 mol, 0.04 mol, 0.03 mol Cu,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。

二、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,另一部分作氧化劑,一般轉(zhuǎn)化為氮的氧化物(NO或NO 2),根據(jù)氮元素守恒解題。

例5.將25.6 mg Cu 與1.4×10-3 mol 的濃硝酸恰好完全反應(yīng),反應(yīng)后收集到的氣體在標準狀況下的體積為 ml。(假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生NO或NO 2)

解析: 因為1 mol Cu參加反應(yīng)生成Cu (NO3)2對應(yīng)2 mol HNO3 顯酸性,所以25.6 mg Cu 完全反應(yīng),必然有0.8×10-3 mol 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1 mol HNO3 作氧化劑就有1 mol 氮的氧化物(NO或NO2)。答案13.44 mL.。

例6.將1.92 g 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準狀況下的體積為 1120 mL。(假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生NO或NO 2)則消耗硝酸的物質(zhì)的量為 mol。

A. 0.12 B. 0.11 C.0.09 D.0.08

解析: 高中化學 因為0.03 mol Cu 參加反應(yīng)生成 Cu(NO3)2 對應(yīng) 0.06 mol HNO3 顯酸性,0.05 mol 氮的氧化物(NO或NO2)對應(yīng)0.05 mol HNO3作氧化劑,所以共消耗硝酸0.11 mol。 答案 選B。

例7.為測定某銅銀合金的成分,將30 g 合金完全溶解于80 mol、濃度為13.5 mol/L的濃硝酸中,合金完全溶解后,收集到6.72 L(標準狀況下)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80 mL。

(1)被還原的硝酸的物質(zhì)的量.

(2)合金中各金屬成分.

解析:(1)被還原的硝酸就是作氧化劑的硝酸,即生成的1 mol 氮的氧化物就對應(yīng) 1 mol 被還原的硝酸:所以:

n=6.72/22.4=0.3 mol

(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1

64x+108y=30 ①

2x+y+6.72/22.4=0.08×13.5–0.08×1 ②(氮元素守恒)

解得x=0.3 y=0.1

例8.將6.4 g Cu與80 mol/L 60 mL 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a mol.(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. 0.28 B. 0.31 C. a+0.2 D. a+0.4

解析: 6.4 g Cu反應(yīng)后生成0.1 mol Cu (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1 mol 硝酸被還原,則被氧化的銅的物質(zhì)的量為 mol。

A. 3/8 B. 8/3 C. 3/2 D. 2/3

解析: 設(shè)被氧化的銅的物質(zhì)的量為x mol.則根據(jù)得失電子守恒有:1×(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：

0.3×2+0.1×1=3n(NO)+ n(NO2) ①(得失電子守恒)

n(NO)+ n(NO2)=6.72/22.4 ②

解得n(NO)=0.2 n(NO2)=0.1

四、從反應(yīng)始態(tài)和最終狀態(tài)看。

終態(tài)法的運用使許多復(fù)雜問題簡單化,在化學計算中具有非常重要的地位。

例11.銅鎂合金4.6 g 完全溶于濃硝酸中,若反應(yīng)中硝酸被還原,只產(chǎn)生 4480 mL NO2 氣體和 336 mL N2O4氣體(標準狀況下).反應(yīng)后的溶液中加足量NaOH溶液,生成沉淀的質(zhì)量為 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)移的電子的物質(zhì)的量:

n=4480 mL /22400 mL·mol-1+(336 mL/22400 mL·mol-)×2=0.23 mol。

所以沉淀的質(zhì)量為: 4.6+0.23×17=8.51 g

例12.1.92 g Cu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 672 mL 的氣體(標準狀況下).將盛有此氣體的容器倒扣在水槽中,通入標準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. 168 B. 224 C. 336 D. 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x mL,則:

(1.92/64)×2=(x/22400) ×4 解得:x=336， 答案選C。

例13.將32.64 g 銅粉與140 mL 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準狀況下的體積為11.2 L.(假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生 NO 或NO2 )請回答:

(1)NO的體積為 mL；NO2的體積為 mL。

(2)待產(chǎn)生的氣體全部釋放后,向溶液中加入v mL a mol/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 a mol/L

(3)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 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=11.2① (x/22.4)×3+(y/22.4) ×1=(32.64/64)×2 解得x=5.824 L y=5.376 L

(2)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 0.14×C= 10-3 ×v×a + 11.2/22.4

得原硝酸的濃度為: C= (10-3 va +0.5)/0.14

(3) 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)×2=〔(30%×m)/34〕×2解得:m=57.8 g

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22.4 g鐵完全溶解于某濃度的硝酸中,反應(yīng)只收集到 0.3 mol NO2 和0.2 mol NO。

下列說法正確的是( )。

A.反應(yīng)后生成的鹽只有Fe(NO3)3 B.反應(yīng)后生成的鹽只有Fe(NO3)2

C.產(chǎn)物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物質(zhì)的量之比為1:3 D.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:22.4 g鐵如完全轉(zhuǎn)化為Fe(NO3)3轉(zhuǎn)移1.2 mol電子; 如完全轉(zhuǎn)化為Fe(NO3)2轉(zhuǎn)移 0.8 mol 電子,反應(yīng)中實際轉(zhuǎn)移0.3×1+0.2×3=0.9 mol 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、y，

則(據(jù)得失電子守恒有) :

x+y=0.4① 2×x+3×y=0.9②解之:x=0.3 y=0.1， 答案 選D。

例15. 0.03 mol 的銅完全溶于硝酸,產(chǎn)生氮的氧化物NO、NO2、N2O4

混合氣體共 0.05 mol,該混合氣體的平均相對分子量可能是( )。

A. 30 B. 46 C. 50 D. 66

解析:假設(shè)0.05 mol 氣體全是NO則轉(zhuǎn)移 0.15 mol 電子;假設(shè)0.05 mol 氣體全是NO2則轉(zhuǎn)0.05 mol電子；假設(shè)0.05 mol氣體全是N2O4則轉(zhuǎn)移 0.1 mol電子，而實際 0.03 mol 的銅在反應(yīng)中轉(zhuǎn)移 0.06 mol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) :

x+y=0.05① x+3y=0.06②解之:x=0.045 y=0.005

所以平均相對分子量為:(46×9+30×1)/10=44.4

(2)氣體為NO2和N2O4的混合氣體:

解:設(shè)NO2和N2O4的物質(zhì)的量分別為x、y則(據(jù)得失電子守恒) :

x+y=0.05① x+2y=0.06②解之:x=0.04 y=0.01

所以平均相對分子量為:(46×4+92×1)/5=55.2

實際分子量應(yīng)介于44.4與55.2之間，答案 選 B C。

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