金属与酸反应的规律大总结.docx
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金属与酸反应的规律大总结
金属与酸反应的规律大总结
一、金属与酸反应的规律
1、K、Ca、Na等活泼金属能与水剧烈反应生成H2。
2、金属活动顺序H前的金属与非氧化性酸反应生成H2。
3、金属活动顺序H后的金属与非氧化性酸不反应,但能与强氧化性酸发生反应,但不产生H2,而是H2O,如铜与稀硫酸不反应,但能与浓硫酸、硝酸等强氧化性酸反应。
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4、很不活泼金属Pt、Au等不溶于氧化性酸,但能溶于王水(浓硝酸和浓盐酸按体积比为1︰3的比例混合而成)。
5、常温下,Al、Fe遇浓硫酸和浓硝酸会发生钝化,生成一层致密的氧化物保护膜,这是金属与强氧化性酸发生氧化还原反应的结果。
6、铁与硝酸反应较为复杂,具体情况如下:
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铁与稀硝酸反应,还原产物一般为NO:
铁不足:
Fe+4HNO3(稀)
Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
铁过量:
3Fe+8HNO3(稀)
3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O
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铁与浓硝酸反应,还原产物一般为NO2:
常温下:
发生钝化
加热时:
剧烈反应,一般生成铁盐。
二、金属与非氧化性酸反应的计算规律
解答此类试题时,关键是确定金属与氢气或者酸与氢气之间的对应关系式,在根据试题所给的限定条件作出相应的解答。
金属与非氧化性酸反应时,应注重下面四个方面的规律:
1、金属与酸反应均为氧化还原反应,且金属失去电子的物质的量等于酸得到电子的物质的量。
2、1mola价的活泼金属与足量的非氧化性酸反应,可生成a/2molH2
3、NaMgAl与酸反应规律
酸足量(金属完全反应)时
a.等物质的量的不同金属与足量的酸反应时,产生H2的体积比等于金属元素的化合价之比。
即产生的气体Na:
Mg:
Al=1:
2:
3
可简单记忆为:
金属元素的化合价数对应H原子个数,如:
Na~H~1/2H2Zn~2H~H2Al~3H~3/2H2
b、相同质量的不同金属与足量酸反应时,产生H2的体积比等于金属的
之比。
即产生的气体Na:
Mg:
Al=1/23:
2/24:
3/27
c、不同化合价的金属与产生的氢气的物质的量之比分别为2:
1,1:
1,2:
3
d、NaMgAl与足量的酸反应,要使产生氢气的量相同,消耗金属的质量最大的是钠,镁次之,铝最少。
三者的物质的量之比为1:
1/2:
3/2=6:
3:
2,质量之比为23:
12:
9
4、金属过量
a.相同物质的量的不同酸与足量金属反应时,产生H2的体积比等于酸的元数之比,与酸的强弱无关。
b.相同质量的不同酸与足量的金属反应时,产生H2的体积比等于
之比。
c.过量的金属与等物质的量酸反应时,钠产生氢气的量较多(过量的钠还可以与水反应)美铝产生氢气的量相等且取决于酸中H+的物质的量
例题1.金属钠1.15g跟水反应,得到100mL溶液,试计算:
(1)生成的气体在标准状况下是多少升?
(2)反应后所得溶液的物质的量浓度是多少?
解析:
n(Na)=1.15g/23g/mol=0.05mol设生成气体的物质的量为n1,生成NaOH的物质的量为n22Na+2H2O===2NaOH+H2↑2210.05moln2n1n1=0.025moln2=0.05mol则生成气体的体积为V=0.025mol×22.4L/mol=0.56L所得溶液的物质的量浓度是:
c=0.05mol/0.1L=0.5mol/L
例题2.将钠、镁、铝各0.3mol分别放入100mL1mol/L的盐酸中,同温同压下产生的气体体积比是( )
A.1∶2∶3
B.3∶1∶1
C.6∶3∶2
D.1∶1∶1
试题分析:
2Na+2HCl=2NaCl+H2↑、Mg+2HCl=MgCl2+H2↑、2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑,钠与盐酸反应时钠过量,过量的钠与水继续反应生成氢气,生成氢气共0.15mol,镁、铝与盐酸反应时镁和铝均过量,由盐酸计算出生成氢气均为0.05mol。
点评:
钠与盐酸反应时,过量的钠继续与水反应
例题3ag铁粉与含有H2SO4的CuSO4溶液完全反应后,得到ag铜,则参与反应的CuSO4与H2SO4的物质的量之比为()
A.1:
7B.7:
1C.7:
8D.8:
7
例题4把足量的铁粉投入到硫酸和硫酸铜的混合溶液中,充分反应后,剩于金属粉末的质量相等,则原溶液中氢离子和硫酸根离子的物质的量浓度之比是()
A2:
7B3:
8C1:
2D1:
4
解析:
假设原溶液中H2SO4和CuSO4的物质的量分别x,y
三、金属与强氧化性酸反应的计算规律
解答此类试题,应注重下面三个重要的规律:
1、电子守恒
例如:
金属与硝酸反应属于氧化还原反应,N原子得到电子的电子数等于金属原子失去的电子数。
2、原子守恒
例如:
金属与硝酸反应时,根据N原子守恒,硝酸总的物质的量可按下式进行计算:
n(HNO3)
=n(金属)×金属元素的化合价+n(NO
)+2n(N2O4)+n(HNO3)
3、利用离子方程式进行计算
金属与硝酸和硫酸的混合溶液反应,当金属足量时,不能用金属与硝酸反应的化学方程式进行计算,应用离子方程式进行计算,因为生成的硝酸盐的NO
借助H
仍然能与金属反应。
4.当化学反应进行时,反应物不断被消耗。
随反应的进行,反应物浓度不断改变,①有的会造成产物的不同。
如,过量Cu放入少量浓HNO3中,开始生成的气体是NO2,后来生成的气体是NO;很稀的HNO3溶液与活泼金属反应还会有H2生成(非信息题可不考虑)。
再如,过量活泼金属(如Zn)与少量浓H2SO4的反应,开始时生成的气体是SO2,后来生成的气体是H2。
②有的反应不再发生。
如,过量Cu与少量浓H2SO4的反应,随反应的进行,浓H2SO4变成了稀H2SO4,Cu与稀H2SO4不再发生反应。
再如,过量MnO2与少量浓盐酸的反应,随反应的进行,浓盐酸变成稀盐酸,不再与MnO2发生氧化还原反应。
③有些本来不能发生的反应,后来能够进行。
如稀H2SO4溅在衣服上,水分蒸发后,变成浓H2SO4,也就能使布料脱水炭化。
硝酸与金属反应的相关计算
1.向50mL18mol·L-1的H2SO4溶液中加入适量的铜片并加热,充分反应后,被还原的H2SO4的物质的量( )
A.小于0.45molB.等于0.45mol
C.在0.45~0.90mol之间D.大于0.45mol
【解析】 浓硫酸与铜可发生氧化还原反应,而稀硫酸与铜不发生反应。
浓硫酸与铜反应时,随着反应进行,其浓度也逐渐下降,当浓硫酸变为稀硫酸时反应就会停止。
因此,参加反应的硫酸实际量要比理论计算值小。
据题意,被还原的硫酸物质的量理论值为n(H2SO4)=
×18mol/L×0.05L=0.45mol。
答案 A
2.将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸反应,铜完全溶解,产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2L。
请回答:
(1)NO的体积为________L,NO2的体积为________L。
(2)待产生的气体全部释放后,向溶液中加入VmLamol·L-1的NaOH溶液,恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀,则原硝酸溶液的浓度为________mol·L-1
(3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3,至少需要30%的双氧水________g。
【解析】
(1)设生成NO的物质的量为x,生成NO2的物质的量为y。
则有
。
解得x=0.26mol y=0.24mol
V(NO)=0.26mol×22.4L/mol=5.824L
V(NO2)=0.24mol×22.4L/mol=5.376L。
(2)由原子守恒得:
n(HNO3)=n(气体)+n(NaOH)
所以c(HNO3)=
mol·L-1。
(3)由得失电子守恒得:
2×
=2n(H2O2)
解得n(H2O2)=0.51mol,m(H2O2)=
=57.8g。
【答案】
(1)5.824 5.376
(2)
(3)57.8
3.在100mL混合液中,HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4mol/L和0.1mol/L,向该混合液中加入1.92g铜粉,加热充分反应后,所得溶液中Cu2+的物质的量浓度是( )
A.0.15mol/LB.0.225mol/LC.0.35mol/LD.0.45mol/L
解析:
选B。
由于本题溶液中存在HNO3、H2SO4,所以c(H+)>c(NO
),而在Cu与HNO3反应中可知,实际参加反应的n(H+)∶n(NO
)=8∶2,所以要依据离子方程式来计算。
n(Cu)=
=0.03mol
n(H
)=0.1L×0.4mol/L+0.1L×0.1mol/L×2=0.06mol
n(NO
)=0.1L×0.4mol/L=0.04mol
由于硫酸的存在,因而可用离子方程式进行计算:
3Cu+8H
+2NO
3Cu
+2NO↑+4H2O
382
0.03mol0.06mol0.04mol
根据过量判断,可根据H
进行计算,则:
n(Cu
)=
=0.0225mol
c(Cu
)=
=0.225mol/L故选B
较多时,反应后体积会变小,故变大、变小、不变均有可能。
4.某溶液中含H+、SO
、NO
三种离子,其中H+、SO
的物质的量浓度分别为7.0mol/L和2.0mol/L。
取该溶液20mL,加入3.2g铜粉,加热使它们充分反应,产生的气体在标准状况下的体积约是( )
A.0.75LB.0.336LC.1.5LD.0.448L
解析:
选A。
根据电荷守恒可得c(NO
)=3mol/L
利用离子方程式计算:
3Cu+ 8H+ +2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O
3mol8mol2mol2mol
mol0.14mol0.06moln(NO)
按上述关系反应时,铜的量不足,故V(NO)=
n(Cu)×22.4L/mol≈0.75L。
5.在Fe、Cu的混合物中,加入一定量的稀硝酸并微热,充分反应后剩余金属ag。
再向其中加入一定量的稀盐酸并加热,充分振荡后剩余金属bg,则( )
A.a可能等于bB.a一定小于b
C.a可能大于bD.a一定大于b
解析:
选D。
在含有NO
的溶液中加盐酸,相当于硝酸的存在,能够继续氧化金属,所以固体质量减少。
6.将过量铁粉放入100mL2mol/L的HNO3溶液中,假设还原产物只有NO且HNO3完全反应,则参加反应的Fe的质量为( )
A.2.8g B.5.6g
C.4.2gD.11.2g
解析:
选C。
Fe先与稀HNO3反应,生成的Fe3+再与Fe反应:
2Fe3++Fe===3Fe2+,总方程式为:
3Fe+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O,参加反应的HNO3的总的物质的量为0.1×2=0.2(mol),则参加反应的Fe的质量为
×0.2×56=4.2(g)。
7.100mL2mol/L的稀硝酸与1.92g铜充分反应后:
(1)产生的气体是________,在标准状况下的体积为________L,反应过程中转移的电子数为________mol。
(2)若溶液的体积不变,则反应后溶液中的H+物质的量浓度为________mol/L,NO
物质的量浓度为________mol/L。
解析:
(1)首先分析Cu和稀HNO3谁过量:
n(HNO3)=0.1L×2mol/L=0.2mol。
n(Cu)=
=0.03mol,故铜不足,则产生n(NO)=
=0.02mol,即标准状况下V(NO)=0.02mol×22.4L·mol-1=0.448L。
转移的电子数n(e-)=n(Cu)×2=0.03mol×2=0.06mol。
(2)因为反应消耗n(H+)=0.08mol,余n(H+)=0.2mol-0.08mol=0.12mol,即反应后c(H+)=
=1.2mol/L。
反应消耗n(NO
)=n(NO)=0.02mol;余n(NO
)=0.2mol-0.02mol=0.18mol,即反应后c(NO
)=
=1.8mol/L。
答案:
(1)NO 0.448 0.06
(2)1.2 1.8
8.为了测定某铜银合金的组成,将30.0g合金溶于80mL13.5mol·L-1的浓硝酸中,待合金完全溶解后,收集到气体6.72L(标准状况)并测得溶液中H+的物质的量浓度为1mol·L-1,假设反应后溶液的体积仍为80mL,计算:
(1)被还原的硝酸的物质的量。
(2)合金中银的质量分数。
解析:
(1)HNO3和金属反应时还原得到的产物为NO或NO2,由于试题给出收集到的气体在标准状况下为6.72L,因此不论其中NO和NO2的相对含量各是多少,其物质的量之和应该跟被还原的HNO3的物质的量相等,即
=0.300mol。
(2)由于反应后溶液中H+的物质的量浓度为1mol·L-1,可知HNO3剩余且可求出其量。
用HNO3的总量减去剩余量就是参加反应的HNO3的量。
将参加反应的HNO3的总量减去第
(1)小题中所求出的被还原的HNO3的物质的量,剩余的就是反应中与生成的Ag+和Cu2+成盐的NO
的物质的量,也就是成盐的那部分HNO3的物质的量。
反应后溶液中c(H+)=1mol·L-1,
则参加反应的HNO3的物质的量为:
(13.5mol·L-1-1mol·L-1)×0.080L=1.00mol。
与Ag+和Cu2+结合的NO
的物质的量应为:
1mol-0.300mol=0.700mol。
设合金中Ag的质量为x,则:
×1+
×2=0.700mol,
解得x=10.8g,合金中Ag的质量分数为
×100%=36.0%。
答案:
(1)被还原的硝酸的物质的量为0.300mol。
(2)合金中银的质量分数为36.0%。
9.足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体,这些气体与1.68LO2(标准状况)混合后通入水中,所有气体完全被水吸收生成硝酸。
若向所得硝酸铜溶液中加入5mol/LNaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,则消耗NaOH溶液的体积是( )
A.60mL B.45mL C.30mL D.15mL
[解析] 铜与浓硝酸反应,铜失去电子,浓硝酸得到电子生成氮氧化物,反应后,这些氮氧化物与氧气和水作用又变为硝酸,故它们把得到的电子又全部转移给了氧气,根据电子守恒有n(Cu)×2e-=n(O2)×4e-=
×4e-,解之得n(Cu)=0.15mol,即n(Cu2+)=n(Cu)=0.15mol;由于铜是足量的,硝酸无剩余,溶液中的溶质只有硝酸铜,根据Cu2+~2NaOH可得:
V(NaOH)=n(Cu2+)×2÷(5mol/L)=0.15mol×2÷(5mol/L)=0.06L,
10.物质的量之比为2:
5的锌与稀硝酸反应,若硝酸被还原的产物为N2O,反应结束后锌没有剩余,则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是( )
A.1:
4B.1:
5C.2:
3D.2:
5
11.在浓硝酸中放入铜片:
(1)反应开始的化学方程式为___________________________。
现象是____________________
(2)若铜有剩余,则反应快要结束时的化学方程式是_________________________________。
(3)待反应停止时,再加入少量质量分数为25%的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,其原因是___________________________________________________________________。
(4)若将12.8g铜与一定量的浓硝酸反应,铜耗完时,共产生气体(NO和NO2的混合物)5.6L(标准状况下)。
则所消耗的硝酸的物质的量是________,所得气体的平均相对分子质量是________。
(5)向100mLpH=0的硫酸和硝酸的混合液中投入3.2g铜粉,微热使反应充分完成后,生成NO气体448mL(标准状况下)。
则反应前的混合溶液中硝酸的物质的量浓度为________。
解析:
有关金属与硝酸反应的计算是高考考查的热点,在解答问题的时候要多从原子守恒和电子守恒的角度进行思考,如硝酸在反应中有两个去处:
一个是硝酸盐;一个是NO或NO2气体。
在计算时可以从这两个角度入手,解答有关硝酸消耗的题目。
n(NOx)=
=0.25mol,故消耗n(HNO3)=2n(Cu)+n(NOx)=2×
+0.25mol=0.65mol。
设产生NO2的物质的量为x,则NO的物质的量为(0.25-x)。
根据得失电子守恒,得下列方程
x×1+(0.25mol-x)×3=
×2
解得:
x=0.175mol。
=41.2g·mol-1,
故所得气体的平均相对分子质量为41.2。
(5)n(Cu)=0.05mol、n(H+)=0.1mol、n(NO)=0.02mol,依3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O可知生成0.02molNO,消耗0.03molCu、0.08molH+,所以Cu、H+过量,NO
反应完全,n(HNO3)=n(NO
)=0.02mol。
答案:
(1)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 铜片逐渐溶解,溶液逐渐为蓝,有红棕色气体逸出
(2)3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(3)加入稀硫酸后,原溶液中的NO
与H2SO4提供的H+构成具有强氧化性的稀硝酸有了强氧化性的条件,又能与过量的Cu反应3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(4)0.65mol 41.2(5)0.2mol·L-1
12.某稀硝酸中,加入5.6g铁粉充分反应后,铁粉全部溶解,放出NO气体,溶液质量增加3.2g,所得溶液中Fe2+、Fe3+的物质的量之比为( )
A.1:
1B.2:
1C.3:
2D.4:
1
13.将11.2gMg—Cu混合物完全溶解于足量的硝酸中,收集反应产生的x气体。
再向所得溶液中加入过量的NaOH溶液,产生21.4g沉淀。
根据题意推断气体x的成分可能是( )
A.0.3molNO2和0.3molNO
B.0.2molNO2和0.1molN2O4
C.0.1molNO、0.2molNO2和0.05molN2O4
D.0.6molNO
解析:
氢氧根离子的质量是(21.4—11.2)g,物质的量为0.6mol,由电荷守恒知转移的电子数为0.6mol,根据N元素的化合价变化可知,A转移电子1.2mol,B转移电子0.4mol,C转移电子0.6mol,D转移电子1.8mol,C项正确。
答案:
C
14.14g铜、银合金与一定量某浓度的硝酸溶液完全反应,将放出的气体与1.12L(标准状况下)氧气混合通入水中,恰好全部被水吸收,则合金中铜的质量是( )。
A.9.6gB.6.4gC.4.8gD.3.2g
解析:
Cu、Ag合金与HNO3反应过程如下:
Cu、Ag与HNO3反应是氧化还原反应,Cu、Ag失电子,HNO3得电子,生成NO2或NO。
由于NO2、NO、O2都被水吸收生成HNO3,即NO2、NO又将电子转移给O2,所以在整个反应过程中,相当于Cu、Ag失的电子给0.05molO2,0.05molO2得电子物质的量=0.05mol×4=0.2mol。
设Cu为xmol、Ag为ymol,则有:
解之得,
所以铜的质量为:
m(Cu)=0.05mol×64g·mol-1=3.2g。
答案:
D
15.
(1)mg铁屑与含有ngHNO3的硝酸溶液恰好完全反应,若m∶n=1∶2.7,该反应的化学方程式为 (假设还原产物只有一种,且只生成一种盐)。
(2)含ngHNO3的稀硝酸溶液恰好使5.6g铁粉完全溶解,若有n/4gHNO3被还原成NO(无其他还原产物),则n的范围为 。
解析:
(1)中铁屑和硝酸的质量之比为1∶2.7,物质的量之比为5∶12,因此方程式中Fe和HNO3的化学计量数确定下来为5和12。
(2)中铁可能全部被氧化成二价,则化学方程式为3Fe+8HNO3
3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O,n的取值为16.8,铁也可能全部被氧化成三价:
Fe+4HNO3
Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,n的取值为25.2。
答案:
(1)5Fe+12HNO3
5Fe(NO3)2+N2↑+6H2O
(2)16.8≤n≤25.2
16:
铜和镁的合金4.6g完全溶解于浓硝酸中,若反应中硝酸被还原只产生4.480L的NO2气体和0.336L的N2O4气体(都已折算到标准状况下),在反应后的溶液中,加入足量的NaOH溶液,生成沉淀的质量是()
A.7.04gB.8.26gC.8.51gD.9.02g
解析:
根据题意,可找到金属与沉淀以及电子转移数之间的对应关系式:
Cu~Cu(OH)2~2e
~2OH
Mg~Mg(OH)2 ~2e
~2OH
由上述关系式可知:
合金与沉淀相比较,沉淀的质量等于合金与OH
的质量之和,而OH
的物质的量又等于反应中电子转移的物质的量,则:
n(OH
)=n(e
)=
+
=0.23mol
m(沉淀)=4.6g+0.23mol×17g/mol=8.51g故选C。
17.在铜与稀硝酸的反应中,如果有1mol硝酸被还原,则被氧化的铜的物质的量为( )
A.3/8molB.3molC.3/2molD.2/3mol
分析:
铜和稀硝酸发生3Cu+8HNO3(稀)═3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,如是很稀的硝酸,可能发生4Cu+10HNO3(稀)=4Cu(NO3)2 +NH4NO3+5H2O,结合反应的方程式计算该题.
解答:
解:
铜和稀硝酸发生3Cu+8HNO3(稀)═3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,被还原的硝酸等于生成NO的物质的量,则3Cu+8HNO3(稀)═3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 3 2 n 1moln=3/2mol,如是很稀的硝酸,可能发生4Cu+10HNO3(稀)=4Cu(NO3)2 +NH4NO3+5