硝酸与金属反应总结.docx
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硝酸与金属反应总结
金属和硝酸反应的分类题型
一、知识要点：
硝酸是一种很强的氧化剂，不论稀、浓硝酸都有氧化性。
硝酸越浓氧化性越强。
同浓度的硝酸温度越高氧化性越强。
硝酸浓度不同，氧化水平不同。
硝酸能氧化除Pt、Au之外的绝绝大部分金属，当硝酸与金属反应时条件不同，硝酸的还原产物不同。
具体如下：
⒈一般情况下，在金属活动顺序表中排在氢以后的金属与硝酸反应时，浓硝酸剧烈反应，生成硝酸盐和NO2，与稀硝酸反应常需加热，生成硝酸盐和NO，在反应中硝酸均既表现氧化性又表现酸性。
⒉常温时，铝、铁遇冷的浓硝酸产生钝化现象，而稀硝酸则可与它们反应。
若加热，解除钝化则发生反应。
如：
铁在过量的浓硝酸中加热发生反应为：
Fe+6HNO3（浓）＝Fe（NO3）3+3NO2↑+3H2O
（注意：
铁与硝酸反应时，无论硝酸是否过量，开始时总是把Fe氧化成Fe3+）
铁过量时再与Fe3+反应生成Fe2+，NO气体是铁与硝酸反应生成Fe3+产生的。
Fe+4HNO3==Fe（NO3）3+NO↑+2H2O……①3Fe+8HNO3==3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O……②
设n（Fe）：
N（HNO3）=a，则
a≤1/4时，按①实行；a≥3/8时，按②实行；1/4≤a≤3/8时，两者都有。
如：
５Fe＋１６HNO3=2Fe（NO3）3+3Fe（NO3）2+4NO↑+2H2O
比例关系：
４HNO3～NO
②可认为是①反应后Fe过量。
Fe+2Fe（NO3）3=3Fe（NO3）2
⒊当硝酸与金属活动顺序表中排在氢以前的金属如镁、锌铁等反应时，因为金属的强还原性，还原产物较为复杂。
除可生成NO2或NO外，在更稀硝酸中还可产生N2O、N2、NH3等。
一般情况下，对于同一种还原剂来说，硝酸越稀则还原产物中氮元素的价态越低。
浓硝酸被还原的主要产物是NO2，稀硝酸被还原的产物主要是NO；再如较稀的硝酸还原产物主要是N2O，而更稀的硝酸则被还原成NH3（NH3与HNO3反应生成NH4NO3）。
当然，硝酸与金属发生的氧化还原反应比较复杂，这里对硝酸的还原产物也仅仅粗略地划分，并没有很明显的界限。
二、常见分类题型：
⒈概念型：
下列关于硝酸的叙述准确的是（C）
A．稀硝酸是弱酸，浓硝酸是强酸B．铜与浓硝酸和稀硝酸都能反应生成二氧化氮
C．浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂D．稀硝酸与活泼金属反应放出氢气，而浓硝酸则使金属钝化
变式㈠：
用铜锌合金制成的假金元宝欺骗行人的事件屡有发生。
下列不易区别其真伪的方法是（D）
A．测定密度B．放入硝酸中C．放入盐酸中D．观察外观
变式㈡：
欲迅速除去水壶底部的水垢，又不损坏铝壶，最好的方法是用（D）
A．浓盐酸B．稀硝酸C．冷的浓硫酸D．冷的浓硝酸
变式㈢：
将铜粉放入稀硫酸中，加热无明显现象发生；但加入某盐后,发现铜粉质量逐渐减少，同时有气体产生，则该盐可能是（C）
A．硫酸铁B．硫酸锌C．硝酸钾D．氯化钠
变式㈣：
等质量的铜分别与足量浓硫酸、稀硝酸充分反应，下列说法准确的是（BD）
A．被还原的酸的物质的量相等B．被氧化的铜的物质的量相等
C．提供H+的酸的物质的量相等D．转移电子的物质的量相等
变式㈤：
相同质量的铜分别与足量的浓硝酸和稀硝酸完全反应（硝酸的还原产物分别是NO2和NO），在相同条件下用排水法收集反应产生的气体。
下列叙述准确的是（D）
A．硝酸浓度越小，氧化性越强B．硝酸浓度越大，消耗的硝酸越少
C．硝酸浓度越大，产生的气体越少D．两者用排水法收集到的气体体积相等
变式㈥：
将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述准确的是（B）
A．反应速率：
两者相同B．消耗硝酸的物质的量：
前者多，后者少
C．反应生成气体的颜色：
前者浅，后者深D．反应中转移的电子总数：
前者多，后者少
变式㈦：
用以下三种途径来制取相等质量的硝酸铜：
用以下三种途径来制取相等质量的硝酸铜：
（1）铜跟浓硝酸反应；
（2）铜跟稀硝酸反应；
（3）铜先跟氧气反应生成氧化铜，氧化铜再跟硝酸反应。
以下叙述中准确的是（AD）
A．三种途径所消耗的铜的物质的量相等B．三种途径所消耗的硝酸的物质的量相等
C．所消耗的铜的物质的量是：
途径（3）>途径
（1）>途径
（2）
D．所消耗的硝酸的物质的量是：
途径
（1）>途径
（2）>途径（3）
⒉计算型：
①守恒法
例1、1.92gCu与一定量的浓硝酸作用，当收集到1.12LNO和NO2标况下的气体时，Cu全部反应完，则反应中消耗的硝酸为mol，被还原的硝酸为mol，转移的电子为mol。
（0.11、0.05、0.06）
变式㈠：
13g锌与硝酸溶液反应，共消耗了31.5g硝酸，硝酸的还原产物是（A）
A．NH4NO3或N2OB．只有N2OC．只有NOD．只有N2
变式㈡：
⑴mg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）
⑵含ngHNO3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（无其它产物）则n的范围为。
⑶某条件下锌和硝酸反应时的物质的量之比为2：
5，此时硝酸的还原产物是。
答案：
⑴5Fe+12HNO3=5Fe（NO3）2+N2↑+6H2O
⑵16.8≤n≤25.2⑶N2O或NH4NO3
变式㈢：
14g铁粉全部溶于某稀硝酸中，恰好反应，放出NO气体后得到溶液1L。
称量所得溶液，发现比原硝酸溶液增重8克。
则原溶液中硝酸的浓度为（C）
A．0.4mol/LB．0.6mol/LC．0.8mol/LD．1.0mol/L
变式㈣：
一定量铜在某浓硝酸溶液中完全溶解。
已知参加反应的30gHNO3中被还原的HNO3质量为13g，则生成的NO和NO2的体积比为（同温同压下测定）（C）
A.1：
1B.1：
2C.2：
11D.4：
1
变式㈤：
mg铜与一定浓度的硝酸完全反应放出V1L气体，将所得气体通过足量水后收集到V2L气体，欲使V2L气体完全转化为硝酸，所需氧气的物质的量为（气体体积均在标准状况下测定，且不考有N2O4的生成）（BC）
A．V1／89.6molB．V2/89.6molC．m/128molD．无法确定
变式㈥：
Cu与1mol·L-1的硝酸反应，如果NO3-浓度下降0.2mol·L-1,则溶液中c（H+）同时下降（D）
A．0.2mol·L-1B.0.4mol·L-1C.0.6mol·L-1D.0.8mol·L-1
变式㈦：
6.4g铜和过量的硝酸充分反应，硝酸的还原产物有NO、NO2，反应后溶液中所含H+为nmol,此时，溶液中所含NO3-的物质的量为（C）
A.0.28molB.0.31molC.（n+0.2）molD.（n+0.4）mol
②始终态法
始终态的使用使很多复杂问题简单化，在化学计算中具有非常重要的地位。
从反应态和最终状态看。
例：
Mg、Cu合金6.4g完全溶于浓硝酸中，若反应中硝酸被还原，只产生4480mLNO2和336mLN2O4，反应后的溶液中加足量的NaOH溶液，生成的沉淀的质量为8.51g。
解析：
反应中铜镁合金失去电子，最终转化为Cu（OH）2和Mg（OH）2沉淀，比较始态和终态，固体增加的质量为OH—的质量，而OH—的物质的量等于转移的电子的物质的量，再根据气体计算转移的电子的物质的量。
变式㈠：
一定量的Fe和Fe2O3的混合物投入250mL浓度为2mol/L的硝酸溶液，反应完成后，生成1.12LNO（标准情况下）。
在向反应后的溶液中加入1mol/L的NaOH溶液，要使铁元素完全沉淀下来，所加入的NaOH溶液的体积最少是（A）
A．450mLB．500mLC．400mLD．不能确定
变式㈡1.92gCu投入到一定量的浓硝酸中，铜完全溶解，生成的气体的颜色越来越浅，共收集到672mL的气体（标况）。
将盛有此气体的容器倒扣在水槽中，通入标况下一定体积的氧气，恰好使气体完全溶于水，则通入的氧气的体积为（C）mL
A．168B．224C．336D．504
③极限法
硝酸与铁反应，随用量的不同，产物可能是Fe（NO3）2或Fe（NO3）3，这时可用极限法解。
如果产生的气体产物不单一，可能也要用极限法解。
例：
把22.4g铁完全溶解于某浓度的硝酸中，反应和集到0.3molNO2和0.2molNO。
下列说法准确的是（D）
A．反应后生成的盐只有Fe（NO3）3B．反应生成的盐只有Fe（NO3）2
C．产物中Fe（NO3）3和Fe（NO3）2的物质的量之比为3：
1
D．产物中Fe（NO3）3和Fe（NO3）2的物质的量之比为1：
3
变式0.03molCu完全溶于硝酸，产生的氮的氧化物NO、NO2、N2O4混合气体共0.05mol，该混合气体的平均相对分子质量可能是（BC）
A．30B．46C．50D．66
解析：
假设0.05mol气体全部是NO则转移0.15mol电子；假设0.05mol气体全部是NO2则转移0.05mol电子；假设0.05mol气体全部是N2O4则转移0.10mol电子。
而实际0.03molCu在反应中转移0.06mol电子，因为0.06介于0.05和0.15之间、0.05和0.10之间；所以用极限法判断极盛可能有两种极限。
⑴气体为NO2和NO的混合气体，经计算平均相对分子质量为44.4
⑵气体为NO2和N2O4的混合气体，经计算平均相对分子质量为55.2
④讨论法
例锌与硝酸反应，若有1mol硝酸参加反应，就有0.8mol电子发生转移，此时硝酸的还原产物中氮元素的化合价为。
变式㈠：
某金属单质跟一定浓度的硝酸反应，假定只产生单一的还原产物。
当参加反应的单质与被还原硝酸的物质的量之比为2：
1时，还原产物是
A．NO2B．NOC．N2OD．N2
变式㈡：
3.25g某金属单质跟过量稀硝酸反应时，示观察到有气体放出，但测知生成物中有NH4NO3.当向反应后的溶液中加入过量热的烧碱溶液时，有气体放出，其体积为280mL（标况）求
⑴如用R表示该金属，写出R与硝酸反应的化学方程式。
⑵R是哪种金属？
（写出推断过程）
解：
⑴设R在反应中显+n价，则反应式为：
8R+10nHNO3＝8R（NO3）n+nNH4NO3+3nH2O
⑵n（NH3）=0.0125mol
8R～nNH4NO3～nNH3
8Rgnmol
3.25g0.0125mol
R=32.5n讨论：
n=2时，锌符合。
⑤关系式法
例：
硝酸铜是制备Cu-Zn-Al系催化剂的重要原料。
19.2g纯铜粉理论上可制得纯净硝酸铜晶体的质量为（BD）g
A．28.2B．56.4C．64.2D．72.6
⒊陷阱型：
例：
1L稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物质的量浓度分别为0.1mol/L和0.4mol/L。
若向该混合液中加入足量的铜粉。
则最多能溶解铜粉的质量为（D）g
A．2.4B．3.2C．6.4D．9.6
变式㈠：
有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸，其中H2SO4和HNO3物质的量浓度分别为4mol/L和2mol/L，取10mL此混合酸，向其中加入过量的铁粉，待反应结束后，可产生标况下的气体多少升？
（0.672L）
变式㈡：
铁铜混合物加入不足量的硝酸，反应，剩余金属m1g，再向其中加入一定量稀硫酸，充分振荡后，剩余金属m2g，则m1与m2的关系是（A）
A．m1>m2B．m1=m2C．m1可能等于m2D．m1可能大于m2
变式㈢：
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，现向该混合液中加入1.92g铜粉，经加热充分反应后，所得溶液中的Cu2+的物质的量浓度（mol/L）是多少？
（0.225）
⒋图像型：
例：
铜和硝酸反应的物质的量关系如图所示，纵坐标表示消耗铜的物质的量，横坐标表示消耗硝酸的物质的量，坐标图中各条线表示下列反应：
A、铜和浓硝酸B、铜和稀硝酸C、铜和被还原的浓硝酸D、铜和被还原的稀硝酸
⑴Q表示反应D；⑵P表示反应C；
⑶S表示反应B；⑷T表示反应A。
变式：
实验研究发现，硝酸发生氧化还原反应时，硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元素的化合价越低。
某同学取一定量的铝铁合金与一定量的很稀的硝酸充分反应，反应过程中，无气体放出。
在反应结束后的溶液中，逐滴加入4mol•L-1的氢氧化钠溶液，所加氢氧化钠溶液体积（mL）与产生的沉淀的物质的量（mol）的关系如下图所示。
：
试回答下列问题：
⑴图中OC段没有沉淀生成，此阶段发生的离子方程式为：
_______________。
⑵在DE段没有沉淀的物质的量没有变化，则此阶段发生反应的离子方程式为：
。
上述现象说明溶液中、、结合OH—的水平比强（填离子符号）。
⑶B与A的差值mol。
⑷B点对应的沉淀量为mol，C点对应的溶液体积为mL。
⒌实验型：
例：
烧瓶中放入铜片与稀硝酸，用酒精灯加热来制取较为纯净的NO（即不含NO2），反应开始后发现烧瓶中充满红棕色气体，这时的操应为（D）
A．立即接上收集容器，用向上排空气法收集
B．待烧瓶中红棕色消失后，用向上排空气法收集
C．待烧瓶中红棕色气体消失后，用排水法收集D．立即用排水法收集
变式㈠：
向浅绿色的Fe（NO3）2溶液中逐滴加入稀盐酸时，溶液的
颜色变化应该是（C）
A．颜色变浅B．逐渐加深C．没有改变D．变为棕黄色
变式㈡：
在盛稀硫酸的试管中，加入一小块铜片后，观察不到明显现象。
然后再加入适量硝酸钾晶体并微热，可观察到的现象是①，②，③。
写出反应的离子方程式。
答案：
①铜片逐渐溶解，②溶液变为蓝色，③产生无色气体且该气体在试管上部变为红棕色
3Cu+2NO3—+8H+＝3Cu2++2NO↑+4H2O
变式㈢：
欲用浓硝酸法（测定反应后生成气体的量）测定某铜银合金中铜的质量分数，但资料表明：
①反应中除生成NO2气体外还会有少量的NO生成；②常温下NO2和N2O4混合存有，在低于0℃时几乎只有无色的N2O4液体或晶体存有。
为完成测定并验证有NO生成，有人设计如下实验装置。
⑴实验开始前要先打开A部分的活塞K1，持续通一段时间的氮气再关闭K1，这样做的目的是。
⑵装置中B瓶的作用是。
⑶实验时A中反应停止后，打开D装置导管的活塞K2并通入氧气，若反应确有NO产生，D中的现象是；实验时发现通入氧气温度的高低对实验有较大的影响，为便于观察应通入（填“冷”或“热”）的氧气，其原因是（用所学过的理论知识解释）：
________________________________________________________________。
⑷为减小测量误差，在A中反应完成和D中出现现象后，还应实行的操作是：
⑸若设反应中硝酸无挥发也无分解，且溶液的体积变化忽略不计，实验已测得以下数据：
铜银合金的质量、浓硝酸的物质的量浓度及体积（过量）、E装置反应生成物中氮元素的质量；为确定合金中铜的质量分数，还需测定的数据是：
______________________________________________________。
⑹若实验只测定Cu的质量分数，不检验NO的产生，则在铜银合金与浓硝酸反应后，只需简单实验操作（不使用B—E连续装置）就可达目的，简述实验过程：
。
（1）排尽整个装置中的空气；防止生成的NO被氧化，而在D中观察不到现象。
（2）吸收气流中的水蒸气。
（3）无色气体变为红棕色热由题意可知2NO2
N2O4是放热反应，升高温度可使平衡向吸热方向（逆向）移动，无色的N2O4减少，红棕色NO2增多，便于观察。
（或降温可使平衡正向移动，无色N2O4增多，NO2减少，不易观察到红棕色（4）打开K1、K2持续通入一段时间的N2和O2（5）装置C中烧瓶在实验前后增加的质量（6）向反应后的混合溶液中加入过量的NaCl溶液，过滤、洗涤、干燥沉淀，称量生成的AgCl沉淀质量，然后实行计算。
（
变式㈣：
在实行某实验探究过程中，一些学生发现等质量的铜片分别与等体积（均过量）的浓硝酸和稀硝酸反应，所得溶液前者为绿色，后为蓝色。
针对这种现象，学生们实行了讨论后，出现了以下两种观点：
一种认为，这可能是Cu2+浓度的差异引起的，你同意这种看法吗?
（填“同意”或“不同意”），原因是。
另一种认为，呈“绿色”是Cu2+与NO2混合的结果。
请你设计出一个实验方案证明之，你设计的实验方案是。
请写出铜与稀硝酸反应的离子方程式，并标出电子转移的方向和数目：
。
不同意浓硝酸、稀硝酸均过量，Cu全部转化为Cu2+，则在同体积的溶液中Cu2+浓度相同、溶液颜色应该相同加水稀释看能否由绿色变为蓝色离子方程式及标出电子转移的方向和数目（略）
变式㈤：
下列装置中间的试管收集浓硝酸和铜反应所生成的气体，最终可使收到的气体中空气的含量最少的是（C）
变式㈥：
某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置实行实验（夹持仪器已略去）。
实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。
由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。
可选药品：
浓硝酸、3mol／L稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳
已知：
氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应。
2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O
⑴实验应避免有害气体排放到空气中。
装置③、④、⑥中盛放的药品依次是______。
⑵滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后____________
。
⑶装置①中发生反应的化学方程式是。
⑷装置②的作用是，发生反应的化学方程式是。
⑸该小组得出的结论所依据的实验现象是。
⑹实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。
甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。
同学们分别设计了以下4个实验来判断两种看法是否准确。
这些方案中可行的是（选填序号字母）。
a．加热该绿色溶液，观察颜色变化
b．加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化
c．向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化
d．向饱和硝酸铜溶液中通人浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化
3mol·L-1稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液
（2）通入CO2一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中的导管末端伸入倒置的烧瓶内（3）Cu＋4HNO3（浓）=Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O（4）将NO2转化为NO3NO3＋H2O=2HNO3＋NO（5）装置③中液面上方气体仍为无色，装置④中液面上方气体有无色变为红棕色（6）acd
⒍工业型：
例：
工业上用铜屑和浓硝酸为原料制取硝酸铜，在实际生产中，需把浓硝酸用等体积水稀释。
试回答：
⑴用稀硝酸而不用浓硝酸的原因是。
⑵从经济效益和环境保护角度考虑，设计制取硝酸铜最适宜的方法，用化学方程式表示为。
发现生成等物质的量的硝酸铜，用稀硝酸时，消耗原料较少，且产生污染物的量也较少。
变式：
现有下列三个方案用于制取硝酸铜，要求：
①不污染环境②原料利用率高。
请对下列三个方案加以评价。
方案一：
用铜屑与浓硝酸作用。
方案二：
用铜屑与中等浓度的硝酸作用，生成的NO和NO2气体用NaOH吸收。
方案三：
先将铜屑在空气中灼热，使其完全氧化，再用硝酸溶解上述产物。
方案一的制备反应为：
Cu+4HNO3（浓）＝Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O。
制备1molCu（NO3）2需4molHNO3，反应放出的NO2未处理，对环境有污染。
方案二的制备除含方案一反应外还有反应：
3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O，制备1molCu（NO3）2需
～4molHNO3。
反应放出的NO2和NO可基本被吸收，对环境污染较小。
方案三的制备反应也有两个：
2Cu+O2==2CuO,CuO+2HNO3=Cu（NO3）2+H2O，制备1molCu（NO3）2需2molHNO3，对环境的污染也较小。
小结：
虽然金属与硝酸反应很复杂，但究其本质，我们不难发现参加反应的硝酸可分成两部分，一部分体现酸性与金属阳离子结合生成盐，一部分体现气体氧化性得到电子还原为低氮的低价化合物。
所以我们能够总结出以下3个解题技巧：
⒈匹配原则：
生成盐中硝酸根离子的物质的量等于金属离子的物质的量（或金属）与该金属表现化合价之积。
⒉电子守恒：
金属失去的电子的物质的量等于硝酸被还原生成氮的氧化物或其它产物时得到的电子的物质的量。
⒊物料守恒：
参加反应的硝酸可分两部分，一部分体现酸性生成盐，一部分体现氧化性被还原，故发反应的硝酸的物质的量等于生成盐中硝酸根离子的物质的量加还原产物中氮原子物质的量。
综合考查：
现有Fe和Cu组成的合金，其中Fe、Cu的总物质的量为amol，Cu的物质的量分数为x，全部投入含bmolHNO3稀溶液中，微热使其充分反应，且硝酸产物只有NO，试回答下列问题：
（1）、用微粒符号填写下列空白（列出全部可能出现的情况）。
①
②
③
④
⑤
⑥
残留固体成分
溶液中的金属离子
（2）、当溶液中离子只有Fe2＋、Cu2＋时，则b的取值范围是（用a、x表示）：
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