有关硝酸与金属反应的计算.docx

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有关硝酸与金属反应的计算

高中化学硝酸与金属反应的计算是一个难点,本文从思维角度加以阐述,供大家参考。

   一、从反应的本质看:

 金属与硝酸反应的实质是金属与H+和NO3-共同作用.

 例如:

铜与稀硝酸反应的实质是:

  3Cu+8H++2NO3- ===3Cu2++4H2O+2NO↑

  Fe2+与稀硝酸反应的实质是:

   3Fe2++4H++NO3- ===3Fe3++2H2O+NO↑

 例1.铜粉放入稀硫酸溶液后,加热后无明显现象发生,当加入下列一种物质后,铜粉质量减少,溶液呈蓝色,同时有气体产生,该物质可能是（  ）。

 A. Fe2（SO4）3    B. Na2CO3   C. KNO3    D.FeSO4

解析:

铜不能与稀硫酸反应,但稀硫酸提供H+,盐提供NO3-，构成强氧化条件，能溶解铜并产生气体。

答案选 C。

例2.铁铜混合物加入不足量的硝酸,反应后,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.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:

铁铜混合物与不足量的硝酸反应后生成硝酸盐,即溶液中的盐含有NO3-,再加稀硫酸提供H+,发生氧化还原反应,会再溶解一部分金属。

答案选A。

  例3.已知Fe2+可以水解:

Fe2++2H2O

Fe（OH）2+2H+，现向Fe（NO3）2溶液中加入足量的稀硫酸,则溶液的颜色（  ）。

 A.浅绿色加深  B.颜色变浅  C.溶液变黄   D.无法判断

 解析:

原Fe（NO3）2溶液中含有NO3-,再加入稀硫酸提供H+,发生氧化还原反应

3Fe2++4H++NO3- ===3Fe3++2H2O+NO↑ 溶液变黄,答案选 C

 例4.在100mL混合溶液中,HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4mol/L,0.1mol/L向该混合液中加入1.92g铜粉,加热待充分反应后,所得溶液中Cu2+的物质的量浓度是（  ）。

 A.0.15   B. 0.225      C. 0.35            D. 0.45

 解析:

题中告诉了HNO3和H2SO4的物质的量浓度,可以求出H+和NO3-的物质的量分别是0.06mol, 0.04mol,0.03molCu,显然要判断过量,NO3-和Cu过量.按照H+的量代入离子方程式计算.答案选B。

二、从硝酸在反应中的作用:

 参加反应的硝酸一部分显酸性,生成硝酸盐,另一部分作氧化剂,一般转化为氮的氧化物（NO或NO2）,根据氮元素守恒解题。

 例5.将25.6mgCu与1.4×10-3mol的浓硝酸恰好完全反应,反应后收集到的气体在标准状况下的体积为      ml。

（假设反应中只产生NO或NO2）

解析:

因为1molCu参加反应生成Cu（NO3）2对应2molHNO3显酸性,所以25.6mgCu完全反应,必然有0.8×10-3mol的硝酸显酸性,其余的硝酸中的氮全转移到NO或NO2中,即有1molHNO3作氧化剂就有1mol氮的氧化物（NO或NO2）。

答案13.44mL.。

例6.将1.92g铜粉与一定量浓硝酸恰好完全反应,反应后收集到的气体在标准状况下的体积为1120mL。

（假设反应中只产生NO或NO2）则消耗硝酸的物质的量为      mol。

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

解析:

 因为0.03molCu参加反应生成Cu（NO3）2对应0.06molHNO3显酸性,0.05mol氮的氧化物（NO或NO2）对应0.05molHNO3作氧化剂,所以共消耗硝酸0.11mol。

 答案选B。

例7.为测定某铜银合金的成分,将30g合金完全溶解于80mol、浓度为 13.5mol/L的浓硝酸中,合金完全溶解后,收集到6.72L（标准状况下）的气体（假设反应中只产生NO或NO2）,并测得溶液的pH=0 ，假设反应后溶液的体积仍80mL。

（1）被还原的硝酸的物质的量.

（2）合金中各金属成分.

解析:

（1）被还原的硝酸就是作氧化剂的硝酸,即生成的1mol氮的氧化物就对应1mol被还原的硝酸:

所以:

n=6.72/22.4=0.3mol

（2）设合金中铜银的物质的量分别为x、y则显酸性的硝酸的物质的量为2x+y

因为PH=0则反应后溶液的氢离子浓度为1

               64x+108y=30①

     2x+y+6.72/22.4=0.08×13.5–0.08×1②（氮元素守恒）

 解得x=0.3 y=0.1

 例8.将6.4gCu与80mol/L60mL的硝酸充分反应,铜完全溶解,反应后溶液中的H+的物质的量为amol.（假设反应中只产生NO或NO2）,此时溶液中所含NO3-的物质的量为     mol。

 A.  0.28  B. 0.31   C. a+0.2  D. a+0.4

 解析:

6.4gCu反应后生成0.1molCu（NO3）2,再加上HNO3中的NO3-。

即得答案C。

   三、从得失电子守恒的角度.

 一般情况下:

金属失去的电子被+5价的氮得到,转化为NO或NO2,根据得失电子解题。

 例9.在Cu与稀硝酸反应中,如果有1mol硝酸被还原,则被氧化的铜的物质的量为   mol。

 A .3/8  B. 8/3   C .3/2  D. 2/3

 解析:

设被氧化的铜的物质的量为xmol.则根据得失电子守恒有:

1×（5-2）=2x

 答案选C

 例10.题见例7（3）求生成的气体的成分。

解析:

（2）已解出铜银的物质的量分别为0.3、0.1,则NO和NO2的物质的量的关系式为：

               0.3×2+0.1×1=3n（NO）+n（NO2）①（得失电子守恒）

                n（NO）+n（NO2）=6.72/22.4②

 解得n（NO）=0.2 n（NO2）=0.1

   四、从反应始态和最终状态看。

   终态法的运用使许多复杂问题简单化,在化学计算中具有非常重要的地位。

 例11.铜镁合金4.6g完全溶于浓硝酸中,若反应中硝酸被还原,只产生4480mLNO2气体和336mLN2O4气体（标准状况下）.反应后的溶液中加足量NaOH溶液,生成沉淀的质量为     g。

  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:

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

  所以沉淀的质量为:

4.6+0.23×17=8.51g 

  例12.1.92gCu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（标准状况下）.将盛有此气体的容器倒扣在水槽中,通入标准状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     mL。

     A . 168           B.224           C .336             D.504

  解析:

从反应的始态和最终状态看,铜在反应中失去电子,氧气在反应中得电子,设通入的氧气的体积为xmL,则:

   （1.92/64）×2=（x/22400）×4  解得:

x=336， 答案选C。

  例13.将32.64g铜粉与140mL一定量浓硝酸恰好完全反应,铜完全溶解,反应后收集到的气体在标准状况下的体积为11.2L.（假设反应中只产生NO或NO2）请回答:

（1）NO的体积为    mL；NO2的体积为    mL。

（2）待产生的气体全部释放后,向溶液中加入vmLamol/L的NaOH溶液,恰好使溶液中的Cu2+全部沉淀,则原硝酸的浓度为   amol/L

  （3）欲使铜与硝酸反应生成的气体在溶液中完全转化为NaNO3,至少需要30%的双氧水    g。

  解析:

（1）设反应中产生NO和NO2的体积分别为x、y（据得失电子守恒有）

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

（2）根据反应后的溶液中只有一种溶质NaNO3,设原硝酸的物质的量浓度为C

  （由氮元素守恒）则0.14×C=10-3×v×a+11.2/22.4

   得原硝酸的浓度为:

C=（10-3va+0.5）/0.14

   （3）从反应的始态和最终状态看,铜在反应中失去电子,双氧水在反应中得到电子,需要30%的双氧水的质量为m则（据得失电子守恒有）:

    （32.64/64）×2=〔（30%×m）/34〕×2解得:

m=57.8g

  五、从极限的角度.

   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14.把22.4g铁完全溶解于某浓度的硝酸中,反应只收集到0.3molNO2和0.2molNO。

 下列说法正确的是（  ）。

 A.反应后生成的盐只有Fe（NO3）3                    B.反应后生成的盐只有Fe（NO3）2

 C.产物中Fe（NO3）2和Fe（NO3）3的物质的量之比为1:

3  D.产物中Fe（NO3）2和Fe（NO3）3的物质的量之比为3:

1

解析:

用极限法判断:

22.4g铁如完全转化为Fe（NO3）3转移1.2mol电子;如完全转化为Fe（NO3）2转移0.8mol电子,反应中实际转移0.3×1+0.2×3=0.9mol电子,所以产物中既有Fe（NO3）2又有Fe（NO3）3这,分别设Fe（NO3）2和Fe（NO3）3的物质的量分别x、y，

 则（据得失电子守恒有）:

   x+y=0.4①  2×x+3×y=0.9② 解之:

x=0.3 y=0.1， 答案选D。

 例 15.0.03mol的铜完全溶于硝酸,产生氮的氧化物NO、NO2 、N2O4

 混合气体共0.05mol,该混合气体的平均相对分子量可能是（   ）。

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

解析:

假设0.05mol气体全是NO则转移0.15mol电子;假设0.05mol气体全是NO2则转0.05mol电子；假设0.05mol气体全是N2O4则转移0.1mol电子，而实际0.03mol的铜在反应中转移0.06mol的电子,因为0.06介于0.05和0.15之间；0.05和0.1之间；所以用极限法判断组成可能有两种极限。

（1） 气体为NO2和NO的混合气体.

解:

设NO2和NO的物质的量分别为x、y则（据得失电子守恒）:

     x+y=0.05①  x+3y=0.06② 解之:

x=0.045 y=0.005

所以平均相对分子量为:

（46×9+30×1）/10=44.4

（2）气体为NO2和N2O4的混合气体:

 解:

设NO2和N2O4的物质的量分别为x、y则（据得失电子守恒）:

     x+y=0.05①  x+2y=0.06② 解之:

x=0.04 y=0.01

所以平均相对分子量为:

（46×4+92×1）/5=55.2

实际分子量应介于44.4与55.2之间，答案选B C。