有关硝酸与金属反应的计算.docx

1、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:

2、 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m1 g,再向其中加入一定量稀硫酸.充分振荡后, 剩余金属m2 g, 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+ +2H2OFe(OH) 2+2H+，现向Fe(NO3) 2溶液中加入

3、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100 mL 混合溶液中, HNO3 和 H2SO4 的物质的量浓度分别是 0.4 mol/L, 0.1 mol/L 向该混合液中加入 1.92 g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HN

4、O3和H2SO4的物质的量浓度,可以求出H+ 和NO3- 的物质的量分别是 0.06 mol, 0.04 mol, 0.03 mol Cu,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NO 2),根据氮元素守恒解题。例5.将25.6 mg Cu 与1.410-3 mol 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NO 2)解析: 因为1 mol Cu参加反应生成Cu (NO3)2对应2 m

5、ol HNO3 显酸性,所以25.6 mg Cu 完全反应,必然有0.810-3 mol 的硝酸显酸性,其余的硝酸中的氮全转移到NO或NO2中,即有1 mol HNO3 作氧化剂就有1 mol 氮的氧化物(NO或NO2)。答案13.44 mL.。例6.将1.92 g 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 1120 mL。(假设反应中只产生NO或NO 2)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0.03 mol Cu 参加反应生成 Cu(NO3)2 对应 0.06 mol HNO3 显酸性,0.05

6、mol 氮的氧化物(NO或NO2)对应0.05 mol HNO3作氧化剂,所以共消耗硝酸0.11 mol。 答案 选B。例7.为测定某铜银合金的成分,将30 g 合金完全溶解于80 mol、浓度为13.5 mol/L的浓硝酸中,合金完全溶解后,收集到6.72 L(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80 mL。(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1 mol 氮的氧化物就对应 1 mol 被还原的硝酸:所以:n=6.72/22.4=0.3 mol(2)设合金中铜银

7、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=30 2x+y+6.72/22.4=0.0813.50.081 (氮元素守恒)解得x=0.3 y=0.1例8.将6.4 g Cu与80 mol/L 60 mL 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a mol.(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: 6.4 g Cu反应后生成0.1 mol Cu (NO3)2,再加上 HNO3 中的 NO3-

8、。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1 mol 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x mol.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： 0.32+0.11=3n(NO)+ n(NO2) (得失电子守恒

9、)n(NO)+ n(NO2)=6.72/22.4 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4.6 g 完全溶于浓硝酸中,若反应中硝酸被还原,只产生 4480 mL NO2 气体和 336 mL N2O4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

10、的物质的量: n=4480 mL /22400 mLmol-1+(336 mL/22400 mLmol-)2=0.23 mol。 所以沉淀的质量为: 4.6+0.2317=8.51 g 例12.1.92 g Cu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 672 mL 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x mL,则:

11、(1.92/64)2=(x/22400) 4 解得:x=336， 答案选C。 例13.将32.64 g 铜粉与140 mL 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11.2 L.(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v mL a mol/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 a mol/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

12、的体积分别为x、y(据得失电子守恒有) x+y=11.2 (x/22.4)3+(y/22.4) 1=(32.64/64)2 解得x=5.824 L y=5.376 L (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 0.14C= 10-3 va + 11.2/22.4 得原硝酸的浓度为: C= (10-3 va +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)/342解得:m=57.8 g 五、 从极限

13、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22.4 g铁完全溶解于某浓度的硝酸中,反应只收集到 0.3 mol NO2 和0.2 mol NO。 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:22.4 g铁如完全转化为Fe(NO3)3转移1.2 mol电子;

14、如完全转化为Fe(NO3)2转移 0.8 mol 电子,反应中实际转移0.31+0.23=0.9 mol 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=0.4 2x+3y=0.9解之:x=0.3 y=0.1， 答案 选D。例15. 0.03 mol 的铜完全溶于硝酸,产生氮的氧化物NO、NO2、N2O4混合气体共 0.05 mol,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0.05 mol 气体全是NO则转移 0.15 mol

15、电子;假设0.05 mol 气体全是NO2则转0.05 mol电子；假设0.05 mol气体全是N2O4则转移 0.1 mol电子，而实际 0.03 mol 的铜在反应中转移 0.06 mol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=0.05 x+3y=0.06解之:x=0.045 y=0.005所以平均相对分子量为:(469+301)/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=0.05 x+2y=0.06解之:x=0.04 y=0.01所以平均相对分子量为:(464+921)/5=55.2实际分子量应介于44.4与55.2之间，答案 选 B C。