2018-2019学年高中化学 专题讲座(十)金属与硫酸和硝酸反应的计算学案 新人教版必修1

专题讲座(十)金属与硫酸和硝酸反应的计算
1．反应通式。

M ＋H 2SO 4(浓)―→M(SO 4)n ＋还原产物＋H 2O
3M ＋4x HNO 3(稀)===3M(NO 3)x ＋x NO ↑＋2x H 2O
M ＋2x HNO 3(浓)= ==M(NO 3)x ＋x NO 2↑＋x H 2O
x 为金属的化合价。

由以上两通式可以看出，稀硝酸与金属反应时，显示氧化性的硝酸占总量的14；浓硝酸与金属反应时，显示氧化性的硝酸占总量的12。

2．还原产物。

浓硫酸―→SO 2
浓硝酸―→NO 2
稀硝酸―→NO(H NO 3越稀，还原产物的价态越低，如Zn 和很稀的HNO 3反应，还原产物可能是NH 4NO 3)。

3．溶液中的酸。

(1)起氧化性作用的酸转化为气体(NO 、NO 2、SO 2等)，起氧化性作用的酸的物质的量等于生成气体的物质的量。

(2)起酸性作用的酸转移到生成物的盐中，其物质的量可以由阳离子的物质的量求得。

(3)没参加反应的酸，可根据溶液中H ＋
的物质的量求得。

4．常用方法。

(1)电子守恒法。

硝酸与金属的反应属于氧化还原反应，N 原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。

(2)原子守恒法。

硝酸与金属反应后，一部分以NO －3的形式存在，一部分转化为还原产物(NO 、NO 2等)，这两部分中氮原子的物质的量与反应消耗的HNO 3中氮原子的物质的量相等。

以Cu 与硝酸反应为例来说明：
Cu ＋4HNO 3(浓)===Cu(NO 3)2＋2NO 2↑＋2H 2O
反应中转移的n (e －)＝2n (Cu)＝n (NO 2)，消耗的n (HNO 3)＝2n [Cu(NO 3)2]＋n (NO 2)。

3Cu ＋8HNO 3(稀)===3Cu(NO 3)2＋2NO↑＋4H 2O
反应中转移的n (e －)＝2n (Cu)＝3n (NO)，消耗的n (HNO 3)＝2n [Cu(NO 3)2]＋n (NO)。

若还原产物为NO 2和NO 的混合气体，则反应中转移的n (e －)＝2n (Cu)＝n (NO 2)＋3n (NO)，消耗的n (HNO 3)＝2n [Cu(NO 3)2]＋n (NO 2)＋n (NO)。

5．金属与稀硝酸和稀硫酸的混合酸反应
金属与硝酸和硫酸的混合酸反应时，金属与硝酸反应生成的硝酸盐在酸性条件下，相当于稀
硝酸，金属会继续被NO－3氧化，故计算有关物质的量时，要按离子方程式进行。

例如，Cu与硝酸和硫酸的混合酸反应时，要按离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NO－3===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O进行计算。

一般有以下几种情况：
3Cu ～2NO－3～8H＋被还原的HNO3量被氧化的Cu量
①足量不足足量HNO3总量3
2
n(HNO3)
②不足足量足量2
3
n(Cu) Cu总量
③足量足量不足1
4
n(H＋)
3
8
n(H＋)
由此看出，在不同的情况，HNO3可部分被还原，也可全部被还原，Cu也是可部分或可全部被氧化。

[练习]________________________________________
1．38.4 mg Cu与适量的浓硝酸反应，Cu全部反应后，共收集到22.4 mL气体(标准状况下)，反应消耗的HNO3的物质的量可能是( )
A．1.0×10－3 mol B．1.6×10－3 mol
C．2.2×10－3 mol D．2.4×10－3 mol
答案：C
2．0.3 mol Cu2S跟HNO3溶液恰好完全反应，生成Cu(NO3)2、H2SO4、NO2、NO和H2O，则未被还原的HNO3的物质的量是( )
A．1.0 mol B．1.2 mol
C．0.3 mol D．2.2 mol
解析：根据原子守恒可知，未被还原的HNO3中氮原子的物质的量＝反应后硝酸铜中氮原子的物质的量。

由Cu2S～2Cu(NO3)2得，n[Cu(NO3)2]＝0.6 mol，所以未被还原的HNO3的物质的量是1.2 mol。

答案：B
3．在稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中，加入铜粉。

(1)若将100 mL 2 mol/L HNO3溶液和100 mL 1 mol/L H2SO4溶液混合后，加入19.2 g铜粉，微热，充分反应。

①若忽略溶液体积变化，溶液中c(Cu2＋)＝________mol/L；
②生成气体折合成标准状况下的体积为________L；
③若使铜粉全部溶解，还需加入1 mol/L H2SO4溶液________mL。

(2)若c(SO2－4)＋c(NO－3)＝5.0 mol·L－1。

取200 mL该混合酸，则能溶解铜的最大质量为________ g。

解析：(1)①n (HNO 3)＝0.1 L×2 mol/L＝0.2 mol ，n (H 2SO 4)＝0.1 L×1 mol/L＝0.1 mol ，n (NO －3)＝n (HNO 3)＝0.2 mol ，溶液中的氢离子既包括硝酸电离的氢离子和硫酸电离的氢离子，所以n (H ＋)
＝0.2 mol ＋2×0.1 mol ＝0.4 mol 。

n (Cu)＝19.2 g 64 g ·mol
－1＝0.3 mol ，则 3Cu ＋ 2NO －3 ＋ 8H ＋===3Cu 2＋＋2NO ↑＋4H 2O
3 mol 2 mol 8 mol
0．3 mol 0.2 mol 0.8 mol
由反应关系可以看出，NO －3过量，H ＋不足，根据H ＋计算生成的铜离子，则生成的n (Cu 2＋)＝0.4 mol ×38＝0.15 mol ，c (Cu 2＋)＝0.15 mol 0.2 L
＝0.75 mol/L 。

②根据①中离子方程式分析可知，生成的NO 是0.1 mol ，折合成标准状况下的体积为2.24 L 。

③根据①中分析可知，完全溶解铜需要0.8 mol H ＋，因此还缺少0.4 mol H ＋，则还需要0.2 mol 硫酸，即还需要200 mL 1 mol/L 硫酸。

(2)反应的离子方程式为3Cu ＋2NO －3＋8H ＋===3Cu 2＋＋2NO↑＋4H 2O ，要使溶解铜的质量最大，则氢离子和硝酸根浓度满足化学计量数关系，即物质的量之比为4∶1，硝酸全部起氧化剂作用，设硫酸浓度为x mol/L ，则硝酸浓度为(5.0－x ) mol/L ，溶液中氢离子浓度为[2x ＋(5.0－x )]
mol/L ，则2x ＋（5.0－x ）5.0－x
＝4，解得x ＝3，硝酸浓度为2 mol/L ，硝酸的物质的量为0.2 L×2 mol/L ＝0.4 mol ，根据方程式可知溶解铜0.6 mol ，质量是0.6 mol ×64 g/mol ＝38.4 g 。

答案：(1)①0.75 ②2.24 ③200
(2)38.4。