新课标化学知识点复习：高中化学有关硝酸与金属反应的计算

有关硝酸与金属反应的计算
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N03-共同作用.
例如:铜与稀硝酸反应的实质是：
3Cu +8H+ +2NO3- ===3Cu2+ +4H2O +2N0T
Fe2+与稀硝酸反应的实质是：
3Fe2+ + 4H+ + N03- === 3Fe3+ + 2H2O + NO T
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 o
例2.铁铜混合物加入不足量的硝酸，反应后,剩余金属mlg,再向其中加入一定量稀硫酸.充分振荡后，剩余金属m2 g,则ml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 o
例3.已知Fe2+可以水解：Fe2+ +2H2OFe(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 T 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HNO3W H2SO4勺物质的量浓度,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 o
、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1.4 X 10-3 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 o （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 mol HNO3显酸性，所以25.6 mg Cu完全反应，必然有0.8 X 10-3 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）b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 o （假设反应中只产生NO或NO 2）则消耗硝酸的物质的量为mol 。

解析：因为0.03 mol Cu参加反应生成Cu(NO3)2对应0.06 mol HN03显酸性,0.05 mol氮的氧化A. 0.12 B. 0.11 C.0.09 D.0.08
物(NO或NO2对应0.05 mol HN03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
⑵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=30 ①
2x+y+6.72/22.4=0.08 X 13.5 - 0.08 X 1 ②（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-。

即得答案C
、从得失电子守恒的角度
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.贝肪艮据得失电子守恒有:1 x (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 X 2+0.1 X 仁3n(NO)+ n(NO2)①(得失电子守恒)
n(NO)+ n (NO2)=6.72/22.4 ②
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的物质的量：
n=4480 mL /22400 mL • mol-1+(336 mL/22400 mL • mol-) X 2=0.23 mol 。

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 。

所以沉淀的质量为：4.6+0.23 X 17=8.51 g
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：
(1.92/64) X 2=(x/22400) X 4 解得:x=336 , 答案选G
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N02 )请回答：
(1) NO 的体积为mL ; N02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%勺双氧水
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=11.2 ①(x/22.4) X 3+(y/22.4) X 1=(32.64/64) X 2 解得x=5.824 L y=5.376
(2) 根据反应后的溶液中只有一种溶质NaN03设原硝酸的物质的量浓度为C
(由氮元素守恒)则0.14 X C= 10-3 X v X a + 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%勺双氧水的质量为m则(据得失电子守恒有):
(32.64/64) X 2=〔(30%X m)/34 : X 2 解得:m=57.8 g
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22.4 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
F列说法正确的是()
A.反应后生成的盐只有Fe(NO3)3
Fe(NO3)2
B. 反应后生成的盐只有
C.产物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物质的量之比为1:3
D. 的物质的量之比为3:1 产物中Fe(NO3)2 和Fe(NO3)3
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；如完全转化为
Fe(NO3)2转移0.8 mol电子,反应中实际转移0.3 X 1+0.2 X 3=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 ① 2 X x+3X y=0.9 ②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N2O绷U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N02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 ① x+3y=0.06 ② 解之:x=0.045 y=0.005
所以平均相对分子量为：(46 X 9+30X 1)/10=44.4
⑵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 ① x+2y=0.06 ②解之:x=0.04 y=0.01
所以平均相对分子量为：(46 X 4+92X 1)/5=55.2
实际分子量应介于44.4与55.2之间，答案选B C。