解题方法——铜与硝酸反应的相关的计算综述

解题方法——铜与硝酸
反应的相关的计算
铜与硝酸的反应体现了硝酸的强氧化性与酸性,浓硝酸在反应过程中逐渐变稀,造成产物出现了多样性, 利用计算题的形式可以从不同角度考察学生对该反应的理解程度.
1 考察求解混合气体的平均分子量(利用极端值法求解)
例1 0.03molCu完全溶于硝酸,产生氮的氧化物(NO、NO2、N2O4)混合气体的平均分子量可能是
(A) 30 (B) 46 (C) 50 (D)66
解析:设NO、NO2、N2O4的物质的量分别为x、ｙ、ｚ，各产生１ｍｏｌNO、NO2、N2O4分别得到3molｅ－、1molｅ－、和2molｌｅ－
x+y+z=0.05mo
3x+y+2z=0.06
此方程属于不定方程,难以讨论,可以采用极端值法求解:假设混合气体由二种气体组成,若由NO与NO2组成,z=0,解上述方程组得x=0.005mol, y=0.045mol,则M=0.005×30＋0.045×46)／0.05=44.4g/mol
同理若混合气体有NO2、N2O4组成，则x=0，解方程组得y=0.04mol,z=0.01mol,求得混合气体的平均摩尔质量为:M=(0.04×46＋0.01×92)/0.05=55.2g/mol
实际上混合气体由NO、NO2、N2O4三种气体组成,故混合气体的平均分子量应在44.4与55.2之间,因此选B、 C .
该题是2002年上海高考试题,考察了考生处理三种组分混合物平均分子量的思维方法.
2 考察对硝酸在反应中所起作用的理解(利用关系式法求解)
例2 1.92gCu粉与一定量的浓硝酸反应,当铜粉完全反应时收集到气体1.12L(标况),则所消耗硝酸的物质的量是
A 0.12mol
B 0.11mol
C 0.09mol
D 0.08mol
解析：铜的物质的量=1.92g/64g/mol=0.03mol.气体(NO、NO2)的物质的量为
1.12L/2
2.4L/mol=0.05mol.在硝酸与铜的反应中，一部分硝酸生成了硝酸铜，另一部分硝酸转化为NO x(NO、NO2)，
关系式如下：
Cu———Cu（NO3）2———2HNO3；HNO3——————NO x(NO、NO2)，由上述关系式可知，所消耗硝酸的物质的量=2n（Cu）+n（NO x）=2×0.03 mol
+0.05mol=0.11mol.
3 考察对NO3-减少与H+下降关系的理解(利用守恒关系列方程求解)
例3 76.8mgCu与足量浓硝酸反应,铜作用完全后,如果NO3-减少2×10-3mol,则溶液中H+同时下降
A 2.2×10-3mol
B 3.2 ×10-3mol
C 4.4×10-3mol
D 4.8×10-3mol
解析:H+反应后生成H2O, H2O中的O来自HNO3转化为NO x后减少的O,故有下列关系:
NO3-(减少)____ NO2______e______2H+; NO3-(减少)____ NO______3e______4H+因此,n(H+)=2n(NO2)+4n(NO).这样只要求出NO2与NO的物质的量即可求出减少的H+物质的量,设生成NO2、NO的物质的量分别为x,y则
由N守恒:x+y=2×10-3mol, ①
由得失电子守恒:x+3y=2×76.8×10-3g/64g/mol②
解①,②方程组得: x =1.8×10-3 mol, y=0.2×10-3mol. n(H+)=2×1.8×10-3
mol+4×0.2×10-3mol=4.4×10-3mol,选C.
4 考察对铜与硝酸反应实质的理解(利用离子方程式判断过量求解)
例4 有硫酸与硝酸的混合液,取出其中10ml,加入足量的BaCl2溶液,将生成的沉淀过滤洗涤,干燥称得质量为9.32g.另取这种溶液10ml与4mol/L的NaOH溶液25ml恰好中和.
求①混合液中H2SO4与HNO3的物质的量浓度是多少？
②另取10ml的混合液与0.96g铜粉共热时，有多少ml气体产生?
解析:由题意知硫酸钡的物质的量:n(BaSO4)=n(H2SO4)= 9.32g/233g/moL=0.04mol, 溶液中的H+与NaOH反
应,n(NaOH)=n(H+)=0.025L×4mol/L=0.1mol, n(HNO3)=0,1mol－2 n(H2SO4)== 0.02mol, c(H2SO4)=4mol/L,c(HNO3) =2moL/L;
(2)溶液中的n(H+)=0.04×2+0.02=0.10mol, n(HNO3)=0.02mol,n(Cu)=0.015mol,由化学反应3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O,因此与0.015mol的Cu反应需要的H+的物质的量为0.04mol<0. 1mol同理反应掉的NO3-的物质的量为
0.01mol<0.02mol,所以H+与NO3-均过量,Cu全部溶解,生成的NO的体积应据Cu 的物质的量来计算,即n(NO)=2/3×0.015=0.01mol,所以V(NO)=0.224L.
5 考察硝酸的还原产物中氮元素的化合价(假设法求解)
例5:锌与硝酸反应,若有1mol硝酸参加法院，则有0.8mol的电子发生转移,此时硝酸的还原产物中N元素的化合价
A +4
B +1 C+2 D－3
解析:从题目的所述中可知,若有8mol的电子转移,就有4mol的锌被氧化,有10mol 的硝酸参加反应,其中有8mol的硝酸转化为Zn(NO3)2,还有2molHNO3,可能有以下情况:
①若2mol的硝酸全部被还原,则N的化合价应降为(+5－8/2)=+1.此时产物为N2O
②若2mol的硝酸只有1molHNO3被还原, 则N的化合价应降为(+5－8)=－3此时产物为NH4NO3。