巧解氮族元素的相关计算题

巧解氮元素的相关计算
【关键词】：硝酸氮氧化物反应叠加法守恒法终态法极限法差量法十字交叉法关系式法在平时的学习、练习与考试中，经常会遇到一些有关氮元素的计算问题，令许多同学伤透脑筋，不知从何下手，最后事倍功半。

但经过对这类问题的分析与归纳,我发现这些问题往往思路巧妙、有许多独特而方便的解决方法,如果能很好的应用这些方法，就可以提高解题的速度和准确度,真正做到事半功倍。

一、方程式叠加法
许多化学反应能发生连续、一般认为完全反应，这一类计算,如果逐步计算比较繁。

如果将多步反应进行合并为一个综合方程式，这样的计算就变为简单。

例:在一定条件下，将充满NO2和O２的试管倒立于水槽中,充分反应后，剩余气体体积为原混合气体体积的１／8，则原混合气体中NO２和O2体积比是（) A.8∶1 Ｂ.７∶3Ｃ.７∶１Ｄ.4∶1
【解析】题中涉及到两个循环反应①３NO2＋H2O＝=2HNO3+NO和②2ＮO+Ｏ２=＝２ＮO２
将化学方程式①×2+②得③４NＯ2+O2+２H2O＝＝4HNO３
(1)当ＶNO２∶VＯ2=４∶1，完全反应，无气体剩余。

(２)当VNO2∶VO２＜4∶1，Ｏ2过量，剩余O２。

（３)当ＶNＯ２∶ＶO2＞4∶1,NO２过量,剩余NO。

题目中没有说明剩余气体是什么，需进行分类讨论：
设原气体体积为1,当剩余气体为NＯ时，由题目条件可知,此时NO剩余1/8体积。

由方程式3NO２＋Ｈ２O＝=2HＮO3+ＮO可知,对于反应③4NＯ２＋O2+2H2O==４HNO3 NO2过量３／8体积。

则反应了5/8体积的气体。

在反应的5/8体积的气体中，
NO２占4份，O２占1份,所以NO2：Ｏ2＝7:1。

当剩余气体为O2时，同理可得ＮＯ２：O2=7：3。

答案:B、Ｃ
二、守恒法
(一)元素守恒法
元素守恒即反应前后各元素种类不变，各元素原子个数不变,其物质的量、质量也不变。

例:将25.6 mg Cu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多少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２mol HNO３显酸性,所以25.６mg Ｃu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1 ｍol HNO３作氧化剂就有１ｍoｌ氮的氧化物(ＮO或NO２）。

答案为13．4４mL。

【点评】对于金属与硝酸反应的问题由于列反应方程式解答较为复杂,且不一定能解得出来，容易造成浪费时间,所以这类问题大都要抓住反应前后的氮元素守恒来列方程或方程组解题,而不用反应方程式。

（二）得失电子守恒法
得失电子守恒是指在发生氧化-还原反应时，氧化剂得到的电子数一定等于还原剂失去的电子数。

例：锌与很稀的硝酸反应生成硝酸锌、Ｘ和水，当生成1moｌ硝酸锌时,被还原的硝酸的物质的量为0.25ｍol,则X为( ）
A NＯ2
B NO ＣN2O D NH４ＮO3
【解析】设硝酸得a个电子,则根据得失电子守恒有1moｌ×２ｅ-=0.25moｌａ,可得a=8,即硝酸中的氮降8价。

答案:D
【点评】这类题目,由于未告知前后氮元素的物质的量，所以不易用氮守恒来解题。

又这题告诉我们被还原硝酸的量，这时我们可以用电子守恒法来解。

在一般情况下:金属失去的电子被+5价的氮得到,转化为NＯ或ＮO２，根据得失电子守恒法来解题更加方便。

三、终态法
终态法是指不细究化学反应的具体过程，仅注重起始反应物最终成为何种物质，从而建立起始物质与终态物质间的关系,运用电荷守恒、元素守恒、电子守恒进行巧解的一种方法。

例：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4４８０mL 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,生成沉淀的质量为多少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／２2４０0ｍL·mｏl-1)×2＝0.23 mo ｌ。

所以沉淀的质量为: 4．６+0．23×１7=８.51 g
答案:８.51ｇ
【点评】解这类有复杂反应过程的题目,只需抓住初态与终态的差别来进行计
算，可以忽视过程中的反应。

但一定要注意氮元素的始终态,例如硝酸在被金属还原后再被氧气氧化,则氧气转移电子数会等于金属转移电子数。

四、极限法
极限法是指从事物的极端上来考虑问题的一种思维方法。

该思维方法的特点是确定了事物发展的最大(或最小)程度以及事物发生的范围。

例：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０.０５mol,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0．15 mol 电子;假设0．０5ｍol 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０.１ｍoｌ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.
设NO2和NO的物质的量分别为ｘ、ｙ则(据得失电子守恒) ：
x+ｙ=０.05①ｘ+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：
设NO２和N2O4的物质的量分别为x、y则(据得失电子守恒）:
x+ｙ=０.05①ｘ+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：B、C
五、关系式法
对于多步反应体系，依据若干化学反应方程式,找出起始物质与最终物质的量的关系，并据此列比例式进行计算求解方法,称为“关系式”法。

例:足量的铜与一定量的浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和N Ｏ2、Ｎ２O ４、ＮO
的混合气体,这些气体与1.68LO 2（标准状态)混合气体后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。

若向所得硝酸铜溶液中加入5mol/LNaOH 溶液至Cu 2＋ 恰好完全沉淀，则消耗NaO Ｈ溶液的体积是（ ）
Ａ、6０mL Ｂ、45mL C 、３０mL D 、15 mL
【解析】本题中存在如下的关系:Cu ～CuO~C ｕ(NO 3）2~Cu(OH)2;而铜的物质
的量ｎ(Ｃu ）＝2×mol L L
/22.41.68=０．１5０mol 需氢氧化钠的物质的量为0.300mol ，则需要氢氧化钠溶液的体积为L mol mol
/50.300＝0．06L=60mL 。

答案:A
【点评】用关系式解题的关键是建立关系式，建立关系式的方法主要有:1、利用微粒守恒关系建立关系式，2、利用方程式中的化学计量数间的关系建立关系式,3、利用方程式的加合建立关系式。

根据关系式轻松解答，而不是盲目列了一堆方程，做了许多无用功。

六、十字交叉法(平均式法)
平均值法就是十字交叉法,它是巧解二元混合物问题的一种常见的有效方法．平均值法在化学计算中具有实用性强,能准确迅速求解的特点.
例：为消除NO x 对大气的污染,工业上通常利用如下反应：NO x +NH 3→N 2+H 2O 来保护环境。

现有N Ｏ2和NO 的混合气体3Ｌ,可用相同状况下3.５L NH ３恰好使其完全转化为N 2，则混合气体中ＮＯ２和N Ｏ的体积比为( )
Ａ.1：4ﻩﻩB．3：１ﻩＣ. ２：１ﻩＤ. 1:1
【解析】配平方程式:6NO x＋4xNＨ3=(3＋2x）Ｎ2＋６xH2Ｏ
因此，6：4x=3：3.5，解得:x＝4／７
即NO2和NO的平均式为NO7/4
3
NO2 2
4
7
4
1
NO
4
则v（ＮO2）：ｖ(NO)=(3/4)：(1/４)=3：１
答案：B
【点评】当题目中有涉及到复杂氮氧化物的反应方程式时,便可采用平均式法,这样可以化繁为简，化难为易。

小结：有关氮元素的计算问题，解题的要点在于：不要盲目去列化学方程式解题，而是要认真分析题目,在题目中找到正确突破口，灵活应用上述方法来解题，有关氮元素的计算题就迎刃而解了。

参考文献:
1. 赵果平《氮族元素》计算题常见解题
2.李升潮转换思维巧解氮族元素在高考试题中的计算题。