(完整word版)金属单质与硝酸反应的规律及应用

金属单质与硝酸反应的规律及应用
陕西省绥德中学（718000 ）李梦玲赵世琳
硝酸具较强的氧化性，由于氮元素的多价态特征，而使得它与单质反应后被还原成一系列较低价态的氮的化合物，其中的重要规律如下：
一、与金属单质反应规律
硝酸能与金属活动顺序表中除Pt、Au以外的所有金属反应。

无论浓硝酸或稀硝酸与金属反应时，都不产生氢气；一般地说，浓硝酸总是被还原为NO?，稀硝酸部是被还原为NO及+2价以下的产物；当活泼的金属如Mg、Zn、Fe等与很稀的硝酸反应时，则生成NH3，NH3在酸性溶液中形成铵盐。

1. 一价金属和硝酸反应的物质的量之比与硝酸的还原产物的关系规律。

（1）1 : 2时产生NO2
如：Ag2NHO3
（浓）AgNO3 NO2H2O
（
2）
3 : 4时产生NO
如：3Ag4HNO3(稀)3AgNO3 NO 2H 2O 2.二价金属和硝酸反应的物质的量之比与硝酸还原产物的关系规律。

(1) 1 : 4时产生NO?
如：Cu4HNO3(浓)Cu(NO3)2 2NO22H2O
(2
)
3 : 8时产生NO
如：3Cu8HNO3(稀)3Cu(NO3)2 2NO 4H2O
(3 ) 4 : 10时产生N2O或NH4NO3
如：4Zn10HNO3(更稀)4Zn(NO3)2N2O 5H2O 4Zn10HNO3(更稀)4Z n(NO3)2NH4NO3 3H2O
(4 ) 5 : 12时产生N2或NH4NO2
如：5Fe12HNO3 5Fe(NO3)2 N26H2O
3.二价金属和硝酸反应的物质的量之比与硝酸的还原产物的关系规律。

(1
)
1 : 6时产生NO2
如：Fe6NHO3(浓)=Fe(N°3)3 3NO23H2O
（2） 1 : 4时产生NO
Fe 4HNO3（稀）Fe（NO3）3 NO 2N2O
利用上述规律可快速判断主要发生哪个反应、书写化学方程式或离子方程式、确定
还原产物，并进行有关计算。

1
例1.稀硝酸在与某二价金属反应时，被还原的硝酸为硝酸总耗量的-，则该反应中
6
可能的还原产物是（）。

A. N2
B. NO
C.N2O
D. NH2NO2
解析：被还原的硝酸与起酸作用的硝酸的量之比是 1 : 5,金属又是二价，由二价
金属与硝酸反应中的规律（4）可知，其还原产物为N2或NH2NO2。

答案：A、D。

例2.跟27g铝反应的稀硝酸，如果用来跟铁反应最多可能溶解的铁的质量为（）。

A.28g
B.56g
C.84g
D.27g
解析：由上述规律知，铝与稀硝酸反应的系数是1和4,即27g铝（1mol）消耗4mol 硝酸。

若用来与铁反应，溶解的铁要多，铁应为+2价，Fe与HNO3反应的系数应为3 和8, 故4mol硝酸可溶解1.5mol铁，其质量为1.5mol >56g/mol=84g。

答案：C。

二、计算题的解法
（一）代数方程法
例：1: 38.4mg铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部反应后，共收集到气体22.4ml （标准状况），则反应消耗的HNO3的物质的量可能是（）
3 3 3 3
A. 1.0 10- mol
B.1.6 10 mol
C.2.2 10 mol
D.2.4 10 mol
解析：因随着反应的进行浓硝酸变为稀硝酸，则收集到气体为NO?与NO的混合气体。

设与浓硝酸和稀硝酸反应的铜的物质量分别为x和y。

则
Cu 4HNO3（浓）CU（NO3）2 2NO22H2O
x 4x 2x
3Cu 8HNO3(稀)3CU (NO3)2 2NO 4H2O
8 y 3y 2 3y
3
38.4 10 g 64g mol
由题意得V
3
c 2 22.4 10 L 2x -y ------------------------ 1
3 22.4L mol 1
0.15 10 3mol 。

从而得反应消耗的HNO 3的物质的量为
（二）电子守恒法
例2:某金属单质跟一定浓度的硝酸反应，假定只产生单一的还原产物。

当参加反 应的单质与被还原硝酸的物质的量之比 2 : 1时，还原产物是（）
（三） 电荷守恒法
例3： 3.2g 铜与30ml 8mol L -1硝酸充分反应，硝酸的还原产物有 NO ?和NO 。

反应 后深液中所含H 的物质的量为a mol,则此时溶液中所含NO 3的物质的量为 mo 。

解析：根据电荷守恒原理得n （Cu 2 ） 2 n （H ） 1 n （NO 3 ） 1,则n （NO 3）
1
2 amol （0.1 a ）mol 。

64g mol
（四） 极端假设法
例4: 0。

03mol 铜完全溶于硝酸，产生氮的氧化物（NO 、NO 2和N 2O 4 ）混合气体 共0.05mol 。

该混合物的平均相对分子质量可能（
）
A.30
B.46
C.50
D.66
解析：（1）假设该混合气体为NO 和NO ?。

设NO 和NO ?的物质的量分别为x 和y 。

合价为x 。

因2M
2ne
n
2M
,HNO 3
(5 x)e
x
N ，则根据得失电子守恒的原则得
5 x 2n;
当n 1时，x
3,不合题意 ；当n 2时，x
1,符合题意；当门3时，x
1
不合题意；当 n 4 时，x
3,不合题意。

故正确答案为C 项。

解析：设该金属元素的元素符号为 M ，化合价为n ；硝酸的还原产物中氮元素的化 解得 x 0.45 10 3mol, y
8
4x - y
3
3
4 0.4
5 10 mol
8
0.15 10 3mol 3
2.2 10 3mol 。

故正确答案为 C 项
A. NO 2
B. NO
C. N 2O
D. N 2
则：x+y=0.05mol ①
因0.03mol Cu被氧化为Cu2失去0.06mol电子，HNO3被还原为NO和NO2分别得
到电子的物质量为3x和y，则根据得失电子守恒的原则是：
3x+y=0.06mol ②
解①、②得x=0.005mol，y=0.045mol。

从而可得混合气体的平均摩尔质量：
1 1
「0.005mol 30g mol 0.045mol 46g mol ,,, , 1
M 44.4g mol
0.05mol
假设该混合气体为NO2和N2O4。

设NO2和N2O4的物质的量分别为x和y。

贝
x+y=0.05mol ③
因0.03mol Cu被氧化为Cu2失去0。

06mol, HNO3被还原为NO?和N2O4分别得到
电子的物质量为x和2y,则根据得失电子守恒的原则是：
x+2y=0.06mol ④
解③、④得x=0.04mol, y=0.01mol。

从而可得混合气体的平均摩尔质量：
1 1
0.04mol 46g mol 0.01mol 92g mol 1
M 55.2g mol
0.05mol
因原混合气体为NO、NO2和N2O4的混合气体，则原混合气体的平均摩尔质理介
于44.4g mol 1与55.2g mol 1之间，即原混合气体的平均相对分子质量介于44.4与55.2之间。

故正确答案为B、C项。

(五)关系式法
例：硝酸铜是制备Cu Zn Al系催化剂的重要原料。

19.2g纯铜粉理论上可制得纯
净硝酸铜晶体的质量为()
A. 28.2g
B.56.4g
C.64.2g
D. 72.6g
解析：设硝酸铜晶体的化学式为Cu(NO3)2 xH 2O。

根据铜原子守恒得关系式
Cu Cu(NO3)2 Cu(NO3)2 xH2O ”n[Cu(NO3)2] n(Cu) 19.2g1 0.3mol。

当x 0 64g mol
时，0.3molCu(NO3)2 的质量为56.4g;x 1 时，0.3molCu (NO3 )2 H 2O 的质量为
61.8g;当x 2时,0.3molCu(NO3)2 2H2O 的质量为67.2g;当x 3时,
0.3molCu(NO3)2 3H2O的质量为72.6g，故正确答案为B、D项。