(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