高中化学硝酸与金属反应的计算精讲

高中化学硝酸与金属反应的计算精讲

一、从反应的本质看:

金属与硝酸反应的实质是金属与H+和NO3-共同作用.

例如:铜与稀硝酸反应的实质是:

3Cu+8H++2NO3-===3Cu2++4H2O+2NO↑

Fe2+与稀硝酸反应的实质是:

3Fe2++4H++NO3-===3Fe3++2H2O+NO↑

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。

例2.铁铜混合物加入不足量的硝酸,反应后,剩余金属m1 g,再向其中加入一定量稀硫酸.充分振荡后,剩余金属m2 g,则m1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。

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↑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HNO3和H2SO4的物质的量浓度,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。

二、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1.4×10-3 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。(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(NO32对应2 mol HNO3显酸性,所以25.6 mg Cu 完全反应,必然有0.8×10-3 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。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。(假设反应中只产生NO或NO 2则消耗硝酸的物质的量为mol。

A.0.12

B.0.11

C.0.09

D.0.08

解析:因为0.03 mol Cu参加反应生成Cu(NO32对应0.06 mol HNO3显酸性,0.05 mol氮的氧化物(NO或NO2对应0.05 mol HNO3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

(2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=30①

2x+y+6.72/22.4=0.08×13.5–0.08×1②(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(NO32,再加上HNO3中的NO3-。即得答案C。

三、从得失电子守恒的角度.

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.则根据得失电子守恒有:1×(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:

0.3×2+0.1×1=3n(NO+n(NO2①(得失电子守恒

n(NO+n(NO2=6.72/22.4②

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(OH2和Mg(OH2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-×2=0.23 mol。

所以沉淀的质量为:4.6+0.23×17=8.51 g

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。

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:

(1.92/64×2=(x/22400×4解得:x=336,答案选C。

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NO2请回答: (1NO的体积为mL;NO2的体积为mL。