硝酸與金屬反應(yīng)的計(jì)算

1、硝酸與金屬反應(yīng)的計(jì)算. 一、從反應(yīng)的本質(zhì)看: 金屬與硝酸反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是金屬與H+和NO3- 共同作用. 例如:銅與稀硝酸反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是: 3Cu +8H+ +2NO3- =3Cu2+ +4H2O +2NO Fe2+與稀硝酸反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是: 3Fe2+ + 4H+ + NO3- = 3Fe3+ + 2H2O + NO 例 1.銅粉放入稀硫酸溶液后,加熱后無明顯現(xiàn)象發(fā)生,當(dāng)加入下列一種物質(zhì)后,銅粉質(zhì)量減少,溶液呈藍(lán)色,同時(shí)有氣體產(chǎn)生,該物質(zhì)可能是( ) 。 A. Fe2 (SO4) 3 B. Na2CO3 C. KNO3 D.FeSO4 解析: 銅不能與稀硫酸反應(yīng),但稀硫酸提供H+, 鹽提供NO3-，構(gòu)

2、成強(qiáng)氧化條件，能溶解銅并產(chǎn)生氣體。答案選 C。例2.鐵銅混合物加入不足量的硝酸,反應(yīng)后,剩余金屬m1 g,再向其中加入一定量稀硫酸.充分振蕩后, 剩余金屬m2 g, 則m1與m2的關(guān)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: 鐵銅混合物與不足量的硝酸反應(yīng)后生成硝酸鹽,即溶液中的鹽含有NO3-,再加稀硫酸提供H+,發(fā)生氧化還原反應(yīng),會(huì)再溶解一部分金屬。答案 選A。 例3.已知Fe2+可以水解: Fe2+ +2H2OFe(OH) 2+2H+，現(xiàn)向Fe(NO3) 2溶液中加入足量的稀硫酸,則溶液的顏色( ) 。 A. 淺綠色加深

3、B.顏色變淺 C.溶液變黃 D.無法判斷 解析: 原Fe (NO3) 2溶液中含有NO3-,再加入稀硫酸提供H+,發(fā)生氧化還原反應(yīng)3Fe2+ + 4H+ + NO3- = 3Fe3+ + 2H2O + NO 溶液變黃,答案 選 C 例4.在100 mL 混合溶液中, HNO3 和 H2SO4 的物質(zhì)的量濃度分別是 0.4 mol/L, 0.1 mol/L 向該混合液中加入 1.92 g銅粉,加熱待充分反應(yīng)后,所得溶液中 Cu2+ 的物質(zhì)的量濃度是( )。 A. 0.15 B. 0.225 C. 0.35 D. 0.45 解析: 題中告訴了HNO3和H2SO4的物質(zhì)的量濃度,可以求出H+ 和NO

4、3- 的物質(zhì)的量分別是 0.06 mol, 0.04 mol, 0.03 mol Cu,顯然要判斷過量, NO3- 和Cu 過量.按照 H+ 的量代入離子方程式計(jì)算.答案 選B。二、從硝酸在反應(yīng)中的作用: 參加反應(yīng)的硝酸一部分顯酸性,生成硝酸鹽,另一部分作氧化劑,一般轉(zhuǎn)化為氮的氧化物(NO或NO 2),根據(jù)氮元素守恒解題。 例5.將25.6 mg Cu 與1.410-3 mol 的濃硝酸恰好完全反應(yīng),反應(yīng)后收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為 ml。(假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生NO或NO 2)解析: 因?yàn)? mol Cu參加反應(yīng)生成Cu (NO3)2對(duì)應(yīng)2 mol HNO3 顯酸性,所以25.6 mg Cu

5、 完全反應(yīng),必然有0.810-3 mol 的硝酸顯酸性,其余的硝酸中的氮全轉(zhuǎn)移到NO或NO2中,即有1 mol HNO3 作氧化劑就有1 mol 氮的氧化物(NO或NO2)。答案13.44 mL.。例6.將1.92 g 銅粉與一定量濃硝酸恰好完全反應(yīng),反應(yīng)后收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為 1120 mL。(假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生NO或NO 2)則消耗硝酸的物質(zhì)的量為 mol。 A. 0.12 B. 0.11 C.0.09 D.0.08解析: 因?yàn)?.03 mol Cu 參加反應(yīng)生成 Cu(NO3)2 對(duì)應(yīng) 0.06 mol HNO3 顯酸性,0.05 mol 氮的氧化物(NO或NO2)對(duì)應(yīng)0.05

6、 mol HNO3作氧化劑,所以共消耗硝酸0.11 mol。 答案 選B。例7.為測定某銅銀合金的成分,將30 g 合金完全溶解于80 mol、濃度為 13.5 mol/L的濃硝酸中,合金完全溶解后,收集到6.72 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)的氣體 (假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生NO或NO2),并測得溶液的pH=0 ， 假設(shè)反應(yīng)后溶液的體積仍80 mL。(1)被還原的硝酸的物質(zhì)的量.(2)合金中各金屬成分.解析:(1)被還原的硝酸就是作氧化劑的硝酸,即生成的1 mol 氮的氧化物就對(duì)應(yīng) 1 mol 被還原的硝酸:所以:n=6.72/22.4=0.3 mol(2)設(shè)合金中銅銀的物質(zhì)的量分別為x、y則顯酸性的硝酸的物質(zhì)

7、的量為2x + y因?yàn)镻H=0則反應(yīng)后溶液的氫離子濃度為1 64x+108y=30 2x+y+6.72/22.4=0.0813.50.081 (氮元素守恒) 解得x=0.3 y=0.1 例8.將6.4 g Cu與80 mol/L 60 mL 的硝酸充分反應(yīng),銅完全溶解,反應(yīng)后溶液中的H+ 的物質(zhì)的量為a mol.(假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生NO或NO2),此時(shí)溶液中所含NO3-的物質(zhì)的量為 mol A. 0.28 B. 0.31 C. a+0.2 D. a+0.4 解析: 6.4 g Cu反應(yīng)后生成0.1 mol Cu (NO3)2,再加上 HNO3 中的 NO3- 。即得答案 C 。三、從得失電子守恒

8、的角度. 一般情況下:金屬失去的電子被+5價(jià)的氮得到,轉(zhuǎn)化為 NO 或 NO2 ,根據(jù)得失電子解題。 例 9.在Cu與稀硝酸反應(yīng)中,如果有1 mol 硝酸被還原,則被氧化的銅的物質(zhì)的量為 mol。 A . 3/8 B. 8/3 C . 3/2 D. 2/3 解析: 設(shè)被氧化的銅的物質(zhì)的量為x mol.則根據(jù)得失電子守恒有:1(5-2)=2x 答案 選C 例10.題見例7 (3) 求生成的氣體的成分。解析: (2)已解出銅銀的物質(zhì)的量分別為0.3 、 0.1,則 NO 和 NO2的物質(zhì)的量的關(guān)系式為： 0.32+0.11=3n(NO)+ n(NO2) (得失電子守恒) n(NO)+ n(NO2)

9、=6.72/22.4 解得n(NO)=0.2 n(NO2)=0.1 四、從反應(yīng)始態(tài)和最終狀態(tài)看。 終態(tài)法的運(yùn)用使許多復(fù)雜問題簡單化,在化學(xué)計(jì)算中具有非常重要的地位。 例11.銅鎂合金4.6 g 完全溶于濃硝酸中,若反應(yīng)中硝酸被還原,只產(chǎn)生 4480 mL NO2 氣體和 336 mL N2O4氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下).反應(yīng)后的溶液中加足量NaOH溶液,生成沉淀的質(zhì)量為 g。 解析: 反應(yīng)中銅鎂合金失去電子,最終轉(zhuǎn)化為 Cu(OH)2 和 Mg(OH)2 沉淀,比較始態(tài)和終態(tài),固體增加的質(zhì)量為OH-的質(zhì)量,而OH-的物質(zhì)的量等于轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量,再根據(jù)氣體計(jì)算轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量: n=4480

10、mL /22400 mLmol-1+(336 mL/22400 mLmol-)2=0.23 mol。 所以沉淀的質(zhì)量為: 4.6+0.2317=8.51 g 例12.1.92 g Cu投入到一定量的濃硝酸中,銅完全溶解,生成的氣體的顏色越來越淺,共收集到 672 mL 的氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下).將盛有此氣體的容器倒扣在水槽中,通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下一定體積的氧氣,恰好使氣體完全溶于水,則通入的氧氣的體積為 mL。 A . 168 B. 224 C . 336 D. 504 解析: 從反應(yīng)的始態(tài)和最終狀態(tài)看,銅在反應(yīng)中失去電子,氧氣在反應(yīng)中得電子,設(shè)通入的氧氣的體積為x mL,則: (1.92/64)2=(

11、x/22400) 4 解得:x=336， 答案選C。 例13.將32.64 g 銅粉與140 mL 一定量濃硝酸恰好完全反應(yīng),銅完全溶解,反應(yīng)后收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2 L.(假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生 NO 或NO2 )請回答: (1)NO的體積為 mL；NO2的體積為 mL。 (2)待產(chǎn)生的氣體全部釋放后,向溶液中加入v mL a mol/L的 NaOH 溶液,恰好使溶液中的 Cu2+ 全部沉淀,則原硝酸的濃度為 a mol/L (3)欲使銅與硝酸反應(yīng)生成的氣體在溶液中完全轉(zhuǎn)化為 NaNO3 ,至少需要30%的雙氧水 g。 解析:(1)設(shè)反應(yīng)中產(chǎn)生NO和NO2的體積分別為x、y(據(jù)得

12、失電子守恒有) x+y=11.2 (x/22.4)3+(y/22.4) 1=(32.64/64)2 解得x=5.824 L y=5.376 L (2)根據(jù)反應(yīng)后的溶液中只有一種溶質(zhì)NaNO3 ,設(shè)原硝酸的物質(zhì)的量濃度為C （由氮元素守恒）則 0.14C= 10-3 va + 11.2/22.4 得原硝酸的濃度為: C= (10-3 va +0.5)/0.14 (3) 從反應(yīng)的始態(tài)和最終狀態(tài)看,銅在反應(yīng)中失去電子,雙氧水在反應(yīng)中得到電子,需要30%的雙氧水的質(zhì)量為m 則(據(jù)得失電子守恒有): (32.64/64)2=(30%m)/342解得:m=57.8 g 五、 從極限的角度. 硝酸與鐵反應(yīng),

13、隨用量的不同,產(chǎn)物可能是 Fe(NO3)2 或 Fe(NO3)3 這時(shí)可用極限法解。 如果產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物不單一,可能也要用極限法解。 例14.把22.4 g鐵完全溶解于某濃度的硝酸中,反應(yīng)只收集到 0.3 mol NO2 和0.2 mol NO。 下列說法正確的是( )。 A.反應(yīng)后生成的鹽只有Fe(NO3)3 B.反應(yīng)后生成的鹽只有Fe(NO3)2 C.產(chǎn)物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物質(zhì)的量之比為1:3 D.產(chǎn)物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物質(zhì)的量之比為3:1解析:用極限法判斷:22.4 g鐵如完全轉(zhuǎn)化為Fe(NO3)3轉(zhuǎn)移1.2 mol電子; 如完全轉(zhuǎn)化為Fe(NO3

14、)2轉(zhuǎn)移 0.8 mol 電子,反應(yīng)中實(shí)際轉(zhuǎn)移0.31+0.23=0.9 mol 電子,所以產(chǎn)物中既有Fe(NO3)2又有Fe(NO3)3這,分別設(shè)Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物質(zhì)的量分別x、y， 則(據(jù)得失電子守恒有) : x+y=0.4 2x+3y=0.9 解之:x=0.3 y=0.1， 答案 選D。 例 15. 0.03 mol 的銅完全溶于硝酸,產(chǎn)生氮的氧化物NO、NO2 、N2O4 混合氣體共 0.05 mol,該混合氣體的平均相對(duì)分子量可能是( )。 A . 30 B . 46 C. 50 D. 66解析:假設(shè)0.05 mol 氣體全是NO則轉(zhuǎn)移 0.15 mol 電子;假設(shè)0.05 mol 氣體全是NO2則轉(zhuǎn)0.05 mol電子；假設(shè)0.05 mol氣體全是N2O4則轉(zhuǎn)移 0.1 mol電子，而實(shí)際 0.03 mol 的銅在反應(yīng)中轉(zhuǎn)移 0.06 mol的電子,因?yàn)?0.06 介于 0.05 和 0.15 之間；0.05和0.1 之間；所以用極限法判斷組成可能有兩種極限。 (1) 氣體為NO2和NO的混合氣體.解:設(shè)NO2和NO的物質(zhì)的量