硝酸与金属反应的计算

硝酸与金属反应的计算.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)3B.Na2CO3C.KNO3D.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m1g,再向其中加入一定量稀硫酸.充分振荡后,剩余金属m2g,则m1与m2的关系是()。A.m1一定大于m2B.m1一定等于m2C.m1可能等于m2D.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100mL混合溶液中,HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4mol/L,0.1mol/L向该混合液中加入1.92g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.0.15B.0.225C.0.35D.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0.06mol,0.04mol,0.03molCu,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NO2),根据氮元素守恒解题。例5.将25.6mgCu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ml。(假设反应中只产生NO或NO2)解析:因为1molCu参加反应生成Cu(NO3)2对应2molHNO3显酸性,所以25.6mgCu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1molHNO3作氧化剂就有1mol氮的氧化物(NO或NO2)。答案13.44mL.。例6.将1.92g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1120mL。(假设反应中只产生NO或NO2)则消耗硝酸的物质的量为mol。A.0.12B.0.11C.0.09D.0.08解析:因为0.03molCu参加反应生成Cu(NO3)2对应0.06molHNO3显酸性,0.05mol氮的氧化物(NO或NO2)对应0.05molHNO3作氧化剂,所以共消耗硝酸0.11mol。答案选B。例7.为测定某铜银合金的成分,将30g合金完全溶解于80mol、浓度为13.5mol/L的浓硝酸中,合金完全溶解后,收集到6.72L(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80mL。(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1mol氮的氧化物就对应1mol被还原的硝酸:所以:n=6.72/22.4=0.3mol(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164x+108y=30①2x+y+6.72/22.4=0.08×13.5–0.08×1②(氮元素守恒)解得x=0.3y=0.1例8.将6.4gCu与80mol/L60mL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amol.(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molA.0.28B.0.31C.a+0.2D.a+0.4解析:6.4gCu反应后生成0.1molCu(NO3)2,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1mol硝酸被还原,则被氧化的铜的物质的量为mol。A.3/8B.8/3C.3/2D.2/3解析:设被氧化的铜的物质的量为xmol.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(NO2)①(得失电子守恒)n(NO)+n(NO2)=6.72/22.4②解得n(NO)=0.2n(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4.6g完全溶于浓硝酸中,若反应中硝酸被还原,只产生4480mLNO2气体和336mLN2O4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(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=4480mL/22400mL·mol-1+(336mL/22400mL·mol-)×2=0.23mol。所以沉淀的质量为:4.6+0.23×17=8.51g例12.1.92gCu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672mL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.168B.224C.336D.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xmL,则:(1.92/64)×2=(x/22400)×4解得:x=336，答案选C。例13.将32.64g铜粉与140mL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11.2L.(假设反应中只产生NO或NO2)请回答:(1)NO的体积为mL；NO2的体积为mL。(2)待产生的气体全部释放后,向溶液中加入vmLamol/L的NaOH溶液,恰好使溶液中的Cu2+全部沉淀,则原硝酸的浓度为amol/L(3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在溶液中完全转化为NaNO3,至少需要30%的双氧水g。解析:(1)设反应中产生NO和NO2的体积分别为x、y(据得失电子守恒有)x+y=11.2①(x/22.4)×3+(y/22.4)×1=(32.64/64)×2解得x=5.824Ly=5.376L(2)根据反应后的溶液中只有一种溶质NaNO3,设原硝酸的物质的量浓度为C（由氮元素守恒）则0.14×C=10-3×v×a+11.2/22.4得原硝酸的浓度为:C=(10-3va+0.5)/0.14(3)从反应的始态和最终状态看,铜在反应中失去电子,双氧水在反应中得到电子,需要30%的双氧水的质量为m则(据得失电子守恒有):(32.64/64)×2=〔(30%×m)/34〕×2解得:m=57.8g五、从极限的角度.硝酸与铁反应,随用量的不同,产物可能是Fe(NO3)2或Fe(NO3)3这时可用极限法解。如果产生的气体产物不单一,可能也要用极限法解。例14.把22.4g铁完全溶解于某浓度的硝酸中,反应只收集到0.3molNO2和0.2molNO。下列说法正确的是()。A.反应后生成的盐只有Fe(NO3)3B.反应后生成的盐只有Fe(NO3)2C.产物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物质的量之比为1:3D.产物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物质的量之比为3:1解析:用极限法判断:22.4g铁如完全转化为Fe(NO3)3转移1.2mol电子;如完全转化为Fe(NO3)2转移0.8mol电子,反应中实际转移0.3×1+0.2×3=0.9mol电子,所以产物中既有Fe(NO3)2又有Fe(NO3)3这,分别设Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物质的量分别x、y，则(据得失电子守恒有):x+y=0.4①2×x+3×y=0.9②解之:x=0.3y=0.1，答案选D。例15.0.03mol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.30B.46C.50D.66解析:假设0.05mol气体全是NO则转移0.15mol电子;假设0.05mol气体全是NO2则转0.05mol电子；假设0.05mol气体全是N2O4则转移0.1mol电子，而实际0.03mol的铜在反应中转移0.06mol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.解: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=0.045y=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的混合气体解: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=0.04y=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，答案选BC。