高中化学解题技巧：有关硝酸与金属反应的计算

高中化学解题技巧：有关硝酸与金属反应的计算从反应的本质看: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↑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。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.。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。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=302x+y+6.72/22.4=0.08*13.5–0.08*1(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mol。A.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。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：3*2+0.1*1=3n(NO)+n(NO2)(得失电子守恒)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: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:NO的体积为mL;NO2的体积为mL。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=11.2(x/22.4)*3+(y/22.4)*1=(32.64/64)*2解得x=5.824Ly=5.376L得原硝酸的浓度为:C=(10-3va+0.5)/0.14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):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，01关系式法关系式法是根据化学方程式计算的巧用，其解题的核心思想是化学反应中质量守恒，各反应物与生成物之间存在着最基本的比例(数量)关系。例题：某种H2和CO的混合气体，其密度为相同条件下再通入过量O2，最后容器中固体质量增加了()D.6.4g【解析】固体增加的质量即为H2的质量。固体增加的质量即为CO的质量。所以，最后容器中固体质量增加了3.2g，应选A。02方程或方程组法根据质量守恒和比例关系，依据题设条件设立未知数，列方程或方程组求解，是化学计算中最常用的方法，其解题技能也是最重要的计算技能。例题：有某碱金属M及其相应氧化物的混合物共10g，跟足量水充分反应后，小心地将溶液蒸干，得到14g无水晶体。该碱金属M可能是()D.铷【解析】设M的原子量为x，解得42.5＞x＞14.5，分析所给锂、钠、钾、铷的原子量，推断符合题意的正确答案是B、C。03守恒法化学方程式既然能够表示出反应物与生成物之间物质的量、质量、气体体积之间的数量关系，那么就必然能反映出化学反应前后原子个数、电荷数、得失电子数、总质量等都是守恒的。巧用守恒规律，常能简化解题步骤、准确快速将题解出，收到事半功倍的效果。例题：将5.21g纯铁粉溶于适量稀H2SO4中，加热条件下，用2.53gKNO3氧化Fe2+，充分反应后还需0.009molCl2才能完全氧化Fe2+，则KNO3的还原产物氮元素的化合价为___。04差量法找出化学反应前后某种差量和造成这种差量的实质及其关系，列出比例式求解的方法，即为差量法。其差量可以是质量差、气体体积差、压强差等。差量法的实质是根据化学方程式计算的巧用。它最大的优点是：只要找出差量，就可求出各反应物消耗的量或各生成物生成的量。例题：加热碳酸镁和氧化镁的混合物mg，使之完全反应，得剩余物ng，则原混合物中氧化镁的质量分数为()05平均值法平均值法是巧解方法，它也是一种重要的解题思维和解题，断MA或MB的取值范围，从而巧妙而快速地解出答案。例题：由锌、铁、铝、镁四种金属中的两种组成的混合物10g与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下为11.2L，则混合物中一定含有的金属是()D.镁【解析】各金属跟盐酸反应的关系式分别为：Zn—H2↑，Fe—H2↑，2Al—3H2↑，Mg—H2↑。若单独跟足量盐酸反应，生成11.2LH2(标准状况)需各金属质量分别为“Zn∶32.5g；Fe∶28g；Al∶9g；Mg∶12g”，其中只有铝的质量小于10g，其余均大于10g，说明必含有的金属是铝。应选C。06极值法巧用数学极限知识进行化学计算的方法，即为极值法。例题：4个同学同时分析一个由KCl和KBr组成的混合物，他们各取2.00克样品配成水溶液，加入足够HNO3后再加入适量AgNO3溶液，待沉淀完全后过滤得到干燥的卤化银沉淀的质量如下列四个选项所示，其中数据合理的是()D.3.96g【解析】本题如按通常解法，混合物中含KCl和KBr，可以有无限多种组成方式，则求出的数据也有多种可能性，要验证数据是否合理，必须将四个选项代入，看是否有解，也就相当于要做四题的计算题，所花时间非常多。使用极限法，设2.00克全部为KCl，根据KCl-AgCl，每74.5克KCl可生成143.5克AgCl，则可得沉淀为(2.00/74.5)*143.5=3.852克，为最大值，同样可求得当混合物全部为KBr时，每119克的KBr可得沉淀188克，所以应得沉淀为(2.00/119)*188=3.160克，为最小值，则介于两者之间的数值就符合要求，故只能选B和C。07十字交叉法十字交叉法是二元混合物(或组成)计算中的一种特殊方法，它由二元一次方程计算演变而成。若已知两组分量和这两个量的平均值，求这两个量的比例关系等，多可运用十字交叉法计算。使用十字交叉法的关键是必须符合二元一次方程关系。它多用于哪些计算？明确运用十字交叉法计算的条件是能列出二元一次方程的，特别要注意避免不明化学涵义而滥用。十字交叉法多用于：有关两种同位素原子个数比的计算。有关混合物组成及平均式量的计算。有关混合烃组成的求算。(高二内容)D.39∶1