高中化学必修1：微专题九　硝酸与金属反应的相关计算.docx

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[思维模型]

(1)硝酸与铜反应

浓硝酸与足量的铜反应，开始浓硝酸被还原为NO2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸被还原为NO，向反应后的溶液中加稀硫酸，NOeq\o\al(－,3)又被还原为NO。

(2)稀硝酸与铁反应

Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；

3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。

①eq\f(n?HNO3?,n?Fe?)≥4，产物为Fe(NO3)3；

②eq\f(n?HNO3?,n?Fe?)≤eq\f(8,3)，产物为Fe(NO3)2；

③eq\f(8,3)eq\f(n?HNO3?,n?Fe?)4，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。

[计算方法]

(1)原子守恒法：HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NOeq\o\al(－,3)的形式存在于溶液中，另一部分HNO3作为氧化剂转化为还原产物NOx，NOeq\o\al(－,3)和NOx中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。

(2)得失电子守恒法：HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得到电子的物质的量等于金属失去电子的物质的量。

(3)电荷守恒法：HNO3过量时，反应后溶液中(不考虑OH－)有c(NOeq\o\al(－,3))＝c(H＋)＋xc(Mx＋)(Mx＋代表金属离子)。

(4)离子方程式计算法：金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NOeq\o\al(－,3)在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，故此类题目应用离子方程式来计算。先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NOeq\o\al(－,3)进行相关计算，且要符合电荷守恒。

1.足量的铜和含有2.4×10－3mol硝酸的某浓硝酸完全反应，共收集到标准状况下气体22.4mL。参加反应的铜的质量是()

A.38.4×10－3g B.44.8×10－3g

C.48.3×10－3g D.57.6×10－3g

[答案]B

[解析]铜与浓硝酸可能发生的化学方程式：

Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O,3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。被还原硝酸的物质的量＝eq\f(22.4×10－3L,22.4L·mol－1)＝1×10－3mol，生成硝酸铜的物质的量＝eq\f(2.4×10－3mol－1×10－3mol,2)＝7×10－4mol，参加反应的铜的质量＝7×10－4mol×64g·mol－1＝44.8×10－3g。

2.将19.5g锌粉与一定量的浓硝酸反应生成硝酸盐、水及气体，当锌粉完全反应时收集到

11.2LNO、NO2混合气(标准状况下)，则所消耗硝酸的物质的量是()

A.1.2mol B.1.1mol

C.0.9mol D.0.8mol

[答案]B

[解析]锌和浓硝酸反应生成NO2，而与稀硝酸反应时则生成NO，n(NO2)＋n(NO)＝eq\f(11.2L,22.4L·mol－1)＝0.5mol，即被还原的硝酸的物质的量为0.5mol，n(Zn)＝eq\f(19.5g,65g·mol－1)＝0.3mol，则生成的n[Zn(NO3)2]＝0.3mol，可知表现酸性的硝酸的物质的量为0.3mol×2＝0.6mol，则参加反应的硝酸的物质的量为0.5mol＋0.6mol＝1.1mol。

3.(2018·辽宁本溪高级中学期中)某金属单质与一定浓度的硝酸反应，假定只有一种还原产物，当参加反应的金属与被还原的硝酸的物质的量之比为2∶1时，还原产物可能是()

A.NO2 B.NO

C.N2O D.N2

[答案]C

[解析]设反应后金属元素的化合价为n，HNO3的还原产物中氮的化合价为x，则由得失电子守恒得：2×(n－0)＝1×(5－x)，即x＝5－2n。

讨论：①当n＝＋1时，x＝＋3，HNO3的还原产物为N2O3；

②当n＝＋2时，x＝＋1，HNO3的还原产物为N2O；

③当n＝＋3时，x＝－1，不合理，舍去。

由于金属离子一般不出现＋4以及以上的价态，故不再讨论。

4.(2019·长春九校联考)足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、NO的混合气体，这些气体与1.68LO2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中逐滴加入60mLNaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则NaOH溶液的物质的量浓度是()

A.3mol·L－1 B.4