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硝酸与金属反应的计算

硝酸与金属反应的计算.txt 当你以为自己一无所有时,你至少还有时间,时间能抚平一切创 伤,所以请不要流泪。能满足的期待,才值得期待;能实现的期望,才有价值。保持青春的 秘诀,是有一颗不安分的心。不是生活决定何种品位,而是品位决定何种生活。有关硝酸与 金属反应的计算 收藏到 QQ 书签 作者:admin 点击: 720 次 成绩不理想?【全国顶级名师视频辅导高中课程】远题海,近方法!高一入口,高二入口, 高三入口

高中化学硝酸与金属反应的计算是一个难点,本文从思维角度加以阐述,供大家参考。

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 (NO3)2 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(NO3)2 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=30 ①

2x+y+6.72/22.4=0.08×13.5–0.08×1 ②(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 (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 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(NO2) ①(得失电子守恒)

n(NO)+ n(NO2)=6.72/22.4 ②

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(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=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:

(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 v mL a mol/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 a mol/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=5.824 L

y=5.376

L

(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= (10-3 va +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=57.8 g

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 22.4 g 铁完全溶解于某浓度的硝酸中,反应只收集到 0.3 mol NO2 和 0.2 mol NO。

下列说法正确的是(

)。

A.反应后生成的盐只有 Fe(NO3)3 Fe(NO3)2

B.反应后生成的盐只有

C.产物中 Fe(NO3)2 和 Fe(NO3)3 的物质的量之比为 1:3 的物质的量之比为 3:1

D.产物中 Fe(NO3)2 和 Fe(NO3)3

解析:用极限法判断:22.4 g 铁如完全转化为 Fe(NO3)3 转移 1.2 mol 电子; 如完全转化为 Fe(NO3)2 转移 0.8 mol 电子,反应中实际转移 0.3×1+0.2×3=0.9 mol 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=0.4①

2×x+3×y=0.9② 解之:x=0.3 y=0.1, 答案 选 D。

例 15. 0.03 mol 的铜完全溶于硝酸,产生氮的氧化物 NO、NO2 、N2O4

混合气体共 0.05 mol,该混合气体的平均相对分子量可能是(

)。

A . 30

B . 46

C. 50

D. 66

解析:假设 0.05 mol 气体全是 NO 则转移 0.15 mol 电子;假设 0.05 mol 气体全是 NO2 则转 0.05 mol 电子;假设 0.05 mol 气体全是 N2O4 则转移 0.1 mol 电子,而实际 0.03 mol 的铜 在反应中转移 0.06 mol 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=0.05①

x+3y=0.06② 解之:x=0.045 y=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=0.05①

x+2y=0.06② 解之:x=0.04

y=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 B C。


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