第五章

化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第二節(jié)氮及其化合物5.2.4硝酸與金屬反應(yīng)的計(jì)算

學(xué)習(xí)

目標(biāo)第4課時(shí)硝酸與金屬反應(yīng)的計(jì)算鞏固硝酸的強(qiáng)氧化性.掌握金屬與硝酸反應(yīng)的常用方法.硝酸與金屬反應(yīng)的計(jì)算一、原子守恒法Cu+4HNO3(濃)

=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O硝酸與金屬反應(yīng)時(shí)，一部分表現(xiàn)酸性，以NO3-的形式存在于溶液中；另一部分作為氧化劑轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物NOx，NO3-和NOx中氮原子的總物質(zhì)的量等于反應(yīng)消耗的硝酸中氮原子的物質(zhì)的量。n(反應(yīng)的硝酸)=n(被還原的硝酸)+n(起酸性作用的硝酸)

一、原子守恒法n(反應(yīng)的硝酸)=n(被還原的硝酸)+n(起酸性作用的硝酸)

【例1】將1.92g銅片投入到一定量的濃HNO3中，當(dāng)收集到1.12L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，金屬銅恰好全部溶解。則：

反應(yīng)中消耗的HNO3_____mol，

被還原的HNO3_____mol。0.110.05【練1】25.6mgCu跟含有1.4×10-3mol的硝酸恰好完全反應(yīng)(還原產(chǎn)物為NO和NO2)，反應(yīng)完畢后收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為()A．7.84mLB．13.44mLC．15.68mLD．17.92mL

B二、得失電子守恒法硝酸與金屬的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，硝酸中氮原子得到電子的物質(zhì)的量等于金屬失去電子的物質(zhì)的量?！纠?】某二價(jià)金屬與硝酸反應(yīng)時(shí)，金屬與硝酸所消耗的物質(zhì)的量之比為2:5，則HNO3的還原產(chǎn)物是（

）A.NH4NO3B.N2OC.NOD.NO2解析:若二價(jià)金屬(M)為2mol,生成2molM(NO3)2,未被還原的硝酸4mol,被還原的硝酸1mol,根據(jù)得失電子數(shù)相等,HNO3中N元素被還原成+1價(jià),應(yīng)為N2O;NH4NO3中N元素的平均化合價(jià)為+1價(jià)。答案AB。AB二、得失電子守恒法【練2】物質(zhì)的量之比為2∶5的鋅與稀硝酸反應(yīng)，若硝酸被還原的產(chǎn)物為N2O，反應(yīng)結(jié)束后鋅沒有剩余，則該反應(yīng)中被還原的硝酸與未被還原的硝酸的物質(zhì)的量之比是()

A.1∶4

B.1∶5

C.2∶3

D.2∶5答案A二、得失電子守恒法氮元素失去的電子總數(shù)＝氧元素得到的電子總數(shù)金屬失去的電子總數(shù)＝氧元素得到的電子總數(shù)接力☆金屬失去的電子總數(shù)＝氮元素得到的電子總數(shù)【例3】mgCu投入一定量濃硝酸中，銅完全溶解，生成氣體顏色越來越淺，共收集到VmL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。將盛有此氣體的容器倒扣在水中，通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下一定體積的O2，恰好使氣體完全溶于水中，則通入O2的體積的計(jì)算.

方法：若從一般角度考慮，很難得出結(jié)論；但若利用得失電子守恒解，能得到銅失去的電子總數(shù)等于氧氣得到的電子總數(shù)，即有2n(Cu)=4n(O2)二、得失電子守恒法【練3】銅與一定量濃硝酸反應(yīng)，得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體，這些氣體與5.6LO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸。則消耗銅的質(zhì)量為()

A．16g B．32gC．64g D．無法計(jì)算三、電荷守恒法硝酸過量時(shí)，反應(yīng)后溶液中（不考慮OH-）則有：c(NO3-)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金屬離子)。【例4】3.2g銅與過量硝酸反應(yīng)，硝酸被還原為NO2和NO。反應(yīng)后溶液中含H+amol,則此時(shí)溶液中含NO3-的物質(zhì)的量為__________mol。(a+0.1)解析:

反應(yīng)后的溶液中溶質(zhì)是:Cu(NO3)2和HNO3。n(NO3-)=2n(Cu)+n(H+)=2×0.05+a=(0.1+a)mol四、離子方程式計(jì)算法金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應(yīng)時(shí)，由于硝酸鹽中NO3-在H2SO4

提供H+的條件下能繼續(xù)與金屬反應(yīng)，因此，此類題目應(yīng)用離子方程式來計(jì)算。先作過量判斷，然后根據(jù)完全反應(yīng)的金屬或H+或NO3-進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，且溶液中要符合電荷守恒?！纠?】將2.56g銅粉加入100mL0.4mol·L－1的稀HNO3溶液中，加熱充分反應(yīng)后再加入100mL0.2mol·L－1的H2SO4溶液，繼續(xù)加熱，待充分反應(yīng)后，所得溶液中Cu2＋的物質(zhì)的量濃度是(忽略溶液體積變化)（

）A.0.15mol·L－1

B.0.2mol·L－1

C.0.075mol·L－1

D.0.45mol·L－1A3Cu＋8H+

＋2NO3-

＝3Cu2+＋2NO↑＋4H2O四、離子方程式計(jì)算法四、離子方程式計(jì)算法【練5】1L稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物質(zhì)的量濃度分別為0.1mol/L和0.4mol/L。若向該混合液中加入足量的銅粉，則最多能溶解銅粉的質(zhì)量為解析:n(H+)=0.1+0.8=0.9(mol)n(NO3-)=0.1mol3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O3mol8mol2mol0.9mol0.1molNO3-不足,溶解n(Cu)=0.15mol;m(Cu)=9.6(g)五、守恒法（原子、得失電子、電荷）的綜合應(yīng)用【例6】將質(zhì)量為mg的鐵與銅粉的混合物，溶于100mL4mol/LHNO3溶液（過量），充分反應(yīng)后所得還原產(chǎn)物為0.05molNO，再向所得溶液中加入足量的NaOH溶液至沉淀完全。則沉淀質(zhì)量為（

）A.5.52gB.(m+6.8)gC.(m+2.55)gD.(m+12.0)gC金屬與酸再與堿反應(yīng)：轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量等于消耗的OH－物質(zhì)的量五、守恒法（原子、得失電子、電荷）的綜合應(yīng)用【練習(xí)6】將11.9g由Mg、Al、Fe組成的合金溶于足量的NaOH溶液中，合金質(zhì)量減少了2.7g。另取等質(zhì)量的合金溶于過量稀硝酸中，生成了6.72LNO(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，向反應(yīng)后的溶液中加入過量的NaOH溶液，則最終所得沉淀的質(zhì)量為（

）A．22.1g B．27.2g

C．30g

D．19.4g【詳解】將合金溶于過量稀硝酸中，分別生成Al3+、Fe3+、Mg2+離子，根據(jù)電子守恒，金屬共失去電子的物質(zhì)的量和氮原子得電子的量是相等的，生成了6.72L

NO，即氮原子得電子的物質(zhì)的量是根據(jù)前后發(fā)生的整個(gè)過程的反應(yīng)，知道反應(yīng)中金屬失去電子的物質(zhì)的量等于生成堿的氫氧根離子的物質(zhì)的