應(yīng)用課第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第7課時NOx溶于水及金屬與硝酸反應(yīng)的相關(guān)計算【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.理解關(guān)于NOx溶于水的計算方法，能應(yīng)用到實際試題計算中。2.理解金屬與硝酸反應(yīng)常用的計算方法，并能應(yīng)用到實際試題計算中。【學(xué)習(xí)活動】學(xué)習(xí)任務(wù)方法與路徑目標(biāo)一：理解關(guān)于NOx溶于水的計算方法，能應(yīng)用到實際試題計算中任務(wù)：（1）要使充滿NO2和O2混合氣體的試管倒扣水槽中，讓水充滿試管，必須按什么樣的體積比混合？【參考答案】由3NO2＋H2O=2HNO3＋NO和2NO＋O2=2NO2得4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，即當(dāng)NO2和O2的體積比為4∶1時可完全溶于水。（2）將10mL充滿NO2和O2的混合氣體的試管，倒置在水槽中，反應(yīng)停止后試管內(nèi)剩余2mL的無色氣體，則原混合氣體中O2為多少毫升？【參考答案】分兩種情況討論：①NO2過量，剩余的是NO；②O2過量，剩余的是O2①若剩余的是NO，由反應(yīng)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，得NO2體積為2mL×3＝6mL。則原有O2體積為(10mL－6mL)×eq\f(1,4＋1)＝0.8mL。②若剩余的是O2，則有10mL－2mL＝8mLNO2和O2的混合氣體按反應(yīng)4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3進行。所以NO2的體積為8mL×eq\f(4,4＋1)＝6.4mL，O2體積為10mL－6.4mL＝3.6mL?！痉椒ㄐ〗Y(jié)】NOx溶于水的計算（1）原理解答氮的氧化物溶于水的計算問題首先明確原理，無論是單一氣體(NO2)，還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體，反應(yīng)的實質(zhì)是3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，2NO＋O2=2NO2，故若有氣體剩余只能是NO或O2，不能是NO2。（2）方法——加合式法①NO2和O2混合氣體溶于水的計算由4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3可知：V(NO2)∶V(O2)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(<4∶1O2過量，剩余氣體為O2,＝4∶1恰好完全反應(yīng),>4∶1NO2過量，剩余氣體為NO))②NO與O2同時通入水中2NO＋O2=2NO2.3NO2＋H2O=2HNO3＋NO總的化學(xué)方程式為4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3可知：V(NO)∶V(O2)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(<4∶3剩余O2,＝4∶3恰好完全反應(yīng),>4∶3剩余NO))③NO2、NO、O2三種混合氣體通入水中：a．可先將NO和O2轉(zhuǎn)化為NO2，再按上述各種情況分別處理。b．也可先將NO2和H2O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NO，再按4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3情況處理。針對訓(xùn)練1：將盛有1molNO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中，再通入0.4molO2，充分反應(yīng)后，整個試管充滿水。（1）則原混合氣體中NO與NO2體積比為多少？3∶7。（2）1molNO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中剩余氣體0.4mol，則NO與NO2體積比為多少？1∶9。（3）1molNO和NO2混合氣體中兩者體積之比為1∶1，試管倒立于盛滿水的水槽中，為使整個試管充滿水，需通入多少O2？0.5mol。【解析】（1）設(shè)1molNO和NO2的混合氣體中有amolNO和(1－a)molNO2，根據(jù)4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3和4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3可得：eq\f(3,4)a＋eq\f(1－a,4)＝0.4，所以a＝0.3，V(NO)∶V(NO2)＝3∶7。（2）設(shè)n(NO2)＝amol3NO2＋H2O=2HNO3＋NO氣體減少3mol1mol2molamol(1－0.4)mola＝0.9故NO與NO2體積比為1∶9。（3）通入的氧氣的物質(zhì)的量為eq\f(3,4)×0.5mol＋eq\f(0.5,4)mol＝0.5mol。針對訓(xùn)練2：如圖所示，當(dāng)向試管內(nèi)通入21mLO2時，最后試管中的液面仍在原來的位置，則原試管中NO體積為(B)A．6mLB．12mLC．16mLD．18mL【解析】據(jù)題意可推知反應(yīng)后試管內(nèi)氣體為O2，且其體積與原NO體積相同。因發(fā)生反應(yīng)4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，設(shè)原試管中NO為xmL，則反應(yīng)后試管中剩余O2也有xmL，根據(jù)反應(yīng)方程式有4∶3＝x∶(21－x)，解得x＝12。圍繞目標(biāo)一：任務(wù)由學(xué)生認(rèn)真分析實例并獨立思考，完成后面問題。結(jié)合方法小結(jié)，完成后續(xù)針對訓(xùn)練，完成后通過平臺拍照提交展示，老師講解。目標(biāo)二：理解金屬與硝酸反應(yīng)常用的計算方法，并能應(yīng)用到實際試題計算中任務(wù)：（1）銅與足量稀硝酸反應(yīng)時，表現(xiàn)酸性的HNO3與作氧化劑的HNO3物質(zhì)的量之比是多少？【解析】Cu與稀硝酸反應(yīng)：3Cu＋8HNO3=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。當(dāng)有8molHNO3參加反應(yīng)時，有2molHNO3表現(xiàn)氧化性，6molHNO3表現(xiàn)酸性，故表現(xiàn)酸性的HNO3與作氧化劑的HNO3物質(zhì)的量之比為3∶1。（2）mgCu與足量的一定濃度的硝酸充分反應(yīng)，生成VLNO、NO2混合氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），則參加反應(yīng)的HNO3的物質(zhì)的量是多少？【解析】被還原的硝酸無論生成NO還是NO2，均有氮原子被還原，NO和NO2的總物質(zhì)的量與被還原HNO3的物質(zhì)的量相等；未被還原（起酸性作用）的硝酸等于Cu(NO3)2物質(zhì)的量的2倍，故參加反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量為（eq\f(V,22.4)＋eq\f(m,32)）mol?！痉椒ㄐ〗Y(jié)】金屬與硝酸反應(yīng)常用的計算方法（1）原子守恒法：HNO3與金屬反應(yīng)時，反應(yīng)消耗的HNO3中氮原子的物質(zhì)的量等于顯酸性的HNO3（以硝酸鹽的NO3-形式存在于溶液中）的物質(zhì)的量與顯氧化性的HNO3（以NO（2）電子守恒法：HNO3中氮原子得電子的物質(zhì)的量等于金屬失電子的物質(zhì)的量。（3）電荷守恒：HNO3過量時反應(yīng)后溶液中（不考慮OH－）有：c（NO3-）＝c（H＋）＋n×c（Mn＋）（Mn針對訓(xùn)練1：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下將1.92g銅粉投入一定量濃硝酸中，隨著銅粉的溶解，反應(yīng)生成的氣體顏色逐漸變淺，當(dāng)銅粉完全溶解后共收集到由NO2和NO組成的混合氣體1.12L，則（1）混合氣體中NO的體積為112mL；（2）上題參加反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量是0.11mol；（3）上題反應(yīng)中起酸性作用與作氧化劑的硝酸的物質(zhì)的量之比是6∶5?！窘馕觥浚?）混合氣體的總物質(zhì)的量為1.12L÷22.4L·mol－1＝0.05mol，1.92g銅粉的物質(zhì)的量為0.03mol。設(shè)NO的物質(zhì)的量為n1mol，則NO2的物質(zhì)的量為(0.05－n1)mol，根據(jù)得失電子守恒得3n1＋(0.05－n1)×1＝0.03×2，解得n1＝0.005，V(NO)＝0.005mol×22.4L·mol－1＝0.112L＝112mL。（2）由氮原子守恒知參加反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NOx)＝2n(Cu)＋n(NOx)＝0.03mol×2＋0.05mol＝0.11mol。（3）起酸性作用與作氧化劑的硝酸的物質(zhì)的量之比＝2n[Cu(NO3)2]∶n(NOx)＝(0.03×2)mol∶0.05mol＝6∶5。針對訓(xùn)練2：9.7gCu和Zn的合金與足量的稀硝酸反應(yīng)，還原產(chǎn)物只有NO氣體，其體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為2.24L。將溶液稀釋為1L，測得溶液的c(H＋)＝0.1mol·L－1，此時溶液中NO3-的濃度為（A．0.3mol/LB．0.4mol/LC．0.2mol/LD．0.6mol/L【解析】n(NO)＝eq\f(22.4L,22.4L/mol)＝0.1mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量＝0.1mol×(5－2)＝0.3mol；Cu、Zn分別與稀硝酸反應(yīng)中生成＋2價陽離子，則每個金屬原子生成金屬陽離子間失去2個電子，根據(jù)金屬和電子轉(zhuǎn)移關(guān)系式得：n(Cu)＋n(Zn)＝eq\f(1,2)n(e－)＝eq\f(1,2)×0.3mol＝0.15mol，溶液中根據(jù)電荷守恒得：c(NO3-)＝c(H＋)＋2c(Cu2＋)＋2c(Zn2＋)＝0.1mol·L－1＋2×0.15mol＝0.4mol·L－1，故選B。針對訓(xùn)練3：在某100mL混合酸中，HNO3物質(zhì)的量濃度為0.4mol·L－1，H2SO4物質(zhì)的量濃度為0.2mol·L－1。向其中加入1.92g銅粉微熱，待充分反應(yīng)后，溶液中Cu2＋物質(zhì)的量濃度約為（B）A．0.15mol/LB．0.3mol/LC．0.225mol/L D．無法計算【解析】溶液中n(H＋)＝0.1L×0.4mol·L－1＋0.1L×0.2mol·L－1×2＝0.08mol，n(NO3-)＝0.1L×0.4mol·L－1＝0.04mol，n(Cu)＝eq\f(1.92g,64g·mol－1)＝0.03mol，根據(jù)反應(yīng)的離子方程式3Cu＋8H＋＋2NO3-=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O可知此時氫離子與Cu恰好完全反應(yīng)，N