《硝酸與金屬反應(yīng)的相關(guān)計(jì)算》1.思維模型2.計(jì)算方法(以Cu與硝酸反應(yīng)為例)(1)原子守恒法：反應(yīng)前所有的N只存在于HNO3中，反應(yīng)后含N的物質(zhì)有HNO3的還原產(chǎn)物(假設(shè)有NO2、NO)和Cu(NO3)2，若HNO3過量，則過量HNO3中也含N，則有n(N)＝n(NO2)＋n(NO)＋2n[Cu(NO3)2]＋n(HNO3)剩。(2)得失電子守恒法：反應(yīng)中失去電子的是參加反應(yīng)的Cu，Cu－2e－―→Cu2＋；得到電子的是被還原的HNO3(假設(shè)還原產(chǎn)物為NO2、NO)，

＋e－―→NO2、

＋3e－―→NO。根據(jù)得失電子守恒，則有2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)。若將生成的氮的氧化物氣體與一定量的氧氣共同通入水中，氮的氧化物完全生成硝酸，由于開始反應(yīng)物為硝酸，中間生成了氮的氧化物，但最終又變回了硝酸，所以相當(dāng)于銅失的電子最終由氧氣得到，則有2n(Cu)＝n(O2)。(3)電荷守恒法：在Cu與HNO3反應(yīng)后的溶液中，若HNO3不過量，陽離子只有Cu2＋，陰離子只有(此類計(jì)算不考慮H2O電離出的極少量的H＋、OH－)；若HNO3過量，溶液中的陽離子有Cu2＋和H＋，陰離子只有

。則有①若HNO3不過量：n()＝2n(Cu2＋)；②若HNO3過量：n()＝2n(Cu2＋)＋n(H＋)。(4)離子方程式計(jì)算法：金屬與硫酸、硝酸的混合酸反應(yīng)時(shí)，由于硝酸鹽中

在硫酸提供H＋的條件下能繼續(xù)與金屬反應(yīng)，故此類題目應(yīng)用離子方程式來計(jì)算3Cu＋8H＋＋2===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。先作過量判斷，然后根據(jù)完全反應(yīng)的金屬或H＋或

進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，且要符合電荷守恒。3.常見兩種計(jì)算(1)硝酸與銅反應(yīng)濃硝酸與足量的銅反應(yīng)，開始濃硝酸被還原為NO2，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃硝酸變稀，稀硝酸被還原為NO，向反應(yīng)后的溶液中加稀硫酸，

又被還原為NO。(2)稀硝酸與鐵反應(yīng)Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；3Fe(過量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。1.將3.2gCu跟30.0mL10.0mol·L－1的HNO3充分反應(yīng)，還原產(chǎn)物有NO和NO2，若反應(yīng)后溶液中有amolH＋，則此時(shí)溶液中含

的物質(zhì)的量為A.0.5amol B.(0.1＋a)molC.0.1amol D.2a

mol√跟蹤訓(xùn)練12345672.將14g銅銀合金與足量的硝酸反應(yīng)，放出的氣體與標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為1.12L的O2混合后再通入水中，恰好全部吸收，則合金中銅的質(zhì)量為A.4.8g B.3.2g C.6.4g D.10.8g√12345解析分析整個(gè)過程，金屬提供的電子等于氧氣獲得的電子，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，n(O2)＝

＝0.05mol，設(shè)Cu、Ag的物質(zhì)的量分別為x、y，則根據(jù)質(zhì)量列方程：x×64g·mol－1＋y×108g·mol－1＝14g，根據(jù)得失電子守恒列方程：2x＋y＝0.05mol×4＝0.2mol，解得x＝0.05mol；y＝0.1mol，m(Cu)＝0.05mol×64g·mol－1＝3.2g。673.將19.5g鋅粉與一定量的濃硝酸反應(yīng)生成硝酸鹽、水及氣體，當(dāng)鋅粉完全反應(yīng)時(shí)收集到11.2LNO、NO2混合氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，則所消耗硝酸的物質(zhì)的量是A.1.2mol B.1.1molC.0.9mol D.0.8mol√123456712345674.銅和鎂的合金4.6g完全溶于足量的硝酸后，再加入過量的NaOH溶液，生成9.7g沉淀，則合金與硝酸反應(yīng)時(shí)，放出的氣體可能是A.0.2molNOB.0.2molNO2和0.05molN2O4C.0.1molN2OD.0.1molNO、0.1molNO2和0.1molN2O41234567√123455.下列圖像是表示鐵跟一定量硝酸反應(yīng)時(shí)，鐵和硝酸鐵之間物質(zhì)的量(mol)的關(guān)系，其中正確的是1234567√6.某100mL混合液中，HNO3和H2SO4的物質(zhì)的量濃度分別是0.4mol·L－1和0.1mol·L－1，向該混合液中加入1.92g銅粉，加熱，待充分反應(yīng)后，所得溶液中Cu2＋的物質(zhì)的量濃度(忽略體積變化)為A.0.15mol·L－1 B.0.225mol·L－1C.0.35mol·L－1 D.0.45mol·L－11234567√123456712345677.將32.64g銅與140mL一定濃度的硝酸反應(yīng)，銅完全溶解，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下的一氧化氮和二氧化氮混合氣體共11.2L。請(qǐng)回答下列問題：(1)產(chǎn)生一氧化氮的體積為_____L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。123455.824解析該過程發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。設(shè)生成的NO和NO2的物質(zhì)的量分別為x、y，則x＋y＝0.5mol,1.5x＋0.5y＝0.51mol，解得x＝0.26mol，y＝0.24mol，故標(biāo)準(zhǔn)狀況下V(NO)＝0.26mol×22.4L·mol－1＝5.824L。67(2)待反應(yīng)結(jié)束后，向溶液中加入VmLamol·L－1的氫氧化鈉溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部轉(zhuǎn)化為沉淀，則原硝酸的濃度為_____________mol·L－1(不必化簡(jiǎn))。1234567(3)欲使銅與硝酸反應(yīng)生成的氣體在氫氧化鈉溶液中全部轉(zhuǎn)化為硝酸鈉，至少需要氧氣_____mol。123450.255解析通入氧氣的目的是將0.26molNO和0.24molNO2全部轉(zhuǎn)化為HNO3。根據(jù)得失電子守恒：4n(O2)＝3n(NO)＋n(NO2)＝3×0.26mol＋0.24mol＝1.02mol，則n(O2)＝0.255mol。67任務(wù)一硝酸的強(qiáng)氧化性【問題探究】實(shí)驗(yàn)室利用具支試管進(jìn)行濃、稀硝酸與銅的反應(yīng)實(shí)驗(yàn),裝置如圖所示:1.濃硝酸、稀硝酸與銅反應(yīng)時(shí),分別產(chǎn)生哪些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?反應(yīng)的劇烈程度是否相同?提示

濃硝酸與銅反應(yīng)時(shí),試管內(nèi)產(chǎn)生大量紅棕色氣體,溶液逐漸變綠,銅絲逐漸變細(xì);稀硝酸與銅反應(yīng)時(shí),試管內(nèi)產(chǎn)生少量無色氣體,氣體在試管上部變?yōu)榧t棕色,溶液逐漸變藍(lán),銅絲逐漸變細(xì)。銅與濃硝酸反應(yīng)更劇烈。2.濃、稀硝酸分別與銅反應(yīng)時(shí),產(chǎn)生不同的現(xiàn)象。請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件差別,分析產(chǎn)生不同現(xiàn)象的原因。提示

濃硝酸中HNO3的濃度大于稀硝酸,濃硝酸在常溫下能與銅迅速反應(yīng),生成紅棕色的NO2氣體,Cu(NO3)2溶液顯藍(lán)色,當(dāng)溶液中溶解較多NO2時(shí),混合溶液顯綠色;稀硝酸與銅在常溫下緩慢反應(yīng),生成無色的NO氣體,隨著反應(yīng)進(jìn)行,溶液溫度升高,反應(yīng)又會(huì)變快,NO與少量O2反應(yīng)生成紅棕色的NO2,Cu(NO3)2溶液顯藍(lán)色。3.通過上述對(duì)比實(shí)驗(yàn),你得出什么結(jié)論?提示

硝酸的濃度越大,其氧化性越強(qiáng),與銅反應(yīng)時(shí),反應(yīng)更迅速。【深化拓展】硝酸的強(qiáng)氧化性1.規(guī)律(1)硝酸的濃度越大,反應(yīng)溫度越高,其氧化性越強(qiáng)。(2)硝酸作氧化劑的反應(yīng)中,還原劑一般被氧化成最高價(jià)態(tài)。2.表現(xiàn)(1)硝酸與金屬的反應(yīng)①除Au、Pt等少數(shù)金屬外,硝酸幾乎可以氧化其他所有的金屬。②活潑金屬與HNO3反應(yīng)不生成H2,HNO3的濃度不同,還原產(chǎn)物不同。③常溫下濃硝酸能使Fe、Al鈍化,但加熱時(shí)可以徹底反應(yīng)。(2)硝酸與非金屬的反應(yīng)反應(yīng)規(guī)律:非金屬單質(zhì)+濃硝酸→該非金屬元素最高價(jià)氧化物或高價(jià)含氧酸+NO2↑+H2O。(3)硝酸與還原性化合物的反應(yīng)硝酸的強(qiáng)氧化性還表現(xiàn)在可以氧化具有還原性的化合物或離子,如HI、HBr、SO2、FeO、Fe2+、Br-、I-、S2-、

等均能被HNO3氧化。(4)硝酸與鐵的反應(yīng)當(dāng)硝酸過量時(shí),生成Fe(NO3)3;當(dāng)鐵過量時(shí),生成Fe(NO3)2?！舅啬軕?yīng)用】典例1某校課外活動(dòng)小組為了探究銅與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體主要是NO,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案。(1)甲同學(xué)設(shè)計(jì)如圖實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)過程中玻璃塞為打開狀態(tài))。①組裝好裝置并檢驗(yàn)氣密性后,如何加入稀硝酸?

。

②如何控制反應(yīng)的進(jìn)行?

。

③如何驗(yàn)證產(chǎn)生的氣體為NO?

。

(2)乙同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖實(shí)驗(yàn)(加熱裝置和固定裝置均已略去)。圖中K為止水夾(處于關(guān)閉狀態(tài)),F是存有空氣的注射器。①設(shè)計(jì)裝置A的目的是

。

②裝置E和F的作用是

。為實(shí)現(xiàn)此作用,操作是

。

③裝置D的作用是

。

答案

(1)①打開活塞,加入稀硝酸至液面a處②通過關(guān)閉或開啟活塞可以控制反應(yīng)的進(jìn)行③反應(yīng)開始后,膠塞下方有無色氣體生成,打開活塞,分液漏斗中氣體變?yōu)榧t棕色,證明反應(yīng)產(chǎn)生的氣體為NO(2)①產(chǎn)生CO2,趕走裝置中的空氣,防止因NO與O2反應(yīng)生成NO2而產(chǎn)生干擾②驗(yàn)證NO的生成將注射器中的空氣推入E中,若氣體變?yōu)榧t棕色,則說明反應(yīng)生成了NO③吸收多余的氮氧化物,防止污染空氣,防止倒吸解析

(1)①打開活塞使左右大氣相通,加入稀硝酸,液面才能達(dá)到a處。②關(guān)閉或開啟活塞能控制U形管內(nèi)產(chǎn)生氣體的壓強(qiáng),當(dāng)關(guān)閉活塞時(shí),左側(cè)壓強(qiáng)增大,能使銅和稀硝酸分離從而停止反應(yīng)。③一氧化氮是無色氣體,如要證明反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是一氧化氮,需要將活塞打開,使空氣進(jìn)入分液漏斗中,分液漏斗中氣體變?yōu)榧t棕色,則證明反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體是一氧化氮。(2)①裝置中含有空氣,對(duì)NO的檢驗(yàn)有干擾,A產(chǎn)生的CO2可以排除裝置中的空氣。②將注射器F中的空氣推入E中,若氣體變?yōu)榧t棕色,則說明反應(yīng)生成了NO。③氮氧化物是大氣污染物,可用氫氧化鈉溶液吸收,干燥管可以防止倒吸。【變式設(shè)問】乙同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)若缺少裝置A,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否產(chǎn)生影響?為什么?提示

是;缺少裝置A,整個(gè)裝置中有空氣,會(huì)影響銅與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的NO的檢驗(yàn)。變式訓(xùn)練1(2021天津部分區(qū)高一期末)某學(xué)習(xí)小組為研究銅與濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)的差異,設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。下列說法不正確的是(

)A.反應(yīng)開始前通入過量的CO2氣體,目的是排除裝置內(nèi)的空氣B.A中反應(yīng)的離子方程式:Cu+2+4H+===Cu2++2NO2↑+2H2OC.當(dāng)B中0.03mol銅粉被氧化時(shí),B中產(chǎn)生的NO氣體大于0.02molD.C裝置中裝入一定量的水進(jìn)行尾氣處理答案

D任務(wù)二硝酸與金屬反應(yīng)的有關(guān)計(jì)算【問題探究】1.38.4gCu與足量的濃硝酸反應(yīng),銅全部反應(yīng)后,收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是多少?提示

濃硝酸在反應(yīng)中被還原為NO2,Cu被氧化為Cu2+,反應(yīng)中Cu失去電子

×2=1.2

mol,所以硝酸在反應(yīng)中得到電子1.2

mol,生成NO2的物質(zhì)的量為1.2

mol,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1.2

mol×22.4

L·mol-1=26.88

L。2.上述反應(yīng)中,參與反應(yīng)的硝酸的總物質(zhì)的量是多少?提示

參與反應(yīng)的硝酸一部分被還原為NO2,一部分以

的形式與Cu2+結(jié)合成Cu(NO3)2,參與反應(yīng)的硝酸的總物質(zhì)的量=被還原成NO2的物質(zhì)的量+與Cu2+結(jié)合的

的物質(zhì)的量=1.2

mol+1.2

mol=2.4

mol。3.38.4gCu與一定量的濃硝酸反應(yīng),銅全部反應(yīng)完后,收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為17.92L,計(jì)算混合氣體中NO2和NO的物質(zhì)的量?！旧罨卣埂?.硝酸與金屬反應(yīng)的計(jì)算方法(1)電子守恒:硝酸與金屬反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng),氮原子得到的電子數(shù)等于金屬原子失去的電子數(shù)。生成1molNO2、NO、N2O、N2、NH4NO3分別得到1mol、3mol、8mol、10mol、8mol電子。(2)原子守恒:HNO3與金屬反應(yīng)時(shí),一部分以

的形式存在,一部分轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物,這兩部分中氮原子的物質(zhì)的量之和與反應(yīng)消耗的HNO3中氮原子的物質(zhì)的量相等。2.硝酸與金屬反應(yīng)的計(jì)算技巧(1)如果金屬被HNO3溶解后,產(chǎn)生的NOx氣體(NO2、NO)與O2充分混合后又用H2O恰好完全吸收,則金屬失去的電子數(shù)等于消耗的O2得到的電子數(shù)。(2)如果金屬被HNO3溶解后,再向溶液中滴加NaOH溶液使金屬陽離子恰好完全沉淀,則金屬失去電子的物質(zhì)的量等于HNO3得到電子的物質(zhì)的量,也等于生成氫氧化物時(shí)消耗的OH-的物質(zhì)的量,因此,m(沉淀)=m(金屬)+m(OH-)=m(金屬)+n(e-)×17g·mol-1[因?yàn)镸Mn+,Mn+M(OH)n]。規(guī)律方法

解答有關(guān)金屬與硝酸反應(yīng)的思維流程

【素能應(yīng)用】典例2將32.64g銅與140mL一定濃度的硝酸溶液反應(yīng),銅完全溶解,產(chǎn)生的NO和NO2混合氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2L。請(qǐng)回答:(1)NO的體積為

L,NO2的體積為

L。

(2)待產(chǎn)生的氣體全部逸出后,向溶液中加入VmLamol·L-1的NaOH溶液,恰好使溶液中的Cu2+全部轉(zhuǎn)化成沉淀,則原HNO3溶液的濃度為

mol·L-1。

(3)欲使銅與硝酸反應(yīng)生成的氣體在NaOH溶液中全部轉(zhuǎn)化為NaNO3,至少需要30%的H2O2溶液

g。

解析

(1)設(shè)生成NO的物質(zhì)的量為x,NO2的物質(zhì)的量為y。解得x=0.26

mol,y=0.24

mol;V(NO)=0.26

mol×22.4

L·mol-1=5.824

L;V(NO2)=0.24

mol×22.4

L·mol-1=5.376

L。變式訓(xùn)練2(2021山東威海高一期末)向27.2gCu和Cu2O的混合物中加入某濃度的稀硝酸0.5L,固體物質(zhì)完全反應(yīng),生成NO和Cu(NO3)2。在所得溶液中加入1.0mol·L-1的NaOH溶液1.0L,此時(shí)溶液呈中性,金屬離子已完全沉淀,沉淀質(zhì)量為39.2g。下列有關(guān)說法不正確的是(

)A.Cu與Cu2O的物質(zhì)的量之比為2∶1B.硝酸的物質(zhì)的量濃度為2.6mol·L-1C.產(chǎn)生的NO在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為4.48LD.Cu、Cu2O與硝酸反應(yīng)后剩余HNO3為0.2mol答案

B解析

設(shè)Cu和Cu2O的物質(zhì)的量分別為x、y,最后得到的39.2

g沉淀為Cu(OH)2,則有64

g·mol-1x+144

g·mol-1y=27.2

g,(x+2y)×98

g·mol-1=39.2

g,聯(lián)立兩式解得:x=0.2

mol,y=0.1

mol,故Cu與Cu2O的物質(zhì)的量之比為0.2

mol∶0.1

mol=2∶1,A正確;據(jù)銅原子守恒可知反應(yīng)生成Cu(NO3)2的物質(zhì)的量為0.2

mol+0.1

mol×2=0.4

mol,反應(yīng)中失電子的總物質(zhì)的量為0.2

mol×2+0.2

mol×1=0.6

mol,根據(jù)得失電子守恒推知,反應(yīng)生成NO為0.2

mol,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.2

mol×22.4

L·mol-1=4.48

L,C正確;金屬離子完全沉淀時(shí),溶液中溶質(zhì)為NaNO3,則原硝酸溶液中n(HNO3)=n(NaNO3)+n(NO)=1.0

mol·L-1×1.0

L+0.2

mol=1.2

mol,故c(HNO3)==2.4

mol·L-1,B錯(cuò)誤;結(jié)合氮原子守恒可知,Cu、Cu2O與硝酸反應(yīng)后剩余HNO3的物質(zhì)的量為n(NaNO3)-2n[Cu(NO3)2]=1.0

mol-2×0.4

mol=0.2

mol,D正確。任務(wù)三酸雨的危害與防治【問題探究】酸雨對(duì)環(huán)境危害巨大,圖1是酸雨形成示意圖,圖2是德國(guó)的一座大理石雕像在60年間的變化。1.排放到大氣中的SO2是如何轉(zhuǎn)化成硫酸型酸雨的?請(qǐng)結(jié)合化學(xué)方程式描述轉(zhuǎn)化路徑。提示

排放到空氣中的SO2在氧氣和水蒸氣的共同作用下形成酸霧,隨雨水降落成為硫酸型酸雨。發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式如下:2.排放到大氣中的氮氧化物是如何轉(zhuǎn)化成硝酸型酸雨的?請(qǐng)結(jié)合化學(xué)方程式描述轉(zhuǎn)化路徑。提示

排放到空氣中的氮氧化物,NO與O2反應(yīng)生成NO2,NO2與空氣中的水蒸氣反應(yīng)生成HNO3,隨雨水降落成為硝酸型酸雨;發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO。3.為防治酸雨,降低煤燃燒時(shí)向大氣排放的SO2,工業(yè)上將生石灰和含硫煤混合后使用。請(qǐng)寫出燃燒時(shí),有關(guān)“固硫”(不使含硫化合物進(jìn)入大氣)反應(yīng)的化學(xué)方程式:

。

答案

CaO+SO2===CaSO3、2CaSO3+O2===2CaSO4【深化拓展】SO2和氮的氧化物的吸收、轉(zhuǎn)化(1)NaOH溶液吸收SO2+2NaOH===Na2SO3+H2ONO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O(2)氨氣吸收

(3)汽車尾