资源简介

1．硝酸与金属反应的计算方法
(1)“原子守恒法”在解题中的应用
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO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，这两部分HNO3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。n(HNO3)总＝x·n[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)。
(2)“电子守恒法”在解题中的应用
HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得到的电子的物质的量等于金属失去的电子的物质的量，即金属失电子的物质的量＝n(NO2)＋3n(NO)。
(3)“电荷守恒法”在解题中的应用
HNO3过量时，反应后溶液中（不考虑OH－）有：
c（NO）＝c(H＋)＋nc(Mn＋)（Mn＋代表金属离子）。
(4)“离子方程法”在解题中的应用
金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，因此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NO进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。
2．思维建模
1．离子方程式法
典例1.在100 mL混合液中，HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4 mol·L-1和0.1 mol·L-1，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（忽略溶液体积的变化）(　　)
A．0.15 mol·L-1 B．0.225 mol·L-1
C．0.35 mol·L-1 D．0.45 mol·L-1
答案：B
解析：解答本题要从离子反应的角度来考虑，HNO3电离出的H＋全部消耗完之后，H2SO4提供的H＋可以和NO构成强氧化性环境，继续氧化铜单质。HNO3、H2SO4混合液中H＋总的物质的量为0.06 mol，NO的物质的量为0.04 mol，Cu的物质的量为0.03 mol。
Cu与稀硝酸发生反应：
3Cu　　＋　8H＋　＋　 2NO===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O
3 8 2
0.03 mol 0.06 mol 0.04 mol
H＋不足量，应根据H＋的物质的量来计算。
3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O
8 3
0.06 mol n(Cu2+)
n(Cu2+)＝0.06 mol×＝0.022 5 mol，
c(Cu2+)＝＝0.225 mol·L-1。
2．原子守恒法
典例2.足量的铜和含有2.4×10-3 mol硝酸的某浓硝酸完全反应，共收集到标准状况下气体22.4 mL。参加反应的铜的质量是(　　)
A．3.84×10-2 g B．4.48×10-2 g
C．4.83×10-2 g D．5.76×10-2 g
答案：B
解析：第一步：计算被还原硝酸的物质的量。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。无论参加反应比例多少，被还原的硝酸全部转化为NO或NO2，根据氮原子守恒，则被还原硝酸的物质的量＝收集到的气体的物质的量＝＝1×10-3 mol。
第二步：计算生成硝酸铜的物质的量。根据硝酸（或氮原子）守恒，参加反应的硝酸减去被还原的，就是转化为盐类的硝酸，因此生成硝酸铜的物质的量＝＝7×10-4 mol。
第三步：计算铜的质量。根据铜原子守恒，参加反应的铜的物质的量与生成硝酸铜的物质的量相等，则参加反应的铜的质量＝7×10-4 mol×64 g·mol-1＝4.48×10-2 g。
3．电荷守恒法
典例3.3.2 g Cu与过量硝酸(8 mol·L-1，30 mL)充分反应，硝酸的还原产物有NO2和NO，反应后溶液中所含H＋为a mol，则此时溶液所含NO为(　　)
A．a mol B．(0.2＋a) mol
C．(0.1＋a) mol D．(0.38＋a) mol
答案：C
解析：反应后溶液中的溶质为Cu(NO3)2和HNO3，由于溶液呈电中性，由电荷守恒：n（NO）＝n(H＋)＋2n(Cu2+)＝a mol＋2×＝(a＋0.1) mol。
4．电子守恒法
典例4.5.12 g Cu和一定质量的稀硝酸反应，当Cu反应完全时，共收集到标准状况下的气体3.36 L，若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中，需通入多少升标准状况下的氧气才能使集气瓶充满溶液？
答案：0.896 L
解析：铜失去电子的物质的量＝被还原的硝酸得到电子的物质的量＝NO转化为HNO3失去电子的物质的量＝消耗的氧气得到的电子的物质的量，省去中间计算过程，即可简化为铜失去电子的物质的量＝氧气得电子的物质的量。则有：
n(Cu)×2＝n(O2)×4，n(Cu)＝＝0.08 mol，代入上式得：n(O2)＝0.04 mol，
V(O2)＝0.04 mol×22.4 L·mol-1＝0.896 L。
针对练1.一定质量的金属铜，加入50 mL 10 mol/L的浓硝酸充分反应后，铜完全溶解，共放出标准状况下的气体4.48 L。
(1)若气体只有NO2，计算铜的质量。
(2)若气体为NO2和NO，且硝酸也恰好完全反应，计算铜的质量。
答案：(1)6.4 g　(2)9.6 g
解析：(1)一定质量的金属铜，加入50 mL 10 mol/L的浓硝酸充分反应后，若气体只有NO2，反应的方程式是Cu＋4HNO3（浓）===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，n(NO2)＝4.48 L÷22.4 L/mol＝0.2 mol，则根据方程式可知反应消耗的铜的物质的量是0.1 mol，则其质量是m(Cu)＝0.1 mol×64 g/mol＝6.4 g；(2)若气体为NO2和NO，且硝酸也恰好完全反应，则发生的反应有Cu＋4HNO3（浓）===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。假设反应产生的NO2、NO的物质的量分别是x、y；则根据反应方程式可知：2x＋4y＝10 mol/L×0.05 L，x＋y＝4.48 L÷22.4 L/mol，解得x＝0.15 mol，y＝0.05 mol，则根据方程式可知反应消耗的铜的物质的量是n(Cu)＝n(NO2)＋n(NO)＝×
0．15 mol＋×0.05 mol＝0.15 mol，n(Cu)＝0.15 mol×64 g/mol＝9.6 g。
针对练2.把3.86 g Cu Zn合金粉末放入40 mL 2.0 mol/L的稀硫酸中，完全反应产生气体448 mL（标准状况）。试计算：（必须列出计算过程，计算结果保留1位小数）
(1)合金中铜的质量分数。
(2)再向上述溶液中滴加稀硝酸，要使金属完全溶解，最少需要2.0 mol/L的硝酸多少毫升？
答案：(1)n(Zn)＝n(H2)＝＝0.02 mol，m(Cu)＝3.86 g－m(Zn)＝2.56 g，×100%≈66.3%。
(2)n(Cu)＝＝0.04 mol，因为溶液中有剩余的H＋，H＋过量，实际最少需要硝酸的物质的量按NO物质的量计算，NO的物质的量为n（NO）＝n(Cu)，V(HNO3)＝V（NO）＝＝≈0.0133 L＝13.3 mL。(共16张PPT)
专题突破(二)　硝酸与金属反应的相关计算
　
第五章　化工生产中的重要非金属元素
1．硝酸与金属反应的计算方法
(1)“原子守恒法”在解题中的应用
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO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，这两部分HNO3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。n(HNO3)总＝x·n[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)。
(2)“电子守恒法”在解题中的应用
HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得到的电子的物质的量等于金属失去的电子的物质的量，即金属失电子的物质的量＝n(NO2)＋3n(NO)。
(3)“电荷守恒法”在解题中的应用
HNO3过量时，反应后溶液中(不考虑OH－)有：
c(NO )＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。
(4)“离子方程法”在解题中的应用
金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO 在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，因此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NO 进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。
2．思维建模
1．离子方程式法
在100 mL混合液中，HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4 mol·L-1和0.1 mol·L-1，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(忽略溶液体积的变化)
A．0.15 mol·L-1 B．0.225 mol·L-1
C．0.35 mol·L-1 D．0.45 mol·L-1
√
典例
1
解答本题要从离子反应的角度来考虑，HNO3电离出的H＋全部消耗完之后，H2SO4提供的H＋可以和NO 构成强氧化性环境，继续氧化铜单质。HNO3、H2SO4混合液中H＋总的物质的量为0.06 mol，NO 的物质的量为0.04 mol，Cu的物质的量为0.03 mol。
Cu与稀硝酸发生反应：
3Cu　　＋　8H＋　＋　 2NO ===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O
3 8 2
0.03 mol 0.06 mol 0.04 mol
H＋不足量，应根据H＋的物质的量来计算。
2．原子守恒法
足量的铜和含有2.4×10-3 mol硝酸的某浓硝酸完全反应，共收集到标准状况下气体22.4 mL。参加反应的铜的质量是
A．3.84×10-2 g B．4.48×10-2 g
C．4.83×10-2 g D．5.76×10-2 g
√
典例
2
第一步：计算被还原硝酸的物质的量。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。无论参加反应比例多少，被还原的硝酸全部转化为NO或NO2，根据氮原子守恒，则被还原硝酸的物质的量＝收集到的气体的物质的量＝ ＝1×10-3 mol。
第二步：计算生成硝酸铜的物质的量。根据硝酸(或氮原子)守恒，参加反应的硝酸减去被还原的，就是转化为盐类的硝酸，因此生成硝酸铜的物质的量＝ ＝7×10-4 mol。
第三步：计算铜的质量。根据铜原子守恒，参加反应的铜的物质的量与生成硝酸铜的物质的量相等，则参加反应的铜的质量＝7×10-4 mol×64 g·mol-1＝4.48×10-2 g。
3．电荷守恒法
3.2 g Cu与过量硝酸(8 mol·L-1，30 mL)充分反应，硝酸的还原产物有NO2和NO，反应后溶液中所含H＋为a mol，则此时溶液所含NO 为
A．a mol B．(0.2＋a) mol
C．(0.1＋a) mol D．(0.38＋a) mol
√
典例
3
4．电子守恒法
5.12 g Cu和一定质量的稀硝酸反应，当Cu反应完全时，共收集到标准状况下的气体3.36 L，若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中，需通入多少升标准状况下的氧气才能使集气瓶充满溶液？
答案：0.896 L
典例
4
铜失去电子的物质的量＝被还原的硝酸得到电子的物质的量＝NO转化为HNO3失去电子的物质的量＝消耗的氧气得到的电子的物质的量，省去中间计算过程，即可简化为铜失去电子的物质的量＝氧气得电子的物质的量。则有：
n(Cu)×2＝n(O2)×4，n(Cu)＝ ＝0.08 mol，代入上式得：n(O2)＝0.04 mol，
V(O2)＝0.04 mol×22.4 L·mol-1＝0.896 L。
针对练1．一定质量的金属铜，加入50 mL 10 mol/L的浓硝酸充分反应后，铜完全溶解，共放出标准状况下的气体4.48 L。
(1)若气体只有NO2，计算铜的质量。
答案：6.4 g
一定质量的金属铜，加入50 mL 10 mol/L的浓硝酸充分反应后，若气体只有NO2，反应的方程式是Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，n(NO2)＝4.48 L÷22.4 L/mol＝0.2 mol，则根据方程式可知反应消耗的铜的物质的量是0.1 mol，则其质量是m(Cu)＝0.1 mol×64 g/mol＝6.4 g；
(2)若气体为NO2和NO，且硝酸也恰好完全反应，计算铜的质量。
答案：9.6 g
若气体为NO2和NO，且硝酸也恰好完全反应，则发生的反应有Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8HNO3(稀) ===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。假设反应产生的NO2、NO的物质的量分别是x、y；则根据反应方程式可知：2x＋4y＝10 mol/L×0.05 L，x＋y＝4.48 L÷22.4 L/mol，解得x＝0.15 mol，y＝0.05 mol，则根据方程式可知反应消耗的铜的物质的量是
×0.05 mol＝0.15 mol，n(Cu)＝0.15 mol×64 g/mol＝9.6 g。
针对练2．把3.86 g Cu Zn合金粉末放入40 mL 2.0 mol/L的稀硫酸中，完全反应产生气体448 mL(标准状况)。试计算：(必须列出计算过程，计算结果保留1位小数)
(1)合金中铜的质量分数。
(2)再向上述溶液中滴加稀硝酸，要使金属完全溶解，最少需要2.0 mol/L的硝酸多少毫升？

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