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微课2　硝酸与金属反应的相关计算
1．原子守恒
硝酸与金属单质或化合物反应，一部分以的形式存在，另一部分转化为还原产物，这两部分中氮原子的物质的量之和与反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量相等。
2．得失电子守恒
硝酸与金属单质或化合物的反应中，HNO3得到电子的物质的量等于金属原子失去电子的物质的量。
3．变价金属与硝酸的反应
如铁与稀硝酸的反应：
Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；
3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
(1)≥4，氧化产物为Fe(NO3)3；
(2)，氧化产物为Fe(NO3)2；
(3)<<4，氧化产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。
4．硝酸和硫酸的混合酸与金属反应
金属与HNO3、H2SO4的混合酸反应时，由于硝酸盐中在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，故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＋或进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。
例 将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生标准状况下的一氧化氮和二氧化氮混合气体共11.2 L。请回答下列问题：
(1)产生一氧化氮的体积为________ L(标准状况下)。
(2)待反应结束后，向溶液中加入V mL a mol·L-1氢氧化钠溶液，恰好使溶液中的Cu2+全部转化为沉淀，则原硝酸的浓度为__________(不必化简)mol·L-1。
(3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在氢氧化钠溶液中全部转化为硝酸钠，至少需要氧气________ mol。
[随堂笔记]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
归纳总结
硝酸与金属反应相关计算的思维建模
[变式演练] 你学会了吗？
1．(离子方程式法)有某硫酸和硝酸的混合溶液20 mL，其中含有硫酸的浓度为2 mol·L-1，含硝酸的浓度为1 mol·L-1，现向其中加入6.4 g铜粉，充分反应后，剩余铜的质量为(　　)
A．0.56 g B．1.12 g
C．2.24 g D．4.48 g
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
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，则此时溶液所含为(　　)
A．a mol B．(0.2＋a) mol
C．(0.1＋a) mol D．(0.38＋a) mol
4．(电子守恒法)5.12 g Cu和一定质量的浓硝酸反应，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，标准状况下需通入________L氧气才能使集气瓶充满溶液。
微课2　硝酸与金属反应的相关计算
例　解析：(1)该过程发生两个反应3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，Cu＋4HNO3(浓 Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。设生成的NO和NO2的物质的量分别为x、y，则x＋y＝0.5 mol，1.5x＋0.5y＝
故标准状况下
(2)"在反应过程中，一部分表现酸性，另一部分表现氧化性。由溶液中的恰好全部转化为沉淀，则表现酸性的的物质的量为 ，表现氧化性的
的物质的量为 故原硝酸中的物质的量为＝ mol·L-1。(3)通入氧气的目的是将0.26 mol NO和0.24 mol NO2全部转化为HNO3。根据得失电子守恒4n(O2)＝3n(NO)＋n(NO2)＝3×0.26 mol＋0.24 mol＝1.02 mol，则n(O2)＝0.255 mol。
答案：(1)5.824　(2)　(3)0.255
变式演练
1．解析：n(HNO3)＝1 mol·L-1×0.02 L＝0.02 mol，n(H2SO4)＝2 mol·L-1×0.02 L＝0.04 mol，n(H＋)＝n(HNO3)＋2n(H2SO4)＝0.02 mol＋0.04 mol×2＝0.1 mol，n(Cu)＝＝0.1 mol，发生反应为＋8H＋===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O，根据反应的离子方程式可知＝0.02 mol，则n(H＋)消耗＝0.08 mol，可以溶解0.03 mol铜单质，故剩余铜的质量为(0.1－0.03) mol×64 g·mol-1＝4.48 g。
答案：D
2．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反应的化学方程式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，参加反应的硝酸除去被还原的，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。
答案：B
3．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，由电荷守恒可知＝a mol＋2×＝(a＋0.1) mol。
答案：C
4．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＝NOx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)＝＝0.04 mol，V(O2)＝0.04 mol×22.4 L·mol-1＝0.896 L。
答案：0.896(共16张PPT)
微课2　硝酸与金属反应的相关计算
1．原子守恒
硝酸与金属单质或化合物反应，一部分以的形式存在，另一部分转化为还原产物，这两部分中氮原子的物质的量之和与反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量相等。
2．得失电子守恒
硝酸与金属单质或化合物的反应中，HNO3得到电子的物质的量等于金属原子失去电子的物质的量。
3．变价金属与硝酸的反应
如铁与稀硝酸的反应：
Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；
3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
(1)≥4，氧化产物为Fe(NO3)3；
(2)，氧化产物为Fe(NO3)2；
(3)<<4，氧化产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。
4．硝酸和硫酸的混合酸与金属反应
金属与HNO3、H2SO4的混合酸反应时，由于硝酸盐中在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，故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＋或进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。
例 将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生标准状况下的一氧化氮和二氧化氮混合气体共11.2 L。请回答下列问题：
(1)产生一氧化氮的体积为________ L(标准状况下)。
(2)待反应结束后，向溶液中加入V mL a mol·L-1氢氧化钠溶液，恰好使溶液中的Cu2+全部转化为沉淀，则原硝酸的浓度为__________(不必化简)mol·L-1。
(3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在氢氧化钠溶液中全部转化为硝酸钠，至少需要氧气________ mol。
5.824
0.255
解析：(1)该过程发生两个反应3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，Cu＋4HNO3(浓 Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。设生成的NO和NO2的物质的量分别为x、y，则x＋y＝0.5 mol，1.5x＋0.5y＝
故标准状况下
(2)在反应过程中，一部分表现酸性，另一部分表现氧化性。由溶液中的恰好全部转化为沉淀，则表现酸性的的物质的量为 ，表现氧化性的的物质的量为
故原硝酸中的物质的量为
＝ mol·L-1。
(3)通入氧气的目的是将0.26 mol NO和0.24 mol NO2全部转化为HNO3。根据得失电子守恒4n(O2)＝3n(NO)＋n(NO2)＝3×0.26 mol＋0.24 mol＝1.02 mol，则n(O2)＝0.255 mol。
归纳总结
硝酸与金属反应相关计算的思维建模
[变式演练] 1．(离子方程式法)有某硫酸和硝酸的混合溶液20 mL，其中含有硫酸的浓度为2 mol·L-1，含硝酸的浓度为1 mol·L-1，现向其中加入6.4 g铜粉，充分反应后，剩余铜的质量为(　　)
A．0.56 g B．1.12 g
C．2.24 g D．4.48 g
答案：D
解析：n(HNO3)＝1 mol·L-1×0.02 L＝0.02 mol，n(H2SO4)＝2 mol·L-1×0.02 L＝0.04 mol，n(H＋)＝n(HNO3)＋2n(H2SO4)＝0.02 mol＋0.04 mol×2＝0.1 mol，n(Cu)＝＝0.1 mol，发生反应为＋8H＋===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O，根据反应的离子方程式可知＝0.02 mol，则n(H＋)消耗＝0.08 mol，可以溶解0.03 mol铜单质，故剩余铜的质量为(0.1－0.03) mol×64 g·mol-1＝4.48 g。
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
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反应的化学方程式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，参加反应的硝酸除去被还原的，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，由电荷守恒可知＝a mol＋2×＝(a＋0.1) mol。
4．(电子守恒法)5.12 g Cu和一定质量的浓硝酸反应，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，标准状况下需通入________L氧气才能使集气瓶充满溶液。
0.896
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＝NOx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)＝＝0.04 mol，V(O2)＝0.04 mol×22.4 L·mol-1＝0.896 L。

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