高中化学第3章 物质的性质与转化本章综合与测试优质导学案

专题　关于硝酸与金属反应的计算方法

1．得失电子守恒法

硝酸与金属反应属于氧化还原反应，氮原子得到的电子总数等于金属原子失去的电子总数。

如果金属被HNO3溶解后，产生的NOx气体(NO2、NO)与O2充分混合后又用H2O恰好完全吸收，则金属失去的电子数等于消耗的O2得到的电子数。

2．原子守恒法

硝酸与金属反应时，HNO3中的NO一部分仍以NO的形式存在，另一部分转化为还原产物，这两部分中N的物质的量之和与反应消耗的HNO3中N的物质的量相等。

3．利用离子方程式计算

硝酸与硫酸混合液跟金属的反应，当金属足量时，不能用HNO3与金属反应的化学方程式计算，应用离子方程式计算，因为生成的硝酸盐中的NO与硫酸电离出的H＋仍能继续与金属反应，如3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。

4．如果金属被HNO3溶解后，再向溶液中滴加NaOH溶液使金属阳离子恰好完全沉淀，则金属失去电子的物质的量等于HNO3得到电子的物质的量，也等于生成氢氧化物时消耗的OH－的物质的量，因此，m(沉淀)＝m(金属)＋m(OH－)＝m(金属)＋n(e－)×17 g·mol－1[因为MMn＋，Mn＋M(OH)n]。

例1　38.4 mg Cu与适量的浓硝酸反应，Cu全部反应后，共收集到22.4 mL(标准状况下)气体。反应消耗的HNO3的物质的量可能是(　　)

A．1.0×10－3 mol  B．1.6×10－3 mol

C．2.2×10－3 mol  D．2.4×10－3 mol

[解析]　Cu跟浓硝酸反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。随着反应的进行，浓硝酸会逐渐变成稀硝酸，反应则变为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。

方法一：极端假设法

n(Cu)＝＝6.0×10－4 mol

若38.4 mg Cu全部与浓硝酸反应，则可求得参加反应的硝酸的物质的量为6.0×10－4 mol×4 ＝2.4×10－3 mol，产生的NO2标准状况下的体积为6.0×10－4 mol×2×22.4 L·mol－1×103＝26.88 mL；若38.4 mg Cu全部与稀硝酸反应，则可求得参加反应的硝酸的物质的量为6.0×10－4 mol×＝1.6×10－3 mol，产生的NO标准状况下的体积为6.0×10－4 mol××22.4 L·mol－1×103＝8.96 mL。事实上Cu应先与浓硝酸反应，浓硝酸变稀后，又与稀硝酸反应，所以消耗的硝酸的物质的量应在1.6×10－3 mol和2.4×10－3 mol之间。观察选项可知应选C。

方法二：物料守恒法

参加反应的硝酸一部分作酸，一部分作氧化剂被还原(其中一部分被还原为NO2，另一部分被还原为NO)，故n(HNO3)＝n[HNO3(作酸)]＋n[HNO3(作氧化剂)]＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)＋n(NO)＝2×＋＝2.2×10－3 mol。

[答案]　C

例2　足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、NO的混合气体，这些气体与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5 mol·L－1 NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是(　　)

A．60 mL  B．45 mL

C．30 mL  D．15 mL

[解析]　由题意分析反应过程中的转化关系：

HNO3NO2、NOHNO3

由此可知Cu失去的电子全部转移给了O,2CuO2，则n(Cu)＝2n(O2)＝＝0.15 mol。根据Cu2＋～2NaOH得n(NaOH)＝2n(Cu)，故V(NaOH)＝＝0.06 L＝60 mL。

[答案]　A