新教材2023_2024学年高中化学第3章物质的性质与转化微专题3硝酸与金属反应的相关计算课件鲁科版必修第一册

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微专题3　硝酸与金属反应的相关计算专题阐释1.思维模型 2.计算方法(以Cu与硝酸反应为例)(1)原子守恒法:反应前所有的N元素只存在于HNO3中,反应后含N元素的物质有HNO3的还原产物(假设有NO2、NO)和Cu(NO3)2,则有n(HNO3)消耗=n(NO2)+n(NO)+2n[Cu(NO3)2]。(2)得失电子守恒法:反应中失去电子的是参加反应的Cu,Cu-2e-→Cu2+;得到电子的是被还原的HNO3(假设还原产物为NO2、NO), +e-→NO2、 +3e-→NO。根据得失电子守恒,则有2n(Cu)=n(NO2)+3n(NO)。若将生成的氮的氧化物与过量的氧气共同通入水中,氮的氧化物完全生成硝酸,由于开始反应物为硝酸,中间生成了氮的氧化物,但最终又变回了硝酸,所以相当于铜失的电子最终由氧气得到,则有n(Cu)=2n(O2)。3.常见的两种计算(1)硝酸与铜反应浓硝酸与足量的铜反应,开始浓硝酸被还原为NO2,随着反应的进行,浓硝酸变稀,稀硝酸被还原为NO,向反应后的溶液中加稀硫酸, 又被还原为NO。(2)稀硝酸与铁反应Fe(少量)+4HNO3(稀)══Fe(NO3)3+NO↑+2H2O;3Fe(过量)+8HNO3(稀)══3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O。例1　[2023湖南师大附中高一月考]将一定量的铁粉和铜粉的混合物加入一定量的稀硝酸中,充分反应后剩余固体m1 g,再向溶液中加入一定量的稀硫酸,充分反应后,剩余固体质量为m2 g。则m1和m2的关系是(　　)A.m1>m2 B.m1=m2C.m1≥m2 D.不能确定A解析 将铁与铜的混合物加入少量的稀硝酸中,反应后剩余金属m1 g,该金属为Cu或Cu和Fe的混合物;铁和铜都和硝酸反应生成硝酸盐,再加入硫酸,提供氢离子,在酸性条件下,硝酸盐中的硝酸根具有强氧化性,可继续与剩余的金属反应,金属又会部分溶解,最后剩余金属m2 g,则m1一定大于m2,故A正确。例2　[2023湖南长沙雅礼中学高一月考]向100 mL稀硫酸与稀硝酸的混合溶液中逐渐加入铁粉,假设加入铁粉的质量与产生气体的体积(标准状况下)之间的关系如图所示,且其中每一段只对应一个反应。下列说法正确的是(　　)A.产生H2的体积为2.24 LB.m2=8.4C.所用混合溶液中c(H2SO4)=1.0 mol·L-1D.AB段发生的反应为置换反应B专题精练1.将14 g铜银合金与足量的硝酸反应,放出的气体与标准状况下体积为1.12 L的O2混合后再通入水中,恰好全部吸收,则合金中铜的质量为(　　)A.4.8 g B.3.2 gC.6.4 g D.10.8 gB2.将3.84 g Cu和一定量的浓硝酸反应,当Cu反应完全时,共收集到2.24 L NO2和NO(标准状况,不考虑NO2转化为N2O4)的混合气体,则反应中消耗HNO3的物质的量为(　　)A.0.1 mol B.0.24 molC.0.16 mol D.0.22 molD3.某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL,平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉,最多能溶解19.2 g铜(已知硝酸只被还原为NO气体)。向另一份中逐渐加入铁粉,产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示。下列分析或结果不正确的是(　　)A.原混合酸中H2SO4物质的量为0.8 molB.AB段发生反应的离子方程式为Fe+2Fe3+══3Fe2+C.混合酸中HNO3物质的量浓度为0.2 mol·L-1D.第二份溶液中最终溶质为FeSO4C4.某100 mL混合溶液中,HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4 mol·L-1和0.1 mol·L-1,向该混合溶液中加入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(忽略体积变化)为(　　)A.0.15 mol·L-1 B.0.225 mol·L-1C.0.35 mol·L-1 D.0.45 mol·L-1B解析 解答本题要从离子反应的角度来考虑,H2SO4提供的H+可以和 构成强氧化性环境,继续氧化铜单质。HNO3、H2SO4混合溶液中H+总的物质的量为0.06 mol, 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+　+　2 ══3Cu2++2NO↑+4H2O3 8 20.03 mol 0.06 mol 0.04 molH+量不足,应根据H+的物质的量来计算。 5.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　　　　　　　　 mol·L-1 (不必化简)。 (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。 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=0.51 mol,解得x=0.26 mol,y=0.24 mol,故标准状况下V(NO)=0.26 mol×22.4 L·mol-1=5.824 L。 (2)在反应过程中,HNO3一部分表现酸性,另一部分表现氧化性。由溶液中的Cu2+恰好全部转化为沉淀,则表现酸性的HNO3的物质的量为n(HNO3)=n(NaOH),表现氧化性的HNO3的物质的量为n(HNO3)=n(NO)+n(NO2),故原硝酸中HNO3的物质的量n(HNO3)=n(NaOH)+n(NO)+n(NO2)=(aV×10-3+0.5) mol,则c(HNO3)= 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。