高中化學(xué)必修1：微專題九硝酸與金屬反應(yīng)的相關(guān)計算

1、高中化學(xué)必修課程思維模型(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，NO3又被還原為NO。(2)稀硝酸與鐵反應(yīng)Fe(少量)+ 4HNO3(稀尸=Fe(NO3)3+NO T + 2H2。；3Fe(過量)+8HNO3(稀)=3Fe(NO3"+2NO T + 4H2。n HINO3 ",產(chǎn)物為 Fe(NO3)3； n Fen HNO3 J 產(chǎn)物為 Fe(NO3)2n Fe 3一8 n HNO33< n Fe <4，廣物為 Fe(NO3)3 和 Fe(NO3)2。計算方法(1

2、)原子守恒法：HNO3與金屬反應(yīng)時，一部分 HNO3起酸的作用，以 NO3的形式存在于溶液 中，另一部分HNO 3作為氧化劑轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物 NOx, NO3和NOx中氮原子的總物質(zhì)的量等 于反應(yīng)消耗的HNO 3中氮原子的物質(zhì)的量。(2)得失電子守恒法：HNO 3與金屬的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，HNO 3中氮原子得到電子的物質(zhì)的量等于金屬失去電子的物質(zhì)的量。(3)電荷守恒法：HNO 3過量時，反應(yīng)后溶液中(不考慮 OH)有c(NO 3) = c(H+) + xc(Mx+)(M x+ 代表金屬離子)。(4)離子方程式計算法：金屬與 H2SO4、HNO3的混合酸反應(yīng)時，由于硝酸鹽中 NO3在H2SO4

3、 提供h+的條件下能繼續(xù)與金屬反應(yīng)， 故此類題目應(yīng)用離子方程式來計算。 先作過量判斷，然 后根據(jù)完全反應(yīng)的金屬或 H+或NO3進行相關(guān)計算，且要符合電荷守恒。1.足量的銅和含有2.4X10 3 mol硝酸的某濃硝酸完全反應(yīng)，共收集到標(biāo)準狀況下氣體22.4 mL。參加反應(yīng)的銅的質(zhì)量是()A.38.4 X 10 3 gB.44.8X 10 3 gC.48.3X 10 3 gD.57.6 X 10 3 g答案B解析銅與濃硝酸可能發(fā)生的化學(xué)方程式：Cu+ 4HNO3(濃)=Cu(NO3)2 + 2NO2 T + 2H2O,3Cu + 8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2 + 2NO T + 22.4X

4、 10 3 L4H2。被還原硝酸的物質(zhì)的量=2.4X 10 3 mol 1 x 10 3 mol2= 7X-=1X 10 3 mol,生成硝酸銅的物質(zhì)的量=22.4 L mol 110 4 mol,參加反應(yīng)的銅的質(zhì)量=7X 10 4 mol X 64 g mol1 = 44.8X 10 3 go2 .將19.5 g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)時收集到3 1.2 L NO、NO2混合氣（標(biāo)準狀況下），則所消耗硝酸的物質(zhì)的量是（）B.1.1 molD.0.8 molA.1.2 molC.0.9 mol答案B解析 鋅和濃硝酸反應(yīng)生成NO2,而與稀硝酸反應(yīng)時則生成NO,

5、 n（NO2）+n（NO）=11.2 L =0.5 mol,即被還原的硝酸的物質(zhì)的量為0.5 mol, n（Zn） = 119.5 g = 0.3 mol,4 2.4 L mol65 g mol則生成的nZn（NO 3）2 = 0.3 mol,可知表現(xiàn)酸性的硝酸的物質(zhì)的量為0.3 mol x 2= 0.6 mol ,則參加反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量為0.5 mol + 0.6 mol = 1.1 mol。5 .（2018遼寧本溪高級中學(xué)期中）某金屬單質(zhì)與一定濃度的硝酸反應(yīng)，假定只有一種還原產(chǎn)物，當(dāng)參加反應(yīng)的金屬與被還原的硝酸的物質(zhì)的量之比為2 ： 1時，還原產(chǎn)物可能是（）A.NO2B.NOC.N2O

6、D.N2答案C解析設(shè)反應(yīng)后金屬元素的化合價為n, HNO 3的還原產(chǎn)物中氮的化合價為x,則由得失電子守恒得：2X（n 0）=1X（5x）,即 x= 52n。討論：當(dāng)n = +1時，x= +3, HNO 3的還原產(chǎn)物為 N2O3;當(dāng)n= +2時，x=+1, HNO3的還原產(chǎn)物為 N2O；當(dāng)n= +3時，x=1,不合理，舍去。由于金屬離子一般不出現(xiàn)+4以及以上的價態(tài)，故不再討論。6 .（2019長春九校聯(lián)考）足量銅與一定量濃硝酸反應(yīng)，得到硝酸銅溶液和 NO2、NO的混合氣體，這些氣體與1.68 L。2（標(biāo)準X況）混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中逐滴加入60 mL

7、NaOH溶液至Cu#恰好完全沉淀，則NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度是（）A.3 mol L- 1B.4 mol L 1C.5 mol l_- 1D.6 mol L 1答案C解析縱觀整個過程，由電子轉(zhuǎn)移守恒，可知Cu提供電子等于氧氣獲得的電子，即 Cu提168 L供的電子的物質(zhì)的量為： -X 4= 0.3 mol,向所得硝酸銅溶椒中加入NaOH溶放至22.4 L mol 1Cu2 +恰好完全沉淀，沉淀為Cu(OH)2,由電荷守恒可知，Cu提供電子的物質(zhì)的量等于氫氧化 銅中氫氧根的物質(zhì)的量，故 n(NaOH) = 0.3 mol,故NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為翳=5 mol L J故選C。2.24 L

8、(不考慮NO27 .一定量的銅與一定濃度的硝酸反應(yīng)，生成的氣體在標(biāo)準狀況下的體積為與N2O4的轉(zhuǎn)化)，則反應(yīng)消耗銅和硝酸的物質(zhì)的量分別為()A.n(Cu) = 0.05 mol n(HNO 3)= 0.2 molB.n(Cu) = 0.15 mol n(HNO 3) = 0.4 molC.0.05 mol< n(Cu)<0.15 mol 0.2 mol< n(HNO 3)<0.4 molD.0.05 mol < n(Cu) < 0.15 mol 0.2 mol < n(HNO 3)< 0.4 mol答案D解析設(shè)反應(yīng)消耗Cu的物質(zhì)的量為x, HNO

9、3的物質(zhì)的量為V。(1)若為稀硝酸，則有3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3"+2NO T + 4H2O3 mol 8 mol44.8 Lxy2.24 L解得 x= 0.15 mol, y= 0.4 mol。(2)若為足量的濃硝酸，則有Cu+ 4HNO 3(濃)=Cu(NO3)2+ 2NO2 T + 2H2。1 mol 4 mol44.8 Lxy2.24 L解得 x= 0.05 mol, y= 0.2 mol。(3)若為濃硝酸且量不足，則反應(yīng)按上述兩個反應(yīng)進行，反應(yīng)開始階段按(2)進行，之后按(1)進行，反應(yīng)生成的氣體為 NO2和NO的混合氣體。消耗的 Cu和HNO 3的物質(zhì)的量

10、介于前兩種情況之間，即反應(yīng)消耗的Cu的物質(zhì)的量在 0.05 mol至0.15 mol之間，消耗的 HNO3的物質(zhì)的量在 0.2 mol至0.4 mol之間。6.有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸，其中H2SO4和HNO 3的物質(zhì)的量濃度分別是 4 mol L11和2 mol L 1,取10 mL此混合酸，向其中加入過量的鐵粉，待反應(yīng)結(jié)束后，可產(chǎn)生標(biāo)準狀況下的氣體的體積為(設(shè)反應(yīng)中的HNO3被還原為NO)( )5高中化學(xué)必修課程A.0.448 LB.0.672 LC.0.896 LD.0.224 L答案 B解析根據(jù)題意可知，10 mL 混酸中含有 n(H+) = 4 mol L-1x 2X0.01 L

11、+ 2 mol L 1 x 0.01 L=0.1 mol , n(NO3) = 2 mol L- 1 X0.01 L =0.02 mol,因為鐵過量，鐵先和稀硝酸發(fā)生反應(yīng)：3Fe+ 8H + + 2NO3 =3Fe2+ + 2NO T + 4H 2O0.08 mol 0.02 mol 0.02 mol則反應(yīng)后剩余 n(H +)= 0.1 mol 0.08 mol = 0.02 mol,過量的鐵繼續(xù)與 H+反應(yīng)：Fe+2H+=Fe2+ + H2 T0.02 mol 0.01 mol所以反應(yīng)產(chǎn)生氣體的總物質(zhì)的量為n(NO) + n(H2)= 0.02 mol + 0.01 mol = 0.03 m

12、ol ,標(biāo)準狀況下的氣體體積為 0.03 mol X 22.4 L mol 1 = 0.672 L。7 .(2019長沙調(diào)研)足量銅與一定量的濃硝酸反應(yīng)，得到硝酸銅溶液和NO2、NO的混合氣體8 .24 L(標(biāo)準大況),這些氣體與一定體積 02(標(biāo)準大況)混合后通入水中， 所有氣體完全被水吸 收生成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入50 mL 4 mol L 1 NaOH溶液，則Cu2+恰好完全沉淀。下列說法正確的是()A. 此反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移的電子為0.3 molB.混合氣體中含NO2 1.12 LC.參加反應(yīng)的 HNO3是0.4 molD.消耗氧氣的體積為 1.68 L答案 B解析6高中化學(xué)必修

13、課程由銅原子守恒可知：n(Cu) = 0.1 mol,轉(zhuǎn)移電子0.2 mol, A項錯誤；設(shè)生成的NO的物質(zhì)的量為x, NO2的物質(zhì)的量為v；x+ y= 0.1 molx= 0.05 mol3x+y=0.2 mol ?,貝U V(NO2)= 1.12 L,y= 0.05 mol得失電子守恒B項正確；由 N原子守恒：參加反應(yīng)的HNO3的物質(zhì)的量 n(HNO3)= n(NO)+n(NO2)+2X nCu(NO 3)2 = 0.3 mol, C項錯誤；由得失電子守恒，可知O2得到的電子與銅失去的電子一定相等，則 n(O2)= n-CU- = 0.05 mol, V(O2)= 1.12 L, D 項錯

14、誤。8.(2019武漢高一檢測)如圖表示Cu與HNO3反應(yīng)的量的關(guān)系，A、B、C、D四點中表示銅與 稀硝酸反應(yīng)中被還原的 HNO3與Cu的量的關(guān)系的點是()答案A解析Cu與稀硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO 3)2+ 2NO T +4H2。，1、，由化學(xué)萬程式可知參加反應(yīng)的HNO 3只有4被還原，故被還原的 HNO3與Cu的關(guān)系為3Cu2HNO3(被還原)。9.將128 g銅置于一定量的濃硝酸中并微熱。當(dāng)銅片完全消失時，共收集到NO2和NO的混合氣體44.8 L(標(biāo)準犬況)。(1)寫出上述過程中有關(guān)反應(yīng)的離子方程式：(2)完成該反應(yīng)至少需要量取10 mol L- 1

15、的濃硝酸 mL。(3)混合氣體中NO2的體積為 L , NO的體積為 L(均為標(biāo)準狀況下)。(4)將收集上述氣體的容器倒扣在盛有水的水槽中，并向其中緩慢通入O2使其充分反應(yīng)，若要使溶液恰好充滿容器，則理論上需要參加反應(yīng)的。2的物質(zhì)的量為 mol。答案(1)Cu +4H + 2NO3 =Cu2+ + 2NO2 T + 2H2O 3Cu + 8H + + 2NO 3 =3Cu2+ + 2NO T + 4H2O (2)600 22.4 22.4 (4) 1解析(1)首先是濃硝酸與銅發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生硝酸銅、二氧化氮和水，然后當(dāng)反應(yīng)進行到一定程度時，硝酸變稀后，稀硝酸與銅發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生硝酸銅、一氧化氮和水，反

16、應(yīng)的離子方程式是 Cu +4H + 2NO3= Cu2+ + 2NO2f + 2H2O; 3Cu + 8H + + 2NO3 =3Cu2+ 2NO T +4H2O。(2)反應(yīng)中被還原的HNO3生成NO、NO2混合氣體，混合氣體的物質(zhì)的量為44.8 L及2.4L mol1=2 mol ,未被還原的硝酸生成 Cu(NO 3)2,其物質(zhì)的量為 128 g 64 g m ol 1=2 mol,10由氮原子守恒可知，n(HNO3)= 2nCu(NO3)2+n(NO、NO2)=2 molX2+2 mol = 6 mol,故至少需要硝酸的體積為 6 mol 10 mol L- 1=0.6 L =600 mL

17、。(3)設(shè)混合氣體中 NO2、NO的物質(zhì)的量分別為x mol、y mol,根據(jù)得失電子守恒及二者體積列方程式計算，再根據(jù) V= n Vmx+3y=2X 2計算各自的體積；根據(jù)得失電子守恒及二者體積，可得：，解得x= 1, y=1,x + y = 2故二氧化氮的體積為 1 mol X 22.4 L mo l 1 = 22.4 L, NO 的體積為 1 mol X 22.4 L mo l1 = 22.4L。(4)反應(yīng)又生成HNO3,分析整個過程可知，銅提供的電子等于氧氣獲得的電子，由得失電子守恒可知，需要氧氣的物質(zhì)的量為(2 mol X 2) 4-= 1 mol。10.(2018江蘇省南菁高中期末

18、)為了測定某銅銀合金的組成，將30.0 g合金溶于80.0 mL13.5 mol L 1的濃HNO3中。待合金完全溶解后，收集到氣體6.72 L(標(biāo)準狀況下)并測得H+濃度為1 mol L 假設(shè)反應(yīng)后溶液的體積為80.0 mL,試計算：(1)被還原的硝酸的物質(zhì)的量為 。(2)合金中銀的質(zhì)量分數(shù)為 。(3)確定6.72 L氣體中各成分的物質(zhì)的量為 。答案(1)0.3 mol (2)36% (3)n(NO) = 0.2 mol ; n(NO2)= 0.1 mol解析(1)根據(jù)氮原子守恒可知被還原的硝酸的物質(zhì)的量即為生成氣體的物質(zhì)的量，所以被 一一,6.72 L還原的硝酸的物質(zhì)的量為；=0.3 mol。22.4 L mol 1(2)剩余硝酸是1 mol L 1X0.08 L= 0.08 mol,則參加反應(yīng)的硝酸為13.5 mol L 1 X 0.08 L- 0