9 专题突破(二) 硝酸与金属反应的相关计算-【金版新学案】2024-2025学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019 双选）

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 Cu­Zn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？ 谢 谢 观 看 ！ 第 五 章 　 化 工 生 产 中 的 重 要 非 金 属 元 素 返回 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。 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。 n(Cu)＝n(NO2)＋n(NO)＝×0.15 mol＋ 答案：n(Zn)＝n(H2)＝＝0.02 mol，m(Cu)＝3.86 g－m(Zn)＝2.56 g，×100%≈66.3%。 答案：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。 $$