第5章 第2节 微专题突破3 金属与硝酸反应的相关计算（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学必修第二册（人教版2024）

微专题突破3　金属与硝酸反应的相关计算 （见学生用书P36） 【例题】200mL HNO3和H2SO4的混合溶液中，已知：c（H2SO4）＋c（HNO3）＝5.0mol·L－1。则理论上最多能溶解铜的量为（　　） A.0.6mol B.19.2g C.1.5mol D.51.2g 答案　A 解析　由题可知，硝酸为稀溶液，则发生反应3Cu＋8H＋＋2N3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，当氢离子与硝酸根恰好完全反应时，能溶解铜的量最多，即n（H＋）∶n（N）＝4∶1，设混合溶液中硫酸物质的量为x mol，则硝酸物质的量为（1－x） mol，则（2x＋1－x）∶（1－x）＝4∶1，解得x＝0.6 mol，根据化学方程式中的计量关系得，溶解铜的物质的量为0.6 mol，A项正确。 1.金属与硝酸反应的思维模型 （1）硝酸与铜反应 浓硝酸与足量的铜反应，开始时浓硝酸被还原为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，剩余的N可继续被还原为NO。 （2）稀硝酸与铁反应 少量铁：Fe＋4HNO3（稀）Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O 过量铁：3Fe＋8HNO3（稀）3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O ①当≥4，产物为Fe（NO3）3 ②当≤，产物为Fe（NO3）2 ③当＜＜4，产物为Fe（NO3）3和Fe（NO3）2 2.守恒思想在计算中的应用 （1）原子守恒法：硝酸与金属反应时，一部分硝酸起酸的作用，以N的形式存在于溶液中，另一部分硝酸作为氧化剂转化为还原产物NOx，N和NOx中氮原子的总物质的量等于反应消耗的硝酸中氮原子的物质的量。 （2）得失电子守恒法：硝酸与金属的反应属于氧化还原反应，硝酸中氮原子得到电子的物质的量等于金属失去电子的物质的量。 （3）电荷守恒法：硝酸过量时，反应后溶液中（不考虑OH－）有c（N）＝c（H＋）＋xc（Mx＋）（Mx＋代表金属离子）。 （4）离子方程式计算法：金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时，由于硝酸盐中N在硫酸提供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N进行相关计算，且要符合电荷守恒。 1.50 mL 14.0mol·L－1浓硝酸中加入足量铜，充分反应后共收集到4.48 L（已换算成标准状况）NO和NO2混合气体（不考虑NO2与N2O4的相互转化），则参加反应的铜的质量为（　　） A.6.4 g B.12.8 g C.16.0 g D.19.2 g 解析　Cu足量，硝酸完全反应，生成Cu（NO3）2、NO、NO2和H2O。 n（NHO3）＝0.05 L×14.0 mol· L－1＝0.7 mol，n（气体）＝＝0.2 mol。由氮原子守恒可知，0.7 mol＝n[Cu（NO3）2]×2＋0.2 mol，解得 n[Cu（NO3）2]＝0.25 mol，则参加反应的铜的质量为0.25 mol×64 g· mol－1＝16.0 g。故选C项。 2.稀HNO3的还原产物可以是①NO、②N2O、③N2、④NH4NO3。在稀HNO3和Zn的反应中，若有1mol HNO3参加反应，则有0.8mol电子转移，由此推断稀HNO3的还原产物可能为（　　） A.仅④ B.②或④ C.③或④ D.仅② 答案　B 解析　1 mol硝酸参加反应，反应中硝酸表现为酸性和氧化性，转移电子0.8 mol，则应生成0.4 mol Zn（NO3）2，还有0.2 mol HNO3参与氧化还原反应。设稀HNO3的还原产物中氮元素的化合价为x，当有0.2 mol硝酸被还原时，则有0.2 mol×（5－x）＝0.8 mol，解得x＝＋1，应生成N2O；当有0.1 mol硝酸被还原时，根据氮原子守恒，产物为NH4NO3，则有0.1 mol×（5－x）＝0.8 mol，解得x＝－3，符合NH4NO3中N的化合价，故稀HNO3的还原产物为②N2O或④NH4NO3，故选B项。 3.将14g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.4.8g B.3.2g C.6.4g D.10.8g 答案　B 解析　纵观整个过程，金属提供的电子等于氧气获得的电子，n（O2）＝＝0.05 mol，设Cu、Ag的物质的量分别为x、y，根据质量守恒列方程：x×64g·mol－1＋y×108g·mol－1＝14g，根据得失电子守恒列方程：2x＋y＝0.05 mol×4，解得：x＝0.05 mol，y＝0.1 mol，则m（Cu）＝0.05 mol×64g·mol－1＝3.2g，故选B项。 （见学生用书P37） 1.（硝酸的性质）下列有关硝酸的性质及用途的叙述正确的是（　　） A.纯净的硝酸是一种易挥发、有刺激性气味的黄色液体 B.硝酸不稳定，见光或受热易分解 C.硝酸必须密封保存在无色细口瓶中，并置于阴暗处 D.硝酸可用于制备炸药、染料及石膏等产品 答案　B 解析　纯净的硝酸是无色液体，A项错误；硝酸见光或受热易分解，应该保存在棕色试剂瓶中，B项正确，C项错误；石膏是硫酸盐，不能由硝酸制备，D项错误。 2.（酸雨的形成与防治）下列有关酸雨的说法正确的是（　　） A.凡是呈酸性的雨水都称为酸雨 B.酸雨的形成只与SO2的排放有关 C.煤的脱硫可以在一定程度上防止酸雨的形成 D.为了不形成酸雨，应停止使用一切化石燃料 答案　C 解析　正常雨水中由于溶解了二氧化碳，也呈酸性，pH＜5.6的降水称为酸雨，A项错误；酸雨分为硝酸型酸雨和硫酸型酸雨，硝酸型酸雨的形成与氮氧化物的排放也有关，B项错误；利用石灰石等物质，使燃煤中的含硫物质最终转化为硫酸钙，达到脱硫的目的，减少SO2的排放，在一定程度上可防止酸雨的形成，C项正确；化石燃料是现代社会的主要能源，不可能一点都不使用，应推广使用脱硫技术，大力开发清洁环保的新能源，减少酸雨的形成，D项错误。 3.（铜与硝酸的反应）将相同质量的铜片分别和过量的浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是（　　） A.反应速率：两者相同 B.消耗硝酸的物质的量：前者多，后者少 C.反应生成气体的颜色：前者浅，后者深 D.反应中转移的电子总数：前者少，后者多 答案　B 解析　Cu与浓硝酸的反应为：4HNO3（浓）＋CuCu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O；Cu与稀硝酸的反应为：8HNO3（稀）＋3Cu3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。由于硝酸浓度不同，因此反应速率不同，A项错误；由方程式可知，每摩尔的铜消耗浓硝酸4 mol，消耗稀HNO3 mol，前者多，后者少，B项正确；前者生成棕红色的NO2，后者生成无色的NO，前者颜色深于后者，C项错误；两个反应中Cu均由0价升为＋2价，且Cu完全反应，转移电子总数相等，D项错误。 4.（金属与硝酸反应的计算）足量的铜和含2.4×10－3mol硝酸的某浓硝酸完全反应，共收集到标准状况下气体22.4mL。参加反应的铜的质量是（　　） A.3.84×10－2g B.4.48×10－2g C.4.83×10－2g D.5.76×10－2g 答案　B 解析　铜与浓硝酸可能发生的反应：Cu＋4HNO3（浓）Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8HNO3（稀）3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。被还原的硝酸的物质的量为 ＝1×10－3 mol，则生成硝酸铜的物质的量为 ＝7×10－4 mol，参加反应的铜的质量为7×10－4 mol×64g·mol－1＝4.48×10－2g，故选B项。 5.（酸雨的形成与防治）现有雨水样品1份，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下： 测试时间/h 0 1 2 3 4 雨水的pH 4.73 4.63 4.56 4.55 4.55 （1）分析数据，回答下列问题： ①雨水样品的pH变化的原因是　　　　　　　　　　　　　（用化学方程式表示）。 ②如果将刚取样的上述雨水和自来水相混合，pH将变　　　　　　，　　　　　　　，（用化学方程式表示）。 （2）下列措施中，可减少酸雨产生的途径是　　　　（填字母）。 ①少用煤作燃料　②把工厂烟囱造高 ③燃料脱硫　④在已酸化的土壤中加石灰 ⑤开发新能源 A.①②③ B.②③④⑤ C.①③⑤ D.①③④⑤ 解析　（1）①酸雨放置时pH变小，其原因是雨水中的H2SO3被空气中氧气氧化所致：SO2＋H2OH2SO3，2H2SO3＋O22H2SO4。②雨水和自来水混合，应考虑SO2（或H2SO3）与Cl2（或HClO）的反应：SO2＋2H2O＋Cl2H2SO4＋2HCl（或H2SO3＋HClOH2SO4＋HCl）。因此雨水与自来水混合后溶液pH将变小。（2）减少酸雨的产生需减少SO2的排放，将煤转化为清洁能源（如煤的气化和液化），燃料脱硫、固硫，开发不含硫的新能源（如氢能、核能等），都是有力措施。因此①③⑤正确。 答案　（1）①SO2＋H2OH2SO3、2H2SO3＋O22H2SO4　②小　Cl2＋2H2O＋SO2H2SO4＋2HCl（或H2SO3＋HClOH2SO4＋HCl）　（2）C 学科网（北京）股份有限公司 $$