第五章 微专题三 硝酸与金属反应的相关计算-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学必修第二册同步导学案配套PPT课件（人教版）单选

微专题三　硝酸与金属反应的相关计算 优化探究 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1.原子守恒 硝酸与金属单质或化合物反应,一部分以N的形式存在,另一部分转化为还原产物,这两部分中氮原子的物质的量之和与反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量相等。 2.得失电子守恒 硝酸与金属单质或化合物的反应中,HNO3得到电子的物质的量等于金属原子失去电子的物质的量。 3.变价金属与硝酸的反应 如铁与稀硝酸的反应:Fe(少量)+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O; 3Fe(过量)+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O。 (1)≥4,氧化产物为Fe(NO3)3; (2)≤,氧化产物为Fe(NO3)2; (3)<<4,氧化产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。 4.硝酸和硫酸的混合酸与金属反应 金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时,由于硝酸盐中N在H2SO4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,且溶液中要符合电荷守恒。 方法点拨 1.将3.84 g Cu和一定量的浓HNO3反应,当Cu反应完全时,共收集到气体2.24 L NO2和NO(标准状况,不考虑NO2转化为N2O4),则反应中消耗HNO3的物质的量为(　　) A.0.1 mol　　　　　　　 B.0.24 mol C.0.16 mol D.0.22 mol D 解析:铜与硝酸反应转化为Cu(NO3)2、NO和NO2,根据铜原子守恒n[Cu(NO3)2]=n(Cu)==0.06 mol,NO和NO2的物质的量共为n===0.1 mol,根据氮原子守恒:n(HNO3)=2n[Cu(NO3)2]+ n(NO)+n(NO2)=2×0.06 mol+0.1 mol=0.22 mol。 2.将Mg、Cu组成的m g混合物投入适量稀HNO3中恰好完全反应,固体完全溶解时收集到0.896 L(标准状况)NO气体,向反应后的溶液中加入60 mL 2 mol·L-1的NaOH溶液时,金属离子恰好沉淀完全,则形成的沉淀的质量为(　　) A.(m+2.28) g B.(m+2.04) g C.(m+3.32) g D.(m+4.34) g B 解析:当金属离子恰好沉淀完全时,m(沉淀)=m(金属)+m(OH-),n(OH-) =n(NaOH)=60×10-3 L ×2 mol·L-1=0.12 mol,m(沉淀)=m(金属)+m(OH-) =m g+0.12 mol×17 g·mol-1=(m+2.04) g。 3.某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(忽略体积变化)为(　　) A.0.15 mol·L-1 B.0.225 mol·L-1 C.0.35 mol·L-1 D.0.45 mol·L-1 B 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N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,N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++　 2N===3Cu2++2NO↑+4H2O 3 8 2 0.03 mol 0.06 mol 0.04 mol H+量不足,应根据H+的物质的量来计算。 3Cu+8H++2N===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。 4.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0.4 mol B.AB段发生的离子反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+ C.混合酸中HNO3物质的量浓度为2 mol·L-1 D.第二份溶液中最终溶质为FeSO4 A 解析:由图像可知,OA段发生的反应为Fe+N+4H+===Fe3++NO↑+2H2O, AB段发生的反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+,BC段发生的反应为Fe+2H+=== Fe2++H2↑。反应消耗22.4 g铁,也就是=0.4 mol,所有的铁都在硫酸亚铁中,根据硫酸根离子守恒,所以每份含硫酸0.4 mol,所以硫酸的浓度是4 mol·L-1,原混合酸中H2SO4物质的量为4 mol·×0.2 L=0.8 mol,故A项错误;AB段发生的离子反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+,故B项正确;OA段发生的反应为Fe+N+4H+===Fe3++NO↑+2H2O,N全部起氧化剂作用,所以 n(N)=n(Fe)==0.2 mol,200 mL混合酸中HNO3物质的量浓度为=2 mol·L-1,故C项正确;硝酸根离子全部被还原,没有显酸性的硝酸,因为溶液中有硫酸根离子,并且铁单质全部转化为亚铁离子,所以溶液中最终溶质为FeSO4,故D项正确。 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。  5.824 0.255 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。 $$