高中化学必修1：微专题九硝酸与金属反应的相关计算

1、高中化学必修课程思维模型(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，NO3又被还原为NO。(2)稀硝酸与铁反应Fe(少量)+ 4HNO3(稀尸=Fe(NO3)3+NO T + 2H2。；3Fe(过量)+8HNO3(稀)=3Fe(NO3"+2NO T + 4H2。n HINO3 ",产物为 Fe(NO3)3； n Fen HNO3 J 产物为 Fe(NO3)2n Fe 3一8 n HNO33< n Fe <4，广物为 Fe(NO3)3 和 Fe(NO3)2。计算方法(1

2、)原子守恒法：HNO3与金属反应时，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作为氧化剂转化为还原产物 NOx, NO3和NOx中氮原子的总物质的量等 于反应消耗的HNO 3中氮原子的物质的量。(2)得失电子守恒法：HNO 3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO 3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：HNO 3过量时，反应后溶液中(不考虑 OH)有c(NO 3) = c(H+) + xc(Mx+)(M x+ 代表金属离子)。(4)离子方程式计算法：金属与 H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中 NO3在H2SO4

3、 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NO3进行相关计算，且要符合电荷守恒。1.足量的铜和含有2.4X10 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.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解析铜与浓硝酸可能发生的化学方程式：Cu+ 4HNO3(浓)=Cu(NO3)2 + 2NO2 T + 2H2O,3Cu + 8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2 + 2NO T + 22.4X

4、 10 3 L4H2。被还原硝酸的物质的量=2.4X 10 3 mol 1 x 10 3 mol2= 7X-=1X 10 3 mol,生成硝酸铜的物质的量=22.4 L mol 110 4 mol,参加反应的铜的质量=7X 10 4 mol X 64 g mol1 = 44.8X 10 3 go2 .将19.5 g锌粉与一定量的浓硝酸反应生成硝酸盐、水及气体，当锌粉完全反应时收集到3 1.2 L NO、NO2混合气（标准状况下），则所消耗硝酸的物质的量是（）B.1.1 molD.0.8 molA.1.2 molC.0.9 mol答案B解析 锌和浓硝酸反应生成NO2,而与稀硝酸反应时则生成NO,

5、 n（NO2）+n（NO）=11.2 L =0.5 mol,即被还原的硝酸的物质的量为0.5 mol, n（Zn） = 119.5 g = 0.3 mol,4 2.4 L mol65 g mol则生成的nZn（NO 3）2 = 0.3 mol,可知表现酸性的硝酸的物质的量为0.3 mol x 2= 0.6 mol ,则参加反应的硝酸的物质的量为0.5 mol + 0.6 mol = 1.1 mol。5 .（2018辽宁本溪高级中学期中）某金属单质与一定浓度的硝酸反应，假定只有一种还原产物，当参加反应的金属与被还原的硝酸的物质的量之比为2 ： 1时，还原产物可能是（）A.NO2B.NOC.N2O

6、D.N2答案C解析设反应后金属元素的化合价为n, HNO 3的还原产物中氮的化合价为x,则由得失电子守恒得：2X（n 0）=1X（5x）,即 x= 52n。讨论：当n = +1时，x= +3, HNO 3的还原产物为 N2O3;当n= +2时，x=+1, HNO3的还原产物为 N2O；当n= +3时，x=1,不合理，舍去。由于金属离子一般不出现+4以及以上的价态，故不再讨论。6 .（2019长春九校联考）足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和 NO2、NO的混合气体，这些气体与1.68 L。2（标准X况）混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中逐滴加入60 mL

7、NaOH溶液至Cu#恰好完全沉淀，则NaOH溶液的物质的量浓度是（）A.3 mol L- 1B.4 mol L 1C.5 mol l_- 1D.6 mol L 1答案C解析纵观整个过程，由电子转移守恒，可知Cu提供电子等于氧气获得的电子，即 Cu提168 L供的电子的物质的量为： -X 4= 0.3 mol,向所得硝酸铜溶椒中加入NaOH溶放至22.4 L mol 1Cu2 +恰好完全沉淀，沉淀为Cu(OH)2,由电荷守恒可知，Cu提供电子的物质的量等于氢氧化 铜中氢氧根的物质的量，故 n(NaOH) = 0.3 mol,故NaOH溶液的物质的量浓度为翳=5 mol L J故选C。2.24 L

8、(不考虑NO27 .一定量的铜与一定浓度的硝酸反应，生成的气体在标准状况下的体积为与N2O4的转化)，则反应消耗铜和硝酸的物质的量分别为()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解析设反应消耗Cu的物质的量为x, HNO

9、3的物质的量为V。(1)若为稀硝酸，则有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)若为足量的浓硝酸，则有Cu+ 4HNO 3(浓)=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)若为浓硝酸且量不足，则反应按上述两个反应进行，反应开始阶段按(2)进行，之后按(1)进行，反应生成的气体为 NO2和NO的混合气体。消耗的 Cu和HNO 3的物质的量

10、介于前两种情况之间，即反应消耗的Cu的物质的量在 0.05 mol至0.15 mol之间，消耗的 HNO3的物质的量在 0.2 mol至0.4 mol之间。6.有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸，其中H2SO4和HNO 3的物质的量浓度分别是 4 mol L11和2 mol L 1,取10 mL此混合酸，向其中加入过量的铁粉，待反应结束后，可产生标准状况下的气体的体积为(设反应中的HNO3被还原为NO)( )5高中化学必修课程A.0.448 LB.0.672 LC.0.896 LD.0.224 L答案 B解析根据题意可知，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,因为铁过量，铁先和稀硝酸发生反应：3Fe+ 8H + + 2NO3 =3Fe2+ + 2NO T + 4H 2O0.08 mol 0.02 mol 0.02 mol则反应后剩余 n(H +)= 0.1 mol 0.08 mol = 0.02 mol,过量的铁继续与 H+反应：Fe+2H+=Fe2+ + H2 T0.02 mol 0.01 mol所以反应产生气体的总物质的量为n(NO) + n(H2)= 0.02 mol + 0.01 mol = 0.03 m

12、ol ,标准状况下的气体体积为 0.03 mol X 22.4 L mol 1 = 0.672 L。7 .(2019长沙调研)足量铜与一定量的浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、NO的混合气体8 .24 L(标准大况),这些气体与一定体积 02(标准大况)混合后通入水中， 所有气体完全被水吸 收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入50 mL 4 mol L 1 NaOH溶液，则Cu2+恰好完全沉淀。下列说法正确的是()A. 此反应过程中转移的电子为0.3 molB.混合气体中含NO2 1.12 LC.参加反应的 HNO3是0.4 molD.消耗氧气的体积为 1.68 L答案 B解析6高中化学必修

13、课程由铜原子守恒可知：n(Cu) = 0.1 mol,转移电子0.2 mol, A项错误；设生成的NO的物质的量为x, NO2的物质的量为v；x+ y= 0.1 molx= 0.05 mol3x+y=0.2 mol ?,贝U V(NO2)= 1.12 L,y= 0.05 mol得失电子守恒B项正确；由 N原子守恒：参加反应的HNO3的物质的量 n(HNO3)= n(NO)+n(NO2)+2X nCu(NO 3)2 = 0.3 mol, C项错误；由得失电子守恒，可知O2得到的电子与铜失去的电子一定相等，则 n(O2)= n-CU- = 0.05 mol, V(O2)= 1.12 L, D 项错

14、误。8.(2019武汉高一检测)如图表示Cu与HNO3反应的量的关系，A、B、C、D四点中表示铜与 稀硝酸反应中被还原的 HNO3与Cu的量的关系的点是()答案A解析Cu与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO 3)2+ 2NO T +4H2。，1、，由化学万程式可知参加反应的HNO 3只有4被还原，故被还原的 HNO3与Cu的关系为3Cu2HNO3(被还原)。9.将128 g铜置于一定量的浓硝酸中并微热。当铜片完全消失时，共收集到NO2和NO的混合气体44.8 L(标准犬况)。(1)写出上述过程中有关反应的离子方程式：(2)完成该反应至少需要量取10 mol L- 1

15、的浓硝酸 mL。(3)混合气体中NO2的体积为 L , NO的体积为 L(均为标准状况下)。(4)将收集上述气体的容器倒扣在盛有水的水槽中，并向其中缓慢通入O2使其充分反应，若要使溶液恰好充满容器，则理论上需要参加反应的。2的物质的量为 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)首先是浓硝酸与铜发生反应产生硝酸铜、二氧化氮和水，然后当反应进行到一定程度时，硝酸变稀后，稀硝酸与铜发生反应产生硝酸铜、一氧化氮和水，反

16、应的离子方程式是 Cu +4H + 2NO3= Cu2+ + 2NO2f + 2H2O; 3Cu + 8H + + 2NO3 =3Cu2+ 2NO T +4H2O。(2)反应中被还原的HNO3生成NO、NO2混合气体，混合气体的物质的量为44.8 L及2.4L mol1=2 mol ,未被还原的硝酸生成 Cu(NO 3)2,其物质的量为 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,故至少需要硝酸的体积为 6 mol 10 mol L- 1=0.6 L =600 mL

17、。(3)设混合气体中 NO2、NO的物质的量分别为x mol、y mol,根据得失电子守恒及二者体积列方程式计算，再根据 V= n Vmx+3y=2X 2计算各自的体积；根据得失电子守恒及二者体积，可得：，解得x= 1, y=1,x + y = 2故二氧化氮的体积为 1 mol X 22.4 L mo l 1 = 22.4 L, NO 的体积为 1 mol X 22.4 L mo l1 = 22.4L。(4)反应又生成HNO3,分析整个过程可知，铜提供的电子等于氧气获得的电子，由得失电子守恒可知，需要氧气的物质的量为(2 mol X 2) 4-= 1 mol。10.(2018江苏省南菁高中期末

18、)为了测定某铜银合金的组成，将30.0 g合金溶于80.0 mL13.5 mol L 1的浓HNO3中。待合金完全溶解后，收集到气体6.72 L(标准状况下)并测得H+浓度为1 mol L 假设反应后溶液的体积为80.0 mL,试计算：(1)被还原的硝酸的物质的量为 。(2)合金中银的质量分数为 。(3)确定6.72 L气体中各成分的物质的量为 。答案(1)0.3 mol (2)36% (3)n(NO) = 0.2 mol ; n(NO2)= 0.1 mol解析(1)根据氮原子守恒可知被还原的硝酸的物质的量即为生成气体的物质的量，所以被 一一,6.72 L还原的硝酸的物质的量为；=0.3 mol。22.4 L mol 1(2)剩余硝酸是1 mol L 1X0.08 L= 0.08 mol,则参加反应的硝酸为13.5 mol L 1 X 0.08 L- 0