5.2 课时5 硝酸的计算（17页）

(共17张PPT)
硝酸的计算
第五章 化工生产中的重要非金属元素
1、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；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3物质的量。
反应前所有的N只存在于HNO3中，反应后含N的物质有HNO3的还原产物(假设有NO2、NO)和Cu(NO3)2，若HNO3过量，则过量HNO3中也含N，则有n(N)＝n(NO2)＋n(NO)＋2n[Cu(NO3)2]＋n(HNO3)剩。
【例1】38.4 g的Cu与适量的浓HNO3反应，铜全部溶解，共收集到22.4 L气体，则反应消耗HNO3的物质的量为________。
n(反应的硝酸)= n(被还原的硝酸)+ n(未被还原的硝酸)
= n(被反应的硝酸)+2n(Cu2+)
= 22.4L/22.4L/mol+2ⅹ38.4g/64g/mol
= 2.2 mol
2.2 mol
【练】25.6 mg Cu跟含有1.4×10-3 mol的硝酸恰好完全反应,反应完毕后收集到的气体在标准状况下的体积为( )
A．7.84 mL B．13.44 mL
C．15.68 mL D．17.92 mL
扩放数据,简化计算 n(Cu)=0.4 mol，生成0.4 mol Cu(NO3)2，
故生成气体为1.4 mol-0.4 mol×2=0.6 mol，气体体积为0.6mol×22.4L/mol=13.44 L。
B
HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失去电子的物质的量。
2、得失电子守恒法
反应中失去电子的是参加反应的Cu，Cu－2e－→Cu2＋；得到电子的是被还原的HNO3(假设还原产物为NO2、NO)，NO3 ＋e－→NO2、NO3 ＋3e－→NO。根据得失电子守恒，则有2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)。
若将生成的氮的氧化物气体与一定量的氧气共同通入水中，氮的氧化物完全生成硝酸，由于开始反应物为硝酸，中间生成了氮的氧化物，但最终又变回了硝酸，所以相当于铜失的电子最终由氧气得到，则有2n(Cu)＝4n(O2)。
－
－
【例2】某二价金属与硝酸反应时，金属与硝酸所消耗的物质的量之比为2:5，则HNO3的还原产物是（ ）
A.NH4NO3 B.N2O C.NO D.NO2
AB
若二价金属(M)为2 mol，生成2 mol M(NO3)2，未被还原的硝酸4 mol，被还原的硝酸1 mol，根据得失电子数相等，HNO3中N元素被还原成+1价，应为N2O；NH4NO3中，则有0.5 mol硝酸发生氧化还原反应。
【例3】将14 g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．4.8 g B．3.2 g C．6.4 g D．10.8 g
B
分析整个过程，金属提供的电子等于氧气获得的电子，标准状况下，n(O2)＝0.05 mol，设Cu、Ag的物质的量分别为x、y，则根据质量列方程：x×64 g·mol－1＋y×108 g·mol－1＝14 g，根据得失电子守恒列方程：2x＋y＝0.05 mol×4＝0.2 mol，解得x＝0.05 mol；y＝0.1 mol，m(Cu)＝0.05 mol×64 g·mol－1＝3.2 g。
金属与HNO3反应，产生的气体又被O2氧化成HNO3的计算
【练】足量铜与一定量的浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、 N2O4、NO的混合气体,这些气体与1.68 L的O2（标准状况）混合后通入水中,所有气体完全被水吸收生成硝酸。若所得的硝酸铜溶液中加入5 mol·L-1NaOH溶液到Cu2+完全沉淀，则消耗的NaOH的溶液的体积是（ ）
A.60mL B.45mL C.30mL D.15mL
A
【练】将7.68 g铜与50 mL一定浓度的硝酸恰好完全反应，收集到标准状况下4.48 L气体。请回答：
（1）NO的体积为_______L，NO2的体积为_______L；
（2）被还原的硝酸的物质的量是____mol；
（3）硝酸的物质的量浓度是____mol·L-1。
答案：0.448 4.032 0.2 8.8
3、电荷守恒法
在Cu与HNO3反应后的溶液中，若HNO3不过量，阳离子只有Cu2＋，阴离子只有NO3-(此类计算不考虑H2O电离出的极少量的H＋、OH－)；若HNO3过量，溶液中的阳离子有Cu2＋和H＋，阴离子只有NO3-。
则有①若HNO3不过量：n(NO3-)＝2n(Cu2＋)；
②若HNO3过量：n(NO3-)＝2n(Cu2＋)＋n(H＋)。
HNO3过量时反应后溶液中则有：c(NO3─)=c(H+)+nc(Mn+)
（不考虑OH-）
(Mn+代表金属离子)
【例4】将3.2 g Cu跟30.0 mL 10.0 mol·L－1的HNO3充分反应，还原产物有NO和NO2，若反应后溶液中有a mol H＋，则此时溶液中含NO3－的物质的量为(　　)
A．0.5a mol B．(0.1＋a) mol
C．0.1a mol D．2a mol
B
根据溶液中的电荷守恒，n(NO3－)＝n(H＋)＋2n(Cu2＋)，n(Cu2＋)＝0.05 mol，所以n(NO3－)＝a mol＋0.05 mol×2＝(a＋0.1) mol。
4、离子方程式计算方法
金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO3- 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NO3-进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。
3Cu＋8H＋＋2NO3－ ===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
【例5】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
转移的电子的物质的量 = 消耗的OH－物质的量。
金属与酸反应，再与NaOH反应使金属离子沉淀
【例6】铜和镁的合金4.6 g完全溶于足量的硝酸后，再加入过量的NaOH溶液，生成9.7 g沉淀，则合金与硝酸反应时，放出的气体可能是(　　)
A．0.2 mol NO
B．0.2 mol NO2和0.05 mol N2O4
C．0.1 mol N2O
D．0.1 mol NO、0.1 mol NO2和0.1 mol N2O4
B
M Mn＋ M(OH)n，即金属失去电子的物质的量＝OH－的物质的量＝HNO3得到电子的物质的量。OH－的物质的量为＝ =0.3 mol，即可直接找出得到电子的物质的量为0.3 mol 的选项。
【练】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的氢氧化钠溶液，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。
(1)5.824 　(2)　 (3)0.255