微专题十 守恒法突破硝酸与金属反应的相关计算
1.硝酸与金属反应的规律
(1)硝酸与金属反应时,一部分被还原生成NO2(或NO),另一部分起酸的作用生成硝酸盐,而且随着硝酸浓度的减小,其还原产物会由NO2变为NO。
(2)稀硝酸与铁反应时,反应产物与铁的量有如下关系:
Fe(少量)+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O ①
3Fe(过量)+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O ②
即:
2.常用的计算方法
(1)原子守恒法
HNO3和金属反应时,一部分做氧化剂转化为氮氧化物(NOx),另一部分起酸的作用,以N的形式存在于溶液中,NOx、N和消耗的HNO3有下列关系:n(HNO3)=n(NOx)+n(N)(N原子守恒)。
(2)得失电子守恒法
HNO3和金属反应时,HNO3得电子的物质的量和金属失电子的物质的量相等。
(3)电荷守恒法
当HNO3过量时,反应后溶液中(不考虑OH-)有c(N)=c(H+)+n·c(Mn+)(Mn+表示金属离子)。
(4)离子方程式计算法
当金属与H2SO4、HNO3的混合液[或H2SO4、M(NO3)n]反应时,一般根据离子方程式来计算,先做过量判断,然后根据完全反应的金属或H+或N进行计算。
1.在铜与稀HNO3的反应中,若有1 mol HNO3被还原,则参加反应的铜的物质的量为( )
A. mol B. mol
C. mol D.3 mol
2.在标准状况下将1.92 g铜粉投入一定量浓硝酸中,随着铜粉的溶解,反应生成的气体颜色逐渐变浅,当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12 L,则混合气体中NO的体积为( )
A.112 mL B.1 008 mL
C.224 mL D.448 mL
3.把7.2 g铁粉投入40 mL某HNO3溶液中,充分反应后剩余固体1.6 g,产生NO2和NO的混合气体0.08 mol。若不考虑N2O4的存在,则原HNO3溶液的物质的量浓度为( )
A.3.5 mol·L-1 B.4.5 mol·L-1
C.7.0 mol·L-1 D.9.0 mol·L-1
4.为了测定某铜银合金的组成,将30.0 g合金溶于80.0 mL 13.5 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-1。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______________________________________。
答案精析
跟踪训练
1.C
2.A [混合气体的总物质的量为=0.05 mol,1.92 g铜粉的物质的量为0.03 mol。设NO的物质的量为n1 mol,则NO2的物质的量为(0.05-n1) mol,根据得失电子守恒得3n1+(0.05-n1)×1=0.03×2,解得n1=0.005,V(NO)=0.005 mol×22.4 L·mol-1=0.112 L=112 mL。]
3.C [铁粉剩余,硝酸必完全反应而且产物为Fe(NO3)2,由N元素守恒,反应后N元素一部分存在于NO2和NO的混合气体中,另一部分存在于Fe(NO3)2中,反应的n(Fe)==0.1 mol,所以c(HNO3)==7.0 mol·L-1。]
4.(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,所以被还原的硝酸的物质的量为=0.3 mol。
(2)剩余硝酸是1 mol·L-1×0.08 L=0.08 mol,则参加反应的硝酸为13.5 mol·L-1×0.08 L-0.08 mol=1.0 mol。设合金中Cu和Ag的物质的量分别为x mol和y mol,则64x+108y=30.0,根据氮原子守恒可知2x+y=1.0-0.3=0.7,解得x=0.3,y=0.1,所以银的质量分数为×100%=36%。
(3)设混合气体中NO、NO2的物质的量分别是a mol、b mol,则a+b=0.3,根据得失电子守恒可知3a+b=0.3×2+0.1,解得a=0.2,b=0.1,即6.72 L气体中NO为0.2 mol,NO2为0.1 mol。(共14张PPT)
守恒法突破硝酸与金属反应的相关计算
微专题十
第3章
<<<
1.硝酸与金属反应的规律
(1)硝酸与金属反应时，一部分被还原生成NO2(或NO)，另一部分起酸的作用生成硝酸盐，而且随着硝酸浓度的减小，其还原产物会由NO2变为NO。
(2)稀硝酸与铁反应时，反应产物与铁的量有如下关系：
Fe(少量)+4HNO3(稀) ===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O ①
3Fe(过量)+8HNO3(稀) ===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O ②
即：
2.常用的计算方法
(1)原子守恒法
HNO3和金属反应时，一部分做氧化剂转化为氮氧化物(NOx)，另一部分起酸的作用，以N的形式存在于溶液中，NOx、N和消耗的HNO3有下列关系：n(HNO3)=n(NOx)+n(N)(N原子守恒)。
(2)得失电子守恒法
HNO3和金属反应时，HNO3得电子的物质的量和金属失电子的物质的量相等。
(3)电荷守恒法
当HNO3过量时，反应后溶液中(不考虑OH-)有c(N)=c(H+)+n·c(Mn+)
(Mn+表示金属离子)。
(4)离子方程式计算法
当金属与H2SO4、HNO3的混合液［或H2SO4、M(NO3)n］反应时，一般根据离子方程式来计算，先做过量判断，然后根据完全反应的金属或H+或N进行计算。
思维模型
跟踪训练
1.在铜与稀HNO3的反应中，若有1 mol HNO3被还原，则参加反应的铜的物质的量为
A. mol B. mol
C. mol D.3 mol
√
跟踪训练
2.在标准状况下将1.92 g铜粉投入一定量浓硝酸中，随着铜粉的溶解，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12 L，则混合气体中NO的体积为
A.112 mL B.1 008 mL
C.224 mL D.448 mL
√
跟踪训练
混合气体的总物质的量为=0.05 mol，1.92 g铜粉的物质的量为0.03 mol。设NO的物质的量为n1 mol，则NO2的物质的量为(0.05-n1) mol，
根据得失电子守恒得3n1+(0.05-n1)×1=0.03×2，解得n1=0.005，V(NO)
=0.005 mol×22.4 L·mol-1=0.112 L=112 mL。
跟踪训练
3.把7.2 g铁粉投入40 mL某HNO3溶液中，充分反应后剩余固体1.6 g，产生NO2和NO的混合气体0.08 mol。若不考虑N2O4的存在，则原HNO3溶液的物质的量浓度为
A.3.5 mol·L-1 B.4.5 mol·L-1
C.7.0 mol·L-1 D.9.0 mol·L-1
√
跟踪训练
铁粉剩余，硝酸必完全反应而且产物为Fe(NO3)2，由N元素守恒，反应后N元素一部分存在于NO2和NO的混合气体中，另一部分存在于Fe(NO3)2中，反应的n(Fe)==0.1 mol，所以c(HNO3)=
=7.0 mol·L-1。
跟踪训练
4.为了测定某铜银合金的组成，将30.0 g合金溶于80.0 mL 13.5 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-1。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 。
0.3 mol
跟踪训练
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，所以被还原的硝酸的物质的量为=0.3 mol。
跟踪训练
(2)合金中银的质量分数为 。
36%
剩余硝酸是1 mol·L-1×0.08 L=0.08 mol，则参加反应的硝酸为13.5 mol·L-1
×0.08 L-0.08 mol=1.0 mol。设合金中Cu和Ag的物质的量分别为x mol和y mol，则64x+108y=30.0，根据氮原子守恒可知2x+y=1.0-0.3=0.7，解得x=0.3，y=0.1，所以银的质量分数为×100%=36%。
跟踪训练
(3)确定6.72 L气体中各成分的物质的量为 。
n(NO)=0.2 mol、n(NO2)=0.1 mol
设混合气体中NO、NO2的物质的量分别是a mol、b mol，则a+b=0.3，根据得失电子守恒可知3a+b=0.3×2+0.1，解得a=0.2，b=0.1，即6.72 L气体中NO为0.2 mol，NO2为0.1 mol。
