微專(zhuān)題(二)　守恒法突破硝酸與金屬反應(yīng)的相關(guān)計(jì)算一、思維模型二、常用的計(jì)算方法(以Cu與硝酸反應(yīng)為例)1．原子守恒法反應(yīng)前所有的N只存在于HNO3中，反應(yīng)后含N的物質(zhì)有HNO3的還原產(chǎn)物(假設(shè)有NO2、NO)和Cu(NO3)2，若HNO3過(guò)量，則過(guò)量HNO3中也含N，則有n(N)＝n(NO2)＋n(NO)＋2n[Cu(NO3)2]＋n(HNO3)剩(N原子守恒)。2．得失電子守恒法反應(yīng)中失去電子的是參加反應(yīng)的Cu，CuCu2＋；得到電子的是被還原的HNO3(假設(shè)還原產(chǎn)物為NO2、NO)，NONO2、NONO。根據(jù)得失電子守恒，則有2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)。若將生成的氮的氧化物氣體與一定量的氧氣共同通入水中，氮的氧化物完全生成硝酸，由于開(kāi)始反應(yīng)物為硝酸，中間生成了氮的氧化物，但最終又變回了硝酸，所以相當(dāng)于銅失去的電子最終由氧氣得到，則有2n(Cu)＝n(O2)。3．電荷守恒法在Cu與HNO3反應(yīng)后的溶液中，若HNO3不過(guò)量，陽(yáng)離子只有Cu2＋，陰離子只有NO(此類(lèi)計(jì)算不考慮H2O電離出的極少量的H＋、OH－)；若HNO3過(guò)量，溶液中的陽(yáng)離子有Cu2＋和H＋，陰離子只有NO。則有：(1)若HNO3不過(guò)量：n(NO)＝2n(Cu2＋)；(2)若HNO3過(guò)量：n(NO)＝2n(Cu2＋)＋n(H＋)。4．離子方程式計(jì)算法金屬與硫酸、硝酸的混合酸反應(yīng)時(shí)，由于硝酸鹽中NO在硫酸提供H＋的條件下能繼續(xù)與金屬反應(yīng)，故此類(lèi)題目應(yīng)用離子方程式來(lái)計(jì)算3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。先作過(guò)量判斷，然后根據(jù)完全反應(yīng)的金屬或H＋或NO進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，且要符合電荷守恒。三、常見(jiàn)兩種計(jì)算1．硝酸與銅反應(yīng)濃硝酸與足量的銅反應(yīng)，開(kāi)始濃硝酸被還原為NO2，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃硝酸變稀，稀硝酸被還原為NO，向反應(yīng)后的溶液中加稀硫酸，NO又被還原為NO。2．稀硝酸與鐵反應(yīng)(鐵的常見(jiàn)價(jià)態(tài)：＋2、＋3)Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；3Fe(過(guò)量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。①≥4，產(chǎn)物為Fe(NO3)3；②≤，產(chǎn)物為Fe(NO3)2；③<<4，產(chǎn)物為Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。1．足量的銅和含有2.4×10－3 mol硝酸的某濃硝酸完全反應(yīng)，共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體22.4 mL。參加反應(yīng)的銅的質(zhì)量是(　　)A．38.4×10－3 g   B．44.8×10－3 gC．48.3×10－3 g   D．57.6×10－3 g答案　B解析　銅與濃硝酸可能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O,3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。被還原硝酸的物質(zhì)的量為＝1×10－3 mol，生成硝酸銅的物質(zhì)的量為＝7×10－4 mol，參加反應(yīng)的銅的質(zhì)量＝7×10－4 mol×64 g·mol－1＝44.8×10－3 g。2．3.84 g銅和一定量的濃硝酸反應(yīng)，隨著銅的不斷減少，反應(yīng)生成的氣體顏色也逐漸變淺。當(dāng)銅反應(yīng)完畢時(shí)，共收集到氣體的體積為2.24 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。反應(yīng)中消耗HNO3的物質(zhì)的量為(　　)A．0.11 mol   B．0.22 molC．0.56 mol   D．0.18 mol答案　B解析　根據(jù)“隨著銅的不斷減少，反應(yīng)生成的氣體顏色也逐漸變淺”判斷收集到的2.24 L氣體為NO2、NO的混合氣體。方法一(常規(guī)方法)：設(shè)銅與硝酸反應(yīng)生成NO2時(shí)消耗HNO3的物質(zhì)的量為x，生成NO時(shí)消耗HNO3的物質(zhì)的量為y。Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　　x　　　　　　　　　　　3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2Oy　  y　　　　　　　　　　　解得則共消耗HNO3的物質(zhì)的量為0.18 mol＋0.04 mol＝0.22 mol。方法二(原子守恒法)：根據(jù)化學(xué)方程式可知消耗的HNO3與產(chǎn)物有如下關(guān)系式：2HNO3～Cu(NO3)2，HNO3～NO，HNO3～NO2n[Cu(NO3)2]＝＝0.06 mol，n(NO)＋n(NO2)＝＝0.1 mol。所以消耗的硝酸的物質(zhì)的量為0.06 mol×2＋0.1 mol＝0.22 mol。3．將3.2 g Cu跟30.0 mL 10.0 mol·L－1的HNO3充分反應(yīng)，還原產(chǎn)物有NO和NO2，若反應(yīng)后溶液中有a mol H＋，則此時(shí)溶液中含NO的物質(zhì)的量為(　　)A．0.5a mol   B．(0.1＋a) molC．0.1a mol   D．2a mol答案　B解析　根據(jù)溶液中的電荷守恒，n(NO)＝n(H＋)＋2n(Cu2＋)，n(Cu2＋)＝＝0.05 mol，所以n(NO)＝a mol＋0.05 mol×2＝(a＋0.1) mol。4．將14 g銅銀合金與足量的硝酸反應(yīng)，放出的氣體與標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為1.12 L的O2混合后再通入水中，恰好全部吸收，則合金中銅的質(zhì)量為(　　)A．4.8 g  B．3.2 g  C．6.4 g  D．10.8 g答案　B解析　分析整個(gè)過(guò)程，金屬提供的電子等于氧氣獲得的電子，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，n(O2)＝＝0.05 mol，設(shè)Cu、Ag的物質(zhì)的量分別為x、y，則根據(jù)質(zhì)量列方程：x×64 g·mol－1＋y×108 g·mol－1＝14 g，根據(jù)得失電子守恒列方程：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。5．將19.5 g鋅粉與一定量的濃硝酸反應(yīng)生成硝酸鹽、水及氣體，當(dāng)鋅粉完全反應(yīng)時(shí)收集到11.2 L NO、NO2混合氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，則所消耗硝酸的物質(zhì)的量是(　　)A．1.2 mol  B．1.1 mol  C．0.9 mol  D．0.8 mol答案　B解析　鋅和濃硝酸反應(yīng)生成NO2，而與稀硝酸反應(yīng)時(shí)則生成NO，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，n(NO2)＋n(NO)＝＝0.5 mol，即被還原的硝酸的物質(zhì)的量為0.5 mol，n(Zn)＝＝0.3 mol，則生成的n[Zn(NO3)2]＝0.3 mol，可知表現(xiàn)酸性的硝酸的物質(zhì)的量為0.3 mol×2＝0.6 mol，則參加反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量為0.5 mol＋0.6 mol＝1.1 mol。6．銅和鎂的合金4.6 g完全溶于足量的硝酸后，再加入過(guò)量的NaOH溶液，生成9.7 g沉淀，則合金與硝酸反應(yīng)時(shí)，放出的氣體可能是(　　)A．0.2 mol NOB．0.2 mol NO2和0.05 mol N2O4C．0.1 mol N2OD．0.1 mol NO、0.1 mol NO2和0.1 mol N2O4答案　B解析　分析題意可知：MMn＋M(OH)n，即金屬失去電子的物質(zhì)的量＝OH－的物質(zhì)的量＝HNO3得到電子的物質(zhì)的量。OH－的物質(zhì)的量為＝0.3 mol，即可直接找出得到電子的物質(zhì)的量為0.3 mol的選項(xiàng)，應(yīng)選B。7．稀HNO3的還原產(chǎn)物可以是①NO、②N2O、③N2、④NH4NO3。在稀HNO3和Zn的反應(yīng)中，若有1 mol HNO3參加反應(yīng)，則有0.8 mol電子轉(zhuǎn)移，由此推斷稀HNO3的還原產(chǎn)物可能為(　　)A．僅④  B．②或④  C．③或④  D．僅②答案　B解析　1 mol硝酸參加反應(yīng)，反應(yīng)中硝酸表現(xiàn)為酸性和氧化性，轉(zhuǎn)移電子0.8 mol，則應(yīng)生成0.4 mol Zn(NO3)2，設(shè)稀HNO3的還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)為x，若有0.2 mol硝酸被還原，則有0.2 mol×(5－x)＝0.8 mol，解得x＝＋1，應(yīng)生成N2O；若有0.1 mol硝酸被還原，則有0.1 mol×(5－x)＝0.8 mol，解得x＝－3，應(yīng)生成NH4NO3，故稀HNO3的還原產(chǎn)物為②N2O或④NH4NO3。8．某100 mL混合液中，HNO3和H2SO4的物質(zhì)的量濃度分別是0.4 mol·L－1和0.1 mol·L－1，向該混合液中加入1.92 g銅粉，加熱，待充分反應(yīng)后，所得溶液中Cu2＋的物質(zhì)的量濃度(忽略體積變化)為(　　)A．0.15 mol·L－1   B．0.225 mol·L－1C．0.35 mol·L－1   D．0.45 mol·L－1答案　B解析　解答本題要從離子反應(yīng)的角度來(lái)考慮，H2SO4提供的H＋可以和NO構(gòu)成強(qiáng)氧化性環(huán)境，繼續(xù)氧化銅單質(zhì)。HNO3、H2SO4混合液中H＋總的物質(zhì)的量為0.06 mol，NO的物質(zhì)的量為0.04 mol，Cu的物質(zhì)的量為0.03 mol。Cu與稀硝酸發(fā)生反應(yīng)：3Cu　＋　 8H＋＋　2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O3　　　　  8　　　20．03 mol　0.06 mol 0.04 molH＋量不足，應(yīng)根據(jù)H＋的物質(zhì)的量來(lái)計(jì)算。3Cu＋8H＋＋2NO===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。

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