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硝酸计算


铜与硝酸的反应的计算类型例析
铜与硝酸的反应体现了硝酸的强氧化性与酸性,浓硝酸在反应过程中逐渐 变稀,造成产物出现了多样性, 利用计算题的形式可以从不同角度考察学生对该 反应的理解程度. 1 考察求解混合气体的平均分子量(利用极端值法求解) 例1 (A) 30 0.03molCu 完全溶于硝酸,产生氮的氧化物(NO、NO2、N2O4)混合气 (B) 46 (C) 50

(D)66 和 2molle- 体的平均分子量可能是

解析:设 NO、NO2、N2O4 的物质的量分别为 x、y、z,各产生1molN O、NO2、N2O4 分别得到 3mole-、1mole- 、 x+y+z=0.05mo 3x+y+2z=0.06 此方程属于不定方程,难以讨论,可以采用极端值法求解:假设混合气体由二 种气体组成,若由 NO 与 NO2 组成,z=0,解上述方程组得 x=0.005mol, y=0.045mol, 则 M=0.005×30+0.045×46)/0.05=44.4g/mol 同理若混合气体有 NO2 、 N2O4 组成,则 x=0,解方程组得 y=0.04mol,z=0. 01mol,求得混合气体的平均摩尔质量为:M=(0.04×46+0.01×92)/0.05=55.2g/mol 实际上混合气体由 NO、NO2、N2O4 三种气体组成,故混合气体的平均分子量应 在 44.4 与 55.2 之间,因此选 B、 C . 该题是 2002 年上海高考试题,考察了考生处理三种组分混合物平均分子量的思 维方法. 2 考察对硝酸在反应中所起作用的理解(利用关系式法求解) 例2 A 0.12mol 1.92gCu 粉与一定量的浓硝酸反应,当铜粉完全反应时收集到气体 1.1 B 0.11mol C 0.09mol D 0.08mol 2L(标况),则所消耗硝酸的物质的量是 解析:铜的物质的量=1.92g/64g/mol=0.03mol.气体(NO、NO2)的物质的量为 1.12L/22.4L/mol=0.05mol.在硝酸与铜的反应中,一部分硝酸生成了硝酸铜,另一 部分硝酸转化为 NOx(NO、NO2), 关系式如下:

Cu———Cu(NO3)2———2HNO3;HNO3——————NOx(NO、NO2),由上述关系 式可知,所消耗硝酸的物质的量=2n(Cu)+n(NOx)=2×0.03 mol +0.05mol=0. 11mol. 3 考察对 NO3-减少与 H+下降关系的理解(利用守恒关系列方程求解) 例 3 76.8mgCu 与足量浓硝酸反应,铜作用完全后,如果 NO3-减少 2×10-3mol,则溶 液中 H+同时下降 A 2.2×10-3mol 有下列关系: NO3-(减少)____ NO2______e______2H+; NO3-(减少)____ NO______3e______4H+因此, n(H+)=2n(NO2)+4n(NO).这样只要求出 NO2 与 NO 的物质的量即可求出减少的 H
+

B 3.2 ×10-3mol

C

4.4×10-3mol

D 4.8×10-3mol

解析:H+反应后生成 H2O, H2O 中的 O 来自 HNO3 转化为 NOx 后减少的 O,故

物质的量,设生成 NO2、 NO 的物质的量分别为 x,y 则

由 N 守恒:x+y=2×10-3mol, ① 由得失电子守恒:x+3y=2×76.8×10-3g/64g/mol② 解①,②方程组得: x =1.8×10-3 mol, y=0.2×10-3mol. n(H+)=2×1.8×10-3 mol+ 4×0.2×10-3mol=4.4×10-3mol,选 C. 4 考察对铜与硝酸反应实质的理解(利用离子方程式判断过量求解) 例4 有硫酸与硝酸的混合液,取出其中 10ml,加入足量的 BaCl2 溶液,将生成的沉 淀过滤洗涤,干燥称得质量为 9.32g.另取这种溶液 10ml 与 4mol/L 的 NaOH 溶液 2 5ml 恰好中和. 求①混合液中 H2SO4 与 HNO3 的物质的量浓度是多少? ②另取 10ml 的混合液与 0.96g 铜粉共热时,有多少 ml 气体产生? 解析:由题意知硫酸钡的物质的量:n(BaSO4)=n(H2SO4)= 9.32g/233g/moL=0.04mol, 溶液中的 H+与 NaOH 反应,n(NaOH)=n(H+)=0.025L×4mol/L=0.1mol, =0,1mol-2 n(H2SO4)== 0.02mol, c(H2SO4)=4mol/L,c(HNO3) =2moL/L; (2)溶液中的 n(H+)=0.04×2+0.02=0.10mol, n(HNO3)=0.02mol,n(Cu)=0.015mol,由 化学反应 3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O,因此与 0.015mol 的 Cu 反应需要 的 H+的物质的量为 0.04mol<0. 1mol 同理反应掉的 NO3-的物质的量为 0.01mol< 0.02mol,所以 H+与 NO3-均过量,Cu 全部溶解,生成的 NO 的体积应据 Cu 的物质的 量来计算,即 n(NO)=2/3×0.015=0.01mol,所以 V(NO)=0.224L. 5 考察硝酸的还原产物中氮元素的化合价(假设法求解) 例 5:锌与硝酸反应,若有 1mol 硝酸参加法院,则有 0.8mol 的电子发生转移,此时 硝酸的还原产物中 N 元素的化合价 n(HNO3)

A +4

B

+1

C+2

D -3

解析:从题目的所述中可知,若有 8mol 的电子转移,就有 4mol 的锌被氧化,有 10mo l 的硝酸参加反应,其中有 8mol 的硝酸转化为 Zn(NO3)2,还有 2molHNO3,可能有以 下情况: ①若 2mol 的硝酸全部被还原,则 N 的化合价应降为(+5-8/2)=+1.此时产物为 N2 O ②若 2mol 的硝酸只有 1molHNO3 被还原, 则 N 的化合价应降为(+5-8)=-3 此时 产物为 NH4NO3 跟踪练习 1、硝酸铵在一定条件下可按下式分解:5NH4NO3=4N2+2HNO3+9H2O 反应中氧化产物与还原产物的质量比为 A.3:5 物可能是 A.N2O B.NH4NO3 C.NO D.N2 3、加热条件下铜不与稀硫酸反应,当加入下列溶液时,铜能溶解的是 A.氢氧化钠 B.硝酸钾 C.氯化铁 D.硫酸铝 4、在 pH=1 的溶液中,下列各组离子能够大量共存的是 A.Cl-、Fe3+、CO32-、Ca2+ C.K+、Ba2+、Cl-、SO42- B.NH4+、NO3-、Cl-、K+ D.Fe2+、NO3-、Na+、Cl- B.5:3 C.5:2 D.2:1 2、2.6 g 锌与某浓度的硝酸反应时,若参加反应的硝酸为 6.3 g ,则硝酸的还原产

5、mg 铜与一定体积 18.5mol/L 的硫酸加热反应,得到标准状况下 SO2 nL, 下列 数据表示反应中硫酸作为氧化剂的物质的量(单位为 mol),其数据一定正确的是 A. n/22.4 B. m/64 C.m/32 D.98n/22.4 6、38.4mg 铜跟适量的浓硝酸反应,铜全部作用后,共收集到气体 22.4mL(标 准状况).反应消耗的 HNO3 物质的量可能是 A 1.6×10-3mol B 2.0×10-3mol 7、在浓硝酸中加入铜片: (1) 开始反应的化学方程式为: C 2.2×10-3mol D 2.4×10-3mol 。

( 2 ) 若 铜 有 剩 余 , 则 反 应 将 要 结 束 时 的 反 应 方 程 式 是 : 8、某金属单质跟一定浓度的硝酸反应,假定只产生单一的还原产物。当参加反 应的单质与被还原硝酸的物质的量之比为 2:1 时,还原产物是( ) A. B. C. D.

9、3.2g 铜与 30 mL 8 应后溶液中所含 ________mol。

硝酸充分反应,硝酸的还原产物有

和 NO。反 的物质的量为

的物质的量为 a mol,则此时溶液中所含

10、0.03mol 铜完全溶于硝酸,产生氮的氧化物(NO、NO2 和 N2O4)混合气体共 0.05mol。该混合物的平均相对分子质量可能是() A. 30 B. 46 C. 50 D. 66

11、硝酸铜是制备 Cu-Zn-Al 系催化剂的重要原料。19.2g 纯铜粉理论上可制 得纯净硝酸铜晶体的质量为() A. 28.2g B. 56.4g C. 64.2g D. 72.6g

12、22.4g 铜与一定量的浓硝酸反应,铜片完全溶解,最后得到混合气体(NO2、 NO)的体积为 11.2L(标准状况下测定),请回答: (1)共消耗硝酸物质的量是 ; 、NO: 。 (2)混合气体中各成分的物质的量分别是 NO2: 是 。 (写出解题过程)

(3) 将该混合气体与 x mol O2 一起通入水中,气体完全被吸收,则 x 的值

13、2.16g 氧化亚铁完全溶于 100ml 的稀硝酸中,反应后还原产物只有 NO 且 溶液呈黄色,测得反应后溶液中 CNO3-=2.9mol/L,(反应前后溶液的体积变化忽略 不计),回答下列问题: (1)写出上述反应的化学方程式 (2)反应过程中转移电子的物质的量是多少? (3)最后所得溶液中溶质的物质的量浓度是多少?


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