金属与硝酸反应的计算规律

陕西南郑中学 杨琳祥

一、思维模型（金属与硝酸反应的实质是金属与H+和NO3-共同作用）

二、计算中守恒思想的应用（以铜与硝酸反应为例进行说明）

1.金属和硝酸反应的通式： 金属+ HNO3—→高价的硝酸盐+含氮的气体+水

其中含氮的气体：包含NO、NO2、NH3等；一般情况下是NO、NO2或是两种的混合气体。

2.硝酸的作用：（1）起酸性作用（生成盐），（2）作氧化剂（化合价降低生成NO2/NO）

3.利用的原理：原子守恒、电子守恒等

（1）N原子守恒

硝酸总量=作酸的硝酸+作氧化剂的硝酸+剩余的硝酸

A.求作酸的硝酸的量：用盐计算（原子守恒）

Cu —— Cu（NO3）2——2HNO3（作酸）

B.求作氧化剂的硝酸的量：用气体算（据N守恒）

HNO3（氧化剂）—— NO2； HNO3（氧化剂）—— NO

n（HNO3）= n（NO2）+n（NO）=n（混合气体）=V（混合气体体积）/22.4 mol

C.求反应后的NO3—离子的量

n（NO3—）= n（作酸的HNO3）+ n（剩余的HNO3）

（2）得失电子守恒

金属与气体的关系：电子守恒 ；即：失去的电子总数====得到的电子总数

金属失去电子数：↑ Cu ——Cu2+—— 失去2e-

硝酸得到电子数：↓HNO3——NO2——得到1e-； HNO3——NO——得到3e-

4.若往金属与硝酸反应后的溶液中，加入一定量的硫酸时，有关的计算直接利用离子方程式进行过量的计算。

例1 为了测定某铜银合金的的成分，将30.0 g合金溶于80ml 13.5mol/L的浓硝酸中，待合金全部溶解后，收集到6.72L（标准状况）气体，并测得溶液中H+的物质的量浓度为1mol/L，设反应后溶液的体积仍为80ml ，计算：

（1）被还原硝酸的物质（2）合金中银的质量分数（3）混合气体中NO和NO2体积比

解析：(1)由于随着反应的进行，HNO3的浓度不断的减小，收集的气体应该是NO和NO2的混合物。而HNO3在反应中，既表现出酸性，又表现出氧化性，所以在求被还原的HNO3时，应该用含氮的气体进行计算，根据氮原子守恒则有：

n（被还原的硝酸）== n（ NO）+ n（NO2）==n（混合气体）== 6.72 / 22.4 = 0.3 mol ----①

（2）作酸的硝酸的量=== 总硝酸的量—（作氧化剂的硝酸的量+剩余的硝酸的量）。

剩余的硝酸的量可以由反应后溶液中的H+守恒计算；再根据生成的盐来计算作酸的硝酸，则有

①n(剩余的硝酸)=n(H+) =1×80×10—3=0.08 mol

n(作酸的硝酸)=13.5×80×10—3—0.3—0.08 =0.7 mol

②假设合金中含有的铜为x mol，银为y mol，则有

64x +108y==30.0 ----------②

再根据生成的盐与HNO3的关系有：

Cu —— Cu（NO3）2 ——2HNO3（作酸）；

1 mol 2 mol

x mol 2x mol

Ag —— AgNO3 ——HNO3（作酸）

1 mol 1 mol

y mol y mol

2x + y == 0.7 ----------③

解方程②和③ 即可得到x==0.3 mol y==0.1 mol

所以 银的质量分数===(0.1×108/30.0)×100%== 36%

（3）金属失去电子等于硝酸得到电子，根据电子守恒有

3n（ NO）+ n（NO2）==2x + y == 0.7 --------④

解方程③和④ 即可得到：n（ NO）==0.2 mol n（NO2）==0.1 mol

V(NO) / V(NO2) === n（ NO）/ n（NO2）==0.2 / 0.1==2：1

例2 足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体,这些气体与1.68 L 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。若向所得硝酸铜溶液中加入5mol/L NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,则消耗NaOH溶液的体积是 （ ）

A.60 mL B.45 mL C.30 mL D.15 mL

解析：O2为氧化剂，Cu为还原剂，HNO3仅仅发生了复分解反应，则

n（Cu）=2n(O2)=0.15 mol，n(NaOH)=2n(Cu)=0.3 mol,V(NaOH)==0.06 L=60 mL，故选A。