把握变化 突破金属与硝酸反应的计算

张新中

(江苏省邗江中学 225009)

金属与硝酸的计算是高考的一个重要考点，也是学生学习的一个难点，其中铜、铁与硝酸的计算更是变化多端.

题目将13.44 g铜粉投入过量浓硝酸中，充分反应后产生气体的体积(标准状况)为( ).

A.3.136 L B.4.704 L C.5.376 L D.9.408 L

分析Cu与过量浓硝酸反应的化学方程式为：

则n(NO2)=2n(Cu)=2×0.21 mol=0.42 mol

故V(NO2)=0.42 mol×22.4 L·mol-1

=9.408 L

答案为D.

点评浓硝酸与金属反应时，硝酸被还原为NO2.

变式1 将13.44 g铜粉投入过量稀硝酸中，充分反应后产生气体的体积(标准状况)为( ).

A.3.136 L B.4.704 L C.5.376 L D.9.408 L

分析Cu与过量稀硝酸反应的化学方程式为：

3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

故V(NO)=0.14 mol×22.4 L·mol-1=3.136 L

答案为A.

点评稀硝酸与金属反应时，硝酸被还原为NO.

变式2 将13.44 g铜粉投入一定量的浓硝酸中反应，当铜粉完全作用时收集到气体4.480 L(标准状况)，则所消耗硝酸的物质的量为( ).

A.0.42 mol B．0.56 mol

C．0.62 mol D．0.84 mol

Cu与浓硝酸反应：

Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

由化学方程式可知，0.21 mol Cu完全反应理论上应生成0.42 mol NO2，但实际上只生成0.20 mol，说明还有NO生成.

解法一根据化学方程式进行计算.设Cu与浓硝酸、稀硝酸反应的物质的量分别为x、y，则

1 4 2

x4x2x

3 8 2

解得：x=0.045 mol，y=0.165 mol

故消耗硝酸的物质的量为：

=0.62 mol

解法二根据氮原子守恒计算.硝酸反应后，氮元素在Cu(NO3)2和NO2、NO气体中，故消耗HNO3的物质的量等于这几种物质中氮原子的物质的量之和，则

n(HNO3)耗=2n[Cu(NO3)2]+n(NO2)+n(NO)

=2n(Cu)+n(气)=2×0.21 mol+0.20 mol

=0.62 mol

答案为C.

变式3 将13.44 g铜粉投入一定量的浓HNO3中，当铜粉完全作用时收集到气体4.480 L(标准状况)，将盛有此气体的容器倒扣在水槽中，通入标准状况下一定体积的O2，恰好使气体完全溶于水，则通入标准状况下的O2的体积为( ).

A.5.040 L B.3.360 L C.2.352 L D.1.120 L

V(O2)=0.105 mol×22.4 L·mol-1=2.352 L

答案为C.

点评硝酸与金属的反应属于氧化还原反应，氮原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数，而NO2和NO与O2一起通入水中又生成硝酸，故金属原子失去的电子数也等于O2得到的电子数.

变式4 将13.44 g铜粉投入100 mL 1 mol·L-1硫酸和2 mol·L-1硝酸的混合溶液中，充分反应后最多可收集到标准状况下的气体的体积为( ).

A．2.240 L B.3.136 L

C.4.704 L D.9.408 L

分析混合溶液中

n(H2SO4)=1 mol·L-1×0.1 L=0.1 mol

n(HNO3)=2 mol·L-1×0.1 L=0.2 mol

所以n(H+)=0.1 mol×2+0.2 mol=0.4 mol

3 2 8

0.21 mol 0.2 mol 0.4 mol

很明显，H+不足量，因此用H+的物质的量进行计算.

8H+～ 2NO↑

8 mol 2×22.4L

0.4 molV(NO)

答案为A.

点评对于金属与硫酸和硝酸的混合溶液反应，硫酸在反应中提供H+，故应采用离子方程式进行计算，首先写出离子方程式，再确定参加反应的离子哪一个不足，最后应用不足量的离子来进行计算.

变式5 将13.44 g铜粉与过量硝酸充分反应，硝酸的还原产物为二氧化氮和一氧化氮，反应后溶液中含有amol氢离子，则此时溶液中所含硝酸根离子的物质的量为( ).

A.(0.21+a) mol B.(0.42+a) mol

C.(0.105+a) mol D．amol

答案为B.

点评溶液呈电中性，故溶液中阴离子所带负电荷的总量等于阳离子所带正电荷的总量.

变式6 将13.44 g铁粉投入过量的稀硝酸中，充分反应后产生气体的体积(标准状况)为( ).

A.3.136 L B.4.704 L

C.5.376 L D.9.408 L

分析Fe与过量稀硝酸反应的化学方程式为：

则n(NO)=n(Fe)=0.24 mol

故V(NO)=0.24 mol×22.4 L·mol-1=5.376 L

答案为C.

点评铁与硝酸反应时，硝酸过量生成Fe3+，硝酸不足生成Fe2+，两者都完全反应还可能生成Fe2+和Fe3+的混合物.

变式7 将13.44 g铜、铁的混合物投入一定量的稀硝酸中充分反应，金属全部溶解，产生的气体通入水中，再通入标准状况下2.464 L O2，气体全部被水吸收，则混合物中铜的物质的量为( ).

A.0.070 mol B.0.080 mol

C.0.140 mol D.0.196 mol

分析铜、铁的混合物溶于稀硝酸中，Fe先与硝酸反应生成Fe3+，然后Cu再与硝酸反应生成Cu2+，若硝酸过量，则反应停止；若硝酸不足，则Cu与Fe3+反应生成Fe2+和Cu2+，故反应后的溶液中可能有Fe2+、Fe3+.

设Cu、Fe的物质的量分别为x、y，则有：

64 g·mol-1·x+56 g·mol-1·y=13.44 g

混合物与硝酸反应生成的气体通入水中，再通入O2，全部被水吸收，则气体全部转化为硝酸，从整个过程来看，氮元素的化合价没有变化，故混合物失去的电子转移到O2中.

第一种情况：若Fe只转化为Fe3+，则根据电子得失守恒可得：

解得：x=0.196 mol，y=0.016 mol

第二种情况：若Fe只转化为Fe2+，则根据电子得失守恒可得：

解得：x=0.140 mol，y=0.080 mol

第三种情况：若Fe转化为Fe2+、Fe3+，则可知混合物中铜的物质的量应在0.140 mol和0.196 mol之间.

答案为C、D.

点评对于混合物的计算，可以列方程组进行求解.若有多种情况，则应分别进行讨论.