金屬與硝酸反應(yīng)的計(jì)算規(guī)律

陜西南鄭中學(xué) 楊琳祥

一、思維模型（金屬與硝酸反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是金屬與H+和NO3-共同作用）

二、計(jì)算中守恒思想的應(yīng)用（以銅與硝酸反應(yīng)為例進(jìn)行說明）

1.金屬和硝酸反應(yīng)的通式： 金屬+ HNO3—→高價的硝酸鹽+含氮的氣體+水

其中含氮的氣體：包含NO、NO2、NH3等；一般情況下是NO、NO2或是兩種的混合氣體。

2.硝酸的作用：（1）起酸性作用（生成鹽），（2）作氧化劑（化合價降低生成NO2/NO）

3.利用的原理：原子守恒、電子守恒等

（1）N原子守恒

硝酸總量=作酸的硝酸+作氧化劑的硝酸+剩余的硝酸

A.求作酸的硝酸的量：用鹽計(jì)算（原子守恒）

Cu —— Cu（NO3）2——2HNO3（作酸）

B.求作氧化劑的硝酸的量：用氣體算（據(jù)N守恒）

HNO3（氧化劑）—— NO2； HNO3（氧化劑）—— NO

n（HNO3）= n（NO2）+n（NO）=n（混合氣體）=V（混合氣體體積）/22.4 mol

C.求反應(yīng)后的NO3—離子的量

n（NO3—）= n（作酸的HNO3）+ n（剩余的HNO3）

（2）得失電子守恒

金屬與氣體的關(guān)系：電子守恒 ；即：失去的電子總數(shù)====得到的電子總數(shù)

金屬失去電子數(shù)：↑ Cu ——Cu2+—— 失去2e-

硝酸得到電子數(shù)：↓HNO3——NO2——得到1e-； HNO3——NO——得到3e-

4.若往金屬與硝酸反應(yīng)后的溶液中，加入一定量的硫酸時，有關(guān)的計(jì)算直接利用離子方程式進(jìn)行過量的計(jì)算。

例1 為了測定某銅銀合金的的成分，將30.0 g合金溶于80ml 13.5mol/L的濃硝酸中，待合金全部溶解后，收集到6.72L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體，并測得溶液中H+的物質(zhì)的量濃度為1mol/L，設(shè)反應(yīng)后溶液的體積仍為80ml ，計(jì)算：

（1）被還原硝酸的物質(zhì)（2）合金中銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（3）混合氣體中NO和NO2體積比

解析：(1)由于隨著反應(yīng)的進(jìn)行，HNO3的濃度不斷的減小，收集的氣體應(yīng)該是NO和NO2的混合物。而HNO3在反應(yīng)中，既表現(xiàn)出酸性，又表現(xiàn)出氧化性，所以在求被還原的HNO3時，應(yīng)該用含氮的氣體進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)氮原子守恒則有：

n（被還原的硝酸）== n（ NO）+ n（NO2）==n（混合氣體）== 6.72 / 22.4 = 0.3 mol ----①

（2）作酸的硝酸的量=== 總硝酸的量—（作氧化劑的硝酸的量+剩余的硝酸的量）。

剩余的硝酸的量可以由反應(yīng)后溶液中的H+守恒計(jì)算；再根據(jù)生成的鹽來計(jì)算作酸的硝酸，則有

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假設(shè)合金中含有的銅為x mol，銀為y mol，則有

64x +108y==30.0 ----------②

再根據(jù)生成的鹽與HNO3的關(guān)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 銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)===(0.1×108/30.0)×100%== 36%

（3）金屬失去電子等于硝酸得到電子，根據(jù)電子守恒有

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 足量銅與一定量濃硝酸反應(yīng),得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體,這些氣體與1.68 L O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入5mol/L NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,則消耗NaOH溶液的體積是 （ ）

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

解析：O2為氧化劑，Cu為還原劑，HNO3僅僅發(fā)生了復(fù)分解反應(yīng)，則

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