把握變化 突破金屬與硝酸反應的計算

張新中

(江蘇省邗江中學 225009)

金屬與硝酸的計算是高考的一個重要考點，也是學生學習的一個難點，其中銅、鐵與硝酸的計算更是變化多端.

題目將13.44 g銅粉投入過量濃硝酸中，充分反應后產(chǎn)生氣體的體積(標準狀況)為( ).

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

分析Cu與過量濃硝酸反應的化學方程式為：

則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

答案為D.

點評濃硝酸與金屬反應時，硝酸被還原為NO2.

變式1 將13.44 g銅粉投入過量稀硝酸中，充分反應后產(chǎn)生氣體的體積(標準狀況)為( ).

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

分析Cu與過量稀硝酸反應的化學方程式為：

3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

故V(NO)=0.14 mol×22.4 L·mol-1=3.136 L

答案為A.

點評稀硝酸與金屬反應時，硝酸被還原為NO.

變式2 將13.44 g銅粉投入一定量的濃硝酸中反應，當銅粉完全作用時收集到氣體4.480 L(標準狀況)，則所消耗硝酸的物質(zhì)的量為( ).

A.0.42 mol B．0.56 mol

C．0.62 mol D．0.84 mol

Cu與濃硝酸反應：

Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

由化學方程式可知，0.21 mol Cu完全反應理論上應生成0.42 mol NO2，但實際上只生成0.20 mol，說明還有NO生成.

解法一根據(jù)化學方程式進行計算.設Cu與濃硝酸、稀硝酸反應的物質(zhì)的量分別為x、y，則

1 4 2

x4x2x

3 8 2

解得：x=0.045 mol，y=0.165 mol

故消耗硝酸的物質(zhì)的量為：

=0.62 mol

解法二根據(jù)氮原子守恒計算.硝酸反應后，氮元素在Cu(NO3)2和NO2、NO氣體中，故消耗HNO3的物質(zhì)的量等于這幾種物質(zhì)中氮原子的物質(zhì)的量之和，則

n(HNO3)耗=2n[Cu(NO3)2]+n(NO2)+n(NO)

=2n(Cu)+n(氣)=2×0.21 mol+0.20 mol

=0.62 mol

答案為C.

變式3 將13.44 g銅粉投入一定量的濃HNO3中，當銅粉完全作用時收集到氣體4.480 L(標準狀況)，將盛有此氣體的容器倒扣在水槽中，通入標準狀況下一定體積的O2，恰好使氣體完全溶于水，則通入標準狀況下的O2的體積為( ).

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

答案為C.

點評硝酸與金屬的反應屬于氧化還原反應，氮原子得到的電子數(shù)等于金屬原子失去的電子數(shù)，而NO2和NO與O2一起通入水中又生成硝酸，故金屬原子失去的電子數(shù)也等于O2得到的電子數(shù).

變式4 將13.44 g銅粉投入100 mL 1 mol·L-1硫酸和2 mol·L-1硝酸的混合溶液中，充分反應后最多可收集到標準狀況下的氣體的體積為( ).

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

很明顯，H+不足量，因此用H+的物質(zhì)的量進行計算.

8H+～ 2NO↑

8 mol 2×22.4L

0.4 molV(NO)

答案為A.

點評對于金屬與硫酸和硝酸的混合溶液反應，硫酸在反應中提供H+，故應采用離子方程式進行計算，首先寫出離子方程式，再確定參加反應的離子哪一個不足，最后應用不足量的離子來進行計算.

變式5 將13.44 g銅粉與過量硝酸充分反應，硝酸的還原產(chǎn)物為二氧化氮和一氧化氮，反應后溶液中含有amol氫離子，則此時溶液中所含硝酸根離子的物質(zhì)的量為( ).

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

C.(0.105+a) mol D．a(chǎn)mol

答案為B.

點評溶液呈電中性，故溶液中陰離子所帶負電荷的總量等于陽離子所帶正電荷的總量.

變式6 將13.44 g鐵粉投入過量的稀硝酸中，充分反應后產(chǎn)生氣體的體積(標準狀況)為( ).

A.3.136 L B.4.704 L

C.5.376 L D.9.408 L

分析Fe與過量稀硝酸反應的化學方程式為：

則n(NO)=n(Fe)=0.24 mol

故V(NO)=0.24 mol×22.4 L·mol-1=5.376 L

答案為C.

點評鐵與硝酸反應時，硝酸過量生成Fe3+，硝酸不足生成Fe2+，兩者都完全反應還可能生成Fe2+和Fe3+的混合物.

變式7 將13.44 g銅、鐵的混合物投入一定量的稀硝酸中充分反應，金屬全部溶解，產(chǎn)生的氣體通入水中，再通入標準狀況下2.464 L O2，氣體全部被水吸收，則混合物中銅的物質(zhì)的量為( ).

A.0.070 mol B.0.080 mol

C.0.140 mol D.0.196 mol

分析銅、鐵的混合物溶于稀硝酸中，F(xiàn)e先與硝酸反應生成Fe3+，然后Cu再與硝酸反應生成Cu2+，若硝酸過量，則反應停止；若硝酸不足，則Cu與Fe3+反應生成Fe2+和Cu2+，故反應后的溶液中可能有Fe2+、Fe3+.

設Cu、Fe的物質(zhì)的量分別為x、y，則有：

64 g·mol-1·x+56 g·mol-1·y=13.44 g

混合物與硝酸反應生成的氣體通入水中，再通入O2，全部被水吸收，則氣體全部轉化為硝酸，從整個過程來看，氮元素的化合價沒有變化，故混合物失去的電子轉移到O2中.

第一種情況：若Fe只轉化為Fe3+，則根據(jù)電子得失守恒可得：

解得：x=0.196 mol，y=0.016 mol

第二種情況：若Fe只轉化為Fe2+，則根據(jù)電子得失守恒可得：

解得：x=0.140 mol，y=0.080 mol

第三種情況：若Fe轉化為Fe2+、Fe3+，則可知混合物中銅的物質(zhì)的量應在0.140 mol和0.196 mol之間.

答案為C、D.

點評對于混合物的計算，可以列方程組進行求解.若有多種情況，則應分別進行討論.