硝酸中的守恒與計算技巧

1、硝酸中的守恒與計算技巧一、原子守恒【例題1】38.4 mg Cu與適量的濃HNO3反應，銅全部反應后，共收集到22.4 mL氣體（標準狀況），反應消耗的硝酸的物質的量可能是A1.0×103 mol B1.6×103 mol C2.2×103 mol D2.4×103 mol解析：由于隨著反應的進行，HNO3的濃度不斷減小，收集的氣體應該是NO2和NO的混合物，作為選擇題，可以用極值法討論求解，但比較麻煩并無法確定消耗HNO3的準確值，HNO3與金屬反應時既表現氧化性又表現酸性，生成的NO2和NO總的物質的量即是表現氧化性的那部分硝酸的量，表現酸性的那部分

2、硝酸則生成Cu(NO3)2，由于反應前后氮原子守恒，則反應消耗HNO3的物質的量為：n(HNO3) 2×nCu(NO3)2 + n(NOx) ×2 + 2.2×103 mol答案：C【例題2】1.92 g Cu與適量的濃HNO3反應，隨著反應的進行，所生成氣體的顏色也逐漸變淺。當銅反應完畢后，共收集到1.12 L氣體（標準狀況），則反應中消耗HNO3的物質的量可能為A0.12 mol B0.11 mol C0.08 mol D0.16 mol 答案：B【例題3】現有m mol NO2和n mol NO組成的混合氣體，欲用 a mol/L NaOH溶液吸收，使該混合

3、氣體全部轉化成鹽進入溶液，至少需要a mol/L NaOH溶液的體積為(已知：2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O；NO2 + NO + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O )Am/a L B2m/3a L C2(m+n)/3a L D(m+n)/a L答案：D歸納：規(guī)律1. 反應中被還原的硝酸的物質的量等于反應中生成的NO2和NO氣體的物質的量之和。規(guī)律2. 金屬與硝酸反應時，生成的氣體（NO2和NO）的物質的量、生成的M(NO3)x中所含的氮元素的物質的量與剩余的硝酸的物質的量三者之和等于原硝酸的物質的量。規(guī)律3. 金屬與硝酸反應時，若生成的氣體NO2

4、、NO恰好完全溶于NaOH溶液中，由于生成物NaNO3、NaNO2中的Na+與N原子個數比為1 : 1，則n(NaOH) n(NO2) + n(NO)。二、電子守恒【例題4】 1.92 g Cu投入一定量的濃HNO3中，銅完全溶解，生成氣體的顏色越來越淡，共收集到672 mL 氣體（標準狀況）。將盛有此氣體的容器倒扣在水中，容器內液面上升，再通入標準狀況下一定體積的氧氣，恰好使氣體完全溶于水中，則通入O2的體積是A504 mL B168 mL C336 mL D224 mL解析：本題反應過程復雜，按常規(guī)解法費時費力且容易出錯。但分析本題所發(fā)生的反應可發(fā)現有以下特點：所有的反應均為氧化還原反應；

5、反應前后N元素的化合價未費發(fā)生變化。故Cu與O2之間存在得失電子守恒，即2Cu4eO2，則有：n(O2) n(Cu) × 0.015 molV(O2) 0.015 mol×22.4L/mol 0.336 L 336 mL答案：C【例題5】14gCu、Ag合金與足量的某濃度的硝酸反應，將放出的氣體與1.12 L（標準狀況）O2混合，通入水中恰好全部被吸收，則合金中Cu的質量是A9.6 g B6.4 g C3.2 g D無法計算答案：C規(guī)律4. 一定量的Cu完全溶于濃硝酸中，所產生的氣體與一定量的O2 混合后恰好完全溶于水時，消耗O2的量只取決于Cu的物質的量，即2 n(O2)

6、 n(Cu)規(guī)律5. 金屬與硝酸反應所生成的氮的氧化物在與O2混合后用水恰好完全吸收時，消耗O2的量只取決于消耗金屬的量，可依據得失電子守恒建立等式，即:n(M)×a n(NO2) + 3n(NO) 4 n(O2) (a為金屬M的化合價)三、電荷守恒【例題6】銅和鎂的合金4.6 g完全溶于濃硝酸，若反應中硝酸被還原只產生4480 mL的NO2氣體和336 mL N2O4氣體（都已折算到標準狀況），在反應后的溶液中，加入足量的氫氧化鈉溶液，生成沉淀的質量為A9.02 g B8.51 g C8.26 g D7.04 g解析：加入足量的氫氧化鈉溶液，沉淀為Cu(OH)2、Mg(OH)2，沉

7、淀的質量就是合金的質量和氫氧根的質量之和。由于反應前的Cu、Mg 及反應后的Cu(OH)2、Mg(OH)2均呈電中性，故根據電荷守恒，反應過程中金屬單質失去電子的物質的量等于金屬離子所結合的OH的物質的量，即：n(OH) n(e)。則n(OH) n(e) n(NO2)×1 + n(N2O4)×2 ×1 + ×2 0.23 molm(沉淀) m(金屬) m(OH) 4.6 g + 0.23 mol×17 g/mol 8.51 g答案：B規(guī)律6. 金屬單質完全溶于硝酸中，其失去的電子的物質的量，等于金屬離子所結合的NO3的物質的量，也等于金屬離子所

8、結合的OH的物質的量，即：n(e) n(NO3) n(OH)。四、比例守恒【例題7】一定量的鐵粉恰好完全溶解與2 L 1mol/L的稀硝酸中，則被還原的硝酸的物質的量是A1.0 mol B0.8 mol C0.5 mol D無法確定解析：由于Fe是變價金屬，故可能發(fā)生以下兩個反應：Fe + 4HNO3(稀) = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O3Fe + 8HNO3(稀) = 3Fe(NO3)2 + 2NO + 4H2O而題目僅給出了硝酸的物質的量，看似條件不足，無法求解。但仔細分析以上兩個反應可以發(fā)現，被還原的硝酸均占參加反應的硝酸總量的，故選C答案：C規(guī)律7. 若金屬與濃硝酸反應只

9、生成NO2時，則被還原的硝酸占參加反應的硝酸總量的 ，若金屬與稀硝酸反應只生成NO時，則被還原的硝酸占參加反應的硝酸總量的 ?！纠}8】若35.4 g 銅銀合金與2 L 0.5 mol/L 的硝酸溶液恰好完全反應，則收集的NO在標準狀況下的體積是A11.2 L B6.27 L C5.6 L D無法確定答案：C規(guī)律8. NO、NO2、O2的混合氣體溶于水時，可發(fā)生如下反應：4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3、4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3以上兩個反應均相當于：2N2O5 + 2H2O = 4HNO3，故NO、NO2、O2的混合氣體中N、O原子個數比等于2 : 5時，則氣體可恰好完全溶于水。練習1：將同溫同壓下的NO、NO2、O2的三種氣體按以下體積比混合后通入水中，氣體不能完全溶于水的是A1 : 1 : 1 B1 : 2 : 1 C5 : 1 : 4 D6 : 2 : 5答案：B練習2：（2009年高考全國卷）物質的量之比為2 : 5的鋅與稀硝酸反應，若硝酸被還原的產物為N2O，反應結束后鋅沒有剩余，則該反應中被還原的硝酸與未被還原的硝酸的物質的量之比是A1 : 4 B1 : 5 C2 : 3 D2 : 5答案：A