关于硝酸与金属反应的计算

关于硝酸与金属反应的计算 金礼辉 ( 江苏省东台市教育局教研室 224200) 硝酸与金属的反应是中学化学中重要的 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 ，由此编制 的有关计算 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 变化多端，其命题的思路广、隐蔽性强，解题的 灵活性高，对于培养和发展学生的创造性思维能力有很大作用， 倍受高考命题专家的重视，是一类值得研究的题型。探究该类 题的命题规律，确立解题的基本策略，掌握常见的解题技巧是 教学中提高学生思维能力的关键之一。 一、抓住离子反应 紧扣实质求解 [例１]有一硫酸和硝酸的混合溶液，取出其中的 10 mL 加入足量的氯化钡溶液，过滤、洗涤、烘干后得到 9.32 g 沉淀，滤液跟 4 mol/L 烧碱溶液反应，用去 35 mL 时恰好中和。求 ?混合溶液中硫酸和硝酸的物质的量浓度； ?另取 10 mL 原混合溶液，加入 2.56 g 铜共热，在标准状况下收集到多少毫升的气体。 9.32 g[解析]? n(HSO)＝n(BaSO)＝＝0.040 mol 244233 g/mol ＋－3 n(H)＝n(NaOH)＝4 mol/L×35×10L＝0.14 mol 0.040 mol [HSO]＝＝4.0 mol/L 24－310，10 L 0.14 mol0.040 mol2－， [HNO]＝＝6.0 mol/L 3－31010 L， 2.56 g ? n(Cu)＝＝0.040 mol 64 g/mol ＋－ n(H)＝0.14 mol，n(NO)＝0.060 mol 3 ＋＋＋－－ 由 3Cu＋8H＋2NO＝3Cu＋2NO?＋4HO 可知 H、NO过323 第 1 页 共 10页 量，故反应后产生 NO 的体积为 2V(NO)＝0.040 mol××22.4 L/mol×1000 mL/L＝597 mL 3 [评注]该题第?问如果采用反应方程式 3Cu ＋ 8HNO＝3Cu(NO)＋2NO?＋4HO 3 322 (0.0225 mol 0.060 mol) 来确定关系计算，就会判断出Cu过量，从而得出错误的计 ＋ －算结果。实质上 Cu(NO)中的 NO与 HSO中的 H组合在一32 324 起仍有一部分能与 Cu 反应，所以，解答此类题的第一策略就 是要注意抓住离子反应关系，紧扣反应实质进行求解。 二、巧用守恒规律 寻找解题突破口 [例２]为了测定某铜银合金的组成，将 17.2 g 合金溶于 50 mL 11.0 mol/L 的浓硝酸中，待合金完全溶解后，收集到气 体4.48 L( 标准状况)，并测得溶液的 PH＝0。假设反应后溶液的体积仍为 50 mL。试计算 ?被还原的硝酸的物质的量； ?合金中银的质量分数。 [解析]?收集到的气体为NO和NO，故 2 4.48 L n(HNO)＝n(气体)＝＝0.20 mol 3被还原22.4 L/mol ? n(HNO)＝11.0 mol/L×0.050 L－1 mol/L×0.050 3反应 ＝0.50 mol 设合金中铜、银物质的量分别为x、y，则 64 g/mol?x＋108 g/mol?y＝17.2 g …………? －又，产物Cu(NO)、AgNO中含NO物质的量各为2x、y，据 N3233 守恒可得 第 2 页 共 10页 2x＋y＋0.20 mol＝0.50 mol ……………………? 解??得 y＝0.10 mol，故 0.10 mol，108 g/mol W(Ag)＝×100%＝62.8% 17.2 g [评注]由于硝酸由浓变稀，其还原产物由 NO变为NO ， 所2 以该题涉及的反应有 4 个，即使按离子反应方程式来找关系式 求解也很困难，上述解答中巧妙运用N的守恒来建立等式?，大大简化了解题过程。 〖跟踪训练〗(MCE1994～24) 38.4 mg 铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到气体 22.4 mL (标准状况)，反 应消耗的 HNO的物质的量可能为(不考虑有 NO生成)。 3 24 －3 －3 A.1.0×10mol B.1.6×10mol －3 －3 C.2.2×10mol D.2.4×10mol [例３] 6.4 g 铜与过量的硝酸(60 mL 8 mol/L)充分反应 ＋ 后，硝酸的还原产物有 NO、NO，反应后溶液中所含 H为 n mol， 2 － 此时溶液中所含 NO物质的量为 3 A.0.28 mol B.0.31 mol C.(n＋0.2) mol D.(n＋0.4) mol 2＋＋ － － [解析]因反应后溶液中仅含有 Cu、NO和 H(极少 OH3忽略)，所以据离子的电荷守恒可得 6.4 g2＋＋－n(NO)＝2n(Cu)＋n(H)＝×2＋n mol 364 g/mol ＝(n＋0.2) mol，正确答案为(C)。 [评注]虽然该题先求出参加反应的HNO物质的量，再利用两3个离子反应式建立关系也能得出结果，但是过程较繁。上述解 答抓住反应后溶液中阴阳离子的电荷守恒作为解题的突破口， 第 3 页 共 10页 另辟蹊径，具有独到之处。需要提醒同学们注意的是，还有一 种利用反应方程式两边离子电荷守恒的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。 〖跟踪训练〗 76.8 mg 铜和适量浓硝酸反应，铜全部溶解 －3 ＋ － 后， 如果 NO离子减少 2×10mol，则溶液中 H同时下降 3 －3 －3 A. 2.2×10mol B. 3.2×10mol －3 －3 C. 4.4×10mol D. 4×10mol ＋2＋－ (提示：据 Cu＋H＋NO?Cu＋NO＋NO＋HO 由反应式322两边电荷守恒可得答案为 C ) 三、抓住终态分析，模糊中间过程 [例４]一定量的铝铁合金与 300 mL 2 mol/L 硝酸反应生成 3.36 L NO (标准状况)和三价铁盐、铝盐等，再向反应后的 溶液中加入 3 mol/L NaOH 溶液，使铝铁元素全部转化为沉淀， 则所加 NaOH 溶液的体积是 A. 150 mL B. 200 mL C. 450 mL D.无法计算 [解析]当铝铁元素全部转化为沉淀时，溶液中仅含 NaNO，3 故 n(NaOH)＝n(HNO)－n(NO) 3总 3.36 L0.30 L，2 mol/L－22.4 L/mol即V(NaOH)＝＝ 0.15 L＝150 mL，3 mol/L 故选（A）。 [评注]同样道理，该题与前述数题有共同的特点，涉及反 应多，用常规思路解很困难，而上述解答仅抓住最终状态分析， 对中间反应过程模糊处理，取得了出奇制胜的效果。需要注意 的是，在实际教学中发现不少同学用这种解题思路解答时，还 第 4 页 共 10页 是错选了（C）， 究其原因是受到前述一些题目的影响，造成 思维定势，没有注意到该题中溶液里的 N 并不守恒，有一部分已转化为气体 NO，必须减去才对， 因此，利用该题作欲擒故纵式的教学，对克服学生的不良思维定势，提高其解题的灵活 性有较大作用。 〖跟踪训练〗 14 g 铁粉全部溶于某稀硝酸中，恰好反应， 放出 NO 气体后得到溶液 1 L。称量所得溶液，发现比原硝酸 溶液增重 8 g。则原溶液中硝酸的浓度为 A. 0.4 mol/L B. 0.6 mol/L C. 0.8 mol/L D. 1.0 mol/L 14 g－8 g[解析] n(NO)＝＝0.2 mol 30 g/mol 无论生成＋2价还是＋3价铁，Fe(NO)和 Fe(NO)中所含 32 33 －NO个数恰好与对应 Fe 失电子数相等，而 Fe 失电子数＝HNO33 失电子数＝ NO 分子数×3。故 0.2 mol＋0.2 mol，3 C(HNO)＝＝0.8 mol/L 31 L 答案为(C)。 [评注] 上述解答是先利用质量差确定NO的物质的量，再抓 － 住最终产物 Fe(NO)、Fe(NO)中 NO个数与 Fe 失电子数间3332 3的特殊巧合关系，利用电子得失守恒和N守恒，迅速得出参加反应的 HNO的总物质的量浓度，是一种极具创造性的思维。由此 3 还可得出一条极有价值的简便规律：金属与硝酸反应时，只要 还原产物的量确定，则参加反应的 HNO总量也可由此确定，与3 金属反应后的价态无关（进一步还可引导学生用反应通式证明 这一规律，此处略）。在遇到象 Fe 与 HNO反应这类问题时，3 无需去考虑 Fe 在反应后生成何种价态产物，更无需考虑＋2 价 第 5 页 共 10页 Fe 与＋3 价Fe 各是多少。 四、善于分解条件 优化解题思路 [例５]一定量铜在某浓硝酸溶液中完全溶解。已知参加反 应的 30 g HNO中被还原的 HNO质量为 13 g，则生成的 NO 和 3 3 NO的体积比为( 同温同压下测定) 2 A. 1:1 B. 1:2 C. 2:11 D. 4:1 [解析]设生成 NO、NO物质的量分别为 x、y 2 13 g则 x＋y＝ ……………………………? 63 g/mol 又 n(HNO)＝n(HNO)＋n(HNO)3总3被还原3未被还原 30 g－13 g17n(HNO)＝＝ mol 3未被还原6363 g/mol 11HNO～Cu(NO)～ Cu 3未被还原3222 故根据化合价升降守恒可得 1713x＋y＝××2 mol………………………? 632 解 ? ? 得 x＝2/63，y＝11/63，x:y＝2:11。答案选(C)。 [评注] 该题的解答将HNO分解为两部分考虑， 由未被还原3 的HNO与 Cu 之间的关系确定 Cu 的物质的量，最后再据化合3 价升降总数的守恒列出关系式?，将已知条件层层分解，从而 优化了解题思路。 [例６] m g 铜与一定浓度的硝酸完全反应放出 VL 气体，1 将所得气体通过足量水后，收集到 VL气体，欲使 VL气体完2 2 全转化为硝酸，所需氧气的物质的量为(气体体积均在标准状况下测定，且不考虑有 NO生成)。 24 第 6 页 共 10页 V3Vm12A. mol B. mol C. mol D.无法计算 12889.689.6 [解析] O) (H23O?Cu 2 ? HNO ?（NO＋NO） 4NO 4HNO3 23 (m g) (VL) (VL) 12 由 4 NO～3 O可知 VL气体 NO 转化为 HNO需氧气的量 22 3 V L3V322，,moln(O)＝ 222.4 L/mol489.6 13又据 2××O2 34O) (H2Cu 114HNO(浓) 2NO 2×NO 2×HNO 32 333 32×O2 3Cu (HO) 248HNO(稀) 2 NO 2 NO 2HNO 33 可得 2Cu～O。即需 O的量也可由 Cu 求出 22 m g1mn(O，,mol)＝ 264 g/mol2128 该题正确答案为(B、C) [评注] 由于 VL 气体的成分不能确定，似乎不能由 Cu 1 的量来求耗氧量，但将其分解为两个反应流程，可发现 Cu 与 HNO反应时，不论是生成 NO 还是 NO ，最后 Cu 与 O 间的3 22关系都是一样的。本题若利用 N 守恒，借助于 HNO的转变关3 系作为桥梁，再结合运用电子得失守恒规律，可更简便地确定 Cu 和 O间的关系，从而获得完整答案。所以教学中应引导学2 生从多角度进行思考，用一题多解等来提高学生思维的广阔性， 同时注意启发学生思考有些解题方法的局限性，防止产生不良 思维定势（以下一道跟踪训练题可以达到此目的）。 〖跟踪训练〗 14 g 铜银合金与足量的某浓度的硝酸反应， 第 7 页 共 10页 将放出的气体与 1.12 L 标准状况下的氧气混合，通入水中恰 好全部吸收，则合金中铜的质量是 A. 9.6 g B. 6.4 g C. 3.2 g D.1.6 g 五、进行分析讨论 圆满求解试题 [例７]锌与硝酸反应，若有 1 mol 硝酸参加反应，就有 0.8 mol 电子发生转移，此时硝酸的还原产物中氮元素的化合价为 ______。 [解析]据题意可知，有 8 mol电子转移时， 则有 10 mol － HNO参加反应，可氧化锌 4 mol，生成 Zn(NO)中含 NO为 8 332 3 －mol，还余 2 mol NO。 3 － ?若余下 2 mol NO全部被还原，则 N 的化合价应降到 3 (＋5－8/2) ＝＋1价。即生成 NO； 2 － － ?若余下 2 mol NO中，只有 1 mol NO被还原，则 N 的33化合价应降到＋5－8＝－3价，即生成 NHNO，也是可能的。 43 所以，该题正确答案应为＋1、－3。 － [评注] 该题通过对 NO被还原的情况全面进行假设性3 － 分析，确定 NO被还原的产物可能有两种，圆满地解答了该题，3 培养了学生思维的严密性和整体性。 〖跟踪训练〗(MCE1997～24) 某金属单质跟一定浓度的硝 酸反应，假定只产生单一的还原产物。当参加反应的单质与被 还原硝酸的物质的量之比为 2:1 时，还原产物是 A. NO B. NO C. NO D. N222 (提示：该题可通过对金属不同化合价的假设来试探求解)。 [例８] 3.25 g 某金属单质跟过量稀硝酸反应时，未观察 第 8 页 共 10页 到有气体放出，但测知生成物中有 NHNO。当向反应后的溶液43 中加入过量热的烧碱溶液时，有气体放出，其体积为 280 mL (标 准状况)，求 ?如用 R 表示该金属，写出 R 与硝酸反应的化学方程式。 ? R 是哪种金属？(写出推断过程) [解析]? 设 R 在反应中显＋n 价，则反应式为： 8R＋10nHNO＝8R(NO)＋nNHNO＋3nHO 33n432 0.280 L ? n(NH)＝＝0.0125 mol 322.4 L/mol 8 R ～ n NHNO～ n NH433 8R g n mol 3.25 g 0.125 mol 8R gn mol ,， R＝32.5n 3.25 g0.125 mol 当 n＝1 时，R＝32.5 不符 当 n＝2 时，R＝65，R 为金属锌 当 n?3 时，均无对应金属符合。 [评注] 讨论法是化学计算中常用的基本方法之一，在题 设条件不全时，善于抓住变化情况少的未知数进行讨论，有时 可能是寻求正确解答的最佳方法。 总之，利用守恒规律建立关系式是解这类题最常用也是最 重要的解题方法，而溶液中有关反应原理和电荷守恒原理的运 用，均是离子反应和离子关系的本质体现，对于多步反应的计 算，善于抓住终始态对比或进行假设讨论则是寻找解题突破口 的基本策略。科学研究是讲究基本思路和基本方法的，在教学 中精心 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 专题，引导学生分析研究，进行创新性学习，让学 第 9 页 共 10页 生通过解决一类题，明白一串道理，巩固一串知识，掌握一串 处理问题的方法，是减轻学生过重课业负担，避免题海战术困 扰，培养学生思维能力的有效途径。 第 10 页 共 10页