硝酸與銅反應計算淺析

蘇葛徑

銅與硝酸反應是高中化學經常考的一類計算題，對于該種類型的計算題，有時用不同的方法，解題所用的時間不同，特別是在考試中如果方法得當則為贏得考試時間創造了條件。

在銅與硝酸的反應中，一般來說，濃硝酸產生NO2，稀硝酸產生NO，方程式如下：

稀硝酸3Cu+8HNO3==3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

濃硝酸Cu+4HNO3==Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

有時產物比較復雜，隨著硝酸的濃度逐漸減小，產物由NO2變為NO，最終得到的是NO與NO2的混合物。甚至還要涉及到多步反應，這就要求學生要有清晰的思路和正確的方法，以避免由于思路或方法不得當費時又費力。

例如1：3.84克的銅與一定量的濃硝酸反應，生成1.12L的氣體時，銅恰好全部溶解，求反應中消耗硝酸物質的量，反應中被還原的硝酸的物質的量。

解：該反應的反應式為： Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+H2O

設：反應中消耗硝酸的物質的量為n，

參加反應的銅的物質的量為3.84g/64g/mol=0.06mol

所以HNO3的質量是：Cu 4HNO3

1 4

0.06mol n

求出n=0.24mol同理反應生成的NO2，為0.12mol，而被還原硝酸的物質的量就是NO2的物質的量（氮原子守恒）。有的同學做完后很高興，但他忽略了題中另外一個已知條件1.12L的NO2，其物質的量為0.05mol，與題干已知條件不符，顯然有錯誤。

（一）氮原子守恒法

正確的思路是：開始發生的反應是Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+H2O 隨著反應的進行，硝酸的濃度變稀，發生的反應 3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O 通過對以上兩反應的分析可知：與銅反應的HNO3分為兩部分：

1、 與金屬反應被還原的HNO3：生成NO、NO2，表現氧化性；

n（HNO3）（被還原）= n（NO）+n（NO2）（N原子守恒）=1.12L/22.4L/mol=0.05mol

2 、與金屬反應未被還原的HNO3生成硝酸鹽，表現酸性。

n（HNO3）（未被還原）=2{n Cu（NO3）2}=2n（Cu） =3.84g/64g/mol×2=0.12mol

3 、與金屬反應的HNO3總量：等于被還原的HNO3加上參加反應未被還原的n（HNO3）=0.05 mol+0.12 mol=0.17mol

（二）電子守恒的做法

例如2、3.84銅參加反應共失去0.06mol×2=0.12mol的電子，生成的氣體應NO，NO2的混合體，設n1mol的NO ，n2mol的NO2，氣體總物質的量為n根據1.12L，得出n=0.05mol可以列出方程

n1+n2=0.05mol

3n1+n2=0.12 mol（注意這一步用的是電子守恒，因為NO3-生成NO，是氮的+5價降到+2價，每個氮原子轉移了3個電子，同理生成NO2時每個氮原子要轉移1個電子。）

那么 n1=0.035 mol，n2=0.015mol.根據

Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3（稀）3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

消耗的硝酸為0.035×4+0.015×2=0.17mol

還原的硝酸為0.05mol（就是氣體的物質的量）

例如3、將Cu與CuO的混合物13.4g溶于250ml的某濃度的硝酸中，固體全部溶解，產生標準狀況下的NOx（x=1，2）氣體共2.24L。取反應后溶液體積的1/10，往其中慢慢滴加5.00mol/L的NaOH溶液，當加到38.0ml時，過量的硝酸被中和，同時Cu2+恰好完全沉淀。求：

（1）原硝酸溶液的物質的量濃度是多少？

（2）原混合物中 Cu單質的質量最少是多少？

解：（1）根據氮原子守恒：

NO、NO2中，所含N的個數均為1，即標況下，

2.24L NOx氣體中，所含N的物質的量為

2.24/22.4=0.1mol=n1（N）

而后面的溶液中溶質只有NaNO3，即n（NO3-）=n（Na+）=n（NaOH）=

5×38ml/1000ml/L×10=1.9mol=n2（N）

即總共有n（N）=n1（N）+n2（N）=0.1+1.9=2mol=n（HNO3）

c（HNO3）=n/V=2mol/0.25L=8mol/L

（2）極限值法：

由電子轉移得：

假設HNO3生成NO N 由+5價降到+2價，每個氮原子得3e

HNO3生成NO2 N由+5價降到+4價，每個氮原子得1e

即假設生成氣體全部為NO2時，所需Cu最少

此時需要Cu

①列方程

Cu + 4HNO3= Cu（NO3）2+2NO2 ↑+2H2O

1 2

x 2.24L/22.4L/mol

x=0.05mol

m=0.05mol×64g/mol=3.2g（<13.4g條件成立）

②電子守恒

Cu 生成Cu（NO3）2銅由 0價升到 +2 價一個銅原子失去2e

生成2.24/22.4=0.1molNO2所需電子為1×0.1mol=0.1mol

所需Cu為0.1mol/2=0.05mol

m=0.05mol×64g/mol=3.2g

所以原混合物中Cu最少質量為3.2g

如果是最多的話就假設全部生成NO

解題思路與①②一致。

綜上所述：在解銅與硝酸反應的計算題時，可以抓住“一個關系”“兩個守恒”“一個技巧”。

一個關系：起酸性作用的硝酸的物質的量是金屬物質的量與所帶電荷的乘積。

兩個守恒：1、氮元素原子守恒，即生成氣體（NO或NO2或NO和NO2）物質的量總和就是被還原硝酸的物質的量。

2、反應得失電子守恒，金屬失去電子的總數=生成氣體得到的電子總數。

一個技巧：利用離子方程式計算，有時解題更加方便。