硝酸與金屬反應的有關計算

宋鳳蓮

一、基本題型

1.金屬與硝酸的反應計算

例138.4 mg銅與適量的濃硝酸反應，銅全部作用后，共收集到22.4 mL（標準狀況）氣體，反應消耗的HNO3物質的量可能是（）。

解析解法一極端假設法

n（Cu）=6.0×10-4mol，若38.4 mg銅全部與濃硝酸反應，則可求得參加反應的硝酸為2.4×10-3mol，若38.4mg銅全部與稀硝酸反應，則可求得參加反應的硝酸為1.6×10-3mol，事實上銅先與濃硝酸反應，濃硝酸變稀后，又與稀硝酸反應。消耗的硝酸的物質的量應在1.6×10-3mol和2.4×10-3mol之間。

故選C。

解法二氮原子守恒法

2.金屬與硝酸反應產生的氣體又被氧氣氧化成硝酸的計算

例21.92 g Cu投入到一定量的濃硝酸中，銅完全溶解，生成的氣體的顏色越來越淺，共收集到672 mL的氣體（標準狀況下）。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氧氣，恰好使氣體完全溶于水，則通入的氧氣的體積為（）mL。

A.168B.224C.336D.504

解析得失電子守恒法

從反應的過程分析，銅失去電子，先被硝酸氧化，得到NO2、NO，然后NO2、NO失去電子又被氧氣氧化。從反應的始態和終態看，銅在反應中失去電子，氧氣在反應中得電子，根據得失電子守恒，銅失去的電子總量等于氧氣得到的電子總量。設通入的氧氣的體積為x mL，則：（1.92/64）×2=（x/22400）×4，解得：x=336，答案選C。

3.金屬與硝酸和硫酸的混合酸反應的計算

例3在100 mL某混合酸中，硝酸的物質的量濃度為0.4 mol·L-1，硫酸的物質的量濃度為0.1 mol·L-1，向其中加入1.92 g銅粉，微熱，待充分反應后，則溶液中Cu2+的物質的量濃度為（）mol·L-1。

A.0.15B.0.225C.0.35D.0.45

解析在100 mL溶液中，HNO3和H2SO4共電離出0.06 mol H+，0.04 mol NO-3，0.01 mol SO2-4，Cu和0.04 mol HNO3完全反應后還有剩余，此時溶液中仍有0.03 mol NO-3、0.02 mol H+、0.015 mol Cu2+、0.01 mol SO2-4，由此可見，溶液中還有相當于0.02 mol HNO3存在仍可和Cu反應。

可根據銅和硝酸反應的離子方程式計算：

3Cu+8H++2NO-3

3Cu2++4H2O+2NO↑

1.92 g Cu即0.03 mol Cu完全溶解，需n（H+）=0.08 mol，n（NO-3）=0.02 mol，而此時溶液中有0.06 mol的H+（不足量）、0.04 mol NO-3（足量），因此按H+的物質的量計算：

8H+——3Cu2+

83

0.06 moln（Cu2+）

所以n（Cu2+）=0.0225 mol，則c（Cu2+）=

0.225 mol/L

4.金屬與硝酸反應后，再加氫氧化鈉使金屬離子沉淀的計算

例4足量銅與一定量濃硝酸反應，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（標準狀況）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5 mol/L NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，則消耗NaOH溶液的體積是（）。

A.60 mLB.45 mL

C.30 mLD.15 mL

解析銅失去電子先被硝酸氧化，得到氮的氧化物，然后氮的氧化物又失去電子被1.68 L O2氧化，由得失電子守恒，銅失去的電子總量等于O2得到的電子總量。n（e-）=（1.68 L÷

22.4 L/mol）×4=0.3 mol，又1 mol銅失去2 mol電子，1 mol Cu2+可以結合2 mol OH-，故2n（Cu）=n（e-）=n（OH-），故n（NaOH）=n（OH-）=n（e-）=0.3 mol，V[NaOH（aq）]=n（NaOH）÷c（NaOH）=0.3 mol÷5 mol/L=0.06 L=60 mL。

二、體驗高考

1.（2012年四川理綜）向27.2 g Cu和Cu2O的混合物中加入某濃度的稀硝酸0.5 L，固體物質完全反應，生成NO和Cu（NO3）2，在所得溶液中加入1.0 mol/L的NaOH溶液1.0 L，此時溶液呈中性，金屬離子已完全沉淀，沉淀質量為39.2 g，下列有關說法不正確的是（）。

A.Cu與Cu2O的物質的量之比為2∶1

B.硝酸的物質的量濃度為2.6 mol/L

C.產生的NO在標準狀況下的體積為4.48 L

D.Cu、Cu2O與硝酸反應后剩余HNO3為0.2 mol

答案：B。

2.（2013年四川理綜）1.52 g銅鎂合金完全溶解于50 mL密度為1.40 g/mL、質量分數為63%的濃硝酸中，得到NO2和N2O4的混合氣體1120 mL（標準狀況），向反應后的溶液中加入1.0 mol/L NaOH溶液，當金屬離子全部沉淀時，得到2.54 g沉淀。下列說法不正確的是（）。

A.該合金中銅與鎂的物質的量之比是2∶1

B.該濃硝酸中HNO3的物質的量濃度是14.0 mol/L

C.NO2和N2O4的混合氣體中，NO2的體積分數是80%

D.得到2.54 g沉淀時，加入NaOH溶液的體積是600 mL

答案：D。

三、常用解題方法

1.氮原子守恒法

n（總的硝酸）=n（NO-3）+n（還原產物中氮原子）=n（作酸用HNO3）+n（作氧化劑用HNO3）

2.得失電子守恒法

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等于金屬原子失去的電子數。

3.電荷守恒法

Mn+和H+所帶正電荷總數等于NO-3所帶負電荷總數。

4.離子方程式計算法

當溶液中有硝酸和硫酸的混合酸反應時，由于c（H+）>c（NO-3），而實際參加反應的c（H+）>c（NO-3），所以要依據離子方程式來計算。

（收稿日期：2014-05-22）

一、基本題型

1.金屬與硝酸的反應計算

例138.4 mg銅與適量的濃硝酸反應，銅全部作用后，共收集到22.4 mL（標準狀況）氣體，反應消耗的HNO3物質的量可能是（）。

解析解法一極端假設法

n（Cu）=6.0×10-4mol，若38.4 mg銅全部與濃硝酸反應，則可求得參加反應的硝酸為2.4×10-3mol，若38.4mg銅全部與稀硝酸反應，則可求得參加反應的硝酸為1.6×10-3mol，事實上銅先與濃硝酸反應，濃硝酸變稀后，又與稀硝酸反應。消耗的硝酸的物質的量應在1.6×10-3mol和2.4×10-3mol之間。

故選C。

解法二氮原子守恒法

2.金屬與硝酸反應產生的氣體又被氧氣氧化成硝酸的計算

例21.92 g Cu投入到一定量的濃硝酸中，銅完全溶解，生成的氣體的顏色越來越淺，共收集到672 mL的氣體（標準狀況下）。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氧氣，恰好使氣體完全溶于水，則通入的氧氣的體積為（）mL。

A.168B.224C.336D.504

解析得失電子守恒法

從反應的過程分析，銅失去電子，先被硝酸氧化，得到NO2、NO，然后NO2、NO失去電子又被氧氣氧化。從反應的始態和終態看，銅在反應中失去電子，氧氣在反應中得電子，根據得失電子守恒，銅失去的電子總量等于氧氣得到的電子總量。設通入的氧氣的體積為x mL，則：（1.92/64）×2=（x/22400）×4，解得：x=336，答案選C。

3.金屬與硝酸和硫酸的混合酸反應的計算

例3在100 mL某混合酸中，硝酸的物質的量濃度為0.4 mol·L-1，硫酸的物質的量濃度為0.1 mol·L-1，向其中加入1.92 g銅粉，微熱，待充分反應后，則溶液中Cu2+的物質的量濃度為（）mol·L-1。

A.0.15B.0.225C.0.35D.0.45

解析在100 mL溶液中，HNO3和H2SO4共電離出0.06 mol H+，0.04 mol NO-3，0.01 mol SO2-4，Cu和0.04 mol HNO3完全反應后還有剩余，此時溶液中仍有0.03 mol NO-3、0.02 mol H+、0.015 mol Cu2+、0.01 mol SO2-4，由此可見，溶液中還有相當于0.02 mol HNO3存在仍可和Cu反應。

可根據銅和硝酸反應的離子方程式計算：

3Cu+8H++2NO-3

3Cu2++4H2O+2NO↑

1.92 g Cu即0.03 mol Cu完全溶解，需n（H+）=0.08 mol，n（NO-3）=0.02 mol，而此時溶液中有0.06 mol的H+（不足量）、0.04 mol NO-3（足量），因此按H+的物質的量計算：

8H+——3Cu2+

83

0.06 moln（Cu2+）

所以n（Cu2+）=0.0225 mol，則c（Cu2+）=

0.225 mol/L

4.金屬與硝酸反應后，再加氫氧化鈉使金屬離子沉淀的計算

例4足量銅與一定量濃硝酸反應，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（標準狀況）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5 mol/L NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，則消耗NaOH溶液的體積是（）。

A.60 mLB.45 mL

C.30 mLD.15 mL

解析銅失去電子先被硝酸氧化，得到氮的氧化物，然后氮的氧化物又失去電子被1.68 L O2氧化，由得失電子守恒，銅失去的電子總量等于O2得到的電子總量。n（e-）=（1.68 L÷

22.4 L/mol）×4=0.3 mol，又1 mol銅失去2 mol電子，1 mol Cu2+可以結合2 mol OH-，故2n（Cu）=n（e-）=n（OH-），故n（NaOH）=n（OH-）=n（e-）=0.3 mol，V[NaOH（aq）]=n（NaOH）÷c（NaOH）=0.3 mol÷5 mol/L=0.06 L=60 mL。

二、體驗高考

1.（2012年四川理綜）向27.2 g Cu和Cu2O的混合物中加入某濃度的稀硝酸0.5 L，固體物質完全反應，生成NO和Cu（NO3）2，在所得溶液中加入1.0 mol/L的NaOH溶液1.0 L，此時溶液呈中性，金屬離子已完全沉淀，沉淀質量為39.2 g，下列有關說法不正確的是（）。

A.Cu與Cu2O的物質的量之比為2∶1

B.硝酸的物質的量濃度為2.6 mol/L

C.產生的NO在標準狀況下的體積為4.48 L

D.Cu、Cu2O與硝酸反應后剩余HNO3為0.2 mol

答案：B。

2.（2013年四川理綜）1.52 g銅鎂合金完全溶解于50 mL密度為1.40 g/mL、質量分數為63%的濃硝酸中，得到NO2和N2O4的混合氣體1120 mL（標準狀況），向反應后的溶液中加入1.0 mol/L NaOH溶液，當金屬離子全部沉淀時，得到2.54 g沉淀。下列說法不正確的是（）。

A.該合金中銅與鎂的物質的量之比是2∶1

B.該濃硝酸中HNO3的物質的量濃度是14.0 mol/L

C.NO2和N2O4的混合氣體中，NO2的體積分數是80%

D.得到2.54 g沉淀時，加入NaOH溶液的體積是600 mL

答案：D。

三、常用解題方法

1.氮原子守恒法

n（總的硝酸）=n（NO-3）+n（還原產物中氮原子）=n（作酸用HNO3）+n（作氧化劑用HNO3）

2.得失電子守恒法

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等于金屬原子失去的電子數。

3.電荷守恒法

Mn+和H+所帶正電荷總數等于NO-3所帶負電荷總數。

4.離子方程式計算法

當溶液中有硝酸和硫酸的混合酸反應時，由于c（H+）>c（NO-3），而實際參加反應的c（H+）>c（NO-3），所以要依據離子方程式來計算。

（收稿日期：2014-05-22）

一、基本題型

1.金屬與硝酸的反應計算

例138.4 mg銅與適量的濃硝酸反應，銅全部作用后，共收集到22.4 mL（標準狀況）氣體，反應消耗的HNO3物質的量可能是（）。

解析解法一極端假設法

n（Cu）=6.0×10-4mol，若38.4 mg銅全部與濃硝酸反應，則可求得參加反應的硝酸為2.4×10-3mol，若38.4mg銅全部與稀硝酸反應，則可求得參加反應的硝酸為1.6×10-3mol，事實上銅先與濃硝酸反應，濃硝酸變稀后，又與稀硝酸反應。消耗的硝酸的物質的量應在1.6×10-3mol和2.4×10-3mol之間。

故選C。

解法二氮原子守恒法

2.金屬與硝酸反應產生的氣體又被氧氣氧化成硝酸的計算

例21.92 g Cu投入到一定量的濃硝酸中，銅完全溶解，生成的氣體的顏色越來越淺，共收集到672 mL的氣體（標準狀況下）。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氧氣，恰好使氣體完全溶于水，則通入的氧氣的體積為（）mL。

A.168B.224C.336D.504

解析得失電子守恒法

從反應的過程分析，銅失去電子，先被硝酸氧化，得到NO2、NO，然后NO2、NO失去電子又被氧氣氧化。從反應的始態和終態看，銅在反應中失去電子，氧氣在反應中得電子，根據得失電子守恒，銅失去的電子總量等于氧氣得到的電子總量。設通入的氧氣的體積為x mL，則：（1.92/64）×2=（x/22400）×4，解得：x=336，答案選C。

3.金屬與硝酸和硫酸的混合酸反應的計算

例3在100 mL某混合酸中，硝酸的物質的量濃度為0.4 mol·L-1，硫酸的物質的量濃度為0.1 mol·L-1，向其中加入1.92 g銅粉，微熱，待充分反應后，則溶液中Cu2+的物質的量濃度為（）mol·L-1。

A.0.15B.0.225C.0.35D.0.45

解析在100 mL溶液中，HNO3和H2SO4共電離出0.06 mol H+，0.04 mol NO-3，0.01 mol SO2-4，Cu和0.04 mol HNO3完全反應后還有剩余，此時溶液中仍有0.03 mol NO-3、0.02 mol H+、0.015 mol Cu2+、0.01 mol SO2-4，由此可見，溶液中還有相當于0.02 mol HNO3存在仍可和Cu反應。

可根據銅和硝酸反應的離子方程式計算：

3Cu+8H++2NO-3

3Cu2++4H2O+2NO↑

1.92 g Cu即0.03 mol Cu完全溶解，需n（H+）=0.08 mol，n（NO-3）=0.02 mol，而此時溶液中有0.06 mol的H+（不足量）、0.04 mol NO-3（足量），因此按H+的物質的量計算：

8H+——3Cu2+

83

0.06 moln（Cu2+）

所以n（Cu2+）=0.0225 mol，則c（Cu2+）=

0.225 mol/L

4.金屬與硝酸反應后，再加氫氧化鈉使金屬離子沉淀的計算

例4足量銅與一定量濃硝酸反應，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（標準狀況）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5 mol/L NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，則消耗NaOH溶液的體積是（）。

A.60 mLB.45 mL

C.30 mLD.15 mL

解析銅失去電子先被硝酸氧化，得到氮的氧化物，然后氮的氧化物又失去電子被1.68 L O2氧化，由得失電子守恒，銅失去的電子總量等于O2得到的電子總量。n（e-）=（1.68 L÷

22.4 L/mol）×4=0.3 mol，又1 mol銅失去2 mol電子，1 mol Cu2+可以結合2 mol OH-，故2n（Cu）=n（e-）=n（OH-），故n（NaOH）=n（OH-）=n（e-）=0.3 mol，V[NaOH（aq）]=n（NaOH）÷c（NaOH）=0.3 mol÷5 mol/L=0.06 L=60 mL。

二、體驗高考

1.（2012年四川理綜）向27.2 g Cu和Cu2O的混合物中加入某濃度的稀硝酸0.5 L，固體物質完全反應，生成NO和Cu（NO3）2，在所得溶液中加入1.0 mol/L的NaOH溶液1.0 L，此時溶液呈中性，金屬離子已完全沉淀，沉淀質量為39.2 g，下列有關說法不正確的是（）。

A.Cu與Cu2O的物質的量之比為2∶1

B.硝酸的物質的量濃度為2.6 mol/L

C.產生的NO在標準狀況下的體積為4.48 L

D.Cu、Cu2O與硝酸反應后剩余HNO3為0.2 mol

答案：B。

2.（2013年四川理綜）1.52 g銅鎂合金完全溶解于50 mL密度為1.40 g/mL、質量分數為63%的濃硝酸中，得到NO2和N2O4的混合氣體1120 mL（標準狀況），向反應后的溶液中加入1.0 mol/L NaOH溶液，當金屬離子全部沉淀時，得到2.54 g沉淀。下列說法不正確的是（）。

A.該合金中銅與鎂的物質的量之比是2∶1

B.該濃硝酸中HNO3的物質的量濃度是14.0 mol/L

C.NO2和N2O4的混合氣體中，NO2的體積分數是80%

D.得到2.54 g沉淀時，加入NaOH溶液的體積是600 mL

答案：D。

三、常用解題方法

1.氮原子守恒法

n（總的硝酸）=n（NO-3）+n（還原產物中氮原子）=n（作酸用HNO3）+n（作氧化劑用HNO3）

2.得失電子守恒法

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等于金屬原子失去的電子數。

3.電荷守恒法

Mn+和H+所帶正電荷總數等于NO-3所帶負電荷總數。

4.離子方程式計算法

當溶液中有硝酸和硫酸的混合酸反應時，由于c（H+）>c（NO-3），而實際參加反應的c（H+）>c（NO-3），所以要依據離子方程式來計算。

（收稿日期：2014-05-22）