硝酸的各种计算类型.doc

硝酸的相关计算
可能用到的原子量：Cu-64 Ag-108 Fe-56 O-16 Mg-24
 一、从反应的本质看:
在浓硝酸中放入铜片：
1、开始反应的化学方程式为
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
Cu +4H++2NO3－=Cu2+ +2NO2↑+2H2O
2、若铜有剩余，则反应将要结束时的化学方程式为
3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
3Cu +8H+ +2NO3－=3Cu2+ +2NO↑+4H2O
3、反应停止后，再加入少量的25％的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，其原因是(用离子方程式表示)3Cu+8H++2NO3－=3Cu2++2NO↑+4H2O
二、计算的技巧：
1、利用N守恒计算：
参加反应的硝酸一部分显酸性，生成硝酸盐，另一部分作氧化剂，一般转化为氮的氧化物(NO或NO 2)，根据氮元素守恒解题。
浓HNO3+足量Cu(金属)型:M+HNO3=M(NO3)X+氮的氧化物+H2O
根据氮元素守恒，分析硝酸的去向：
n(起氧化性作用硝酸)=n(NO)+n(NO2)
n(起酸性作用硝酸)=n(金属)×金属化合价
n(参加反应的总硝酸)=n(起氧化性作用硝酸)+n(起酸性作用硝酸)
=n(NO)+n(NO2)+n(金属)×金属化合价
例1．将1.92g铜粉与一定量浓硝酸恰好完全反应,反应后收集到的气体在标准状况下的体积为1120mL。(假设反应中只产生NO或NO 2)则消耗硝酸的物质的量为        mol。
 A．0.12       B．0.11         C．0.09        D．0.08
解析：因为0.03mol Cu 参加反应生成 Cu(NO3)2 对应0.06mol HNO3 显酸性，0.05mol氮的氧化物(NO或NO2)对应0.05molHNO3起氧化性作用，所以共消耗硝酸0.11mol。 答案选B
【巩固练习】若将12.8g铜跟一定量的浓硝酸反应，铜消耗完时，共产生5.6L气体(标准状况)。则所消耗的硝酸的物质的量为        mol。
解析：

【巩固练习】38.4gCu跟适量的浓HNO3反应，Cu全部反应后共收集到气体22.4L(标准状况)，反应中作氧化剂的硝酸与总消耗的HNO3的物质的量比( )
A．5∶11 B．6∶11 C．5∶6 D．6∶5
解析：

【变式训练】将25.6gCu与1.4mol浓硝酸恰好完全反应,反应后收集到的气体在标准状况下的体积为(   )L。(假设反应中只产生NO或NO2)
解析：

2、利用得失电子守恒计算：
计算原理: 金属转移的电子＝氮元素转移的电子
只生成NO: n(金属)×金属化合价＝n(NO)×3
只生成NO2: n(金属)×金属化合价＝n(NO2)×1
NO和NO2都生成: n(金属)×金属化合价＝n(NO)×3+n(NO2)×1
例2．某金属单质和浓硝酸反应时，每有0.25mol单质反应就消耗1mol浓硝酸，反应中浓HNO3还原为NO2，则金属氧化后的化合价是(   )
A．+1 B．+2 C．+3 D．+4
解析：

【变式训练】某金属与浓硝酸恰好完全反应生成NO2(可加热)，消耗金属和硝酸的物质的量之比为1∶4，则该金属可能是( )
A．Cu B．Ag C．Al D．Zn
解析：

【知识拓展】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．NO2 B．NO C．N2O D．N2
解析：

3、利用电荷守恒计算:
一般应用于硝酸有剩余的反应，反应后存在:n(NO3－)＝n(H+)+2n(Cu2+)
例3．6.4g铜与过量的硝酸(8mol/L、60mL)充分反应后，硝酸的还原产物有NO、NO2，反应后溶液中所含H+离子为nmol，此时溶液中所含NO3－的物质的量为( )
A．0.28mol B．0.31mol C．(n+0.2)mol D．(n+0.4)mol
解析：
【变式训练】6.4g铜与60mL8mol/L硝酸反应，硝酸的还原产物有NO、NO2。铜完全溶解后，测得溶液中NO3－的物质的量浓度为0.32mol/L，此时溶液中所含的H+物质的量浓度为( )
A．0.12mol B．0.22mol C．0.32mol D．0.38mol
解析：
4、HNO3+H2SO4+Cu或硝酸盐+H2SO4+Cu用离子方程式解题:
计算原理:3Cu+8H++2NO3－=3Cu2++2NO↑ +4H2O
Cu +4H++2NO3－=Cu2+ +2NO2↑+2H2O
例4．在1molKNO3和4molH2SO4的混合稀溶液中，加入1.5molCu粉，充分反应后，生成的气体在标况下的体积约为_______L。
A．5.6L B．11.2L C．22.4L D．33.6L
解析：

【巩固练习】在某100mL混合液中，HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是：0.4mol/L、0.1mol/L。向该混合液中加入1.92g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中的Cu2+的物质的量浓度(mol/L)是( )
A．0.15 B．0.225 C．0.35 D．0.45
解析：

5、从反应物的始态和终态看：
    终态法的运用使许多复杂问题简单化,在化学计算中具有非常重要的地位。
例5．铜镁合金4.6g完全溶于浓硝酸中，反应中硝酸被还原，只产生4480mLNO2 气体和 336mLN2O4气体(标准状况下)，反应后溶液中加足量NaOH溶液，生成沉淀的质量为 g。
解析：反应中铜镁合金失去电子，最终转化为 Cu(OH)2 和 Mg(OH)2 沉淀，比较始态和终态，固体增加的质量为OH－的质量，而OH－的物质的量等于转移的电子的物质的量，再根据气体计算转移的电子的物质的量：
   n(e－)=4480mL /22400mL·mol-1+(336mL/22400mL·mol-1)×2=0.23mol 
 所以沉淀的质量为：4.6+0.23×17=8.51g 
计算沉淀质量：n(金属所失的电子)=n(金属离子结合的OH－)
【巩固练习】5.1g镁铝合金完全溶于过量浓硝酸中，反应中共产生11.2 NO2(标准状况下)，若在反应后溶液中加入适量的氢氧化钠溶液，则生成沉淀质量最多为( )
A．13.6g B．7.8g C．5.8g D．4g
解析： 

【变式训练】5.1g镁铝合金完全溶于过量浓硝酸中，反应中共产生11.2 NO2(标准状况下)，若在反应后溶液中加入足量的氢氧化钠溶液，则生成沉淀质量为( )
A．13.6g B．7.8g C．5.8g D．4g
解析： 

【变式训练】一定量的铝铁合金与300mL2mol/L的稀硝酸反应生成标准状况下3.36LNO和三价铁盐、铝盐，再向反应后的溶液中加入3mol/LNaOH溶液，使铝铁元素全部转化为沉淀，则所加NaOH溶液体积为 mL。
解析：

【知识拓展】将32g铜粉与140mL一定量浓硝酸恰好完全反应，铜完全溶解应后收集到的气体在标准状况下的体积为11.2L。(假设反应中只产生 NO 或NO2 )请回答：
(1)NO的体积为 L，NO2的体积为 L。
解析： 

(2)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入180mL5mol/L的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2+ 全部沉淀，则原硝酸的浓度为 mol/L。
解析：

6、极限法计算HNO3与Fe反应:
计算原理:Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO ↑ +2H2O
3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO↑ +4H2O
所得溶质为硝酸铁或硝酸亚铁或混合物
例6．把22.4g铁完全溶解于某浓度的硝酸中，反应只收集到0.3molNO2 和0.2molNO。下列说法正确的是( )
  A．反应后生成的盐只有Fe(NO3)3                                B．反应后生成的盐只有Fe(NO3)2
  C．产物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物质的量之比为1∶3   
D．产物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物质的量之比为3∶1
解析：用极限法判断：22.4g(0.4mol)铁如完全转化为Fe(NO3)3转移0.4×3=1.2mol电子，如完全转化为Fe(NO3)2转移0.4×2=0.8mol电子，反应中实际转移0.3×1+0.2×3=0.9mol电子，所以产物中既有Fe(NO3)2又有Fe(NO3)3，分别设Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物质的量分别x、y：
 据铁元素守恒有： x+y=0.4，据得失电子守恒有：2×x+3×y=0.9
 解之：x=0.3  y=0.1，  答案选D
【知识拓展】在500mL、2mol/L的稀硝酸中加入16.8g铁，充分反应后生成还原产物NO
mol(假设反应中还原产物只有NO)。
解析：

7、混合金属与HNO3反应的计算:
例7．测定某铜银合金的成分，将30g合金完全溶解于80mol、浓度为 13.5mol/L的浓硝酸中，合金完全溶解后，收集到6.72L(标准状况下)的混合气体，并测得溶液的氢离子浓度为1mol/L，设反应后溶液的体积仍为80mL。
(1)被还原的硝酸的物质的量。 (2)合金中各金属成分。
(3)收集到的混合气体中NO2的体积(标准状况下)。
解析：(1)被还原的硝酸就是作氧化剂的硝酸,即生成的气体就对应被还原的硝酸，所以：
n(被还原的硝酸)=6.72/22.4=0.3mol
(2)设合金中铜银的物质的量分别为x、y则显酸性的硝酸的物质的量为2x+y
因反应后溶液的氢离子浓度为1mol/L，则未参加反应的硝酸的物质的量为0.08×1
据质量守恒有：64x+108y=30，据氮元素守恒有：2x+y+6.72/22.4=0.08×13.5–0.08×1
解得x=0.3  y=0.1
(3)设混合体积中NO和NO2的物质的量分别为amol、bmol，根据二者体积及电子转移守恒，则：a+b=6.72/22.4=0.3，3a+b＝0.3×2+0.1×1解得a=0.1  b=0.1
故混合气体中NO2的体积=0.1mol×22.4L/mol=2.24L
【巩固练习】为了测定某铜银合金的组成，将17.2g合金溶于50mL 11.0mol/L的浓硝酸中，待合金完全溶解后，只生成NO2和NO气体，共4.48L(标准状况下)，并测得此时溶液中硝酸的物质的量浓度为1.0mol/L．假设反应后溶液的体积仍为50mL。试计算：
(1)被还原的硝酸的物质的量。
(2)合金中银的质量分数。

【知识拓展】为测定某铜银合金的成分，将6.2g合金溶于40mL3.5mol/L的稀硝酸中，待合金完全溶解后，并测得溶液中H+浓度为1mol/L。假设反应所得气体是NO2、NO的混合物，反应后溶液的体积仍为40mL，试计算：
(1)合金中铜的物质的量。
(2)所得气体的组成。
解析：

【变式训练】14g铜、银合金与足量的某浓度的硝酸反应，将放出的气体与1.12L氧气(标准状况下)混合，通入水中恰好全部被吸收生成硝酸，则合金中铜的质量为( )
A．3.2g B．6.4g C．5.8g D．12.8g
解析：