守恒法巧解金属与硝酸反应的计算题修订稿
守恒法巧解金属与硝酸
反应的计算题
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守恒法巧解金属与硝酸反应的计算题
一. 原子守恒法
例1.38.4gCu与适量浓反应，当铜全部作用后，共收集到标准状况下的气体（不考虑转化为），反应消耗的硝酸的物质的量可能是（）
A. B.
C. D.
解析：在Cu与的反应中，起氧化剂和酸两种作用。因收集到的气体可能是和的混合气体，由N原子守恒知：
所以有：
答案为C。
二. 电子守恒法
例2. 铜和镁的合金完全溶于浓硝酸，若反应后硝酸被还原只产生
的气体和的气体（都已折算到标准状况），在反应后的溶液中，加入足量的氢氧化钠溶液，生成沉淀的质量为（）
A. 9.02g
B. 8.51g
C. 8.26g
D. 7.04g
解析：分析题意可知，最后生成的沉淀为与的混合物，其质量等于合金的质量与所结合的的质量之和。又铜、镁与硝酸反应生成+2价的阳离子，由电子守恒得。代入有关数据可得，所以结合的的物质的量为
，故
。
答案为B。
例3. 14g铜银合金与足量的某浓度的硝酸反应，将放出的气体与
（标准状况）混合，通入水中，恰好被全部吸收，则合金中铜的质量为（）
A. 1.4g
B. 2.4g
C. 3.2g
D. 6.4g
解析：因硝酸的浓度未知，故根据方程式计算有困难。分析反应的整个流程知，失电子数等于转化为氮的氧化物的过程中得到的电子数，氮的氧化物失电子数等于得到的电子数，故失电子总数等于得到的电子数。
设，根据质量守恒和电子得失守恒可列式：
解得：
所以
答案为C。
三. 电荷守恒法
例4. 3.2g铜与过量的浓硝酸（）充分反应，硝酸的还原产物有NO和，反应后溶液中的，则此时溶液中所含物质的量为（）
A. B.
C. D.
解析：本题用常规法较繁。分析题意知：反应后的溶液中含有的离子有：
，应用电荷守恒：
即
所以
答案为B。
?
金属与硝酸反应的过程中，金属失去的电子数一定等于硝酸还原为氮的氧化物时获得的电子数。灵活运用这一电子守恒法，往往能使复杂问题简单化，对于快速、准确地解决这一类题型有很大帮助。
例1 足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与（标准状况）混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5mol·L-1NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是（）
A．60mL B．45mL
C．30mL D．15mL
解析：本题包含三个反应过程：①Cu+HNO3→Cu2++混合气体(NO2、N2O4、NO)；②混合气体(NO2、N2O4、NO)+O2+H2O→HNO3；③Cu2++2OH-＝Cu(OH)2↓。根据电子守恒，在反应①中Cu失去电子的物质的量与反应②中O2获得电子的物质的量相等，即2n(Cu2+)＝4n(O2)，得：n(Cu2+)＝2n(O2)＝2×■＝。由反应③可知，n(NaOH)＝2n(Cu2+)＝，所以NaOH溶液的体积为：■＝＝60mL。故答案应为A。
例2 将铜与140mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为。请回答：
⑴NO的体积为 L，NO2的体积为 L。
⑵待产生的气体全部释放后，向溶液中加入VmL a mol·L-1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为 mol·L-1。
⑶欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，至少需要30%的双氧水 g 。
解析：⑴设混合气体中NO和NO2的物质的量分别为xmol和ymol，则x+y＝■＝①，由于反应过程中电子守恒（得失电子相等），故3x+y＝2×■②，解①、②组成的方程组得：x＝，y＝。则NO的体积为：× L·mol-1≈，NO2的体积为：－＝。
⑵根据氮原子守恒可知，n(HNO3)＝n(NaNO3)+n(NO)+n
(NO2)＝n(NaOH)+＝(a×V×10-3+mol，则原硝酸溶液的浓度为：■mol·L-1。
⑶由反应过程中电子转移守恒可知，NO和NO2全部变成NaNO3所失去的电子数等于Cu与HNO3反应所失去的电子数，即n(e-)＝2×■mol＝，故n(H2O2)＝■＝，因此，需要30%的双氧水的质量为：■＝。
巩固练习：（2002·上海）铜完全溶于硝酸，产生氮的氧化物(NO、NO2、N2O4)混合气体共。该混合气体的平均相对分子质量可能是（）
A．30 B．46
C．50 D．66
（答案：B、C。提示：混合气体的平均相对分子质量介于假若混合气体全部为NO和NO2时的平均分子质量与假若混合气体全部为NO2和N2O4时的平均分子质量之间）