金屬與硝酸反應的計算規律

楊琳祥

一、思維模型（金屬與硝酸反應的實質是金屬與H+和NO3- 共同作用）

二、計算中守恒思想的應用（以銅與硝酸反應為例進行說明）

1.金屬和硝酸反應的通式： 金屬 + HNO3 —→ 高價的硝酸鹽 + 含氮的氣體 + 水

其中含氮的氣體：包含NO、NO2、NH3等；一般情況下是NO、NO2或是兩種的混合氣體。

2.硝酸的作用：（1）起酸性作用（生成鹽），（2）作氧化劑（化合價降低生成NO2 / NO）

3.利用的原理：原子守恒、電子守恒等

（1）N原子守恒

硝酸總量=作酸的硝酸+作氧化劑的硝酸+剩余的硝酸

A.求作酸的硝酸的量：用鹽計算 （原子守恒）

Cu ———— Cu（NO3）2 ————2HNO3（作酸）

B.求作氧化劑的硝酸的量：用氣體算 （據N守恒）

HNO3（氧化劑）——— NO2； HNO3（氧化劑）——— NO

n（HNO3）= n（NO2）+n（NO）=n（混合氣體）=V（混合氣體體積）/22.4 mol

C.求反應后的NO3—離子的量

n（NO3—）= n（作酸的HNO3）+ n（剩余的HNO3）

（2）得失電子守恒

金屬與氣體的關系：電子守恒 ；即：失去的電子總數====得到的電子總數

金屬失去電子數：↑ Cu ——Cu 2+ —— 失去2e-

硝酸得到電子數：↓ HNO3 ——NO2——得到1e-； HNO3 ——NO——得到3e-

4.若往金屬與硝酸反應后的溶液中，加入一定量的硫酸時，有關的計算直接利用離子方程式進行過量的計算。

例1 為了測定某銅銀合金的的成分，將30.0 g合金溶于80ml 13.5mol/L的濃硝酸中，待合金全部溶解后，收集到6.72L（標準狀況）氣體，并測得溶液中H+ 的物質的量濃度為1mol/L，設反應后溶液的體積仍為80ml ，計算：

（1）被還原硝酸的物質（2）合金中銀的質量分數（3）混合氣體中NO和NO2體積比

解析：（1）由于隨著反應的進行，HNO3的濃度不斷的減小，收集的氣體應該是NO和NO2的混合物。而HNO3在反應中，既表現出酸性，又表現出氧化性，所以在求被還原的HNO3時，應該用含氮的氣體進行計算，根據氮原子守恒則有：

n（被還原的硝酸）== n（ NO）+ n（NO2）==n（混合氣體）== 6.72 / 22.4 = 0.3 mol ----①

（2）作酸的硝酸的量=== 總硝酸的量 —（作氧化劑的硝酸的量+剩余的硝酸的量）。

剩余的硝酸的量可以由反應后溶液中的H+守恒計算；再根據生成的鹽來計算作酸的硝酸，則有

①n（剩余的硝酸）== n（H+） ==1×80×10—3 ==0.08 mol

n（作酸的硝酸） ==13.5×80×10—3 —0.3 —0.08 ==0.7 mol

②假設合金中含有的銅為x mol ，銀為y mol，則有

64x +108y==30.0 ----------②

再根據生成的鹽與HNO3的關系有：

Cu —— Cu（NO3）2 ——2HNO3（作酸）； Ag —— AgNO3 ——HNO3（作酸）

1 mol 2 mol 1 mol 1 mol

x mol 2x mol y mol y mol

2x + y == 0.7 ----------③

解方程②和③ 即可得到x==0.3 mol y==0.1 mol

所以 銀的質量分數===（0.1×108 /30.0）×100%== 36%

（3）金屬失去電子等于硝酸得到電子，根據電子守恒有

3n（ NO）+ n（NO2）==2x + y == 0.7 --------④

解方程③和④ 即可得到：n（ NO）==0.2 mol n（NO2）==0.1 mol

V（NO） / V（NO2） === n（ NO）/ n（NO2）==0.2 / 0.1 ==2：1

例2 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5mol/L NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，則消耗NaOH溶液的體積是 （ ）

A.60 mL B.45 mL C.30 mL D.15 mL

解析：O2為氧化劑，Cu為還原劑，HNO3僅僅發生了復分解反應，則

n（Cu）=2n（O2）=0.15 mol，n（NaOH）=2n（Cu）=0.3 mol，V（NaOH）= =0.06 L=60 mL，故選A。