化学自习室移动版

化学中有许多产物，跟反应物浓度关系密切。鉴于高考常据此设计难题，本文总结了这些反应。

例题解析

【例题1】（MCE94-24）38.4g铜跟适量浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到气体22.4L（标况），反应消耗硝酸的物质的量可能是

A.1.0    B.1.6    C.2.2    D.2.4

命题意图：考查学生对反应条件――浓度变化时产物种类变化的认识。属化学教学中要求具备的能力。

知识依托：Cu与浓、稀HNO₃的反应。

错解分析：忽视了Cu与稀HNO₃的反应，就会错选D；只运用Cu与稀HNO₃的反应解题，就会错选B。

解题思路：随着反应的进行，硝酸的浓度逐渐变小，产生的气体可能是纯净的NO₂，也可能是NO₂和NO的混合物。

n(Cu)＝38.4g/64.0g·mol^-1＝0.6mol

n(气体)＝22.4L/22.4L·mol^-1＝1.0mol

这样，发生的反应可能是下列①一个，也可能是①②两个：

①Cu + 4HNO₃(浓) == Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

②3Cu + 8HNO₃(稀) == 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

于是，本题有多种解法。

方法一（极值法）：若产生的气体全部是NO₂，由化学方程式①得：

n(HNO₃)=4n(Cu)＝0.6mol×4＝2.4mol

n(NO₂)=2n(Cu)＝0.6mol×2＝1.2mol

V(NO₂)=1.2mol×22.4L·mol^-1＝26.9L>22.4L

可见，气体不全是NO₂。

若产生的气体全部是NO，由化学方程式②得：

n(HNO₃)=8/3n(Cu)＝0.6mol×（8/3）＝1.6mol

n(NO)=2/3n(Cu)＝0.6mol×(2/3)＝0.4mol

V(NO₂)=0.4mol×22.4L·mol^-1＝8.96L<22.4L

由于气体是NO₂和NO的混合物，8.96L<V(气体)<26.9L

所以1.6mol<n(HNO₃)<2.4mol

观察备选项可知答案。

方法二（守恒法）：根据反应前后N原子守恒和Cu原子守恒得：

n(HNO₃)＝n(Cu(NO₃)₂)×2＋n(NO₂)＋n(NO)       （N原子守恒）

       ＝n(Cu)×2＋n(NO₂)＋n(NO)             （Cu原子守恒）

       ＝0.6mol×2＋1.0mol

       ＝2.2mol

方法三（写总化学方程式法）：设生成NO₂的物质的量为x，则题设条件下的总化学反应为：

0.6Cu + 2.2HNO₃ == 0.6Cu(NO₃)₂ + xNO₂↑ + (1-x)NO↑ + 1.1H₂O

先写出反应物和生成物以及Cu、NO₂和NO的化学计量数，再根据Cu原子守恒和N原子守恒得出Cu(NO₃)₂和HNO₃的化学计量数，H₂O的化学计量数可根据H原子守恒而得出（因与结果无关也可不算出）。根据方程式可知，参与反应的HNO₃物质的量为2.2mol。

方法四（平均分子式法）：设HNO₃还原产物的平均分子式为NO_x，则：

n(Cu)：n(NO_x)=0.6mol：1.0mol=3：5

Cu和HNO₃的总反应方程式为：

3Cu + 11HNO₃ == 3Cu(NO₃)₂ + 5NO_x↑ + ?H₂O

先写出反应物和生成物以及Cu、NO_x的化学计量数3和5，再根据Cu原子守恒和N原子守恒分别得出Cu(NO₃)₂和HNO₃的化学计量数3和11，H₂O的化学计量数因与结果无关可不算出，则：

n(HNO₃)＝11/3n(Cu)=0.6mol×(11/3)=2.2mol

答案：C

变式一：去掉备选项，将问题改为：求还原产物NO₂和NO的物质的量之比，其他同例题，试解之。

解题思路：在前面“方法四”的基础上得到下式：

3Cu + 11HNO₃ == 3Cu(NO₃)₂ + 5NO_x↑ + 5.5H₂O

根据O原子守恒得：33＝18＋5x+5.5

x=1.9

即NO_x为NO_1.9。用十字交叉法：

NO₂：2          0.9

          1.9

NO：1          0.1

V(NO₂)：V(NO)＝9：1

答案：9：1

变式二：若例题条件下Cu与HNO₃恰好完全反应，二者皆无剩余，欲求开始生成NO时HNO₃溶液的浓度，还缺少的条件是___（用必要的文字和字母b表示），开始生成NO时HNO₃溶液的浓度为_____（请写最后结果）。

解题思路：据变式一解题思路得：

V(NO₂)＝1.0mol×(9/10)＝0.9mol

V(NO)＝0.1mol

生成NO时消耗HNO₃的物质的量可以求出：

8HNO₃ (稀)------2NO↑

8            2

n(HNO₃)       0.1mol

n(HNO₃)=0.4mol

欲求0.4molHNO₃的浓度，须知HNO₃溶液的体积-----b：

c(HNO₃)=0.4mol/b

答案：开始生成NO时HNO₃溶液的体积b   0.4mol/b

拓展总结

当化学反应进行时，反应物不断被消耗。随着反应的进行，反应物的浓度不断减小。

①有的会造成产物的不同。如过量Cu放入少量浓HNO₃中开始生成气体的是NO₂，后来生成气体的是NO；很稀的HNO₃溶液与活泼金属反应还会有H₂生成（非信息题可不考虑）。再如，过量活泼金属（如Zn）与少量浓H₂SO₄的反应，开始生成气体的是SO₂，后来生成气体的是H₂。

②有的反应不再发生。如过量Cu与少量浓H₂SO₄的反应，随着反应的进行，浓H₂SO₄变成稀H₂SO₄，Cu与稀H₂SO₄不再发生反应。再如过量MnO₂与少量浓盐酸的反应，随着反应的进行，浓盐酸变成稀盐酸，不再与MnO₂发生氧化还原反应。

③有些本来不能发生的反应，后来能够进行。如稀H₂SO₄溅在衣服上，水分蒸发后，变成浓H₂SO₄，也就能使布料脱水炭化。

能力训练

1、向50ml 18mol·L^-1H₂SO₄溶液中加入足量的铜片并加热，充分反应后，被还原H₂SO₄的物质的量（A）

A.小于0.45mol  B.等于0.45mol  C.在0.45mol和0.9mol之间  D.大于0.9mol

2、（02-上海化学-22）0.03mol铜完全溶于硝酸，产生氮的氧化物NO、NO₂、N₂O₄混合气体共0.05mol。该混合气体的平均相对分子质量可能是（BC）

A.30    B.46    C.50     D.66

3、14.0g铜银合金与足量某浓度的硝酸反应，将放出的气体与1.12L（标准状况）氧气混合，通入水中恰好完全吸收，则合金中铜的质量为（C）

A.9.6g    B.6.4g    C.3.2g     D.1.6g

4、3.2g铜和过量硝酸（8mol·L^-1，30ml）充分反应。硝酸的还原产物有的NO₂和NO，反应后溶液中所含H^＋为amol，则此时溶液中所含NO₃^-为______mol。

答案：(a+0.10)mol

5、使一定量Zn与100ml 18.5mol·L^-1浓H₂SO₄充分反应，Zn完全溶解，同时生成标准状况下气体33.6L。将反应后溶液稀释，测得其PH＝1.0。求：

⑴生成气体的成分及体积（假设浓H₂SO₄与Zn反应还原产物只生成SO₂）；

⑵Zn的质量；

⑶开始生成H₂时H₂SO₄的浓度（假设溶液体积无变化）。

答案：⑴生成SO₂6.7L，生成H₂26.9L；⑵97.5g；⑶12.5mol·L^-1。

6、（04-天津理综-29）（14分）将32.64g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11.2L。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，向溶液加入VmLamol/L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。

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。

答案：⑴5.8    5.4；⑵(aV·10^-3+0.5)/0.14；⑶57.8