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铜与硝酸的反应体现了硝酸的强氧化性与酸性,浓硝酸在反应过程中逐渐变稀,造成产物出现了多样性, 利用计算题的形式可以从不同角度考察学生对该反应的理解程度.

1 考察求解混合气体的平均分子量(利用极端值法求解)

例1：0.03molCu完全溶于硝酸,产生氮的氧化物(NO、NO₂、N₂O₄)在标准状况下总体积为11.2L,混合气体的平均分子量可能是

(A) 30   (B)  46  (C) 50  (D)66

解析:设NO、NO₂、N₂O₄的物质的量分别为x、ｙ、ｚ，各产生1molNO、NO₂、N₂O₄分别得到3molｅ^－、1molｅ^－　、和2molｅ^－

     x+y+z=0.05mol     3x+y+2z=0.03×2=0.06

此方程属于不定方程,难以讨论,可以采用极端值法求解:假设混合气体由二种气体组成,若由NO与NO₂组成,z=0,解上述方程组得x=0.005mol,  y=0.045mol,则M=0.005×30＋0.045×46)／0.05=44.4g/mol

同理若混合气体有NO₂、N₂O₄组成，则x=0，解方程组得y=0.04mol,z=0.01mol,求得混合气体的平均摩尔质量为:M=(0.04×46＋0.01×92)/0.05=55.2g/mol

实际上混合气体由NO、NO₂、N₂O₄三种气体组成,故混合气体的平均分子量应在44.4与55.2之间,因此选B、  C .

  该题是2002年上海高考试题,考察了考生处理三种组分混合物平均分子量的思维方法.

2 考察对硝酸在反应中所起作用的理解(利用关系式法求解)

例2   1.92gCu粉与一定量的浓硝酸反应,当铜粉完全反应时收集到气体1.12L(标况),则所消耗硝酸的物质的量是

A  0.12mol      B  0.11mol    C  0.09mol     D  0.08mol

解析：铜的物质的量=1.92g/64g/mol=0.03mol.气体(NO、NO₂)的物质的量为1.12L/22.4L/mol=0.05mol.在硝酸与铜的反应中，一部分硝酸生成了硝酸铜，另一部分硝酸转化为NO_x(NO、NO₂)，

关系式如下：Cu——Cu（NO₃）₂——2HNO₃；HNO₃——NO_x(NO、NO₂)，

由上述关系式可知，所消耗硝酸的物质的量=2n（Cu）+n（NO_x）=2×0.03 mol +0.05mol=0.11mol.

3 考察对NO₃^-减少与H⁺下降关系的理解(利用守恒关系列方程求解)

例3  76.8mgCu与足量浓硝酸反应,铜作用完全后,如果NO₃^-减少2×10^-3mol,则溶液中H⁺同时下降

A  2.2×10^-3mol       B  3.2 ×10^-3mol  C  4.4×10^-3mol  D  4.8×10^-3mol

解析:H⁺反应后生成H₂O, H₂O中的O来自HNO₃转化为NO_x后减少的O,故有下列关系:

     NO₃^-(减少)--- NO₂--- _e^_ --- 2H⁺; NO₃^-(减少)---NO---_3e^_----4H⁺，

因此,n(H⁺)=2n(NO₂)+4n(NO).这样只要求出NO₂与NO的物质的量即可求出减少的H⁺物质的量,设生成NO_2、NO的物质的量分别为x,y则

由N守恒:x+y=2×10^-3mol, ①

由得失电子守恒:x+3y=2×76.8×10^-3g/64g/mol②

解①,②方程组得: x =1.8×10^-3mol, y=0.2×10^-3mol. n(H⁺)=2×1.8×10^-3mol+4×0.2×10^-3mol=4.4×10^-3mol,选C.

4 考察对铜与硝酸反应实质的理解(利用离子方程式判断过量求解)

例4  有硫酸与硝酸的混合液,取出其中10ml,加入足量的BaCl₂溶液,将生成的沉淀过滤洗涤,干燥称得质量为9.32g.另取这种溶液10ml与4mol/L的NaOH溶液25ml恰好中和.

求①混合液中H₂SO₄与HNO₃的物质的量浓度是多少？②另取10ml的混合液与0.96g铜粉共热时，有多少ml气体产生?

解析:由题意知硫酸钡的物质的量:n(BaSO₄)=n(H₂SO₄)= 9.32g/233g/moL=0.04mol, 溶液中的H⁺与NaOH反应,n(NaOH)=n(H⁺)=0.025L×4mol/L=0.1mol,  n(HNO₃)=0,1mol－2 n(H₂SO₄)== 0.02mol, c(H₂SO₄)=4mol/L,c(HNO₃) =2moL/L;

(2)溶液中的n(H⁺)=0.04×2+0.02=0.10mol, n(HNO₃)=0.02mol,n(Cu)=0.015mol,由化学反应3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O,因此与0.015mol的Cu反应需要的H⁺的物质的量为0.04mol<0. 1mol同理反应掉的NO₃^-的物质的量为0.01mol<0.02mol,所以H⁺与NO₃^-均过量,Cu全部溶解,生成的NO的体积应据Cu的物质的量来计算,即n(NO)=2/3×0.015=0.01mol,所以V(NO)=0.224L.

5 考察硝酸的还原产物中氮元素的化合价(假设法求解)

例5:锌与硝酸反应,若有1mol硝酸参加法院，则有0.8mol的电子发生转移,此时硝酸的还原产物中N元素的化合价

   A  +4   B   +1    C+2     D－3

解析:从题目的所述中可知,若有8mol的电子转移,就有4mol的锌被氧化,有10mol的硝酸参加反应,其中有8mol的硝酸转化为Zn(NO₃)₂,还有2molHNO₃,可能有以下情况:

①若2mol的硝酸全部被还原,则N的化合价应降为(+5－8/2)=+1.此时产物为N₂O

②若2mol的硝酸只有1molHNO₃被还原, 则N的化合价应降为(+5－8)=－3此时产物为NH₄NO₃