化学自习室移动版

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  0.03mol Cu完全溶于硝酸，产生氮的氧化物(NO、NO₂、N₂O₄)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=0.05 

3x＋y＋2z=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 1.92g Cu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NOx(NO、NO₂)，关系式如下：

Cu→Cu(NO₃)₂→2HNO₃；HNO₃→NOx(NO、NO₂)，

由上述关系式可知，所消耗硝酸的物质的量=2n(Cu)＋n(NOx)=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NOx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NO₂、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^－=3Cu^2＋＋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 硝酸参加反应，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2mol HNO₃，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1mol HNO₃被还原， 则N的化合价应降为(＋5－8)=－3此时产物为NH₄NO₃