论文部分内容阅读
一、思维模型(金属与硝酸反应的实质是金属与H+和NO3- 共同作用)
二、计算中守恒思想的应用(以铜与硝酸反应为例进行说明)
1.金属和硝酸反应的通式: 金属 + HNO3 —→ 高价的硝酸盐 + 含氮的气体 + 水
其中含氮的气体:包含NO、NO2、NH3等;一般情况下是NO、NO2或是两种的混合气体。
2.硝酸的作用:(1)起酸性作用(生成盐),(2)作氧化剂(化合价降低生成NO2 / NO)
3.利用的原理:原子守恒、电子守恒等
(1)N原子守恒
硝酸总量=作酸的硝酸+作氧化剂的硝酸+剩余的硝酸
A.求作酸的硝酸的量:用盐计算 (原子守恒)
Cu ———— Cu(NO3)2 ————2HNO3(作酸)
B.求作氧化剂的硝酸的量:用气体算 (据N守恒)
HNO3(氧化剂)——— NO2; HNO3(氧化剂)——— NO
n(HNO3)= n(NO2)+n(NO)=n(混合气体)=V(混合气体体积)/22.4 mol
C.求反应后的NO3—离子的量
n(NO3—)= n(作酸的HNO3)+ n(剩余的HNO3)
(2)得失电子守恒
金属与气体的关系:电子守恒 ;即:失去的电子总数====得到的电子总数
金属失去电子数:↑ Cu ——Cu 2+ —— 失去2e-
硝酸得到电子数:↓ HNO3 ——NO2——得到1e-; HNO3 ——NO——得到3e-
4.若往金属与硝酸反应后的溶液中,加入一定量的硫酸时,有关的计算直接利用离子方程式进行过量的计算。
例1 为了测定某铜银合金的的成分,将30.0 g合金溶于80ml 13.5mol/L的浓硝酸中,待合金全部溶解后,收集到6.72L(标准状况)气体,并测得溶液中H+ 的物质的量浓度为1mol/L,设反应后溶液的体积仍为80ml ,计算:
(1)被还原硝酸的物质(2)合金中银的质量分数(3)混合气体中NO和NO2体积比
解析:(1)由于随着反应的进行,HNO3的浓度不断的减小,收集的气体应该是NO和NO2的混合物。而HNO3在反应中,既表现出酸性,又表现出氧化性,所以在求被还原的HNO3时,应该用含氮的气体进行计算,根据氮原子守恒则有:
n(被还原的硝酸)== n( NO)+ n(NO2)==n(混合氣体)== 6.72 / 22.4 = 0.3 mol ----①
(2)作酸的硝酸的量=== 总硝酸的量 —(作氧化剂的硝酸的量+剩余的硝酸的量)。
剩余的硝酸的量可以由反应后溶液中的H+守恒计算;再根据生成的盐来计算作酸的硝酸,则有
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假设合金中含有的铜为x mol ,银为y mol,则有
64x +108y==30.0 ----------②
再根据生成的盐与HNO3的关系有:
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 银的质量分数===(0.1×108 /30.0)×100%== 36%
(3)金属失去电子等于硝酸得到电子,根据电子守恒有
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1.68 L O2(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 NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,则消耗NaOH溶液的体积是 ( )
A.60 mL B.45 mL C.30 mL D.15 mL
解析:O2为氧化剂,Cu为还原剂,HNO3仅仅发生了复分解反应,则
n(Cu)=2n(O2)=0.15 mol,n(NaOH)=2n(Cu)=0.3 mol,V(NaOH)= =0.06 L=60 mL,故选A。
二、计算中守恒思想的应用(以铜与硝酸反应为例进行说明)
1.金属和硝酸反应的通式: 金属 + HNO3 —→ 高价的硝酸盐 + 含氮的气体 + 水
其中含氮的气体:包含NO、NO2、NH3等;一般情况下是NO、NO2或是两种的混合气体。
2.硝酸的作用:(1)起酸性作用(生成盐),(2)作氧化剂(化合价降低生成NO2 / NO)
3.利用的原理:原子守恒、电子守恒等
(1)N原子守恒
硝酸总量=作酸的硝酸+作氧化剂的硝酸+剩余的硝酸
A.求作酸的硝酸的量:用盐计算 (原子守恒)
Cu ———— Cu(NO3)2 ————2HNO3(作酸)
B.求作氧化剂的硝酸的量:用气体算 (据N守恒)
HNO3(氧化剂)——— NO2; HNO3(氧化剂)——— NO
n(HNO3)= n(NO2)+n(NO)=n(混合气体)=V(混合气体体积)/22.4 mol
C.求反应后的NO3—离子的量
n(NO3—)= n(作酸的HNO3)+ n(剩余的HNO3)
(2)得失电子守恒
金属与气体的关系:电子守恒 ;即:失去的电子总数====得到的电子总数
金属失去电子数:↑ Cu ——Cu 2+ —— 失去2e-
硝酸得到电子数:↓ HNO3 ——NO2——得到1e-; HNO3 ——NO——得到3e-
4.若往金属与硝酸反应后的溶液中,加入一定量的硫酸时,有关的计算直接利用离子方程式进行过量的计算。
例1 为了测定某铜银合金的的成分,将30.0 g合金溶于80ml 13.5mol/L的浓硝酸中,待合金全部溶解后,收集到6.72L(标准状况)气体,并测得溶液中H+ 的物质的量浓度为1mol/L,设反应后溶液的体积仍为80ml ,计算:
(1)被还原硝酸的物质(2)合金中银的质量分数(3)混合气体中NO和NO2体积比
解析:(1)由于随着反应的进行,HNO3的浓度不断的减小,收集的气体应该是NO和NO2的混合物。而HNO3在反应中,既表现出酸性,又表现出氧化性,所以在求被还原的HNO3时,应该用含氮的气体进行计算,根据氮原子守恒则有:
n(被还原的硝酸)== n( NO)+ n(NO2)==n(混合氣体)== 6.72 / 22.4 = 0.3 mol ----①
(2)作酸的硝酸的量=== 总硝酸的量 —(作氧化剂的硝酸的量+剩余的硝酸的量)。
剩余的硝酸的量可以由反应后溶液中的H+守恒计算;再根据生成的盐来计算作酸的硝酸,则有
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假设合金中含有的铜为x mol ,银为y mol,则有
64x +108y==30.0 ----------②
再根据生成的盐与HNO3的关系有:
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 银的质量分数===(0.1×108 /30.0)×100%== 36%
(3)金属失去电子等于硝酸得到电子,根据电子守恒有
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1.68 L O2(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 NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,则消耗NaOH溶液的体积是 ( )
A.60 mL B.45 mL C.30 mL D.15 mL
解析:O2为氧化剂,Cu为还原剂,HNO3仅仅发生了复分解反应,则
n(Cu)=2n(O2)=0.15 mol,n(NaOH)=2n(Cu)=0.3 mol,V(NaOH)= =0.06 L=60 mL,故选A。