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        把握變化 突破金屬與硝酸反應的計算

        2022-02-25 02:53:38張新中
        數(shù)理化解題研究 2022年1期
        關鍵詞:標準狀況銅粉混合物

        張新中

        (江蘇省邗江中學 225009)

        金屬與硝酸的計算是高考的一個重要考點,也是學生學習的一個難點,其中銅、鐵與硝酸的計算更是變化多端.

        題目將13.44 g銅粉投入過量濃硝酸中,充分反應后產生氣體的體積(標準狀況)為( ).

        A.3.136 L B.4.704 L C.5.376 L D.9.408 L

        分析Cu與過量濃硝酸反應的化學方程式為:

        則n(NO2)=2n(Cu)=2×0.21 mol=0.42 mol

        故V(NO2)=0.42 mol×22.4 L·mol-1

        =9.408 L

        答案為D.

        點評濃硝酸與金屬反應時,硝酸被還原為NO2.

        變式1 將13.44 g銅粉投入過量稀硝酸中,充分反應后產生氣體的體積(標準狀況)為( ).

        A.3.136 L B.4.704 L C.5.376 L D.9.408 L

        分析Cu與過量稀硝酸反應的化學方程式為:

        3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

        故V(NO)=0.14 mol×22.4 L·mol-1=3.136 L

        答案為A.

        點評稀硝酸與金屬反應時,硝酸被還原為NO.

        變式2 將13.44 g銅粉投入一定量的濃硝酸中反應,當銅粉完全作用時收集到氣體4.480 L(標準狀況),則所消耗硝酸的物質的量為( ).

        A.0.42 mol B.0.56 mol

        C.0.62 mol D.0.84 mol

        Cu與濃硝酸反應:

        Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

        由化學方程式可知,0.21 mol Cu完全反應理論上應生成0.42 mol NO2,但實際上只生成0.20 mol,說明還有NO生成.

        解法一根據(jù)化學方程式進行計算.設Cu與濃硝酸、稀硝酸反應的物質的量分別為x、y,則

        1 4 2

        x4x2x

        3 8 2

        解得:x=0.045 mol,y=0.165 mol

        故消耗硝酸的物質的量為:

        =0.62 mol

        解法二根據(jù)氮原子守恒計算.硝酸反應后,氮元素在Cu(NO3)2和NO2、NO氣體中,故消耗HNO3的物質的量等于這幾種物質中氮原子的物質的量之和,則

        n(HNO3)耗=2n[Cu(NO3)2]+n(NO2)+n(NO)

        =2n(Cu)+n(氣)=2×0.21 mol+0.20 mol

        =0.62 mol

        答案為C.

        變式3 將13.44 g銅粉投入一定量的濃HNO3中,當銅粉完全作用時收集到氣體4.480 L(標準狀況),將盛有此氣體的容器倒扣在水槽中,通入標準狀況下一定體積的O2,恰好使氣體完全溶于水,則通入標準狀況下的O2的體積為( ).

        A.5.040 L B.3.360 L C.2.352 L D.1.120 L

        V(O2)=0.105 mol×22.4 L·mol-1=2.352 L

        答案為C.

        點評硝酸與金屬的反應屬于氧化還原反應,氮原子得到的電子數(shù)等于金屬原子失去的電子數(shù),而NO2和NO與O2一起通入水中又生成硝酸,故金屬原子失去的電子數(shù)也等于O2得到的電子數(shù).

        變式4 將13.44 g銅粉投入100 mL 1 mol·L-1硫酸和2 mol·L-1硝酸的混合溶液中,充分反應后最多可收集到標準狀況下的氣體的體積為( ).

        A.2.240 L B.3.136 L

        C.4.704 L D.9.408 L

        分析混合溶液中

        n(H2SO4)=1 mol·L-1×0.1 L=0.1 mol

        n(HNO3)=2 mol·L-1×0.1 L=0.2 mol

        所以n(H+)=0.1 mol×2+0.2 mol=0.4 mol

        3 2 8

        0.21 mol 0.2 mol 0.4 mol

        很明顯,H+不足量,因此用H+的物質的量進行計算.

        8H+~ 2NO↑

        8 mol 2×22.4L

        0.4 molV(NO)

        答案為A.

        點評對于金屬與硫酸和硝酸的混合溶液反應,硫酸在反應中提供H+,故應采用離子方程式進行計算,首先寫出離子方程式,再確定參加反應的離子哪一個不足,最后應用不足量的離子來進行計算.

        變式5 將13.44 g銅粉與過量硝酸充分反應,硝酸的還原產物為二氧化氮和一氧化氮,反應后溶液中含有amol氫離子,則此時溶液中所含硝酸根離子的物質的量為( ).

        A.(0.21+a) mol B.(0.42+a) mol

        C.(0.105+a) mol D.amol

        答案為B.

        點評溶液呈電中性,故溶液中陰離子所帶負電荷的總量等于陽離子所帶正電荷的總量.

        變式6 將13.44 g鐵粉投入過量的稀硝酸中,充分反應后產生氣體的體積(標準狀況)為( ).

        A.3.136 L B.4.704 L

        C.5.376 L D.9.408 L

        分析Fe與過量稀硝酸反應的化學方程式為:

        則n(NO)=n(Fe)=0.24 mol

        故V(NO)=0.24 mol×22.4 L·mol-1=5.376 L

        答案為C.

        點評鐵與硝酸反應時,硝酸過量生成Fe3+,硝酸不足生成Fe2+,兩者都完全反應還可能生成Fe2+和Fe3+的混合物.

        變式7 將13.44 g銅、鐵的混合物投入一定量的稀硝酸中充分反應,金屬全部溶解,產生的氣體通入水中,再通入標準狀況下2.464 L O2,氣體全部被水吸收,則混合物中銅的物質的量為( ).

        A.0.070 mol B.0.080 mol

        C.0.140 mol D.0.196 mol

        分析銅、鐵的混合物溶于稀硝酸中,F(xiàn)e先與硝酸反應生成Fe3+,然后Cu再與硝酸反應生成Cu2+,若硝酸過量,則反應停止;若硝酸不足,則Cu與Fe3+反應生成Fe2+和Cu2+,故反應后的溶液中可能有Fe2+、Fe3+.

        設Cu、Fe的物質的量分別為x、y,則有:

        64 g·mol-1·x+56 g·mol-1·y=13.44 g

        混合物與硝酸反應生成的氣體通入水中,再通入O2,全部被水吸收,則氣體全部轉化為硝酸,從整個過程來看,氮元素的化合價沒有變化,故混合物失去的電子轉移到O2中.

        第一種情況:若Fe只轉化為Fe3+,則根據(jù)電子得失守恒可得:

        解得:x=0.196 mol,y=0.016 mol

        第二種情況:若Fe只轉化為Fe2+,則根據(jù)電子得失守恒可得:

        解得:x=0.140 mol,y=0.080 mol

        第三種情況:若Fe轉化為Fe2+、Fe3+,則可知混合物中銅的物質的量應在0.140 mol和0.196 mol之間.

        答案為C、D.

        點評對于混合物的計算,可以列方程組進行求解.若有多種情況,則應分別進行討論.

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