2023年12月18日发(作者：)
专题讲座(十)金属与硫酸和硝酸反应的计算
1．反应通式。
M＋H2SO4(浓)―→M(SO4)n＋还原产物＋H2O
3M＋4xHNO3(稀)===3M(NO3)x＋xNO↑＋2xH2O
M＋2xHNO3(浓)===M(NO3)x＋xNO2↑＋xH2O
x为金属的化合价。由以上两通式可以看出，稀硝酸与金属反应1时，显示氧化性的硝酸占总量的；浓硝酸与金属反应时，显示氧化41性的硝酸占总量的。
22．还原产物。
浓硫酸―→SO2
浓硝酸―→NO2
稀硝酸―→NO(HNO3越稀，还原产物的价态越低，如Zn和很稀的HNO3反应，还原产物可能是NH4NO3)。
3．溶液中的酸。
(1)起氧化性作用的酸转化为气体(NO、NO2、SO2等)，起氧化性作用的酸的物质的量等于生成气体的物质的量。
(2)起酸性作用的酸转移到生成物的盐中，其物质的量可以由阳离子的物质的量求得。
(3)没参加反应的酸，可根据溶液中H＋的物质的量求得。
4．常用方法。
(1)电子守恒法。
硝酸与金属的反应属于氧化还原反应，N原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。
(2)原子守恒法。
硝酸与金属反应后，一部分以NO－3的形式存在，一部分转化为还原产物(NO、NO2等)，这两部分中氮原子的物质的量与反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量相等。
以Cu与硝酸反应为例来说明：
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝n(NO2)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)。
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝3n(NO)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO)。
若还原产物为NO2和NO的混合气体，则反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)＋n(NO)。
5．金属与稀硝酸和稀硫酸的混合酸反应
金属与硝酸和硫酸的混合酸反应时，金属与硝酸反应生成的硝酸盐在酸性条件下，相当于稀硝酸，金属会继续被NO－3氧化，故计算有关物质的量时，要按离子方程式进行。
例如，Cu与硝酸和硫酸的混合酸反应时，要按离子方程式：3Cu2＋＋8H＋＋2NO－===3Cu＋2NO↑＋4H2O进行计算。
3一般有以下几种情况：
＋3Cu ～2NO－3 ～ 8H 被还原的HNO3量 被氧化的Cu量
3①足量 不足 足量 HNO3总量 n(HNO3)
22②不足 足量 足量 n(Cu) Cu总量
3
13＋③足量 足量 不足 n(H) n(H＋)
48由此看出，在不同的情况，HNO3可部分被还原，也可全部被还原，Cu也是可部分或可全部被氧化。
[练习]________________________________________
1．38.4 mg Cu与适量的浓硝酸反应，Cu全部反应后，共收集到22.4 mL气体(标准状况下)，反应消耗的HNO3的物质的量可能是( )
A．1.0×10－3 mol
C．2.2×10－3 mol
答案：C
2．6.4 g Cu与过量硝酸(a mol·L－1，30 mL)充分反应。硝酸的还原产物只有NO2、NO。反应后溶液中含H＋为 0.1 mol。
(1)此时溶液中所含NO－3为________mol。
(2)求生成的气体中NO2和NO的物质的量各为多少(用含有a的式子表示)?
解析：设生成气体中NO2、NO的物质的量分别为x、y，则由题意得以下方程组：
B．1.6×10－3 mol
D．2.4×10－3 mol
x＋3y＝6.4 g64 g·mol6.4 mol×2＋0.1x＋y＝0.03a mol－54－1×2＝0.2 mol
解之得：x＝(0.045a－0.55) mol
y＝(0.25－0.015a) mol。
答案：(1)0.3 (2)(0.045a－0.55) mol (0.25－0.015 a) mol
3．将8 g Fe置于40 mL HNO3中微热，生成气体的颜色随反应的进行由深变浅，充分反应后得标准状况下的气体为1.792 L，此时剩余2.4 g固体，求：
(1)该反应中被还原的硝酸和未被还原的硝酸的质量比。
(2)求混合气体中NO和NO2的体积比。
解析：(1)根据元素守恒，被还原的硝酸物质的量为：
1.792 Ln(HNO3)＝n(NO、NO2)＝＝0.08 mol
1－22.4 L·mol未被还原的硝酸物质的量为：
n(HNO3)＝2n(Fe)＝×2＝0.2 mol
1－56 g·mol被还原的HNO3和未被还原的HNO3的物质的量之比为0.08∶0.2＝2∶5。
(2)n(Fe)＝＝0.1 mol
1－56 g·moln(NO)＋n(NO2)＝0.08 mol
据电子守恒：2n(Fe)＝3n(NO)＋n(NO2)
所以n(NO)＝0.06 mol n(NO2)＝0.02 mol
所以n(NO)/n(NO2)＝3∶1，
则V(NO)/V(NO2)＝3∶1。
答案：(1)2∶5 (2)3∶1
8 g－2.4 g8 g－2.4 g
