“守恒”原理在金屬與硝酸反應(yīng)計(jì)算中的巧用

1、“守恒”原理在金屬與硝酸反應(yīng)計(jì)算中的巧用林尤宏南京市大廠高級(jí)中學(xué)江蘇南京210044問題由來 觀察不同金屬與硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式，發(fā)現(xiàn)只要硝酸的還原產(chǎn)物相同，則硝酸的還原產(chǎn)物與硝酸的物質(zhì)的量之比相同。運(yùn)用這一規(guī)律，可簡(jiǎn)化金屬與硝酸反應(yīng)的有關(guān)計(jì)算，其原理和計(jì)算方法推導(dǎo)如下：金屬與硝酸反應(yīng)的有關(guān)計(jì)算，包含了電子守恒、電荷守恒、原子守恒等多種守恒原理，抓住本質(zhì)，串聯(lián)各種守恒關(guān)系，可得到以下計(jì)算硝酸用量的等量關(guān)系：還原產(chǎn)物得電子數(shù)=金屬失去電子數(shù)=金屬所帶正電荷數(shù)=所結(jié)合的NO3-數(shù)電子守恒 電荷守恒 電荷守恒n(HNO3)總 = 還原產(chǎn)物中N原子物質(zhì)的量+金屬離子結(jié)合的NO3- 物質(zhì)的量原子守恒所以

2、：n(HNO3)總 =還原產(chǎn)物中N原子物質(zhì)的量+得電子物質(zhì)的量 (不考慮金屬)還原產(chǎn)物（1mol）還原產(chǎn)物中N原子（mol）得電子 （mol） HNO3（mol）NO134NO2112N2O2810NH4NO32810問題取一定質(zhì)量的Fe、Cu混合物粉末平均分成三份：第一份加入到100mL某稀硝酸中，充分反應(yīng)后，剩余金屬18.8g，并放出0.10molNO氣體；第二份加入到200mL相同濃度的稀硝酸中，充分反應(yīng)后，剩余金屬9.6g；第三份加入到過量相同濃度的稀硝酸中，金屬完全反應(yīng)，求：（1） 此稀硝酸的物質(zhì)的量濃度。（2） 中產(chǎn)生NO的物質(zhì)的量。（3） 每份金屬混合物中，含F(xiàn)e、Cu的物質(zhì)的量

3、。（4） 使中金屬完全溶解，至少還需加入此稀硝酸的體積及又放出NO的物質(zhì)的量。（5） 中生成NO的總物質(zhì)的量和消耗硝酸的總物質(zhì)的量。 問題解析（1）中金屬剩余，即HNO3完全反應(yīng)，根據(jù)總守恒關(guān)系：NO4HNO3C(HNO3) = = = 4.0mol/L（2）n(NO) = =0.20mol（3）根據(jù)電子守恒：3Cu2NO 3Fe2NO 比多生成0.10molNO，說明比多溶解了0.15mol金屬，若全為Fe，則溶解了8.4g，若全為Cu，則溶解了9.6g，而8.4g(18.8-9.6)g9.6g，說明比多溶解了Fe和Cu，且中溶解的全是Fe，中剩余的金屬只有Cu。設(shè)比多溶解了Fe和Cu的物質(zhì)

4、的量分別為x、yx + y = 0.15mol x = 0.05mol56x + 64y = 9.2g y = 0.10mol中溶解的n(Fe) = n(NO)× = 0.1mol× = 0.15mol中剩余的n(Cu) = = 0.15mol。所以，每份金屬混合物中：n(Fe) = 0.15mol + 0.05mol = 0.20moln(Cu) = 0.15mol + 0.10mol = 0.25mol （4）剩余的0.15molCu完全溶解，又放出n(NO) = 0.15mol×= 0.10mol又消耗n(HNO3) = 4n(NO) = 4×0.

5、10mol = 0.40mol至少還需V(HNO3) = = 0.10L = 100mL （5）中加入過量的稀硝酸，還發(fā)生Fe2+ Fe3+的反應(yīng) ，根據(jù)電子守恒： FeNO 3Cu2NO 得：n(NO) = n(Fe) +n(Cu) = 0.20mol + ×0.25mol = moln(HNO3) = 4n(NO) = 4×mol = mol問題托展甲、乙、丙三個(gè)研究小組為探究制備Cu(NO3)2的最佳方案，用以下三種方法由Cu粉制Cu(NO3)2溶液。（1） 甲組用agCu粉，在加熱的條件下，與空氣充分反應(yīng)，然后將生成的CuO全部溶于vmL稀HNO3中，制得Cu(NO

6、3)2溶液。則消耗的O2的物質(zhì)的量是 mol，C(HNO3)大于 mol/L。（2） 乙組用agCu粉，全部溶于過量的稀HNO3中，測(cè)得生成氣體的物質(zhì)的量是 mol，消耗的HNO3的物質(zhì)的量是 mol。為消除污染，將生成的氣體通入水中并同時(shí)通入O2，使生成的氣體完全溶于水再生為HNO3，則消耗O2的物質(zhì)的量是 mol。（3） 丙組用agCu粉全部溶于過量的濃HNO3中，測(cè)得生成氣體的物質(zhì)的量是 mol（不考慮NO2轉(zhuǎn)化成N2O4），消耗的HNO3的物質(zhì)的量是 mol；若丙組用agCu粉全部溶于一定量的濃HNO3中，測(cè)得生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為bL（不考慮NO2轉(zhuǎn)化成N2O4），則消耗的HN

7、O3的物質(zhì)的量是 mol，為消除污染，將生成的氣體通入NaOH溶液中，氣體被完全吸收，產(chǎn)物只有NaNO3、NaNO2和H2O，則生成NaNO2的物質(zhì)的量是 mol，NaNO3的物質(zhì)的量是 mol。拓展題解答（1）根據(jù)電子守恒 n(O2)×4 n(O2)= (mol) ；根據(jù)電荷守恒 C= C= (mol/L) 。 （2）根據(jù)電子守恒 3n(NO) n(NO) = (mol) ； 根據(jù)總守恒關(guān)系 n(HNO3)= 4n(NO)= 4×= (mol) ； 根據(jù)電子守恒 4n(O2)= n(O2) = (mol) 。（3）根據(jù)電子守恒 n(NO2)=×2= (mol) ； 根據(jù)總守恒關(guān)系 n(HNO3)= 2n(NO2)= 2×= (mol) ； 根據(jù)電荷守恒、原子守恒 n(HNO3)=×2+=+ (mol) ；根據(jù)電子守恒 ×2=2n(NaNO2) n(NaNO2)= (mol) ； 根據(jù)原子守恒 n(NaNO3)= n(NaNO2)= (mol) 。 使用記錄 已用于南京市07年2月高三期末測(cè)試卷，未發(fā)表。 教育價(jià)值 “守恒”乃化學(xué)計(jì)算之魂。以金屬與硝酸反應(yīng)作載體，引導(dǎo)學(xué)生透過電子守恒（硝酸的氧化性）、電荷守恒（硝酸的酸性）、抽取并統(tǒng)攝出原子守恒由n(NOx)n(HN