“铜与硝酸”类型试题的解法

2016-01-19 07:33李庆国
中学化学 2015年12期
关键词:稀硫酸硝酸方程式

李庆国

铜与硝酸反应的计算题中,硝酸的浓度、用量的多少,对反应的还原产物、反应程度、反应类型有很大的影响,在一定程度上增加了解题的难度。然而,只要认真分析,挖掘其中隐含的条件,找准方法,就能灵活、快速地解决问题,达到事半功倍的良好效果。

一、电子守恒法

铜与硝酸的反应,由于硝酸浓度的变化,使还原产物不好判断,电子守恒法的应用可避开对产物的讨论,简单而快捷地解决问题。

例1将1.92 g铜投入到一定量的浓硝酸中,铜完全溶解,收集到672 mL气体(标准状况下)。将收集的气体倒扣在水槽中,充入一定量的氧气使气体完全溶解于水中。试计算,需要标准状况下氧气的体积。

解析硝酸的还原产物有多种可能,可能是NO2,可能是NO2与NO的混合气体,还可能更复杂,从这方面入手难度较大。从试题的整体来看,整个过程相当于铜将电子转移给了氧气。则设通入的氧气为x L,根据电子守恒可得:

1.9264×2=x22.4×4,解得x=0.336 L。

二、元素守恒法

铜与硝酸的反应,产物复杂,利用方程式进行解决,繁琐不易理解。元素守恒法可简化中间过程,直接解决问题。

例238.4 mg的铜与硝酸反应,铜全部溶解且收集到22.4 mL气体(标准状况下)。试计算,铜与硝酸反应中消耗硝酸的物质的量。

解析此题并没有明确,收集到的气体是NO2,还是NO。如果对之讨论,势必非常繁琐。可得:参加反应的硝酸n(HNO3)=n[Cu(NO3)2]×2+n(NOx),即反应消耗硝酸:n(HNO3)=0.038464×2+0.022422.4=2.2×10-3mol。

三、关系式法

关系式法是指结合方程式、电子守恒和元素守恒,将已知量和未知量之间的关系进行简化,从而顺利解决问题。

例3将4.6 g的镁、铜合金全部溶解于浓硝酸中,反应生成标准状况下4.48 L的NO2气体和0.336 L的N2O4气体,向反应后的溶液中滴入足量的NaOH溶液。

试计算,最终生成沉淀的质量。

解析由镁铜转化的终态结果。可以得到如下关系:

Mg-2e-Mg2+2OH-Mg(OH)2

Cu2e-Cu2+2OH-Cu(OH)2

由此得出:镁、铜在化合物中的化合价均为+2价,故可以设合金的物质的量为x mol,根据关系式可得:2x=4.4822.4+0.33622.4×2=0.23,根据质量守恒,m(沉淀)=m(合金)+m(OH-)=4.6+0.23×17=8.51 g。

四、离子方程式法

铜与混酸的反应中,铜虽然与稀硫酸不反应,但是稀硫酸却为铜与硝酸的反应提供了H+,故反应可利用离子方程式法进行解决。

例4在100 mL稀硝酸与稀硫酸的混合酸中,稀硝酸的物质的量浓度为0.4 mol/L,稀硫酸的物质的量浓度为0.1 mol/L,向该混合液中加入1.92 g的金属铜。试计算,充分反应后溶液中Cu2+的物质的量浓度。

解析如果利用化学方程式,稀硫酸与铜不反应,只能写出铜与稀硝酸反应的化学方程式,显然忽略了稀硫酸提供的氢离子,即NO-3在酸性条件下仍然具有硝酸的性质,与金属铜继续发生反应,直至Cu、H+和NO-3三者中有一个消耗完为止,故要利用离子方程式法,根据:

经判断,反应中H+少量,应该按H+的量进行计算,则有:n(Cu2+)=38×0.06=0.0225 mol,

c(Cu2+)=0.0225 mol0.1 L=0.225 mol/L。

五、极限讨论法

有些关于铜与硝酸的反应中,给出的数据较少,无法从相关方程式中计算出未知量。极限讨论法是指找到反应中的临界状态,对临界状态的讨论中,得出一个关于未知量的取值范围,在此范围内找到正确答案。

例5将1.92 g的铜全部溶解于硝酸中,反应生成NO、NO2和N2O4的混合气体1.12 mL(标准状况下)。则该混合气体平均相对分子质量可能为( )。

A.66 B.50 C.46 D.30

解析反应有两个临界状态,一个为最大值,一个为最小值,根据极限情况讨论分析:(1)当混合气体为NO和NO2时,有x(NO)+y(NO2)=0.05,此时M最小,根据电子守恒可得:3x(NO)+y(NO2)=0.03×2,解得:x=0.005 mol,y=0.045 mol,故

M=0.005×30+0.045×460.05=44.4 g/mol

(2)当混合气体为NO2和N2O4时,有x(NO2)+y(N2O4)=0.05,此时 最大,根据电子守恒可得:x(NO2)+2y(N2O4)=0.03×2,解得:x=0.04 mol,y=0.01 mol,故

M=0.046×46+0.01×920.05=55.2 g/mol

由此可得:混合气体的平均分子质量应该在44.4与55.2之间,正确答案为BC。

总之,“铜与硝酸”类型的试题比较灵活,需要学生在解答中,能够对其过程进行深入探究,注意电子守恒、元素守恒等方法的利用,找准方法,快速解题。

猜你喜欢
稀硫酸硝酸方程式
透视硝酸核心聚焦命题考点
化合价归零法配平复杂氧化还原反应方程式
初 春
铁粉和氧化铜与足量稀硫酸反应的实验探究
泥炭的稀硫酸预处理及其工艺优化
例析中学化学中对硝酸强氧化性的
补注区别浓硫酸和稀硫酸的方法
对硝酸与铜反应的全方位透视
硝酸计算题的典型错误归纳
离子方程式设错方式透析