新高考化学一轮复习考点巩固练习26 金属与硝酸反应的规律与计算（解析版）

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一、硝酸与金属反应的规律
1．硝酸与金属反应不能产生H2。
2．还原产物一般为HNO3（浓） NO2，HNO3（稀） NO，很稀的硝酸还原产物也可能为N2O，N2，或NH4NO3。
3．硝酸与金属反应时既表现出氧化性，又表现出酸性。
4．硝酸与Cu反应：
（1）Cu与浓硝酸反应时，浓硝酸被还原为NO2，氮元素的化合价变化由+5+4；
（2）Cu与稀硝酸反应时，稀硝酸被还原为NO，氮元素的化合价变化由+5+2。
（3）一般情况下，硝酸的浓度越小，其还原产物的价态越低。
5．硝酸与Zn反应：
（1）锌与浓硝酸：Zn+4HNO₃＝Zn(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O
（2）锌与中等浓度的硝酸：3Zn+8HNO₃＝3Zn(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O
（3）与一般稀硝酸4Zn＋10HNO₃＝4Zn(NO₃)₂＋N₂O↑＋5H₂O
（4）与较稀硝酸反应：5Zn＋12HNO₃＝5Zn(NO₃)₂＋N₂↑＋6H₂O
（5）与极稀硝酸反应：4Zn+10HNO₃＝4ZN(NO₃)₂+NH₄NO₃+3H₂O
二、硝酸与金属反应的计算方法
1．原子守恒法
HNO₃与金属反应时，一部分HNO₃起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂，转化为还原产物。这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO₃中氮原子的物质的量。
2．得失电子法
HNO₃与金属的反应属于氧化还原反应，HNO₃中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。
3．电荷守恒法
HNO₃过量时反应后溶液中（不考虑OH-）有：
（代表金属离子）。
4．离子方程式计算法
金属与H2SO4，HNO₃的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO在H2SO4提供的H+的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H+或NO进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。
【典例精析】
1．铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO、N2O4、NO2 的混合气体，这些气体与2.8L 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。则消耗铜的质量为( )
A．16gB．64gC．32gD．无法计算
【答案】A
【解析】
铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO、N2O4、NO2的混合气体，这些气体与11.2LO2（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，则整个过程中HNO3反应前后没有变化，说明铜失去的电子给做氧化剂的硝酸，生成气体，气体和氧气全部反应生成硝酸，证明氧气得到的电子和铜失去的电子相同，即Cu失去的电子都被O2得到，由电子守恒可知n（Cu）×2=n（O2）×4，n（Cu）=，m（Cu）=0.25ml×64g/ml=16g，故A正确；
正确答案：A。
2．200 mL硝酸与一定量铝铁合金反应生成 3.36 L NO（标况），向反应后的溶液中加入150 mL 3 ml·L-1的NaOH溶液，使铝铁元素恰好全部转化为沉淀，则原硝酸的浓度是
A．3 ml·L-1B．2.25 ml·L-1C．1. 5 ml·L-1D．无法计算
【答案】A
【解析】
硝酸和金属反应生成硝酸盐和NO，硝酸盐和NaOH完全反应生成氢氧化物沉淀，硝酸根离子和氢氧根离子都带一个单位负电荷，则生成氢氧化物、硝酸盐消耗的n（OH-）=n（NO3-）=3ml/L×0.15L=0.45ml，原来溶液中n（HNO3）=n（NO3-）+n（NO）=0.45ml+ =0.6ml，则原来硝酸浓度=0.6ml/0.2L=3ml/L，答案选A。
【专题精练】
1．将9.0 g铜和铁的混合物投入100 mL稀硝酸中并加热，充分反应后得到标准状况下1.12 L NO，剩余4.8 g金属；继续加入100 mL等浓度的稀硝酸，金属完全溶解，又得到标准状况下1.12 L NO。若向反应后的溶液中加入KSCN溶液，溶液不变红，则下列说法正确的是 ( )
A．原混合物中铜和铁的物质的量均为0.075 ml
B．反应前稀硝酸的物质的量浓度无法计算
C．若向上述最后所得溶液中再加入足量稀硝酸，还可得到标准状况下1.12 L NO
D．第一次与100 mL稀硝酸反应后剩余的4.8 g金属为铜和铁
【答案】A
【分析】
第一次加硝酸时金属有剩余，无论参加反应的是铁还是铁和铜，溶解的4.2克金属均被氧化到+2价：3Fe（或3Cu）+8HNO3=3Fe(NO3)2[或3Cu(NO3)2]+2NO↑+4H2O，金属的物质的量为×=0.075ml ，则第一次溶解的金属摩尔质量为56g·ml-1，所以第一次溶解的是铁。第二次加硝酸后的溶液不能使KSCN溶液变红，溶解的4.8克金属也一定被氧化到+2价，同理可得其物质的量为0.075ml，金属摩尔质量为64g·ml-1，是铜。
【解析】
A. 根据分析，第一次溶解的是0.075ml铁，第二次溶解的是0.075ml铜，原混合物中铜和铁的物质的量均为0.075 ml，故A正确；
B. 根据氮元素守恒，反应前稀硝酸的物质的量浓度为 =2ml/L，故B错误；
C. 若向上述最后所得溶液中再加入足量稀硝酸，亚铁离子被氧化为铁离子，反应为3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O，生成NO的物质的量是，标准状况下的体积为0.56 L NO，故C错误；
D. 根据以上分析，第一次与100 mL稀硝酸反应后剩余的4.8 g金属为铜，不含铁，故D错误；
选A。
2．铁粉和铜粉的均匀混合物平均分成四等份，分别加入同浓度的稀硝酸，充分反应，在标准状况下生成NO的体积和剩余金属的质量如下表(设硝酸的还原产物只有NO)：
下列计算结果正确的是 （ ）
A．①中溶解了5．6gFeB．硝酸的浓度为0．4ml/L
C．②中溶解了9．6gCuD．④中V=8960
【答案】D
【解析】
根据题给数据可知，实验①、②都有金属剩余，则反应后的溶液中不可能含有硝酸铁，溶液中金属离子为亚铁离子和铜离子，实验②是在实验①的基础上加入100mL硝酸，参加反应的金属的质量为8.4g，生成NO的体积为2240mL，物质的量为0.1ml，根据电子转移守恒可知，参加反应金属的物质的量为0.1ml×（5—2）/2=0.15ml，参加反应金属的摩尔质量为56g/ml，该过程只有Fe参加反应，故实验①只有Fe参与反应，根据NO的体积结合方程式计算参加反应Fe的物质的量、硝酸的物质的量，根据m=nM计算参加反应Fe的质量，根据c=nV计算硝酸的物质的量浓度；在实验②的基础上加入100mL硝酸，参加反应的金属的质量为9.6g，生成NO的体积为2240mL，物质的量为0.1ml，若该过程只有Cu参加反应，根据电子转移守恒，则Cu的物质的量0.15ml，Cu的质量9.6g，等于参加反应金属的质量，故该过程只有Cu反应，且Cu恰好完全反应，则加入200mL硝酸时，Fe恰好反应生成硝酸亚铁，在实验③的基础上再加入100mL硝酸，硝酸与溶液中亚铁离子反应生成NO，根据亚铁离子的物质的量，利用电子转移守恒计算该阶段生成NO的物质的量，再根据V=nVm计算该阶段生成NO的体积，进而计算V的值。A、根据上述分析可知，实验①发生反应3Fe+8HNO3═3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O，生成NO的物质的量为0.1ml，根据方程式可知，参加反应铁的物质的量为0.15ml，质量为8.4g，错误；B、根据上述分析可知，实验①发生反应3Fe+8HNO3═3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O，生成NO的物质的量为0.1ml，根据方程式可知，参加反应的硝酸的物质的量为0.4ml，故硝酸的物质的量浓度4ml/L，错误；C、由上述分析可知，实验②中参加反应的金属为Fe，Cu没有参加反应，错误；D、由上述分析可知，实验②中Fe与硝酸恰好反应生成硝酸亚铁，生成NO的物质的量0.2ml，由3Fe+8HNO3═3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O可知，溶液中亚铁离子的物质的量为0.3ml，在实验③的基础上再加入100mL硝酸，为硝酸与溶液中亚铁离子反应生成NO，根据电子转移守恒可知，生成NO的物质的量0.1ml，体积为2240mL，V=6720+2240=8960，正确。
3．将m g的镁、铜合金加到一定量的稀硝酸中，金属完全溶解（假设反应中还原产物全部是NO）．向反应后溶液中加入5ml/L NaOH溶液至沉淀完全，测得生成沉淀的质量比原合金质量增加10.2g，则下列叙述正确的是
A．当金属全部溶解时，无法计算出参与反应的硝酸的物质的量
B．7.2＜m＜19.2
C．当金属全部溶解时，收集到NO气体的体积一定为4.48L
D．当生成沉淀的量达到最大值时，消耗NaOH溶液的体积为120mL
【答案】B
【解析】
试题分析：将一定量的镁和铜合金加入到稀HNO3中，二者恰好反应，金属、硝酸都没有剩余，反应中还原产物只有NO，发生反应：3Mg+8HNO3（稀）═3Mg（NO3）2+2NO↑+4H2O、3Cu+8HNO3（稀）═3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O；向反应后的溶液中加入3ml/L NaOH溶液至沉淀完全，发生反应：Mg（NO3）2+2NaOH═Mg（OH）2↓+2NaNO3、Cu（NO3）2+2NaOH═Cu（OH）2↓+2NaNO3，沉淀为氢氧化镁和氢氧化铜，生成沉淀的质量比原合金的质量增加10.2g，则氢氧化镁和氢氧化铜含有氢氧根的质量为10.2g，氢氧根的物质的量为=0.6ml，根据电子转移守恒，则镁和铜的总的物质的量为=0.3ml，生成NO为=0.2ml；A．根据方程式可知，参加反应的n反应（HNO3）=n（金属）=×0.3ml=1.8ml，故A错误；B．镁和铜的总的物质的量为0.3ml，假定全为镁，质量为0.3ml×24g/ml=7.2g，若全为铜，质量为0.3ml×64g/ml=19.2g，所以参加反应的金属的总质量（m）为7.2g＜m＜19.2g，故B正确；C．温度、压强未知，不能确定气体摩尔体积，不能计算NO的体积，故C错误；D．与硝酸镁、硝酸铜反应消耗NaOH为0.6ml，该部分NaO溶液的体积为=0.12L=120mL，而硝酸可能有剩余，无法计算加入的氢氧化钠溶液的体积，故D错误；故选B。
4．把0.3ml铜完全溶解于某浓度的硝酸中收集到0.3ml 气体，则反应消耗硝酸的物质的量为（ ）
A．1.2mlB．0.8mlC．0.9mlD．无法计算
【答案】C
【解析】
铜与硝酸反应生成Cu(NO3)2、NO或NO2或二者的混合物、H2O，硝酸的作用为酸性和强氧化性，0.3ml铜完全溶解，生成0.3ml Cu(NO3)2，表现出酸性的HNO3为0.6ml；收集到0.3ml 气体，表现出强氧化性的硝酸为0.3ml，从而得出反应消耗硝酸的物质的量为0.6ml+0.3ml= 0.9ml，故选C。
5．某金属单质能与足量浓硝酸反应，放出NO2气体，若参加反应的金属单质与硝酸的物质的量之比为1：ａ，则该金属元素在反应后生成的硝酸盐中的化合价是
A．+2aB．+aC．+a/2D．+a/4
【答案】C
【解析】
设该金属为M，硝酸盐中金属M的化合价为+n，根据金属单质与硝酸的物质的量之比为1：ａ，得硝酸盐中硝酸根离子的物质的量是nml，生成的二氧化氮的物质的量是(a-n)ml，根据得失电子守恒，M失电子物质的量是nml，生成二氧化氮硝酸得电子的物质的量是(a-n)ml，所以(a-n)ml=nml，解得n=a/2，答案选C。
6．在一定温度下，某浓度的硝酸与金属锌反应生成NO2和NO的物质的量之比为1∶3，则要使1 ml金属锌完全反应，需要硝酸的物质的量为
A．2.8 ml B．2.6 ml C．2.4 ml D．0.8 ml
【答案】A
【解析】
反应生成NO2和NO的物质的量为1ml、3ml，由电子守恒得转移10ml电子，溶解5mlZn，由原子守恒，共要14ml HNO3，1 ml金属锌完全反应，需要硝酸的物质的量为2.8 ml。
7．某非金属单质（化学式为R）跟浓硝酸反应，已知浓硝酸的还原产物是NO2，若参加反应的单质与硝酸的个数之比为1：4，则该元素在产物中所显示的化合价是 （ ）
A．+1B．+2C．+3D．+4
【答案】D
【解析】
浓硝酸的还原产物是NO2，每消耗1个HNO3，得到1个电子，当消耗4个HNO3时，得到4个电子，根据得失电子守恒，所以1个该非金属单质将失去4个电子，元素在产物中的化合价为+4价，故 答案选D。
8．物质的量之比为1∶3的锌与稀硝酸混合,若硝酸被还原的产物为N2O,反应结束后锌没有剩余,下列说法中正确的是( )
A．在此反应中硝酸体现强氧化性,全部被还原
B．向反应后的溶液中再加入金属铁,不再发生化学反应
C．该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸之比为1∶4
D．该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸之比为1∶5
【答案】D
【解析】
物质的量之比为1：3的锌与稀硝酸混合，若硝酸被还原的产物为N2O，反应结束后锌没有剩余，根据转移电子相等知，Zn和N2O的物质的量之比为4：1，再结合原子守恒知，该反应离子方程式为4Zn+2NO3-+10H+=4Zn2++N2O↑+5H2O，反应方程式为4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+N2O↑+5H2O，
A．该反应中硝酸体现氧化性、部分体现酸性，故A错误；
B．反应方程式为4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+N2O↑+5H2O，根据方程式知，锌和硝酸的物质的量之比为2：5，而题给物质的量之比为1∶3的锌与稀硝酸混合，则硝酸有剩余，所以加入Fe还能发生反应，故B错误；
C．该反应中未被还原的酸生成硝酸锌的酸和剩余的酸，所以被还原的硝酸与未被还原的硝酸之比为1：5，故C错误；
D．根据C知，被还原的硝酸和未被还原的硝酸之比为1：5，故D正确；
故选：D。
9．某溶液100mL，其中含硫酸0.01ml，硝酸0.04ml，若在该溶液中投入1.92g铜粉微热，反应后放出一氧化氮气体约为
A．0.02 mlB．0.01 mlC．0.015 mlD．无法计算
【答案】C
【分析】
铜与硝酸的反应生成的硝酸盐，如果有酸存在时，NO3-和H+仍是在稀硝酸环境中，铜可以继续被稀硝酸氧化，稀硝酸被还原为NO气体；根据硫酸、硝酸的物质的量可求得混合溶液中氢离子的物质的量；根据铜的质量可以求出铜的物质的量，然后代入到离子方程式中，判断氢离子的是否过量，从而求得最终生成气体的量，据此得出答案。
【解析】
铜与稀硝酸反应的实质是3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O；在溶液中每3mlCu与8mlH+完全反应生成2mlNO气体；题中混合溶液中含H+物质的量：0.01ml硫酸中含0.02ml，0.04ml硝酸中含0.04ml，所以溶液中共含0.06mlH+；1.92g铜的物质的量为1/92/64=0.03ml；根据离子方程式量的关系，3Cu～8H+～2NO，如果0.03ml铜完全反应，消耗的氢离子物质的量为：0.03ml×8/3=0.08ml；显然氢离子不足，铜粉有剩余，根据8H+～2NO可知0.06mlH+参加反应，生成NO气体物质的量为0.015ml；
综上所述，本题正确选项C。
10．为了测定某铜银合金的成分，将30.0 g 合金溶于80 mL13.5 ml·L-1的浓HNO3中，待合金完全溶解后，收集到气体6.72 L （标准状况），并测得溶液中c(H+)＝1ml·L-1。假设反应后溶液的体积仍为80 mL，试计算：
①被还原的HNO3的物质的量是____________；（只写结果）
②合金中铜的质量分数为____________。（写出计算过程）
【答案】①0.3ml；②64﹪
【解析】
①浓硝酸与金属反应，硝酸的作用是氧化性和酸性，硝酸起酸的作用，与金属反应产生硝酸盐，硝酸被还原产生NO2，所以被还原的硝酸的物质的量等于NO2的物质的量，n(HNO3)=n(NO2)=；②假设在30.0 g铜银合金中含有Cu、Ag的物质的量分别是x、y，根据质量守恒可得；根据N元素守恒可得。解得x=0.3ml，y=0.1ml，所以合金中铜的质量分数为。
编号
①
②
③
④
稀硝酸体积/mL
100
200
300
400
剩余金属/g
18．0
9．6
0
0
NO体积/mL
2240
4480
6720
V