高中化学：铜与硝酸反应的相关计算的解题方法

有关铜与硝酸反应的计算题，硝酸的浓度及量的多少，对硝酸被还原的产物、反应类型以及反应进行的程度，都有很大影响，但是只要仔细分析，找出题中隐含的某些关系，运用适当的方法技巧，就可以快速准确地解题。

一、电子守恒法

例1、将1.92g铜投入一定量的浓硝酸中，铜完全溶解，生成气体的颜色越来越浅，共收集到672mL气体（标准状况下）。将盛有此气体的容器倒扣在水中，容器内液面上升，再通入标准状况下一定体积的氧气，恰好使气体完全溶于水中，则通入氧气的体积是（    ）

A. 504mL

B. 336mL

C. 334mL

D. 168mL

解析：在反应过程中，原硝酸经过以上变化后，最终又变为硝酸，由N元素守恒可知硝酸的量未发生变化。此过程相当于：先把电子转移给硝酸中的N，然后硝酸的还原产物再把电子转移给重新生成硝酸，实际上就等同于Cu把电子转移给。设通入的体积为V，则由电子守恒得：，所以。答案选B。

 

二、元素守恒法

例2、38.4mg Cu与适量的硝酸反应，铜全部反应后，共收集到22.4mL气体（标准状况下），则反应消耗硝酸的物质的量可能是（    ）

A. 

B. 

C. 

D. 

解析：因硝酸的浓度未知，所以，反应后被还原的产物可能为和NO或两者的混合物。因除气体以外的生成物只有和，根据N元素守恒可知有如下关系：反应消耗硝酸的物质的量＝未被还原的硝酸的物质的量＋被还原的硝酸的物质的量，即：。答案选C。

三、极限讨论法

例3、0.03mol 铜完全溶于硝酸，产生氮的氧化物（）混合气体共0.05mol。该混合气体的平均相对分子质量可能是（    ）

A. 30

B. 46

C. 50

D. 66

解析：因M（NO）＝30，所以选项A不可能。设混合气体的平均相对分子质量为M，然后分两种极限情况（M最大、M最小）进行讨论分析：

（1）假设混合气体为NO、，其物质的量分别为x和y，则有： ，解得：，所以。

（2）假设混合气体为，其物质的量分别为x和y，则有： ，解得：，所以。

故混合气体的平均相对分子质量应在两个极限值44.4和55.2之间。答案选BC。

 

四、等量代换法

例4、76.8mg铜与适量的浓硝酸反应，铜全部溶解后，如果减少，则溶液中同时减少（    ）

A. 

B. 

C. 

D. 

解析：根据化学方程式及化学式，每有1mol 参加反应，则必然消耗，即溶液中的减少量与参加反应消耗的物质的量相等，而参加反应的硝酸的量＝未被还原硝酸的量＋被还原硝酸的量（即减少量），即为：的减少量亦如此。答案选B。

 

五、关系式法

例5、铜、镁合金4.6g完全溶于浓硝酸中，若反应中硝酸被还原只产生4480mL的气体和336mL的气体（标准状况），在反应后的溶液中，加入足量的NaOH溶液，生成沉淀的质量为（    ）

A. 9.02g

B. 8.51g

C. 8.26g

D. 7.04g

解析：根据题意可得下列关系式：

因此，消耗NaOH的物质的量等于铜、镁合金失去电子的物质的量。

设合金的物质的量为x mol，则依据得失电子守恒有： ，即消耗的物质的量为0.23mol。根据质量守恒：m（沉淀）＝m（合金）＋m（），故沉淀质量为：。答案选B。

六、离子方程式法

例6、在某100mL混合溶液中，和的物质的量浓度分别是0.4mol/L和0.1mol/L。向该混合溶液中加入1.92g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中的物质的量浓度是（    ）

A. 0.15mol/L

B. 0.225mol/L

C. 0.35mol/L

D. 0.45mol/L

解析：因稀硫酸不与铜粉反应，此题很容易按的量直接进行计算，而忽视了能够提供，即与溶液中的仍具有的性质，还可以继续与铜反应，直至或之一反应完全。此题若用离子方程式解题，既快且准，解题过程如下：

显然，Cu与均过量，应按的量进行计算，则：。答案选B。