“銅與硝酸”類型試題的解法

李慶國

銅與硝酸反應(yīng)的計(jì)算題中，硝酸的濃度、用量的多少，對反應(yīng)的還原產(chǎn)物、反應(yīng)程度、反應(yīng)類型有很大的影響，在一定程度上增加了解題的難度。然而，只要認(rèn)真分析，挖掘其中隱含的條件，找準(zhǔn)方法，就能靈活、快速地解決問題，達(dá)到事半功倍的良好效果。

一、電子守恒法

銅與硝酸的反應(yīng)，由于硝酸濃度的變化，使還原產(chǎn)物不好判斷，電子守恒法的應(yīng)用可避開對產(chǎn)物的討論，簡單而快捷地解決問題。

例1將1.92 g銅投入到一定量的濃硝酸中，銅完全溶解，收集到672 mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。將收集的氣體倒扣在水槽中，充入一定量的氧氣使氣體完全溶解于水中。試計(jì)算，需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積。

解析硝酸的還原產(chǎn)物有多種可能，可能是NO2，可能是NO2與NO的混合氣體，還可能更復(fù)雜，從這方面入手難度較大。從試題的整體來看，整個(gè)過程相當(dāng)于銅將電子轉(zhuǎn)移給了氧氣。則設(shè)通入的氧氣為x L，根據(jù)電子守恒可得：

1.9264×2=x22.4×4，解得x=0.336 L。

二、元素守恒法

銅與硝酸的反應(yīng)，產(chǎn)物復(fù)雜，利用方程式進(jìn)行解決，繁瑣不易理解。元素守恒法可簡化中間過程，直接解決問題。

例238.4 mg的銅與硝酸反應(yīng)，銅全部溶解且收集到22.4 mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。試計(jì)算，銅與硝酸反應(yīng)中消耗硝酸的物質(zhì)的量。

解析此題并沒有明確，收集到的氣體是NO2，還是NO。如果對之討論，勢必非常繁瑣?？傻茫簠⒓臃磻?yīng)的硝酸n（HNO3）=n[Cu（NO3）2]×2+n（NOx），即反應(yīng)消耗硝酸：n（HNO3）=0.038464×2+0.022422.4=2.2×10-3mol。

三、關(guān)系式法

關(guān)系式法是指結(jié)合方程式、電子守恒和元素守恒，將已知量和未知量之間的關(guān)系進(jìn)行簡化，從而順利解決問題。

例3將4.6 g的鎂、銅合金全部溶解于濃硝酸中，反應(yīng)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48 L的NO2氣體和0.336 L的N2O4氣體，向反應(yīng)后的溶液中滴入足量的NaOH溶液。

試計(jì)算，最終生成沉淀的質(zhì)量。

解析由鎂銅轉(zhuǎn)化的終態(tài)結(jié)果?？梢缘玫饺缦玛P(guān)系：

Mg-2e-Mg2+2OH-Mg（OH）2

Cu2e-Cu2+2OH-Cu（OH）2

由此得出：鎂、銅在化合物中的化合價(jià)均為+2價(jià)，故可以設(shè)合金的物質(zhì)的量為x mol，根據(jù)關(guān)系式可得：2x=4.4822.4+0.33622.4×2=0.23，根據(jù)質(zhì)量守恒，m（沉淀）=m（合金）+m（OH-）=4.6+0.23×17=8.51 g。

四、離子方程式法

銅與混酸的反應(yīng)中，銅雖然與稀硫酸不反應(yīng)，但是稀硫酸卻為銅與硝酸的反應(yīng)提供了H+，故反應(yīng)可利用離子方程式法進(jìn)行解決。

例4在100 mL稀硝酸與稀硫酸的混合酸中，稀硝酸的物質(zhì)的量濃度為0.4 mol/L，稀硫酸的物質(zhì)的量濃度為0.1 mol/L，向該混合液中加入1.92 g的金屬銅。試計(jì)算，充分反應(yīng)后溶液中Cu2+的物質(zhì)的量濃度。

解析如果利用化學(xué)方程式，稀硫酸與銅不反應(yīng)，只能寫出銅與稀硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式，顯然忽略了稀硫酸提供的氫離子，即NO-3在酸性條件下仍然具有硝酸的性質(zhì)，與金屬銅繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，直至Cu、H+和NO-3三者中有一個(gè)消耗完為止，故要利用離子方程式法，根據(jù)：

經(jīng)判斷，反應(yīng)中H+少量，應(yīng)該按H+的量進(jìn)行計(jì)算，則有：n（Cu2+）=38×0.06=0.0225 mol，

c（Cu2+）=0.0225 mol0.1 L=0.225 mol/L。

五、極限討論法

有些關(guān)于銅與硝酸的反應(yīng)中，給出的數(shù)據(jù)較少，無法從相關(guān)方程式中計(jì)算出未知量。極限討論法是指找到反應(yīng)中的臨界狀態(tài)，對臨界狀態(tài)的討論中，得出一個(gè)關(guān)于未知量的取值范圍，在此范圍內(nèi)找到正確答案。

例5將1.92 g的銅全部溶解于硝酸中，反應(yīng)生成NO、NO2和N2O4的混合氣體1.12 mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。則該混合氣體平均相對分子質(zhì)量可能為（ ）。

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

解析反應(yīng)有兩個(gè)臨界狀態(tài)，一個(gè)為最大值，一個(gè)為最小值，根據(jù)極限情況討論分析：（1）當(dāng)混合氣體為NO和NO2時(shí)，有x（NO）+y（NO2）=0.05，此時(shí)M最小，根據(jù)電子守恒可得：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）當(dāng)混合氣體為NO2和N2O4時(shí)，有x（NO2）+y（N2O4）=0.05，此時(shí) 最大，根據(jù)電子守恒可得：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：混合氣體的平均分子質(zhì)量應(yīng)該在44.4與55.2之間，正確答案為BC。

總之，“銅與硝酸”類型的試題比較靈活，需要學(xué)生在解答中，能夠?qū)ζ溥^程進(jìn)行深入探究，注意電子守恒、元素守恒等方法的利用，找準(zhǔn)方法，快速解題。