金屬單質與硝酸反應的規律及應用

金屬單質與硝酸反應的規律及應用

陜西省綏德中學（718000）李夢玲 趙世琳

硝酸具較強的氧化性，由于氮元素的多價態特征，而使得它與單質反應后被還原成

一系列較低價態的氮的化合物，其中的重要規律如下：

一、與金屬單質反應規律

硝酸能與金屬活動順序表中除、以外的所有金屬反應。無論濃硝酸或稀硝酸

PtAu

與金屬反應時，都不產生氫氣；一般地說，濃硝酸總是被還原為，稀硝酸部是被還

NO

2

原為及+2價以下的產物；當活潑的金屬如、、等與很稀的硝酸反應時，

NOZnFe

Mg

則生成，在酸性溶液中形成銨鹽。

NHNH

33

1. 一價金屬和硝酸反應的物質的量之比與硝酸的還原產物的關系規律。

（1）1∶2時產生

NO

2

如：

Ag?2NHO(濃)?AgNO?NO??HO

3322

（2）3∶4時產生

NO

如：

3Ag?4HNO(稀)?3AgNO?NO??2HO

332

2. 二價金屬和硝酸反應的物質的量之比與硝酸還原產物的關系規律。

（1）1∶4時產生

NO

2

如：

Cu?4HNO(濃)?Cu(NO)?2NO??2HO

33222

（2）3∶8時產生

NO

如：

3Cu?8HNO(稀)?3Cu(NO)?2NO??4HO

3322

（3）4∶10時產生

NO或NHNO

243

如：

4Zn?10HNO(更稀)?4Zn(NO)?NO??5HO

33222

4Zn?10HNO(更稀)?4Zn(NO)?NHNO?3HO

332432

（4）5∶12時產生

N或NHNO

242

如：

5Fe?12HNO?5Fe(NO)?N??6HO

33222

3. 三價金屬和硝酸反應的物質的量之比與硝酸的還原產物的關系規律。

（1）1∶6時產生

NO

2

如：

Fe?6NHO(濃)?Fe(No)?3NO??3HO

33322

-1-

（2）1∶4時產生

NO

Fe?4HNO(稀)?Fe(NO)?NO??2NO

3332

利用上述規律可快速判斷主要發生哪個反應、書寫化學方程式或離子方程式、確定

還原產物，并進行有關計算。

例1.稀硝酸在與某二價金屬反應時，被還原的硝酸為硝酸總耗量的，則該反應中

可能的還原產物是（ ）。

A. B. C. D.

N

2

NO

NONHNO

222

1

6

解析：被還原的硝酸與起酸作用的硝酸的量之比是1∶5，金屬又是二價，由二價

金屬與硝酸反應中的規律（4）可知，其還原產物為。答案：、。

N或NHNO

222

AD

例2. 跟27g 鋁反應的稀硝酸，如果用來跟鐵反應最多可能溶解的鐵的質量為（ ）。

A.28g B.56g C.84g D.27g

解析：由上述規律知，鋁與稀硝酸反應的系數是1和4，即27g鋁（1mol）消耗4mol

硝酸。若用來與鐵反應，溶解的鐵要多，鐵應為+2價，與反應的系數應為3

Fe

HNO

3

和8，故4mol硝酸可溶解1.5mol鐵，其質量為1.5mol×56g/mol=84g。答案：C。

二、計算題的解法

（一）代數方程法

例：1：38.4mg銅跟適量的濃硝酸反應，銅全部反應后，共收集到氣體22.4ml（標

準狀況），則反應消耗的的物質的量可能是（ ）

HNO

3

A. B. C. D.

1.0?10mol1.6?10mol2.2?10mol2.4?10mol

-3?3?3?3

解析：因隨著反應的進行濃硝酸變為稀硝酸，則收集到氣體為與NO的混合氣

NO

2

體。設與濃硝酸和稀硝酸反應的銅的物質量分別為x和y。則

Cu?4HNO(濃)?CU(NO)?2NO??2HO

33222

x

4x2x

3Cu?8HNO(稀)?3CU(NO)?2NO??4HO

3322

yy

82

yy

33

-2-

38.4?10g

?3

x?y?

64g?mol

?1

由題意得

222.4?10L

?3

2x?y?

3

22.4L?mol

?1

解得。從而得反應消耗的的物質的量為

x?0.45?10mol,y?0.15?10mol

?3?3

HNO

3

4x?y?4?0.45?10mol??0.15?10mol?2.2?10mol

88

?3?3?3

。故正確答案為C項。

33

（二）電子守恒法

例2：某金屬單質跟一定濃度的硝酸反應，假定只產生單一的還原產物。當參加反

應的單質與被還原硝酸的物質的量之比2∶1時，還原產物是（ ）

A. B. C. D.

NO

2

NO

NO

2

N

2

解析：設該金屬元素的元素符號為M，化合價為n；硝酸的還原產物中氮元素的化

合價為x。因，則根據得失電子守恒的原則得

2M????2M,HNO?????N

3

5?x?2n;

?2ne?(5?x)e

n?

x

當n?1時??3,不合題意當n?2時??1,符合題意當n?3時??1

，x；，x；，x，

不合題意當n?4時??3不合題意故正確答案為C項

；，x，。

。

（三）電荷守恒法

8mol?L30ml

-1

硝酸充分反應，硝酸的還原產物有和NO。反應例3：3.2g銅與

NO

2

后深液中所含的物質的量為a mol,則此時溶液中所含的物質的量為

H

?

NO

3

________mol。

??2??

解析：根據電荷守恒原理得

n(Cu)?2?n(H)?1?n(NO)?1,則n(NO)?

33

3.2g

?2?amol??(0.1?a)mol

。

?1

64g?mol

（四）極端假設法

例4：0。03mol銅完全溶于硝酸，產生氮的氧化物（）混合氣體

NO、NO和NO

224

共0.05mol。該混合物的平均相對分子質量可能（ ）

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

解析：（1）假設該混合氣體為NO和。設NO和的物質的量分別為x和y。

NONO

22

則：x+y=0.05mol ①

-3-

因0.03mol Cu被氧化為失去0.06mol電子，被還原為NO和分別得

Cu

2?

HNO

3

NO

2

到電子的物質量為3x和y，則根據得失電子守恒的原則是：

3x+y=0.06mol ②

解①、②得x=0.005mol，y=0.045mol。從而可得混合氣體的平均摩爾質量：

0.005mol?30g?mol?0.045mol?46g?mol

?1?1

M??44.4g?mol

?1

0.05mol

假設該混合氣體為和。設和的物質的量分別為x和y。則：

NONO

22

NONO

2424

x+y=0.05mol ③

因0.03mol Cu被氧化為失去0。06mol，被還原為和分別得到

Cu

2?

HNO

3

NO

2

NO

24

電子的物質量為x和2y，則根據得失電子守恒的原則是：

x+2y=0.06mol ④

解③、④得x=0.04mol，y=0.01mol。從而可得混合氣體的平均摩爾質量：

0.04mol?46g?mol?0.01mol?92g?mol

?1?1

M??55.2g?mol

?1

0.05mol

因原混合氣體為NO、和的混合氣體，則原混合氣體的平均摩爾質理介

NO

2

NO

24

于與之間，即原混合氣體的平均相對分子質量介于44.4與55.2

44.4g?mol55.2g?mol

?1?1

之間。故正確答案為B、C項。

（五）關系式法

例：硝酸銅是制備系催化劑的重要原料。純銅粉理論上可制得純

Cu?Zn?Al

19.2g

凈硝酸銅晶體的質量為（ ）

A. B. C. D.

28.2g56.4g64.2g72.6g

解析：設硝酸銅晶體的化學式為。根據銅原子守恒得關系式

Cu(NO)?xHO

322

“

CuCuNOCuNOxHO

?()?()?

32322

”,當。

n[Cu(NO)]?n(Cu)?0.3mol

32

19.2g

x?0

?1

64g?mol

時，的質量為時，的質量為

0.3molCu(NO)

32

56.4g;x?1

0.3molCu(NO)?HO

322

的質量為

61.8g;當x?2時,0.3molCu(NO)?2HO

322

67.2g;當x?3時

，

0.3molCu(NO)?3HO

322

的質量為，故正確答案為B、D項。

72.6g

-4-