微專題26金屬與硝酸反應的規律與計算一、硝酸與金屬反應的規律1．硝酸與金屬反應不能產生H2。2．還原產物一般為HNO3（濃）SKIPIF1<0NO2，HNO3（稀）SKIPIF1<0NO，很稀的硝酸還原產物也可能為N2O，N2，或NH4NO3。3．硝酸與金屬反應時既表現出氧化性，又表現出酸性。4．硝酸與Cu反應：（1）Cu與濃硝酸反應時，濃硝酸被還原為NO2，氮元素的化合價變化由+5SKIPIF1<0+4；（2）Cu與稀硝酸反應時，稀硝酸被還原為NO，氮元素的化合價變化由+5SKIPIF1<0+2。（3）一般情況下，硝酸的濃度越小，其還原產物的價態越低。5．硝酸與Zn反應：（1）鋅與濃硝酸：Zn+4HNO?＝Zn(NO?)?+2NO?↑+2H?O（2）鋅與中等濃度的硝酸：3Zn+8HNO?＝3Zn(NO?)?+2NO↑+4H?O（3）與一般稀硝酸4Zn＋10HNO?＝4Zn(NO?)?＋N?O↑＋5H?O（4）與較稀硝酸反應：5Zn＋12HNO?＝5Zn(NO?)?＋N?↑＋6H?O（5）與極稀硝酸反應：4Zn+10HNO?＝4ZN(NO?)?+NH?NO?+3H?O二、硝酸與金屬反應的計算方法1．原子守恒法HNO?與金屬反應時，一部分HNO?起酸的作用，以NOSKIPIF1<0的形式存在于溶液中；一部分作為氧化劑，轉化為還原產物。這兩部分中氮原子的總物質的量等于反應消耗的HNO?中氮原子的物質的量。2．得失電子法HNO?與金屬的反應屬于氧化還原反應，HNO?中氮原子得電子的物質的量等于金屬失電子的物質的量。3．電荷守恒法HNO?過量時反應后溶液中（不考慮OH-）有：SKIPIF1<0（SKIPIF1<0代表金屬離子）。4．離子方程式計算法金屬與H2SO4，HNO?的混合酸反應時，由于硝酸鹽中NOSKIPIF1<0在H2SO4提供的H+的條件下能繼續與金屬反應，因此此類題目應用離子方程式來計算，先作過量判斷，然后根據完全反應的金屬或H+或NOSKIPIF1<0進行相關計算，且溶液中要符合電荷守恒。【典例精析】1．銅與一定量濃硝酸反應，得到硝酸銅溶液和NO、N2O4、NO2的混合氣體，這些氣體與2.8LO2(標準狀況)混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸。則消耗銅的質量為()A．16g B．64g C．32g D．無法計算【答案】A【解析】銅與一定量濃硝酸反應，得到硝酸銅溶液和NO、N2O4、NO2的混合氣體，這些氣體與11.2LO2（標準狀況）混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸，則整個過程中HNO3反應前后沒有變化，說明銅失去的電子給做氧化劑的硝酸，生成氣體，氣體和氧氣全部反應生成硝酸，證明氧氣得到的電子和銅失去的電子相同，即Cu失去的電子都被O2得到，由電子守恒可知n（Cu）×2=n（O2）×4，n（Cu）=SKIPIF1<0，m（Cu）=0.25mol×64g/mol=16g，故A正確；正確答案：A。2．200mL硝酸與一定量鋁鐵合金反應生成3.36LNO（標況），向反應后的溶液中加入150mL3mol·L-1的NaOH溶液，使鋁鐵元素恰好全部轉化為沉淀，則原硝酸的濃度是A．3mol·L-1 B．2.25mol·L-1 C．1.5mol·L-1 D．無法計算【答案】A【解析】硝酸和金屬反應生成硝酸鹽和NO，硝酸鹽和NaOH完全反應生成氫氧化物沉淀，硝酸根離子和氫氧根離子都帶一個單位負電荷，則生成氫氧化物、硝酸鹽消耗的n（OH-）=n（NO3-）=3mol/L×0.15L=0.45mol，原來溶液中n（HNO3）=n（NO3-）+n（NO）=0.45mol+SKIPIF1<0=0.6mol，則原來硝酸濃度=0.6mol/0.2L=3mol/L，答案選A。【專題精練】1．將9.0g銅和鐵的混合物投入100mL稀硝酸中并加熱，充分反應后得到標準狀況下1.12LNO，剩余4.8g金屬；繼續加入100mL等濃度的稀硝酸，金屬完全溶解，又得到標準狀況下1.12LNO。若向反應后的溶液中加入KSCN溶液，溶液不變紅，則下列說法正確的是()A．原混合物中銅和鐵的物質的量均為0.075molB．反應前稀硝酸的物質的量濃度無法計算C．若向上述最后所得溶液中再加入足量稀硝酸，還可得到標準狀況下1.12LNOD．第一次與100mL稀硝酸反應后剩余的4.8g金屬為銅和鐵【答案】A【分析】第一次加硝酸時金屬有剩余，無論參加反應的是鐵還是鐵和銅，溶解的4.2克金屬均被氧化到+2價：3Fe（或3Cu）+8HNO3=3Fe(NO3)2[或3Cu(NO3)2]+2NO↑+4H2O，金屬的物質的量為SKIPIF1<0×SKIPIF1<0=0.075mol，則第一次溶解的金屬摩爾質量為56g·mol-1，所以第一次溶解的是鐵。第二次加硝酸后的溶液不能使KSCN溶液變紅，溶解的4.8克金屬也一定被氧化到+2價，同理可得其物質的量為0.075mol，金屬摩爾質量為64g·mol-1，是銅。【解析】A.根據分析，第一次溶解的是0.075mol鐵，第二次溶解的是0.075mol銅，原混合物中銅和鐵的物質的量均為0.075mol，故A正確；B.根據氮元素守恒，反應前稀硝酸的物質的量濃度為SKIPIF1<0=2mol/L，故B錯誤；C.若向上述最后所得溶液中再加入足量稀硝酸，亞鐵離子被氧化為鐵離子，反應為3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O，生成NO的物質的量是SKIPIF1<0，標準狀況下的體積為0.56LNO，故C錯誤；D.根據以上分析，第一次與100mL稀硝酸反應后剩余的4.8g金屬為銅，不含鐵，故D錯誤；選A。2．鐵粉和銅粉的均勻混合物平均分成四等份，分別加入同濃度的稀硝酸，充分反應，在標準狀況下生成NO的體積和剩余金屬的質量如下表(設硝酸的還原產物只有NO)：編號

①

②

③

④

稀硝酸體積/mL

100

200

300

400

剩余金屬/g

18．0

9．6

0

0

NO體積/mL

2240

4480

6720

V

下列計算結果正確的是（）A．①中溶解了5．6gFe B．硝酸的濃度為0．4mol/LC．②中溶解了9．6gCu D．④中V=8960【答案】D【解析】根據題給數據可知，實驗①、②都有金屬剩余，則反應后的溶液中不可能含有硝酸鐵，溶液中金屬離子為亞鐵離子和銅離子，實驗②是在實驗①的基礎上加入100mL硝酸，參加反應的金屬的質量為8.4g，生成NO的體積為2240mL，物質的量為0.1mol，根據電子轉移守恒可知，參加反應金屬的物質的量為0.1mol×（5—2）/2=0.15mol，參加反應金屬的摩爾質量為56g/mol，該過程只有Fe參加反應，故實驗①只有Fe參與反應，根據NO的體積結合方程式計算參加反應Fe的物質的量、硝酸的物質的量，根據m=nM計算參加反應Fe的質量，根據c=nV計算硝酸的物質的量濃度；在實驗②的基礎上加入100mL硝酸，參加反應的金屬的質量為9.6g，生成NO的體積為2240mL，物質的量為0.1mol，若該過程只有Cu參加反應，根據電子轉移守恒，則Cu的物質的量0.15mol，Cu的質量9.6g，等于參加反應金屬的質量，故該過程只有Cu反應，且Cu恰好完全反應，則加入200mL硝酸時，Fe恰好反應生成硝酸亞鐵，在實驗③的基礎上再加入100mL硝酸，硝酸與溶液中亞鐵離子反應生成NO，根據亞鐵離子的物質的量，利用電子轉移守恒計算該階段生成NO的物質的量，再根據V=nVm計算該階段生成NO的體積，進而計算V的值。A、根據上述分析可知，實驗①發生反應3Fe+8HNO3═3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O，生成NO的物質的量為0.1mol，根據方程式可知，參加反應鐵的物質的量為0.15mol，質量為8.4g，錯誤；B、根據上述分析可知，實驗①發生反應3Fe+8HNO3═3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O，生成NO的物質的量為0.1mol，根據方程式可知，參加反應的硝酸的物質的量為0.4mol，故硝酸的物質的量濃度4mol/L，錯誤；C、由上述分析可知，實驗②中參加反應的金屬為Fe，Cu沒有參加反應，錯誤；D、由上述分析可知，實驗②中Fe與硝酸恰好反應生成硝酸亞鐵，生成NO的物質的量0.2mol，由3Fe+8HNO3═3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O可知，溶液中亞鐵離子的物質的量為0.3mol，在實驗③的基礎上再加入100mL硝酸，為硝酸與溶液中亞鐵離子反應生成NO，根據電子轉移守恒可知，生成NO的物質的量0.1mol，體積為2240mL，V=6720+2240=8960，正確。3．將mg的鎂、銅合金加到一定量的稀硝酸中，金屬完全溶解（假設反應中還原產物全部是NO）．向反應后溶液中加入5mol/LNaOH溶液至沉淀完全，測得生成沉淀的質量比原合金質量增加10.2g，則下列敘述正確的是A．當金屬全部溶解時，無法計算出參與反應的硝酸的物質的量B．7.2＜m＜19.2C．當金屬全部溶解時，收集到NO氣體的體積一定為4.48LD．當生成沉淀的量達到最大值時，消耗NaOH溶液的體積為120mL【答案】B【解析】試題分析：將一定量的鎂和銅合金加入到稀HNO3中，二者恰好反應，金屬、硝酸都沒有剩余，反應中還原產物只有NO，發生反應：3Mg+8HNO3（稀）═3Mg（NO3）2+2NO↑+4H2O、3Cu+8HNO3（稀）═3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O；向反應后的溶液中加入3mol/LNaOH溶液至沉淀完全，發生反應：Mg（NO3）2+2NaOH═Mg（OH）2↓+2NaNO3、Cu（NO3）2+2NaOH═Cu（OH）2↓+2NaNO3，沉淀為氫氧化鎂和氫氧化銅，生成沉淀的質量比原合金的質量增加10.2g，則氫氧化鎂和氫氧化銅含有氫氧根的質量為10.2g，氫氧根的物質的量為=0.6mol，根據電子轉移守恒，則鎂和銅的總的物質的量為=0.3mol，生成NO為=0.2mol；A．根據方程式可知，參加反應的n反應（HNO3）=n（金屬）=×0.3mol=1.8mol，故A錯誤；B．鎂和銅的總的物質的量為0.3mol，假定全為鎂，質量為0.3mol×24g/mol=7.2g，若全為銅，質量為0.3mol×64g/mol=19.2g，所以參加反應的金屬的總質量（m）為7.2g＜m＜19.2g，故B正確；C．溫度、壓強未知，不能確定氣體摩爾體積，不能計算NO的體積，故C錯誤；D．與硝酸鎂、硝酸銅反應消耗NaOH為0.6mol，該部分NaO溶液的體積為=0.12L=120mL，而硝酸可能有剩余，無法計算加入的氫氧化鈉溶液的體積，故D錯誤；故選B。4．把0.3mol銅完全溶解于某濃度的硝酸中收集到0.3mol氣體，則反應消耗硝酸的物質的量為（）A．1.2mol B．0.8mol C．0.9mol D．無法計算【答案】C【解析】銅與硝酸反應生成Cu(NO3)2、NO或NO2或二者的混合物、H2O，硝酸的作用為酸性和強氧化性，0.3mol銅完全溶解，生成0.3molCu(NO3)2，表現出酸性的HNO3為0.6mol；收集到0.3mol氣體，表現出強氧化性的硝酸為0.3mol，從而得出反應消耗硝酸的物質的量為0.6mol+0.3mol=0.9mol，故選C。5．某金屬單質能與足量濃硝酸反應，放出NO2氣體，若參加反應的金屬單質與硝酸的物質的量之比為1：ａ，則該金屬元素在反應后生成的硝酸鹽中的化合價是A．+2a B．+a C．+a/2 D．+a/4【答案】C【解析】設該金屬為M，硝酸鹽中金屬M的化合價為+n，根據金屬單質與硝酸的物質的量之比為1：ａ，得硝酸鹽中硝酸根離子的物質的量是nmol，生成的二氧化氮的物質的量是(a-n)mol，根據得失電子守恒，M失電子物質的量是nmol，生成二氧化氮硝酸得電子的物質的量是(a-n)mol，所以(a-n)mol=nmol，解得n=a/2，答案選C。6．在一定溫度下，某濃度的硝酸與金屬鋅反應生成NO2和NO的物質的量之比為1∶3，則要使1mol金屬鋅完全反應，需要硝酸的物質的量為A．2.8molB．2.6molC．2.4molD．0.8mol【答案】A【解析】反應生成NO2和NO的物質的量為1mol、3mol，由電子守恒得轉移10mol電子，溶解5molZn，由原子守恒，共要14molHNO3，1mol金屬鋅完全反應，需要硝酸的物質的量為2.8mol。7．某非金屬單質（化學式為R）跟濃硝酸反應，已知濃硝酸的還原產物是NO2，若參加反應的單質與硝酸的個數之比為1：4，則該元素在產物中所顯示的化合價是（）A．+1 B．+2 C．+3 D．+4【答案】D【解析】濃硝酸的還原產物是NO2，每消耗1個HNO3，得到1個電子，當消耗4個HNO3時，得到4個電子，根據得失電子守恒，所以1個該非金屬單質將失去4個電子，元素在產物中的化合價為+4價，故答案選D。8．物質的量之比為1∶3的鋅與稀硝酸混合,若硝酸被還原的產物為N2O,反應結束后鋅沒有剩余,下列說法中正確的是()A．在此反應中硝酸體現強氧化性,全部被還原B．向反應后的溶液中再加入金屬鐵,不再發生化學反應C．該反應中被還原的硝酸與未被還原的硝酸之比為1∶4D．該反應中被還原的硝酸與未被還原的硝酸之比為1∶5【答案】D【解析】物質的量之比為1：3的鋅與稀硝酸混合，若硝酸被還原的產物為N2O，反應結束后鋅沒有剩余，根據轉移電子相等知，Zn和N2O的物質的量之比為4：1，再結合原子守恒知，該反應離子方程式為4Zn+2NO3-+10H+=4Zn2++N2O↑+5H2O，反應方程式為4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+N2O↑+5H2O，A．該反應中硝酸體現氧化性、部分體現酸性，故A錯誤；B．反應方程式為4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+N2O↑+5H2O，根據方程式知，鋅和硝酸的物質的量之比為2：5，而題給物質的量之比為1∶3的鋅與稀硝酸混合，則硝酸有剩余，所以加入Fe還能發生反應，故B錯誤；C．該反應中未被還原的酸生成硝酸鋅的酸和剩余的酸，所以被還原的硝酸與未被還原的硝酸之比為1：5，故C錯誤；D．根據C知，被還原的硝酸和未被還原的硝酸之比為1：5，故D正確；故選：D。9．某溶液100mL，其中含硫酸0.01mol，硝酸0.04mol，若在該溶液中投入1.92g銅粉微熱，反應后放出一氧化氮氣體約為A．0.02mol B．0.01mol C．0.015mol D．無法計算【答案】C【分析】銅與硝酸的反應生成的硝酸鹽，如果有酸存在時，NO3-和H+仍是在稀硝酸環境中，銅可以繼續被稀硝酸氧化，稀硝酸被還原為NO氣體；根據硫酸、硝酸的物質的量可求得混合溶液中氫離子的物質的量；根據銅的質量可以求出銅的物質的量，然后代入到離子方程式中，判斷氫離子的是否過量，從而求得最終生成氣體的量，據此得出答案。【解析】銅與稀硝酸反應的實質是3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O；在溶液中每3molCu與8molH+完全反應生成2m