巧抓“四等式”,突破“金属+硝酸”
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[摘要]酸的性质是中学化学必须要掌握的一个知识点，而硝酸与金属的反应又是其中的重要内容。笔者认为，遵循守恒思想，牢牢抓住以下四个等式关系，即可迅速解决有关问题。
[关键词]硝酸 金属失电子数 强氧化性
一、氧化剂HNO3物质的量＝气体中N原子个数
硝酸与金属反应，NO3-表现强氧化性，其中+5价N原子得电子被还原，得到一系列低价氮的气体产物，如NO2、NO、N2O、N2等。据氮元素守恒可知：1molHNO3可产生1molNO2或0.5molN2O。因此,有关等量关系详细表述如下:含N的气体产物被还原的HNO3的物质的量单一气体NO2气体NO2的物质的量单一气体NO气体NO的物质的量混合气体NO2和NO混合气体NO2和NO的物质的量，且与二者比例如何无关单一气体N2O或N2气体N2O或N2的物质的量混合气体N2和N2O混合气体N2和N2O的物质的量的2倍，且与二者比例如何无关混合气体N2、NON2与NO各自物质的量的2倍，与二者比例如何有关。
例1.Cu与足量浓硝酸反应,铜全部反应后,共收集到2.24L气体(标准状况),被还原的硝酸是多少？
分析：铜与足量浓硝酸反应开始生成NO2，随着反应进行硝酸变稀,还原产物变成NO，最后得到NO2和NO的混合气体。根据氮原子守恒，被还原HNO3为：2.24L÷22.4L/mol＝0.1mol。
二、参加反应的HNO3的物质的量＝氧化剂＋酸性介质
硝酸与金属反应，硝酸都是双重角色，一部分硝酸作酸性介质，一部分硝酸作氧化剂，参加反应的总硝酸则为二者之和。
例2.19.2克铜与适量浓硝酸作用，铜全部作用后，共收集到气体1.12升（标准状况）,反应消耗的硝酸的物质的量可能是（ ）
A.1.0molB.0.8molC.1.1molD.1.2mol
分析：铜与浓硝酸反应一般得到NO2与NO混气，被还原的硝酸＝n(混气)＝0.05mol，酸性介质HNO3＝2n(Cu)＝0.6mol，所以消耗的硝酸总量为：0.5 mol＋0.6 mol＝1.1mol，故选C。
三、金属失电子数＝氧化剂硝酸中+5价N得电子数
硝酸与金属反应,电子在金属与+5价氮元素之间进行传递,遵循电子守恒规律，可直接列方程。好多情况下利用关系式则导出下列等式：金属失电子数＝还原产物气体中N由低价成为+5价N所得电子数或另一种氧化剂得电子数。
例3.某金属单质跟一定浓度的硝酸反应，假定只生成单一的还原产物，当参加反应的单质与被还原的硝酸的物质的量之比为2∶1时，还原产物是（ ）
A.NO2B.NOC.N2OD.N2
分析：设金属为M，在盐中化合价为x，硝酸中+5价氮被还原成低价y，根据电子守恒:2x＝5-y
讨论：x＝1，y＝3不合理，舍去。
x＝2，y＝1为N2O或NH4NO3（注意：NH4NO3中N元素平均化合价为+1）
x＝3，y＝-1不合理，舍去,故选C。
例4.14g铜银合金与一定量某浓度的硝酸溶液反应，将放出的气体与1.12L氧气（标准状况下）通入水中，恰好全部被水吸收，则合金中铜的质量是（ ）
A.9.6gB.6.4gC.3.2gD.4.8g
分析：14g铜银合金得电子数＝1.12LNO2和NO混气氧化成硝酸所得电子数＝氧气得电子数，故选C。
四、NO3-＋H+＝强氧化性
NO3-在酸性条件下才具有强氧化性，在中性或碱性溶液中则英雄无用武之地。硝酸在与金属反应时，氧化剂硝酸中H+转化为水，NO3-被还原，酸性介质硝酸中，H+也转化为水，而NO3-未参与反应，这样导致H+与NO3-消耗之比非HNO3组成中的1∶1。如铜与稀硝酸反应，离子方程式为：3Cu＋8H+＋2NO3-＝3Cu2+＋2NO＋4H2O。因而在金属足量时，反应之所以停止往往是因为少了H+。此时，若再加入盐酸或稀硫酸提供H+以后NO3-又表现出氧化性，反应继续进行。此类题目有定性和定量计算两种类型。
例5.铁和铜的混合物中，加入不足量的硝酸，反应后剩余金属m1g，再向其中加入一定量的稀硫酸，剩余金属m2g，则m1、m2之间关系是（ ）
A.m1一定大于m2B.m1可能等于m2
C.m1一定等于m2D.m1可能小于m2
分析：HNO3不足，由于反应中H+比NO3-消耗得快，因此反应停止。加入H2SO4后，提供H+,NO3-继续氧化铁、铜，故选A。
五、综合典型题目
综上所述，金属与硝酸反应的有关题目，紧抓住各种守恒关系（质量守恒、得失电子守恒、元素守恒、电荷守恒等），找出有关物理量的等式关系，列出方程或方程组，便可迎刃而解。
例6.已知镁和稀硝酸反应，每有1molHNO3反应就有0.8mol电子转移，此时硝酸的还原产物可能为（ ）
A.NO2B.NOC.N2OD.NH4NO3
分析：有0.8 mol电子转移，则有0.4mol镁参与反应，0.8mol硝酸作酸性介质，0.2mol硝酸作氧化剂，据电子守恒列方程组即可，故选C。
附：相关变式练习
1.铜粉和稀硫酸加热不反应，但在加入化合物x后，加热，溶液逐渐变蓝色，而且质量增加，还放出气体，则x可能是（ ）
A.NaClB.KNO3C.Na3PO4D.MgSO4
2.把22.4g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中，如反应只收集到0.3molNO2和0.2molNO，下列说法正确的是（ ）
A.反应后生成的盐只为Fe(NO3)3
B.反应后生成的盐只为Fe(NO3)2
C.反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物质的量之比为1：3
D.反应后生成的盐为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2，其物质的量之比3：1
3.32g铜与过量浓硝酸（8mol/L30mL）充分反应，硝酸的还原产物有NO和NO2。反应后溶液中含H+amol.则此时溶液中含NO3-物质的量为（ ）
A.a molB.(a＋1)molC.0.1 molD.(1－a)mol
4.在100mL某混合液中，HNO3的物质的量浓度为0.4mol/L,H2SO4的物质的量浓度为0.1mol/L,向其中加入1.92g铜粉，微热，待充分反应后，求溶液中Cu2+的物质的量浓度是多少？
答案：1.B2.C3.B4.Cu2+的浓度为0.225mol/L
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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