【巧抓“四等式”，突破“金属＋硝酸”】 硝酸与金属反应

　　[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HNO��3�物质的量＝气体中N原子个数
　　
　　硝酸与金属反应，NO�3�-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NO��2、�NO、N��2�O、N��2�等。据氮元素守恒可知：1molHNO��3�可产生1molNO��2�或0.5molN��2�O。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HNO��3�的物质的量单一气体NO��2�气体NO��2�的物质的量单一气体NO气体NO的物质的量混合气体NO��2�和NO混合气体NO��2�和NO的物质的量，且与二者比例如何无关单一气体N��2�O或N��2�气体N��2�O或N��2�的物质的量混合气体N��2�和N��2�O混合气体N��2�和N��2�O的物质的量的2倍，且与二者比例如何无关混合气体N��2�、NON��2�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NO��2�，随着反应进行硝酸变稀,还原产物变成NO，最后得到NO��2�和NO的混合气体。根据氮原子守恒，被还原HNO��3�为：2.24L÷22.4L/mol＝0.1mol。
　　
　　二、参加反应的HNO��3�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NO��2�与NO混气，被还原的硝酸＝n(混气)＝0.05mol，酸性介质HNO��3�＝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.NO��2�B.NOC.N��2�OD.N��2�
　　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N��2�O或NH��4�NO��3�（注意：NH��4�NO��3�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＝1.12LNO��2�和NO混气氧化成硝酸所得电子数＝氧气得电子数，故选C。
　　
　　四、NO�3�-＋H��+�＝强氧化性
　　
　　NO�3�-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，NO�3�-被还原，酸性介质硝酸中，H��+�也转化为水，而NO�3�-未参与反应，这样导致H��+�与NO�3�-消耗之比非HNO��3�组成中的1∶1。如铜与稀硝酸反应，离子方程式为：3Cu＋8H��+�＋2NO�3�-＝3Cu��2+�＋2NO＋4H��2�O。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NO�3�-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m��1�g，再向其中加入一定量的稀硫酸，剩余金属m��2�g，则m��1�、m��2�之间关系是（ ）
　　A.m��1�一定大于m��2�B.m��1�可能等于m��2�
　　C.m��1�一定等于m��2�D.m��1�可能小于m��2�
　　分析：HNO��3�不足，由于反应中H��+�比NO�3�-消耗得快，因此反应停止。加入H��2�SO��4�后，提供H��+�,NO�3�-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1molHNO��3�反应就有0.8mol电子转移，此时硝酸的还原产物可能为（ ）
　　A.NO��2�B.NOC.N��2�OD.NH��4�NO��3�
　　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.KNO��3�C.Na��3�PO��4�D.MgSO��4�
　　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0.3molNO��2�和0.2molNO，下列说法正确的是（ ）
　　A.反应后生成的盐只为Fe(NO��3�)��3�
　　B.反应后生成的盐只为Fe(NO��3�)��2�
　　C.反应后生成的盐为Fe(NO��3�)��3�和Fe(NO��3�)��2�，其物质的量之比为1：3
　　D.反应后生成的盐为Fe(NO��3�)��3�和Fe(NO��3�)��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NO��2�。反应后溶液中含H��+�amol.则此时溶液中含NO��3-�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，HNO��3�的物质的量浓度为0.4mol/L,H��2�SO��4�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Cu��2+�的物质的量浓度是多少？
　　答案：1.B2.C3.B4.Cu��2+�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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