三、热点之三——金属与硝酸的反应

例2.38.4mgCu跟适量的浓HNO3 反应，Cu全部作用后，在标准状况下收集到气体22.4mL(不考虑NO2 部分聚合成N2O4 )，则消耗HNO3 的物质的量是( )

A.1.0×10-3 mol B.1.6×10-3 mol

C.2.2×10-3 mol D.2.4×10-3 mol

解析：本题主要涉及两个化学反应：

Cu+4HNO3 (浓)=Cu(NO3 )2 +2NO2 ↑+2H2O

3Cu+8 HNO3 (稀)=3Cu(NO3 )2 +2NO↑+4 H2O

那么我们可以根据反应确定不论是生成NO还是NO2 ，总是1mol气体对应1mol被还原的硝酸，而1molCu对应2mol没有被还原但是参与反应的硝酸。所以参与反应的硝酸可以分成两部分来求解。

解法一：极限法

⑴从极限的观点分析，38.4mgCu若与浓HNO3 完全反应生成26.88mLNO2 ;若与稀硝酸反应放出8.96mLNO，而实际收集到22.4mL气体，说明Cu和适量浓硝酸反应过程中开始浓度较大，后来浓度逐渐减小，所以收集到的气体为NO2 和NO的混合气体。

⑵按平行计算，设和稀硝酸反应的Cu的物质的量为3x，和浓硝酸反应的Cu的物质的量为y，则：

3Cu+8 HNO3 (稀)=3Cu(NO3 )2 +2NO↑+4 H2O

3x 8x 2x

Cu+4HNO3 (浓)= Cu(NO3 )2 +2NO2 ↑+2H2O

y 4y 2y

根据题意，得方程①y+3x=38.4×10-3g/64g/ mol②2y+2x=22.4×10-3L/22.4L/ mol

由①、②解得：x=0.05×10-3 mol y =0.45×10-3 mol

共消耗HNO3 ：8x+4y=2.2×10-3 mol

解法二：电子守恒法

⑴设显酸性的硝酸为x

Cu → Cu(NO3 )2

64 2

38.4×10-3 x

解得x=1.2×10-3 mol

⑵设显氧化性的硝酸为ymol，因氧化剂和还原产物物质的量之比为1：1

HNO3(氧化剂)→NO2 ;HNO3(氧化剂)→NO

y =22.4×10-3 L/22.4L•mol-1 =1.0×10-3 mol

⑶共消耗1.2×10-3 mol+1.0×10-3 mol=2.2×10-3 mol

解法三：原子守恒法

⑴HNO3 被还原为NO2 和NO。被还原的HNO3 的物质的量即气体(NO2 和NO)的物质的量。标准状况下22.4mL气体的物质的量为1.0×10-3 mol

⑵未被还原的HNO3 的物质的量是Cu的物质的量的2倍。

Cu为38.4/64×10-3 mol

⑶共消耗硝酸：0.6×2×10-3 mol+1.0×10-3 mol=2.2×10-3 mol

答案选C。