硝酸与铜反应计算浅析

苏葛径

铜与硝酸反应是高中化学经常考的一类计算题，对于该种类型的计算题，有时用不同的方法，解题所用的时间不同，特别是在考试中如果方法得当则为赢得考试时间创造了条件。

在铜与硝酸的反应中，一般来说，浓硝酸产生NO2，稀硝酸产生NO，方程式如下：

稀硝酸3Cu+8HNO3==3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

浓硝酸Cu+4HNO3==Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

有时产物比较复杂，随着硝酸的浓度逐渐减小，产物由NO2变为NO，最终得到的是NO与NO2的混合物。甚至还要涉及到多步反应，这就要求学生要有清晰的思路和正确的方法，以避免由于思路或方法不得当费时又费力。

例如1：3.84克的铜与一定量的浓硝酸反应，生成1.12L的气体时，铜恰好全部溶解，求反应中消耗硝酸物质的量，反应中被还原的硝酸的物质的量。

解：该反应的反应式为： Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+H2O

设：反应中消耗硝酸的物质的量为n，

参加反应的铜的物质的量为3.84g/64g/mol=0.06mol

所以HNO3的質量是：Cu 4HNO3

1 4

0.06mol n

求出n=0.24mol同理反应生成的NO2，为0.12mol，而被还原硝酸的物质的量就是NO2的物质的量（氮原子守恒）。有的同学做完后很高兴，但他忽略了题中另外一个已知条件1.12L的NO2，其物质的量为0.05mol，与题干已知条件不符，显然有错误。

（一）氮原子守恒法

正确的思路是：开始发生的反应是Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+H2O 随着反应的进行，硝酸的浓度变稀，发生的反应 3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O 通过对以上两反应的分析可知：与铜反应的HNO3分为两部分：

1、 与金属反应被还原的HNO3：生成NO、NO2，表现氧化性；

n（HNO3）（被还原）= n（NO）+n（NO2）（N原子守恒）=1.12L/22.4L/mol=0.05mol

2 、与金属反应未被还原的HNO3生成硝酸盐，表现酸性。

n（HNO3）（未被还原）=2{n Cu（NO3）2}=2n（Cu） =3.84g/64g/mol×2=0.12mol

3 、与金属反应的HNO3总量：等于被还原的HNO3加上参加反应未被还原的n（HNO3）=0.05 mol+0.12 mol=0.17mol

（二）电子守恒的做法

例如2、3.84铜参加反应共失去0.06mol×2=0.12mol的电子，生成的气体应NO，NO2的混合体，设n1mol的NO ，n2mol的NO2，气体总物质的量为n根据1.12L，得出n=0.05mol可以列出方程

n1+n2=0.05mol

3n1+n2=0.12 mol（注意这一步用的是电子守恒，因为NO3-生成NO，是氮的+5价降到+2价，每个氮原子转移了3个电子，同理生成NO2时每个氮原子要转移1个电子。）

那么 n1=0.035 mol，n2=0.015mol.根据

Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3（稀）3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

消耗的硝酸为0.035×4+0.015×2=0.17mol

还原的硝酸为0.05mol（就是气体的物质的量）

例如3、将Cu与CuO的混合物13.4g溶于250ml的某浓度的硝酸中，固体全部溶解，产生标准状况下的NOx（x=1，2）气体共2.24L。取反应后溶液体积的1/10，往其中慢慢滴加5.00mol/L的NaOH溶液，当加到38.0ml时，过量的硝酸被中和，同时Cu2+恰好完全沉淀。求：

（1）原硝酸溶液的物质的量浓度是多少？

（2）原混合物中 Cu单质的质量最少是多少？

解：（1）根据氮原子守恒：

NO、NO2中，所含N的个数均为1，即标况下，

2.24L NOx气体中，所含N的物质的量为

2.24/22.4=0.1mol=n1（N）

而后面的溶液中溶质只有NaNO3，即n（NO3-）=n（Na+）=n（NaOH）=

5×38ml/1000ml/L×10=1.9mol=n2（N）

即总共有n（N）=n1（N）+n2（N）=0.1+1.9=2mol=n（HNO3）

c（HNO3）=n/V=2mol/0.25L=8mol/L

（2）极限值法：

由电子转移得：

假设HNO3生成NO N 由+5价降到+2价，每个氮原子得3e

HNO3生成NO2 N由+5价降到+4价，每个氮原子得1e

即假设生成气体全部为NO2时，所需Cu最少

此时需要Cu

①列方程

Cu + 4HNO3= Cu（NO3）2+2NO2 ↑+2H2O

1 2

x 2.24L/22.4L/mol

x=0.05mol

m=0.05mol×64g/mol=3.2g（<13.4g条件成立）

②电子守恒

Cu 生成Cu（NO3）2铜由 0价升到 +2 价一个铜原子失去2e

生成2.24/22.4=0.1molNO2所需电子为1×0.1mol=0.1mol

所需Cu为0.1mol/2=0.05mol

m=0.05mol×64g/mol=3.2g

所以原混合物中Cu最少质量为3.2g

如果是最多的话就假设全部生成NO

解题思路与①②一致。

综上所述：在解铜与硝酸反应的计算题时，可以抓住“一个关系”“两个守恒”“一个技巧”。

一个关系：起酸性作用的硝酸的物质的量是金属物质的量与所带电荷的乘积。

两个守恒：1、氮元素原子守恒，即生成气体（NO或NO2或NO和NO2）物质的量总和就是被还原硝酸的物质的量。

2、反应得失电子守恒，金属失去电子的总数=生成气体得到的电子总数。

一个技巧：利用离子方程式计算，有时解题更加方便。