铜和硝酸反应教案(铜和硝酸反应的计算题)

关于铜和硝酸反应习题的解后反思

原古田一中　胡嘉谋

题目：amolCu和含有bmol HNO3的硝酸溶液恰好完全反应，则被还原的HNO3的物质的量一定是（ ）

A．（b -2a）mol B． b/4 mol C．2a/3 mol D．2a mol

解析：此题审题有两个关键：一是Cu和HNO3恰好完全反应，说明反应物没有剩余；二是被还原的HNO3的物质的量“一定”是多少，而不是可能是多少。由于不知硝酸是浓还是稀，所以Cu和HNO3反应有两种可能：一是Cu和稀HNO3恰好完全反应，3Cu+8HNO3(稀) ==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O；二是Cu和浓HNO3恰好完全反应，Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2 +2NO2↑+2H2O。如果是第一种可能，根据电子守恒知，a×2=n(NO)×3，n(NO) =被还原的HNO3的物质的量=2a/3 mol。如果是第二种可能，根据电子守恒知，a×2=n(NO2)×1，n(NO2) =被还原的HNO3 的物质的量=2a mol。但选项C、D均是可能性答案，均不合题意不确切。因此，要从硝酸的作用分析：既显氧化剂作用（被还原为NO、NO2等），又显酸性作用生成Cu(NO3)2，而被还原的硝酸应为硝酸总量减去显酸性作用的硝酸，即（b-2a）mol。选项A为正确答案。

反思：审题要敏锐地觉察题示信号，发掘题中隐含条件，抓住问题实质迅速地找到解题的突破口。本题硝酸溶液未说明浓与稀是题设的隐含条件，若按浓硝酸解题，则误选D，若按稀硝酸解题，则误选C。题示中的“一定”是个解题信号，可排除浓与稀两种可能情况片面分析解题的失误。Cu和HNO3恰好完全反应，可以找到硝酸总量与分量间的关系，采取整体思维方式准确解题。

Cu和HNO3的反应规律：若是稀HNO3，不论Cu是否过量，还原产物均是NO。若是浓HNO3，Cu少量，还原产物是NO2；Cu过量，要从动态观分析产物，开始时还原产物是NO2，随着反应进行，浓HNO3变稀，还原产物是NO，最后得到NO2和NO混合气体。

有关氧化还原反应的定量计算可以根据得失电子守恒，即还原剂失去电子的物质的量等于氧化剂得到电子的物质的量，进行快速求解。也可以根据化学方程式找定量关系列式求解，但配平氧化还原反应的方程式费时多。

变式训练：1.92 g铜投入一定量浓HNO3中，铜完全溶解，生成气体颜色越来越浅，共收集到672 mL气体(标准状况)。将盛有此气体的容器倒扣在水中，通入标准状况下一定体积的O2，恰好使气体完全溶于水中，则通入O2的体积为( )

A．504 mL B．168 mL C．336 mL D．224 mL

解析：审题关键：生成气体颜色越来越浅，说明气体产物含有NO2和NO；通入O2后恰好使气体完全溶于水中，说明NO2、NO的混合气体完全反应后又生成硝酸。

题设的反应原理：Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O；

3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O；

4NO2+ O2+2H2O==4HNO3； 4NO+3O2+2H2O==4HNO3。

解题突破口：反应从硝酸开始，被铜还原为氮的氧化物，而后，氮的氧化物又被氧气氧化生成硝酸，反应结果最终N元素的化合价没有发生改变，改变的是Cu和O2中O元素的化合价，根据电子守恒知，铜失去的电子等于氧气得到的电子，即n(Cu)×2 =n(O2)×4，因n(Cu) = 0.03mol，故n(O2) = 0.015 mol，标准状况下O2的体积为336 mL。选C。

反思：此题解题的巧妙之处就是利用了始终态硝酸不发生化合价变化，借助于氮的氧化物做个媒介，沟通了Cu和O2得失电子守恒，即搭起了已知与未知的桥梁，促使要解决的问题简单化，从而快速求解。

此题常规解法：假设两种氮的氧化物的物质的量分别为Xmol和Ymol，利用已知的铜的物质的量与混合气体的物质的量，通过电子守恒、联立方程可求出两种氮的氧化物的物质的量，然后，再利用反应4NO2+ O2+2H2O==4HNO3和4NO+3O2+2H2O==4HNO3求出所需氧气的物质的量，从而求得氧气的体积。

本题还可以利用NO2和NO混合气体在水中与O2恰好完全反应的总反应式：

NO2+ NO+ O2+H2O==2HNO3直接求算。请尝试之。

训练：将51.2 g铜恰好完全溶于V mL 10 mol·L-1硝酸中，得到硝酸铜溶液，收集到氮的氧化物(含NO、NO2、N2O4)的混合物共17.92 L(标准状况)，这些气体恰好能被500 mL2.0 mol·L-1NaOH溶液完全吸收，得到500 mL钠盐溶液(假设吸收气体后溶液体积不变)。通过计算回答下列问题：

(1)V=_________。

(2)上述钠盐溶液中硝酸钠物质的量浓度为________。

(3)向上述硝酸铜溶液中加入足量的稀硫酸，加入Wg铜粉恰好完全溶解，通常状况下将收集到的气体充满一试管，并将充满该气体的试管倒立于盛水的水槽里，再向试管里充入一定量的氧气，最终恰好使溶液充满试管。

①W最大值为__________。

②上述试管里溶液的物质的量浓度为(不考虑溶质向水槽内扩散) _。(已知在通常状况下，气体摩尔体积为a L·mol-1)

提示：(1)、(2)两问中，涉及氮的氧化物被NaOH溶液完全吸收的反应原理为：2NO2 N2O4；NO2+NO+2NaOH ==2NaNO2+H2O；因为混合气体被完全吸收，故上述反应不可能有NO剩余，而NO2有剩余，继续与NaOH发生反应：2NO2+2NaOH==NaNO2+NaNO3+H2O。由Na、N元素守恒和电子守恒求出硝酸的物质的量和NaNO2、NaNO3的物质的量，进而解决(1)、(2)两问。

(3)问中硝酸铜溶液中加入足量的稀硫酸，再加入铜粉完全溶解的反应原理为： 3Cu+8H++2NO3－==3Cu2++2NO↑+4H2O。由离子方程式的定量关系和NO3－的物质的量可求出W值。

答案：(1) 260 (2) 0.40 mol·L-1 (3) ①153.6 ②1/a mol·L-1

思考：(1) 浓硝酸与Cu生成NO2气体，稀硝酸与Cu生成NO气体，有人说稀硝酸氧化性更强，这种说法对吗？为什么？

(2)将相同质量的Cu分别和过量的浓硝酸、稀硝酸反应，两者反应速率、生成气体的物质的量、反应中转移的电子总数、消耗硝酸的物质的量、所得溶液的颜色等一定相同吗？为什么？

(3)变价的金属（例如Fe）分别与浓、稀硝酸反应，当Fe不足时，反应规律如何？当Fe过量时，反应规律又如何？试分析之。

感悟：采取变换训练的方式，通过多角度多方位分析问题和解决问题，可以克服思维定势的影响，有利于培养独立思考、灵活多变的解题能力，培养发散思维和创新思维能力，达到提高复习效率的目的。采取一题多解的方式，通过多种途径多种方法解析同一道题，可以有效地训练多向思维方式，有利于拓宽思路，掌握不同的解题方法与技巧，提高解题的灵活性和创造性，达到举一反三、触类旁通的目的。

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