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化學備考學案

31種解題方法讓你考試無憂（11）

濃度不同產(chǎn)物異

化學上有許多產(chǎn)物，跟反應物濃度關系密切。鑒于高考常據(jù)此設計難題，本篇總結(jié)了這些反應。

●難點磁場

請試做下列題目，然后自我界定學習本篇是否需要。

30 g銅、銀合金與80 mL 13.5 mol?L^－¹的HNO₃溶液反應。合金全部溶解，放出氣體6.72 L(標準狀況下)，反應后溶液的pH=0(設反應前后溶液體積不變)

(1)計算HNO₃被還原的物質(zhì)的量；

(2)計算合金中銀的質(zhì)量分數(shù)。

●案例探究

[例題]38.4 mg銅跟適量濃硝酸反應，銅全部作用后，共收集到氣體22.4 mL(標準狀況)，反應消耗HNO₃的物質(zhì)的量可能是

A.1.00×10^－³mol B.1.60×10^－³mol

C.2.20×10^－³mol D.2.40×10^－³mol

(忽視NO₂與N₂O₄的相互轉(zhuǎn)化)

命題意圖：考查學生對反應條件――濃度變化時產(chǎn)物種類變化的認識。屬化學教學中要求具備的能力。

知識依托：Cu與濃、稀HNO₃的反應。

錯解分析：忽視了Cu與稀HNO₃的反應，就會錯選D；只運用Cu與稀HNO₃反應解題，就會錯選B。

解題思路：隨著反應的進行，硝酸的濃度逐漸變小，產(chǎn)生的氣體可能是純凈的NO₂，也可能是NO₂和NO的混合物。

n(Cu)=38.4 mg÷64.0 g?mol^－¹=0.600 mmol

n(g)=22.4 mL÷22.4 L?mol^－¹=1.00 mmol

這樣，發(fā)生的反應可能是下列①一個，也可能是①②兩個：

①Cu＋4HNO₃(濃)====Cu(NO₃)₂＋2NO₂↑＋2H₂O

②3Cu＋8HNO₃(稀)====3Cu(NO₃)₂＋2NO↑＋4H₂O

于是，本題有以下多種解法。

方法1(極值法)：若產(chǎn)生的氣體全部是NO₂，由化學方程式①得：

n(HNO₃)=4n(Cu)=0.600 mmol×4=2.40 mmol

n(NO₂)=2n(Cu)=0.600 mmol×2=1.20 mmol

V(NO₂)=1.20 mmol×22.4 L?mol^－¹=26.9 mL＞22.4 mL

可見，氣體不全是NO₂。

若產(chǎn)生的氣體全部是NO，由化學方程式②得：

n(HNO₃)=8/3n(Cu)=0.600 mmol×8/3=1.60 mmol

n(NO)=2/3n(Cu)=0.600 mmol×2/3=0.400 mmol

V(NO₂)=0.400 mmol×22.4 L?mol^－¹=8.96 mL＜22.4 mL

由于氣體是NO₂和NO的混合物，8.96 mL＜V(g)＜26.9 mL，

所以1.60 mmol＜n(HNO₃)＜2.40 mmol，

觀察備選項可知答案。

方法2(守恒法)：根據(jù)反應前后N原子守恒和Cu原子守恒得：

n(HNO₃)=n[Cu(NO₃)₂]×2＋n(NO₂)＋n(NO) (N原子守恒)

=n(Cu)×2＋n(NO₂)＋n (NO) (Cu原子守恒)

=0.600 mmol×2＋1.00 mmol

=2.20 mmol

方法3(寫總反應方程式法)：設生成NO₂的物質(zhì)的量為x，則題設條件下的總反應為：

0.6Cu＋2.2HNO₃====0.6Cu(NO₃)₂＋xNO₂↑＋(1－x)NO↑＋1.1H₂O

先寫出反應物和生成物以及Cu、NO₂和NO的化學計量數(shù)，再根據(jù)Cu原子守恒和N原子守恒得出Cu(NO₃)₂和HNO₃的化學計量數(shù)，H₂O的化學計量數(shù)可根據(jù)N原子守恒而得出(因與結(jié)果無關也可不算出)。

根據(jù)方程式及有效數(shù)字的運算規(guī)則，可知參加反應的HNO₃物質(zhì)的量為2.20 mmol。

方法4(平均分子式法)：設HNO₃還原產(chǎn)物的平均分子式為NO_x，則：

n(Cu)∶n(NO_x)=0.600 mmol∶1.00 mmol=3∶5

Cu與HNO₃的總反應方程式為：

3Cu＋11HNO₃====3Cu(NO₃)₂＋5NO_x↑＋？H₂O

先寫出反應物和生成物及Cu和NO_x的化學計量數(shù)3和5，再根據(jù)Cu原子守恒和N原子守恒分別得出Cu(NO₃)₂和HNO₃的化學計量數(shù)3和11，H₂O的化學計量數(shù)因與結(jié)果無關可不算出，則：

n(HNO₃)=11/3n(Cu)=0.600 mmol×11/3=2.20 mmol

答案：C

變式1：去掉備選項，將問題改為：求還原產(chǎn)物NO₂和NO的物質(zhì)的量之比，其他同例題，試解之。

解題思路：在前面“方法4”的基礎上得到下式：

3Cu＋11HNO₃====3Cu(NO₃)₂＋5NO_x＋5.5H₂O

根據(jù)O原子守恒得：

33=18＋5x＋5.5

x=1.9

即NO_x為NO_1.9。用十字交叉法：

V(NO₂)∶V(NO)=9∶1

答案：9∶1

變式2：若例題條件下Cu與HNO₃恰好完全反應，二者皆無剩余，欲求開始生成NO時HNO₃溶液的濃度，還缺少的條件是________(用必要的文字和字母b表示)，開始生成NO時HNO₃溶液的濃度為________(請寫最后結(jié)果)。

解題思路：據(jù)變式1解題思路得：

V(NO₂)=1.00 mmol×=0.900 mmol

V(NO)=0.100 mmol

生成NO消耗HNO₃的物質(zhì)的量可求：

8HNO₃(稀)~2NO↑

8 2

n(HNO₃) 0.100 mmol

n(HNO₃)=0.400 mmol

欲求0.400 mmol HNO₃的濃度，須知HNO₃(aq)的體積――b：

c(HNO₃)=

答案：開始生成NO時HNO₃(aq)的體積b 4.00×10^－⁴mol/b

●錦囊妙計

當化學反應進行時，反應物不斷被消耗。隨反應的進行，反應物濃度不斷改變，①有的會造成產(chǎn)物的不同。如，過量Cu放入少量濃HNO₃中，開始生成的氣體是NO₂，后來生成的氣體是NO；很稀的HNO₃溶液與活潑金屬反應還會有H₂生成(非信息題可不考慮)。再如，過量活潑金屬(如Zn)與少量濃H₂SO₄的反應，開始時生成的氣體是SO₂，后來生成的氣體是H₂。②有的反應不再發(fā)生。如，過量Cu與少量濃H₂SO₄的反應，隨反應的進行，濃H₂SO₄變成了稀H₂SO₄，Cu與稀H₂SO₄不再發(fā)生反應。再如，過量MnO₂與少量濃鹽酸的反應，隨反應的進行，濃鹽酸變成稀鹽酸，不再與MnO₂發(fā)生氧化還原反應。③有些本來不能發(fā)生的反應，后來能夠進行。如稀H₂SO₄濺在衣服上，水分蒸發(fā)后，變成濃H₂SO₄，也就能使布料脫水炭化。