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高三化學(xué)攻關(guān)三十六法之――濃度不同產(chǎn)物異

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

●難點磁場

請試做下列題目，然后自我界定學(xué)習(xí)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(yīng)。合金全部溶解，放出氣體6.72 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，反應(yīng)后溶液的pH=0(設(shè)反應(yīng)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?jǐn)?shù)。

●案例探究

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

A.1.00×10^－3 mol                                            B.1.60×10^－3 mol

C.2.20×10^－3 mol                                             D.2.40×10^－3 mol

(忽視NO₂與N₂O₄的相互轉(zhuǎn)化)

命題意圖：考查學(xué)生對反應(yīng)條件――濃度變化時產(chǎn)物種類變化的認(rèn)識。屬化學(xué)教學(xué)中要求具備的能力。

知識依托：Cu與濃、稀HNO₃的反應(yīng)。

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

解題思路：隨著反應(yīng)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(yīng)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(xué)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(xué)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(yīng)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(yīng)方程式法)：設(shè)生成NO₂的物質(zhì)的量為x，則題設(shè)條件下的總反應(yīng)為：

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

先寫出反應(yīng)物和生成物以及Cu、NO₂和NO的化學(xué)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(xué)計量數(shù)，H₂O的化學(xué)計量數(shù)可根據(jù)N原子守恒而得出(因與結(jié)果無關(guān)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(yīng)的HNO₃物質(zhì)的量為2.20 mmol。

方法4(平均分子式法)：設(shè)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(yīng)方程式為：

3Cu＋11HNO₃====3Cu(NO₃)₂＋5NO_x↑＋？H₂O

先寫出反應(yīng)物和生成物及Cu和NO_x的化學(xué)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(xué)計量數(shù)3和11，H₂O的化學(xué)計量數(shù)因與結(jié)果無關(guān)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(chǔ)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(yīng)，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^－4 mol/b

●錦囊妙計

當(dāng)化學(xué)反應(yīng)進行時，反應(yīng)物不斷被消耗。隨反應(yīng)的進行，反應(yīng)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(yīng)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(yīng)，開始時生成的氣體是SO₂，后來生成的氣體是H₂。②有的反應(yīng)不再發(fā)生。如，過量Cu與少量濃H₂SO₄的反應(yīng)，隨反應(yīng)的進行，濃H₂SO₄變成了稀H₂SO₄，Cu與稀H₂SO₄不再發(fā)生反應(yīng)。再如，過量MnO₂與少量濃鹽酸的反應(yīng)，隨反應(yīng)的進行，濃鹽酸變成稀鹽酸，不再與MnO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)。③有些本來不能發(fā)生的反應(yīng)，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。

●殲滅難點訓(xùn)練

1.(★★★)向50 mL 18 mol?L^－1  H₂SO₄溶液中加入足量的銅片并加熱，充分反應(yīng)后，被還原H₂SO₄的物質(zhì)的量(   )

A.小于0.45 mol                                              B.等于0.45 mol

C.在0.45 mol和0.90 mol之間                        D.大于0.90 mol

2.(★★★★) 14.0 g銅銀合金與足量某濃度的硝酸反應(yīng)，將放出的氣體與1.12 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氧氣混合，通入水中恰好完全吸收，則合金中銅的質(zhì)量為(    )

A.9.6 g                        B.6.4 g                         C.3.2 g                         D.1.6 g

3. (★★★★)3.2 g 銅與過量硝酸(8 mol?Ｌ^－1，30 ml)充分反應(yīng)。硝酸的還原產(chǎn)物有NO₂和NO，反應(yīng)后溶液中所含H^＋為a mol，則此時溶液中所含NO為________mol。

4.(★★★★★)使一定量鋅與100 mL 18.5 mol?Ｌ^－1濃H₂SO₄充分反應(yīng)，鋅完全溶解，同時生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體33.6 Ｌ。將反應(yīng)后溶液稀釋，測得其pH=1.0。

求：(1)生成氣體的成分及體積(假設(shè)濃H₂SO₄與Zn反應(yīng)還原產(chǎn)物只生成SO₂)；

(2)鋅的質(zhì)量；

(3)開始生成H₂時H₂SO₄的濃度(假設(shè)溶液體積無變化)。

難點磁場

解析：題設(shè)條件下，發(fā)生的反應(yīng)有：

Cu＋4HNO₃(濃)====Cu(NO₃)₂＋2NO₂↑＋2H₂O

3Cu＋8HNO₃(稀)====3Cu(NO₃)₂＋2NO↑＋4H₂O

Ag＋2HNO₃(濃)====AgNO₃＋NO₂↑＋H₂O

3Ag＋4HNO₃(稀)====3AgNO₃＋NO↑＋2H₂O

(1)n(被還原HNO₃)=n(NO₂)＋n(NO)==0.300 mol

(2)設(shè)合金中Cu和Ag的物質(zhì)的量分別為x、y。則：

     w(Ag)==0.36

答案：(1)0.30 mol (2)0.36

殲滅難點訓(xùn)練

1.A

2.提示：由題意知，Cu、Ag與HNO₃反應(yīng)所得還原產(chǎn)物與O₂作用溶于水后又變?yōu)镠NO₃，因此可以認(rèn)為Cu、Ag所失電子最終被O₂而非HNO₃所得。

設(shè)Cu、Ag物質(zhì)的量分別為x、y，則：

解得：x=0.050 mol， m(Cu)=64 g?mol^－1×0.050 mol=3.2 g

答案：C

3.提示：最后所得溶液中溶質(zhì)分別是Cu(NO₃)₂和HNO₃，依據(jù)N原子守恒得：

n(NO)=2n[Cu(NO₃)₂]＋n(HNO₃)=2n(Cu^2＋)＋n(H^＋)

     =2×＋a mol=(a＋0.10) mol

答案：(a＋0.10) mol

評注：在反應(yīng)過程中HNO₃有揮發(fā)，n(HNO₃)－n(NO)=n(HNO₃)－n(Cu)所得數(shù)值不準(zhǔn)確。

4.提示：題設(shè)條件下發(fā)生如下反應(yīng)：

Zn＋2H₂SO₄(濃)====ZnSO₄＋SO₂↑＋2H₂O

Zn＋H₂SO₄(稀)====ZnSO₄＋H₂↑

答案：(1)生成SO₂ 6.7 L，生成H₂ 26.9 L

(2)97.5 g

(3)12.5 mol?L^－1