1.得失电子守恒法
硝酸与金属反应属于氧化还原反应,氮原子得到的电子总数等于金属原子失去的电子总数。
如果金属被HNO3溶解后,产生的NOx气体(NO2、NO)与O2充分混合后又用H2O恰好完全吸收,则金属失去的电子数等于消耗的O2得到的电子数。
2.原子守恒法
硝酸与金属反应时,HNO3中的NO-3一部分仍以NO-3的形式存在,另一部分转化为还原产物,这两部分中N的物质的量之和与反应消耗的HNO3中N的物质的量相等。
3.利用离子方程式计算
硝酸与硫酸混合液跟金属的反应,当金属足量时,不能用HNO3与金属反应的化学方程式计算,应用离子方程式计算,因为生成的硝酸盐中的NO-3与硫酸电离出的H+仍能继续与金属反应,如3Cu+8H++2NO-3===3Cu2++2NO↑+4H2O。
4.如果金属被HNO3溶解后,再向溶液中滴加NaOH溶液使金属阳离子恰好完全沉淀,则金属失去电子的物质的量等于HNO3得到电子的物质的量,也等于生成氢氧化物时消耗的OH-的物质的量,因此,m(沉淀)=m(金属)+m(OH-)=m(金属)+n(e-)×17 g•mol-1[因为M――→-ne-Mn+,Mn+――→+nOH-M(OH)n]。
例1 38.4 mg Cu与适量的浓硝酸反应,Cu全部反应后,共收集到22.4 mL(标准状况下)气体。反应消耗的HNO3的物质的量可能是( )
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] Cu跟浓硝酸反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。随着反应的进行,浓硝酸会逐渐变成稀硝酸,反应则变为3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
方法一:极端假设法
n(Cu)=38.4×10-3 g64 g•mol-1=6.0×10-4 mol
若38.4 mg Cu全部与浓硝酸反应,则可求得参加反应的硝酸的物质的量为6.0×10-4 mol×4 =2.4×10-3 mol,产生的NO2标准状况下的体积为6.0×10-4 mol×2×22.4 L•mol-1×103=26.88 mL;若38.4 mg Cu全部与稀硝酸反应,则可求得参加反应的硝酸的物质的量为6.0×10-4 mol×83=1.6×10-3 mol,产生的NO标准状况下的体积为6.0×10-4 mol×23×22.4 L•mol-1×103=8.96 mL。事实上Cu应先与浓硝酸反应,浓硝酸变稀后,又与稀硝酸反应,所以消耗的硝酸的物质的量应在1.6×10-3 mol和2.4×10-3 mol之间。观察选项可知应选C。