張真真
摘要:在新課改的大環境下,高中化學課堂得到創新發展,大量的新型教學模式應運而生,大大提高了高中化學課堂的質量。本文主要基于學科核心素養談談與硝酸反應相關的計算。
關鍵詞:高中化學;學科核心素養;有效課堂;硝酸反應;循序漸進
硝酸與金屬的反應時既體現酸性,又體現其強氧化性,所以相關計算題變化多端,解題的靈活性高,是一類值得研究的題型。探究該類題的命題規律,確立解題的基本策略,掌握常見的解題技巧是課堂教學中提高學生思維能力的關鍵。本文主要從課堂習題設計,循序漸進的引導學生掌握該知識點。
1 從反應的本質解題
金屬與硝酸反應的實質是金屬與H+和NO3-共同作用。
銅與稀硝酸反應的實質是:3Cu +8H+ +2NO3-=3Cu2+ +4H2O +2NO↑
例1、銅粉放入稀硫酸溶液后,無明顯現象發生,當加入下列一種物質后,銅粉質量減少,溶液呈藍色,同時有氣體產生,該物質可能是
(? ?)
A. Fe2 (SO4) 3 B. Na2CO3 C. KNO3 D.FeSO4
解析:銅與稀硫酸中H+的不反應,加入NO3-后,銅就可以和H+和NO3-反應。答案:C。
例2、鐵銅混合物加入硝酸后,剩余金屬m1 g,再向其中加入稀硫酸。充分振蕩后,剩余金屬m2 g,則m1與m2的關系是( )。
A.m1一定大于m2 B. m1一定等于m2
C. m1可能等于m2 D.m1可能大于m2
解析:由銅與稀硝酸反應的實質 3Cu +8H+ +2NO3-=3Cu2+ + 4H2O +2NO↑可以看出,H+ 和NO3-的反應比例是4:1,硝酸不足量導致硝酸中的H+消耗完,加入稀硫酸后,又提供了H+,會繼續和金屬反應,所以答案:A。
例3、 在100 mL 混合溶液中,HNO3 和 H2SO4 的物質的量濃度分別是 0.4 mol/L、 0.1 mol/L 。向該混合液中加入 1.92 g銅粉,加熱待充分反應后,所得溶液中 Cu2+ 的物質的量濃度是(? ?)。
A.0.015 B. 0.225 C. 0.035 D. 0.045
解析:n(Cu)=1.92÷64=0.03mol,溶液中n(H+)=0.4×0.1+0.1×2×0.1=0.06mol,n(NO3-)=0.4×0.1=0.04mol,顯然溶液中H+少量,Cu不能完全反應,根據H+與Cu的反應比例8:3求出Cu2+的物質的量濃度。答案:B。
2 從硝酸在反應中的作用解題
參加反應的硝酸一部分顯酸性生成硝酸鹽,另一部分作氧化劑,一般轉化為氮的氧化物(NO或NO2),根據氮守恒解題。
例4、6.4g銅與過量的硝酸充分反應后,硝酸的還原產物有NO2、NO,反應后溶液中所含H+為nmol,此時溶液中所含NO3-的物質的量( )
A.0.28mol B.0.31mol C.(n+0.2) mol D. (n+0.4) mol
解析:銅與過量的硝酸充分反應后溶液中所含H+為nmol,1 mol Cu參加反應生成Cu (NO3)2對應2 mol HNO3 顯酸性,說明溶液為Cu (NO3)2和HNO3的混合溶液,溶液中n(NO3—)=2n(Cu)+ n(H+)=2×6.4/64+n=(0.2+n)mol
3 從得失電子守恒角度解題
一般情況下,金屬失去的電子數等于N原子得到的電子數,根據得失電子守恒解題。
例5、將32.64g銅與140mL一定濃度的硝酸反應,銅完全溶解產生的NO和NO2混合氣體在標準況下的體積為11.2L。求NO和NO2的體積。
解析:設產生NO2的物質的量為x,則NO的物質的量為0.5-x。根據得失電子守恒,得下列方程:X×1+(0.5-x)×3=(32.64/64)×
2x=0.24mol
4 從反應始態和最終狀態解題
在一些多步反應和多種混合物的計算中,分步計算會很繁瑣。利用在反應中元素守恒關系、電子守恒關系會簡化思維,在解題中找到最便捷的途徑——抓住終態分析,模糊中間過程
例6、1.92 g Cu投入到一定量的濃硝酸中,銅完全溶解,生成的氣體的顏色越來越淺,共收集到 672 mL 的氣體(標準狀況下)。將盛有此氣體的容器倒扣在水槽中,通入標準狀況下一定體積的氧氣,恰好使氣體完全溶于水,則通入的氧氣的體積為 mL。
A .? 168 B. 224 C.? 336 D. 504
解析:銅與濃硝酸反應得NO2、NO等,混合氣體被O2氧化后通入水中,所有氣體完全被水吸收生成硝酸,整個過程可看做Cu與O2的反應,Cu失電子,O2得電子,得失電子守恒,1molCu失電子2mol,反應中
n(Cu)=1.92g/64g/mol=0.03mol,失電子0.06mol,1mol O2得電子4mol,故n(O2)=0.06/4mol=0.015mol標準狀況下氧氣的體積是0.015mol×22.4L/mol=0.336L.
例7、足量銅與一定量濃硝酸反應,得到硝酸銅溶液和NO2、NO、N2O4的混合氣體,這些氣體與1.68L O2(標況)混合后通入水中,所得氣體完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入5 mol/LNaOH溶液至 Cu2+恰好完全沉淀,則消耗NaOH溶液的體積是( )
A.60mL B.45mL C.30mL D.15mL
解析:整個反應過程中,銅與濃硝酸反應得NO2、N2O4、NO,混合氣體與O2混合后通入水中,所有氣體完全被水吸收生成硝酸,相當于銅失去的電子全由1.68L(標況)O2獲得,故n(Cu)=2n(O2) =(1.68/22.4)×2mol=0.15mol,加入NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀時,n(Na+)=
2n(Cu2+)=0.15×2mol=0.3mol,則V(NaOH)=n(NaOH)/c(NaOH)=
0.3/5=0.06L=60mL
以上例題難度由易到難,循序漸進,讓學生逐步理解,掌握,應用,不再對計算題尤其是硝酸相關計算題望而生畏。
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(作者單位:海亮外語中學)