浓度不同产物异.doc

难点11 浓度不同产物异
化学上有许多产物，跟反应物浓度关系密切。鉴于高考常据此设计难题，本篇总结了这些反应。
●难点磁场
请试做下列题目，然后自我界定学习本篇是否需要。
30 g铜、银合金与80 mL 13.5 mol·L－1的HNO3溶液反应。合金全部溶解，放出气体6.72 L(标准状况下)，反应后溶液的pH=0(设反应前后溶液体积不变)
(1)计算HNO3被还原的物质的量；
(2)计算合金中银的质量分数。
●案例探究
[例题]38.4 mg铜跟适量浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到气体22.4 mL(标准状况)，反应消耗HNO3的物质的量可能是
A.1.00×10－3 mol B.1.60×10－3 mol
C.2.20×10－3 mol D.2.40×10－3 mol
(忽视NO2与N2O4的相互转化)
命题意图：考查学生对反应条件——浓度变化时产物种类变化的认识。属化学教学中要求具备的能力。
知识依托：Cu与浓、稀HNO3的反应。
错解分析：忽视了Cu与稀HNO3的反应，就会错选D；只运用Cu与稀HNO3反应解题，就会错选B。
解题思路：随着反应的进行，硝酸的浓度逐渐变小，产生的气体可能是纯净的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
这样，发生的反应可能是下列①一个，也可能是①②两个：
①Cu＋4HNO3(浓)====Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
②3Cu＋8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
于是，本题有以下多种解法。
方法1(极值法)：若产生的气体全部是NO2，由化学方程式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
可见，气体不全是NO2。
若产生的气体全部是NO，由化学方程式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
由于气体是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，
观察备选项可知答案。
方法2(守恒法)：根据反应前后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(写总反应方程式法)：设生成NO2的物质的量为x，则题设条件下的总反应为：
0.6Cu＋2.2HNO3====0.6Cu(NO3)2＋xNO2↑＋(1－x)NO↑＋1.1H2O
先写出反应物和生成物以及Cu、NO2和NO的化学计量数，再根据Cu原子守恒和N原子守恒得出Cu(NO3)2和HNO3的化学计量数，H2O的化学计量数可根据N原子守恒而得出(因与结果无关也可不算出)。
根据方程式及有效数字的运算规则，可知参加反应的HNO3物质的量为2.20 mmol。
方法4(平均分子式法)：设HNO3还原产物的平均分子式为NOx，则：
n(Cu)∶n(NOx)=0.600 mmol∶1.00 mmol=3∶5
Cu与HNO3的总反应方程式为：
3Cu＋11HNO3====3Cu(NO3)2＋5NOx↑＋？H2O
先写出反应物和生成物及Cu和NOx的化学计量数3和5，再根据Cu原子守恒和N原子守恒分别得出Cu(NO3)2和HNO3的化学计量数3和11，H2O的化学计量数因与结果无关可不算出，则：
n(HNO3)=11/3n(Cu)=0.600 mmol×11/3=2.20 mmol
答案：C
变式1：去掉备选项，将问题改为：求还原产物NO2和NO的物质的量之比，其他同例题，试解之。
解题思路：在前面“方法4”的基础上得到下式：
3Cu＋11HNO3====3Cu(NO3)2＋5NOx＋5.5H2O
根据O原子守恒得：
33=18＋5x＋5.5
x=1.9
即NOx为NO1.9。用十字交叉法：

V(NO2)∶V(NO)=9∶1
答案：9∶1
变式2：若例题条件下Cu与HNO3恰好完全反应，二者皆无剩余，欲求开始生成NO时HNO3溶液的浓度，还缺少的条件是________(用必要的文字和字母b表示)，开始生成NO时HNO3溶液的浓度为________(请写最后结果)。
解题思路：据变式1解题思路得：
V(NO2)=1.00 mmol×=0.900 mmol
V(NO)=0.100 mmol
生成NO消耗HNO3的物质的量可求：
8HNO3(稀)~2NO↑
8 2
n(HNO3) 0.100 mmol
n(HNO3)=0.400 mmol
欲求0.400 mmol HNO3的浓度，须知HNO3(aq)的体积——b：
c(HNO3)=
答案：开始生成NO时HNO3(aq)的体积b 4.00×10－4 mol/b
●锦囊妙计
当化学反应进行时，反应物不断被消耗。随反应的进行，反应物浓度不断改变，①有的会造成产物的不同。如，过量Cu放入少量浓HNO3中，开始生成的气体是NO2，后来生成的气体是NO；很稀的HNO3溶液与活泼金属反应还会有H2生成(非信息题可不考虑)。再如，过量活泼金属(如Zn)与少量浓H2SO4的反应，开始时生成的气体是SO2，后来生成的气体是H2。②有的反应不再发生。如，过量Cu与少量浓H2SO4的反应，随反应的进行，浓H2SO4变成了稀H2SO4，Cu与稀H2SO4不再发生反应。再如，过量MnO2与少量浓盐酸的反应，随反应的进行，浓盐酸变成稀盐酸，不再与MnO2发生氧化还原反应。③有些本来不能发生的反应，后来能够进行。如稀H2SO4溅在衣服上，水分蒸发后，变成浓H2SO4，也就能使布料脱水炭化。
●歼灭难点训练
1.(★★★)向50 mL 18 mol·L－1 H2SO4溶液中加入足量的铜片并加热，充分反应后，被还原H2SO4的物质的量( )
A.小于0.45 mol B.等于0.45 mol
C.在0.45 mol和0.90 mol之间 D.大于0.90 mol
2.(★★★★) 14.0 g铜银合金与足量某浓度的硝酸反应，将放出的气体与1.12 L(标准状况)氧气混合，通入水中恰好完全吸收，则合金中铜的质量为( )
A.9.6 g B.6.4 g C.3.2 g D.1.6 g
3. (★★★★)3.2 g 铜与过量硝酸(8 mol·Ｌ－1，30 ml)充分反应。硝酸的还原产物有NO2和NO，反应后溶液中所含H＋为a mol，则此时溶液中所含NO为________mol。
4.(★★★★★)使一定量锌与100 mL 18.5 mol·Ｌ－1浓H2SO4充分反应，锌完全溶解，同时生成标准状况下气体33.6 Ｌ。将反应后溶液稀释，测得其pH=1.0。
求：(1)生成气体的成分及体积(假设浓H2SO4与Zn反应还原产物只生成SO2)；
(2)锌的质量；
(3)开始生成H2时H2SO4的浓度(假设溶液体积无变化)。
附：参考答案
难点磁场
解析：题设条件下，发生的反应有：
Cu＋4HNO3(浓)====Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
3Cu＋8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
Ag＋2HNO3(浓)====AgNO3＋NO2↑＋H2O
3Ag＋4HNO3(稀)====3AgNO3＋NO↑＋2H2O
(1)n(被还原HNO3)=n(NO2)＋n(NO)==0.300 mol
(2)设合金中Cu和Ag的物质的量分别为x、y。则：
w(Ag)==0.36
答案：(1)0.30 mol (2)0.36
歼灭难点训练
1. A
2.提示：由题意知，Cu、Ag与HNO3反应所得还原产物与O2作用溶于水后又变为HNO3，因此可以认为Cu、Ag所失电子最终被O2而非HNO3所得。
设Cu、Ag物质的量分别为x、y，则：

解得：x=0.050 mol， m(Cu)=64 g·mol－1×0.050 mol=3.2 g
答案：C
3.提示：最后所得溶液中溶质分别是Cu(NO3)2和HNO3，依据N原子守恒得：
n(NO)=2n[Cu(NO3)2]＋n(HNO3)=2n(Cu2＋)＋n(H＋)
     =2×＋a mol=(a＋0.10) mol
答案：(a＋0.10) mol
评注：在反应过程中HNO3有挥发，n(HNO3)－n(NO)=n(HNO3)－n(Cu)所得数值不准确。
4.提示：题设条件下发生如下反应：
Zn＋2H2SO4(浓)====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