【方法技巧】金属与硝酸反应的三个守恒
(1)电子得失守恒。
规律1:一定量的Cu完全溶于浓硝酸中,所产生的气体与一定量的氧气混合后恰好完全溶于水时,消耗氧气的量只取决于Cu的物质的量,即2n(O2)=n(Cu)。
拓展:金属与硝酸反应生成的氮的氧化物在与O2混合后用水恰好完全吸收时,消耗氧气的量只取决于消耗金属的量。可依据得失电子守恒建立等式n(M)×a=n(NO2)+3n(NO)=4n(O2)(a为金属M的化合价)。
(2)氮原子守恒。
规律2:反应中被还原的硝酸的物质的量等于反应生成的NO和NO2气体的物质的量之和。
规律3:金属与硝酸反应时,生成的气体的物质的量、生成的M(NO3)x中所含的氮元素的物质的量与剩余的硝酸的物质的量之和等于原硝酸的物质的量。
规律4:金属与硝酸反应时,若生成的气体NO、NO2恰好完全溶于NaOH溶液中,由于生成物NaNO3、NaNO2中Na+与N个数比为1∶1,则n(NaOH)=n(NO)+n(NO2)。
(3)电荷守恒。
规律5:金属单质完全溶于硝酸中,其失去的电子的物质的量等于金属离子所结合的N的物质的量,即n(e-)=n(N)。
11.【解析】汽车尾气中含有氮的氧化物,主要是NO气体,把它变为无害的N2排出。本实验中A装置是制取NO气体,C装置是制取NH3,B和F是干燥装置,D是混合两种气体的装置,E是催化反应装置。(1)混合气体从D装置出来后带有水蒸气,所以括号中应选F装置,干燥NO和NH3,除去水蒸气,而后通入E中发生反应。(2)C中制取NH3的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O。(3)E中的化学反应方程式为6NO+4NH35N2+6H2O。(4)D装置的作用之一是使NO与NH3充分混合。(5)两种气体通过B和F装置已经干燥,不能再通过水溶液,此时D的作用还和第(4)问一样,应该选择一种和NO与NH3都不反应的难挥发的有机溶剂,应填“CCl4”或“难挥发有机溶剂”。即便如此,该实验还存在明显缺陷是没有尾气处理装置,没有反应完的NO和NH3污染空气。(6)汽车尾气处理研究的方向是选择适宜的还原剂和高效的催化剂在适宜的温度下和汽车尾气反应生成无害的氮气。
答案:(1)F
(2)2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+ CaCl2+2H2O
(3)6NO+4NH35N2+6H2O
(4)使NO与NH3充分混合
(5)CCl4(或难挥发有机溶剂) 缺少尾气处理
(6)B
