硝酸具有强氧化性，几乎能与所有的金属发生氧化还原反应。铜与浓硝酸反应生成NO₂，与稀硝酸反应生成NO。但铜与一定量的浓硝酸反应就隐含了一定条件（铜与一定量的浓HNO₃反应，开始生成气体的是NO₂，随着反应的进行，反应物的浓度不断减小，生成气体变为NO，最终得到的气体为NO₂和NO组成的混合气体），因此学生在解题时常因忽视了Cu与稀HNO₃的反应而不小心落入陷阱。

另外像这种浓度不同产物也就不同的情况在中学还有几种：①过量活泼金属（如Zn）与少量浓H₂SO₄的反应，开始生成气体的是SO₂，后来生成气体的是H₂。②过量Cu与少量浓H₂SO₄的反应，随着反应的进行，浓H₂SO₄变成稀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，随着反应的进行，浓盐酸变成稀盐酸，不再与MnO₂发生氧化还原反应。

【例题】38.4g铜跟适量浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到气体22.4L（标况），求：

⑴反应消耗硝酸的物质的量；

⑵还原产物NO₂和NO的物质的量之比；

⑶Cu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：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)＝38.4g/64.0g·mol^－1＝0.6mol

n(气体)＝22.4L/22.4L·mol^－1＝1.0mol

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，本题就有多种解法.

方法一（极值法）：

⑴若产生的气体全部是NO₂，由化学方程式①得：

n(HNO₃)=4n(Cu)＝0.6mol×4＝2.4mol

n(NO₂)=2n(Cu)＝0.6mol×2＝1.2mol

V(NO₂)=1.2mol×22.4L·mol^－1＝26.9L>22.4L

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)＝0.6mol×（8/3）＝1.6mol

n(NO)=2/3n(Cu)＝0.6mol×(2/3)＝0.4mol

V(NO₂)=0.4mol×22.4L·mol^－1＝8.96L<22.4L

所以气体是NO₂和NO的混合物。

设生成的NO₂为xmol，NO为ymol，则

Cu ＋ 4HNO₃(浓) == Cu(NO₃)₂ ＋ 2NO₂↑ ＋ 2H₂O

x/2   2x                     x

3Cu ＋ 8HNO₃(稀) == 3Cu(NO₃)₂ ＋ 2NO↑ ＋ 4H₂O

3y/2    4y                    y

     解得: .

所以反应消耗n(HNO₃)=2x＋4y=2×0.9mol＋4×0.1mol＝2.2mol

⑵n(NO₂)：n(NO)＝0.9mol：0.1mol＝9：1

⑶由上面可知：

n(NO₂)＝0.9mol，n(NO)＝0.1mol

生成NO时消耗HNO₃的物质的量可以求出：

8HNO₃ (稀)－－－－－－2NO↑

8            2

n(HNO₃)       0.1mol

n(HNO₃)=0.4mol

欲求0.4molHNO₃的浓度，须知HNO₃溶液的体积－－－－－b：

c(HNO₃)=0.4mol/b.

方法二（守恒法）：

⑴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）

       ＝0.6mol×2＋1.0mol

       ＝2.2mol

⑵设生成的NO₂为xmol，NO为ymol，则

     解得: .

所以n(NO₂)：n(NO)＝0.9mol：0.1mol＝9：1

⑶与方法一相同。

方法三（写总化学方程式法）：

⑴设生成NO₂的物质的量为x，则题设条件下的总化学反应为：

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H原子守恒而得出（因与结果无关也可不算出）。根据方程式可知，参与反应的HNO₃物质的量为2.2mol。

⑵根据O原子守恒得：

2.2×3＝0.6×3×2＋2x＋(1－x)＋1.1 解得x＝0.9

所以n(NO₂)：n(NO)＝0.9mol：(1－0.1)mol＝9：1

⑶与方法一相同。

方法四（平均分子式法）：

⑴设HNO₃还原产物的平均分子式为NO_x，则：

n(Cu)：n(NO_x)=0.6mol：1.0mol=3：5

Cu和HNO₃的总反应方程式为：

3Cu ＋ 11HNO₃ == 3Cu(NO₃)₂ ＋ 5NO_x↑ ＋ 5.5H₂O

先写出反应物和生成物以及Cu、NO_x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、HNO₃和H₂O的化学计量数3、11和5.5，则：

n(HNO₃)＝11/3n(Cu)=0.6mol×(11/3)=2.2mol

⑵根据O原子守恒得：33＝18＋5x＋5.5    于是x=1.9.

即NO_x为NO_1.9。用十字交叉法：

NO₂：2          0.9

          1.9

NO：1          0.1

n(NO₂)：n(NO)＝9：1

⑶与方法一相同。

答案：⑴2.2mol   ⑵9:1   ⑶开始生成NO时HNO₃溶液的体积b   0.4mol/b