高中化学专题4硫氮和可持续发展第二单元生产生活中的含氮化合物第3课时硝酸的性质教学案苏教版必修1.docx
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高中化学专题4硫氮和可持续发展第二单元生产生活中的含氮化合物第3课时硝酸的性质教学案苏教版必修1
第三课时 硝酸的性质
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[课标要求]
1.掌握硝酸的主要性质。
2.了解硝酸的用途。
3.了解工业制硝酸的原理。
1.浓、稀HNO3与Cu反应,浓HNO3与炭反应的化学方程式分别为:
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,
C+4HNO3(浓)
CO2↑+4NO2↑+2H2O。
2.在常温下,铁、铝遇到浓HNO3发生钝化。
3.工业制HNO3的反应为①4NH3+5O2
4NO+6H2O;
②2NO+O2===2NO2;③3NO2+H2O===2HNO3+NO。
1.物理性质
硝酸是一种无色、具有挥发性的液体,工业硝酸的质量分数约为69%,常因溶有少量NO2而显黄色。
2.化学性质
(1)强氧化性
①常温下使铁、铝钝化。
②与金属反应(除Pt、Au以外):
Cu与浓HNO3反应:
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
Cu与稀HNO3反应:
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
③与非金属反应:
C与浓HNO3反应:
C+4HNO3(浓)
CO2↑+4NO2↑+2H2O
(2)不稳定性
见光或受热分解:
4HNO3
2H2O+4NO2↑+O2↑
硝酸应贮存在避光、低温处。
3.用途
重要的化工原料,常用来制造氮肥、染料、塑料、炸药、硝酸盐等。
4.工业制备
(1)氨的催化氧化:
4NH3+5O2
4NO+6H2O
(2)NO氧化成NO2:
2NO+O2===2NO2
(3)NO2的吸收:
3NO2+H2O===2HNO3+NO
[特别提醒]
碱性、中性条件下,NO
无氧化性,但在酸性条件下,NO
能表现出强氧化性。
将铜片置于两支具支试管的底部(见下图)。
通过分液漏斗分别加入2mL浓、稀硝酸。
[问题思考]
1.两支具支试管中观察到的实验现象是否完全相同?
反应中浓硝酸、稀硝酸起什么作用?
提示:
不相同。
加入浓硝酸的具支试管中出现的现象是铜片表面产生气泡,铜片溶解,溶液变蓝,具支试管上部空间无色变红棕色。
加入稀硝酸的具支试管出现的现象是铜片表面产生气泡,铜片溶解,溶液变蓝,具支试管上部空间气体由无色变红棕色,后又变成无色。
两支具支试管中浓、稀硝酸既表现出氧化性,又表现出酸性。
2.如何证明集气瓶里的气体是NO?
提示:
向集气瓶中通入少量O2(或空气),气体颜色由无色变为红棕色,说明集气瓶中收集的气体是NO。
3.分析两支具支试管中发生反应的氮元素的价态变化,思考硝酸的浓度对还原产物有何影响?
提示:
反应中,浓硝酸的还原产物是NO2,稀硝酸的还原产物是NO,即硝酸的浓度越低,还原产物的价态越低。
硝酸的强氧化性
1.本质
HNO3中的+5价氮元素具有很强的得电子能力。
在浓、稀HNO3中均存在两种氧化性微粒H+、NO
,HNO3的强氧化性实质是酸性条件下NO
中+5价氮氧化性>H+。
2.规律
(1)硝酸的浓度越大,反应温度越高,其氧化性越强。
(2)还原剂一般被氧化成最高价态。
3.具体表现
(1)硝酸与金属的反应
①除Au、Pt等少数金属外,硝酸几乎可以氧化所有的金属。
如3Ag+4HNO3(稀)===3AgNO3+NO↑+2H2O。
②活泼金属与HNO3反应不生成H2,HNO3的浓度不同,还原产物不同。
③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化。
(2)硝酸与非金属的反应
①反应规律:
非金属单质+浓硝酸―→最高价氧化物或其含氧酸+NO2↑+H2O。
②反应举例:
C+4HNO3(浓)
CO2↑+4NO2↑+2H2O。
(3)硝酸与还原性化合物的反应
硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子,如HI、HBr、SO2、Fe2+、FeO、Br-、I-、S2-、SO
等均能被HNO3氧化。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)浓硝酸在常温下与Fe、Al均不发生反应。
( )
(2)常温下,Cu与浓硝酸、稀硝酸均能发生氧化还原反应。
( )
(3)铜和稀硝酸反应中HNO3既体现了氧化性,又体现了酸性。
( )
(4)浓盐酸和浓硝酸按体积比1∶3组成王水。
( )
(5)稀硝酸与铜反应不能放出H2,但与Zn、Fe等反应能放出H2。
( )
答案:
(1)×
(2)√ (3)√ (4)× (5)×
2.下列反应中硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是( )
A.使石蕊溶液变红
B.与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2
C.与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3
D.与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2
解析:
选B A项,HNO3只表现酸性;B项,Cu与稀硝酸反应时,部分起酸的作用生成Cu(NO3)2,部分作氧化剂被还原为NO;C项,2HNO3+Na2CO3===CO2↑+H2O+2NaNO3,HNO3只表现强酸性;D项,HNO3将S氧化为H2SO4,自身被还原为NO2,在该反应中HNO3只表现强氧化性。
3.将硝酸表现出的性质(代号字母)填在下列各反应操作或现象后:
A.氧化性 B.酸性
C.还原性D.不稳定性
(1)久置的浓硝酸变黄色________。
(2)用硝酸浸洗附有银的试管________。
(3)常温下用铁制或铝制容器贮存、运输浓HNO3____________________________。
(4)用稀HNO3浸洗久置石灰水试剂瓶上的固体___________________________。
(5)用Cu和稀HNO3制NO气体________。
解析:
浓HNO3不稳定,见光或受热易分解生成NO2,NO2又溶于硝酸中而使其显黄色;浓硝酸具有强氧化性,常温下使Fe、Al金属钝化;与金属Cu、Ag发生反应,体现硝酸氧化性和酸性。
硝酸与CaCO3反应体现其酸性。
答案:
(1)D
(2)AB (3)A (4)B (5)AB
1.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。
2.原子守恒法
硝酸与金属反应时,反应前HNO3中的NO
一部分仍以NO
的形式存在,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。
若HNO3过量还存在如下关系:
n(总HNO3)=n(与金属离子结合的NO
)+n(还原产物NOx)+n(剩余HNO3)。
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
与硫酸电离出的H+仍能继续与金属反应,如3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O。
1.38.4mg铜跟适量的浓硝酸反应,铜全部作用后,共收集到22.4mL(标准状况)气体,则反应消耗的硝酸的物质的量可能是( )
A.1.0×10-3mol B.1.6×10-3mol
C.2.2×10-3molD.2.4×10-3mol
解析:
选C 浓硝酸适量,在反应过程中浓度变小,实际上发生了两个反应:
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,反应消耗的HNO3包括起酸性作用和起氧化性作用的两部分,前者反应后以Cu(NO3)2形式存在,后者被还原后生成NO2、NO气体,从两个方程式
看出:
Cu+2HNO3(酸)~Cu(NO3)2,HNO3(氧化剂)~NO2(或NO),所以反应消耗的HNO3的物质的量为:
×2+
=1.2×10-3mol+1×10-3mol=2.2×10-3mol。
2.一定质量铜和适量的浓硝酸反应,随着反应的进行,所生成的气体颜色逐渐变浅,当铜反应完毕后,共收集到11.2L气体(标准状况),将该气体与0.325molO2混合溶于水,恰好无气体剩余。
则反应中消耗硝酸的物质的量( )
A.1.2molB.1.1mol
C.1.8molD.1.6mol
解析:
选C 收集到11.2L气体(标准状况),为0.5mol,将该气体与0.325molO2混合溶于水,恰好无气体剩余,说明生成的有NO和NO2,设NO为xmol,则NO2为(0.5-x)mol,根据4NO+3O2+2H2O===4HNO3,4NO2+O2+2H2O===4HNO3可得
x+
=0.325,解得x=0.4,0.5-x=0.1,又根据3Cu+8HNO3===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,Cu+4HNO3===Cu(NO3)2+2NO2↑+H2O两式可知,0.4molNO消耗硝酸为1.6mol,0.1molNO2消耗硝酸为0.2mol,共消耗硝酸为1.8mol。
[三级训练·节节过关]
1.在实验室里,贮存在棕色瓶中的试剂是( )
A.浓硝酸 B.浓盐酸
C.浓硫酸D.氯化钠
解析:
选A 浓硝酸见光或受热易分解,故应避光保存。
2.铁或铝遇冷、浓硝酸钝化,这是由于浓硝酸具有( )
A.强酸性 B.强氧化性
C.强腐蚀性D.挥发性
解析:
选B 钝化是金属被浓硝酸氧化在表面形成一层致密的氧化膜。
3.关于硝酸的说法正确的是( )
A.Cu可以溶解在稀硝酸中并生成H2
B.浓HNO3不能与非金属单质反应
C.硝酸与金属反应时,主要是+5价的氮元素得电子
D.常温下,向浓HNO3中投入Fe片,会产生大量的红棕色气体
解析:
选C Cu与稀HNO3反应生成NO不产生H2,A项错误;浓HNO3可以与非金属单质(如炭)反应,B项错误;常温下,Fe遇浓HNO3钝化,不会产生大量NO2,D项错误。
4.
(1)在浓硝酸中放入铜片开始反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________,
实验现象为_________________________________________________________。
(2)若铜有剩余,则反应后期的化学方程式为________________________________________________________________________
__________________________________。
(3)若铜有剩余,待反应停止后,再加入少量25%的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)若将12.8g铜跟一定量的浓硝酸反应,铜耗完时,共产生气体5.6L(标准状况),则所消耗硝酸的物质的量是________。
解析:
若铜过量,则开始发生的是铜与浓硝酸的反应,随着反应的进行,硝酸浓度不断减小,故反应后期发生的是铜与稀硝酸的反应。
n(NOx)=
=0.25mol,则消耗n(HNO3)=2n(Cu)+n(NOx)=2×
+0.25mol=0.65mol。
答案:
(1)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 溶液由无色变蓝色并有红棕色气体产生
(2)3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(3)加入稀硫酸后,H2SO4电离出的H+与原溶液中的NO
构成HNO3又能与过量的Cu反应
(4)0.65mol
5.某兴趣小组设计出如图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”的实验,以探究化学实验的绿色化。
(1)实验前,关闭活塞b,试管d中加水至浸没长导管口,塞紧试管c和d的胶塞,加热c,其目的是______________________________________。
(2)在d中加适量NaOH溶液,c中放一小块铜片,由分液漏斗a向c中加入2mL浓硝酸。
c中反应的化学方程式是_______________________________________________。
再由a向c中加2mL蒸馏水,c中的实验现象是___________________________。
(3)下表所示的是制取硝酸铜的三种方案,能体现环保、节约资源原则的最佳方案是_______________________________________________________________,
理由是_________________________________________________。
方案
反应物
甲
Cu、浓硝酸
乙
Cu、稀HNO3
丙
Cu、O2、稀HNO3
解析:
(1)操作是检查装置的气密性。
(2)先后发生的是铜与浓、稀硝酸的反应。
(3)三种方案的反应分别为
甲:
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O;
乙:
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O;
丙:
2Cu+O2
2CuO,CuO+2HNO3===Cu(NO3)2+H2O。
三种方案相比,丙方案消耗酸最少,没有污染性气体产生,体现了环保、节约资源的原则。
答案:
(1)检查装置气密性
(2)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 反应变缓,气体颜色变浅
(3)丙 耗酸量最少,无污染性气体产生
1.将制取NH3装置的导管口对准下述液滴(不接触液滴)时,可产生白烟的是( )
A.浓硝酸 B.浓硫酸
C.稀盐酸D.稀硫酸
解析:
选A 浓硝酸具有挥发性,与氨气反应生成相应的盐,在空气中产生白烟。
2.一定量的浓硝酸与过量的铜充分反应,生成的气体是( )
A.只有NO2B.只有NO
C.NO2和NOD.NO2和H2
解析:
选C 随着反应的进行,HNO3的浓度降低可能生成NO。
3.下列反应中,硝酸既表现了氧化性又表现了酸性的是( )
A.C+浓硝酸B.Cu+稀硝酸
C.CuO+浓硝酸D.NaOH+HNO3
解析:
选B A的反应中,硝酸只表现氧化性;B的反应中,硝酸被还原为NO,表现氧化性,同时有Cu(NO3)2生成,又表现酸性;C和D的反应都属于复分解反应,不属于氧化还原反应,硝酸只表现酸性。
4.Cu粉放入稀硫酸中,加热无现象,当加入一种盐后,Cu粉质量减小,溶液变蓝,同时有气体生成,此盐是( )
A.氯化物B.硫酸盐
C.硝酸盐D.碳酸盐
解析:
选C NO
在酸性溶液中具有强氧化性,能溶解Cu粉。
5.木炭跟浓硫酸共热产生的气体X和铜跟浓硝酸反应产生的气体Y同时通入盛有足量氯化钡溶液的洗气瓶中(如图所示装置),下列有关说法不正确的是( )
A.洗气瓶中产生的沉淀是碳酸钡
B.在Z导管出来的气体中有二氧化碳
C.洗气瓶中产生的沉淀是硫酸钡
D.在Z导管口有红棕色气体出现
解析:
选A X为SO2、CO2的混合物;Y为NO2,Z导管口:
3NO2+H2O===2HNO3+NO、2NO+O2===2NO2。
6.通过一步反应不能直接完成的是( )
①N2―→NO2 ②NO2―→NO ③NH3―→NO
④NH3―→NO2 ⑤Cu―→Cu(NO3)2
⑥HNO3―→NO2
A.①⑥B.②⑤
C.④⑤D.①④
解析:
选D 要实现N2―→NO2需经两步:
N2―→NO―→NO2;实现NH3―→NO2也需两步:
NH3―→NO―→NO2。
7.向Fe(NO3)2溶液中滴加稀盐酸,观察到的现象是( )
A.溶液由浅绿色变为黄色
B.溶液中产生红棕色气体
C.溶液中产生红褐色气体
D.无任何现象
解析:
选A 溶液中存在NO
,这时再加入盐酸相当于提供了氢离子,Fe2+会被NO
(H+)氧化成Fe3+,硝酸被还原为NO,所以溶液变成黄色,产生无色气体。
8.下列说法正确的是( )
A.常温下将金属铁放入浓HNO3中,Fe将被氧化成Fe(NO3)3
B.将一定量的铁粉放入HNO3中,生成物中Fe的存在形式为Fe(NO3)3
C.铁与浓HNO3反应生成NO2,而与稀HNO3反应生成NO,说明稀HNO3比浓HNO3的氧化性更强
D.将一定量的Fe放入稀HNO3,其产物可能是Fe(NO3)3,也可能是Fe(NO3)2或它们的混合物
解析:
选D 常温下浓HNO3能使金属铁钝化,A不正确;HNO3的氧化性是指HNO3的得电子能力,而不以自身氮元素化合物的变化为准,浓HNO3的氧化性强于稀HNO3,C不正确;HNO3与Fe反应的产物除与HNO3的浓度有关外,还与Fe的量有关,若Fe过量,则有2Fe3++Fe===3Fe2+,B不正确,故选D。
9.如图所示为A、B、C、D、E五种含氮物质相互转化的关系图,其中A、B、C、D常温下都是气体,B为红棕色,写出A、B、C、D、E的化学式和各步反应的化学方程式。
(1)各物质的化学式为:
A________;B________;C________;D________;
E________。
(2)各步反应的化学方程式为:
A―→C_________________________________________________________________;
D―→C________________________________________________________________;
B―→E_______________________________________________________________;
E―→C______________________________________________________________。
解析:
B为红棕色气体,是NO2,逆推C是NO,因此E是硝酸,A是N2,D是NH3。
答案:
(1)N2 NO2 NO NH3 HNO3
(2)N2+O2
2NO
4NH3+5O2
4NO+6H2O
3NO2+H2O===2HNO3+NO
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
10.某化学学习小组采用下图所示装置,对浓硝酸与木炭的反应进行探究(已知:
4HNO3△,4NO2↑+O2↑+2H2O)。
请回答下列问题:
(1)检查装置气密性后,将燃烧匙中的木炭在酒精灯上加热至红热状态,伸入三口烧瓶中,并塞紧瓶塞,滴加浓硝酸,可观察到三口烧瓶中气体的颜色为__________,产生该气体的化学方程式是____________________________________________。
(2)装置C中盛有足量Ba(OH)2溶液,炽热的木炭与浓硝酸反应后可观察到C中出现白色沉淀,该白色沉淀为________________________(填化学式)。
(3)装置B的作用是______________________。
(4)装置D中收集到了无色气体,部分同学认为是NO,还有部分同学认为是O2。
①下列对该气体的检验方法合适的是________。
A.敞口观察装置D中集气瓶内气体的颜色变化
B.将湿润的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内,观察蓝色石蕊试纸是否变红
C.将带火星的木条伸入集气瓶中,观察木条是否复燃
②如果D中集气瓶中收集的无色气体是氧气,则氧气的来源是____________。
解析:
(1)装置A中发生的是浓硝酸和木炭的反应,生成NO2、CO2、H2O,三口烧瓶中显示的是NO2的红棕色。
(2)NO2、CO2通入Ba(OH)2溶液分别生成Ba(NO3)2和BaCO3,由于Ba(OH)2溶液足量,故溶液为碱性环境,BaCO3不溶解以沉淀形式析出。
(3)为防止装置C中酸性气体溶解速率太快而导致C中溶液进入三口烧瓶,装置B应为防倒吸装置。
(4)①NO与足量O2反应生成红棕色的NO2,A正确;NO和O2均不具有酸性,B错误;O2能使带火星的木条复燃,而NO不能,C正确。
②装置A中木炭除与浓硝酸的反应外,硝酸不稳定,部分浓硝酸还会发生分解:
4HNO3△,4NO2↑+O2↑+2H2O。
答案:
(1)红棕色
C+4HNO3(浓)
4NO2↑+CO2↑+2H2O
(2)BaCO3 (3)防倒吸
(4)①AC ②浓硝酸的分解
1.下列对于硝酸的认识不正确的是( )
A.浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性
B.铜与硝酸的反应属于置换反应
C.金属与硝酸反应一定不产生氢气
D.可用铁或铝制品盛装浓硝酸
解析:
选B 硝酸是强氧化性酸,且浓硝酸的氧化性强于稀硝酸,A正确;铜不论与浓硝酸还是与稀硝酸反应都不发生置换反应,B错误;因为硝酸是强氧化性酸,金属与硝酸反应均不产生氢气,C正确;铁或铝遇冷浓硝酸钝化,故可用铁或铝制品盛装浓硝酸,D正确。
2.将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应,下列叙述正确的是( )
A.反应剧烈程度两者相同
B.消耗硝酸的物质的量:
前者多,后者少
C.反应生成气体的颜色:
前者浅,后者深
D.反应中转移的电子总数:
前者多,后者少
解析:
选B 由于浓硝酸的氧化性强,故其反应更剧烈,A不正确;由Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,Cu+
HNO3(稀)===Cu(NO3)2+
NO↑+
H2O可以看出,相同质量的铜消耗浓硝酸较多,B正确;铜与浓硝酸反应生成的NO2是红棕色气体,而与稀硝酸反应生成的NO是无色气体,故C不正确;由于反应中转移的电子数都等于铜失去的电子数,故D不正确。
3.相同质量的铜片分别投入到足量的下列四种酸中(必要时可加热),充分反应后在相同条件下得到的气体体积由大到小的顺序是( )
①浓硫酸 ②浓硝酸 ③稀硫酸 ④稀硝酸
A.②④①③B.②①④③
C.①②④③D.③④①②
解析:
选B 1molCu与浓硫酸反应可生成1molSO2,1molCu与浓硝酸反应可生成2molNO2,1molCu与稀硝酸反应可生成
molNO,Cu与稀硫酸不反应。
4.一定量的Cu和1mol·L-1的稀硝酸反应,如果NO
的浓度下降0.2mol·L-1,则溶液中c(H+)同时下降(假定反应前后溶液体积不变)( )
A.0.2mol·L-1B.0.4mol·L-1
C.0.6mol·L-1D.0.8mol·L-1
解析:
选D 由Cu与稀硝酸反应的离子方程式3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O可知,当NO
浓度下降0.2mol·L-1时,c(H+)下降0.8mol·L-1。
5.一定量的铜与一定量的某浓度的硝酸恰好完全反应,产生NO和NO2两种
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