重难点04 浓硫酸浓硝酸的性质与反应计算学年高一化学重难点探究人教版必修第二册Word文件下载.docx
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CO2↑+2SO2↑+2H2O。
1.浓硫酸与稀硫酸氧化性的区别:
浓硫酸具有强氧化性,原因是H2SO4―→SO2;
稀硫酸具有弱氧化性,原因是2H+―→H2。
2.足量的铜与浓硫酸反应时,实际产生的SO2比理论值要小,原因是随着反应的进行,硫酸的浓度不断减小,当硫酸的浓度减小到一定程度时就不再与铜反应。
3.常温下,铁、铝遇到浓硫酸时并不是不反应,而是发生钝化,表面形成致密氧化膜阻止浓硫酸与金属的接触。
二、硝酸的强氧化性及其特性
1.规律
(1)硝酸的浓度越大.反应温度越高,其氧化性越强。
(2)浓硝酸的还原产物是NO2,稀硝酸的还原产物是NO,一般来讲,硝酸的浓度越稀,其还原产物的价态越低。
2.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+4HNO4(稀)===3AgNO3+NO↑+2H2O;
②活泼金属与硝酸反应不生成H2,硝酸的浓度不同,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实例:
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−、
等均能被HNO3氧化。
三、硝酸与金属反应的有关计算方法
1.从反应的本质看:
金属与硝酸反应的实质是金属与H+和
的共同作用。
例如:
铜与稀硝酸反应的实质是:
3Cu+8H++2
===3Cu2++4H2O+2NO↑。
Fe2+与稀硝酸反应的实质是:
3Fe2++4H++
===3Fe3++2H2O+NO↑。
2.从硝酸在反应中的作用看:
参加反应的硝酸一部分显酸性,生成硝酸盐,另一部分作氧化剂,一般转化为氮的氧化物(NO或NO2),根据氮元素守恒解题。
3.从守恒的角度看:
(1)电子守恒:
硝酸与金属反应属于氧化还原反应,一般情况下金属失去的电子被+5价的氮得到,转化为NO或NO2(也可能会转化为N2O、N2和NH3),N原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数,由此可求出氮元素被还原后的价态,根据价态确定反应产物。
(2)原子守恒:
硝酸与金属反应时,一部分以
的形式存在,一部分转化为还原产物,这两部分中N的物质的量与反应消耗的HNO3中N的物质的量相等。
4.从反应始态和最终状态看:
终态法的运用使许多复杂问题简单化,在化学计算中具有非常重要的地位。
典例剖析
2.将128g铜置于一定量的浓硝酸中并微热。
当铜片完全消失时,共收集到NO2和NO的混合气体
44.8L(标准状况)。
(1)写出上述过程中有关反应的离子方程式:
___________________、_______________。
(2)混合气体中NO2的体积为__________L,NO的体积________L(均为标准状况下)。
(3)将收集上述气体的容器倒扣在盛有水的水槽中,并向其中缓慢通入O2使其充分反应,若要使溶液恰好充满容器,则理论上需要参加反应的O2的物质的量为________mol。
【答案】
(1)Cu+4H++2NO3−=Cu2++2NO2↑+2H2O3Cu+8H++2NO3−=3Cu2++2NO↑+4H2O
(2)22.422.4
(3)1
【解析】Cu与浓硝酸反应产生硝酸铜、二氧化氮和水,反应进行到一定程度后,硝酸变为稀硝酸,稀硝酸与铜发生反应产生硝酸铜、一氧化氮和水,在反应过程中Cu失去电子的物质的量与硝酸变为二氧化氮、一氧化氮获得电子的物质的量相等,据此可计算出混合气体中两种气体的体积;
将盛有反应产生的气体的容器倒扣在盛有水的水槽中,不断通入氧气,至溶液恰好充满容器,二氧化氮、一氧化氮又变为硝酸,则氧气获得电子的物质的量与铜失去电子的物质的量相等,据此计算反应消耗氧气的物质的量。
(1)Cu与浓硝酸反应产生硝酸铜、二氧化氮和水,反应的离子方程式为Cu+4H++2NO3−=Cu2++2NO2↑+2H2O;
当反应进行到一定程度后,硝酸变为稀硝酸,这时稀硝酸与铜发生反应产生硝酸铜、一氧化氮和水,该反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO3−=3Cu2++2NO↑+4H2O;
(2)n(Cu)=128g÷
64g/mol=2mol,由于Cu是+2价金属,所以n(e−)=2n(Cu)=2×
2mol=4mol,根据反应过程可知n(NO2)+n(NO)=44.8L÷
22.4L/mol=2mol,由反应过程中得失电子守恒可得n(NO2)+3n(NO)=4mol,两式联立可得n(NO2)=n(NO)=1mol,所以V(NO2)=V(NO)=22.4L;
(3)将收集上述气体的容器倒扣在盛有水的水槽中,并向其中缓慢通入O2使其充分反应,若要使溶液恰好充满容器,则NO2、NO又转化为HNO3,最终结果是Cu失去电子,O2获得电子,根据电子守恒可得4n(O2)=4mol,所以理论上需要参加反应的O2的物质的量为n(O2)=1mol。
精选习题
1.(2020·
重庆万州龙驹中学高一月考)下列反应中,硝酸既表现酸性,又表现氧化性的是
A.Fe2O3跟稀硝酸反应B.Fe(OH)2跟稀硝酸反应
C.CuO跟稀硝酸反应D.Al(OH)3跟稀硝酸反应
【答案】B
【解析】A.Fe2O3和HNO3反应生成硝酸和水,硝酸只表现出强酸性,故A错误;
B.Fe(OH)2和HNO3反应生成硝酸铁、NO和水,N元素化合价降低,硝酸表现出氧化性,生成硝酸铁,硝酸还表现出酸性,故B正确;
C.CuO和HNO3反应生成硝酸铜和水,化合价没有变化,不是氧化还原反应,硝酸只表现出酸性,故C错误;
D.Al(OH)3和HNO3反应生成硝酸铝和水,N元素化合价没有变化,不是氧化还原反应,硝酸只表现出酸性,故D错误;
答案选B。
2.(2020·
四川省内江市第六中学高一期中)利用如图装置进行铜与浓硫酸反应产物及其性质的验证实验。
下列实验操作、现象、结论均正确的是
操作与现象
结论
A
品红溶液褪色
产物中有SO2
B
石蕊溶液先变红,后褪色
SO2属于酸,具有漂白性
C
向反应后试管中加水,溶液变蓝
证明浓硫酸具有强氧化性
D
铜片还有剩余
硫酸反应完全
【答案】A
【解析】A.反应产物中只有SO2具有漂白性,所以品红溶液褪色,表明产物中有SO2,A正确;
B.反应产物SO2虽然具有漂白性,但不能漂白酸碱指示剂,只能使石蕊变红色,B错误;
C.应将试管内的浊液倒入水中,溶液变蓝,证明浓硫酸具有吸水性,C错误;
D.铜和稀硫酸不反应,则该反应中即便铜片有剩余,硫酸也一定有剩余,D错误;
故选A。
3.(2019·
石家庄市第二十二中学高一期末)某同学进行有关铜、硝酸、硫酸化学性质的实验,实验过程如图所示:
①、③均观察到实验现象:
溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生。
下列说法正确的是
A.①试管口有红棕色气体产生,原因是硝酸被还原为NO2
B.由③的现象可得出结论:
Cu可与稀硫酸反应
C.③中反应的离子方程式:
3Cu+2NO3-+8H+===3Cu2++2NO↑+4H2O
D.③中可能产生SO2
【答案】C
【解析】A.稀硝酸和铜片反应的离子方程式为:
3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O,①试管口有红棕色气体产生是因为NO被氧化为NO2,故A错误;
B.产生③的现象是因为剩余的NO3-遇到硫酸中的氢离子发生了反应:
3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O,故B错误;
C.③中反应的离子方程式:
3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O,故C正确;
D.SO2具有较强的还原性,所以③中不可能产生SO2,故D错误;
答案:
C。
4.(2020·
安徽师范大学附属中学高一期中)如图是硫酸试剂标签上的部分内容,据此下列说法正确的是()
A.该硫酸试剂的物质的量浓度为18.4mol·
L-1
B.该硫酸可以干燥H2S等酸性气体,但不可以干燥NH3
C.50mL该H2SO4中加入足量的铜片并加热,被还原的H2SO4的物质的量为0.46mol
D.2.7gAl与足量的该硫酸反应可得到H23.36L
【解析】A.该硫酸试剂的物质的量浓度为
18.4mol·
L-1,故A正确;
B.浓硫酸具有强氧化性,浓硫酸和H2S能发生氧化还原反应,所以浓硫酸不能干燥H2S,故B错误;
C.50mL该H2SO4中硫酸的物质的量是0.05L×
L-1=0.92mol,铜与稀硫酸不反应,加入足量的铜片并加热,参加反应的硫酸小于0.92mol,被还原的H2SO4的物质的量小于0.46mol,故C错误;
D.常温下,铝在浓硫酸中钝化,二者反应生成二氧化硫得不到氢气,故D错误;
5.(2020·
广东省珠海一中实验学校高一单元测试)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(如图装置),下列有关说法正确的是
A.洗气瓶中产生的沉淀有碳酸钡
B.Z导管口无红棕色气体出现
C.洗气瓶中产生的沉淀是亚硫酸钡
D.Z导管出来的气体中有二氧化碳
【答案】D
【解析】【分析】炭与浓硫酸共热时发生反应:
①C+2H2SO4(浓)
CO2↑+SO2↑+2H2O,铜与浓硝酸反应生成NO2:
②Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2↑+2NO2↑+2H2O。
【详解】A.NO2会与SO2反应生成酸:
NO2+SO2+H2O=NO+H2SO4,所以在此较强的酸性条件下,不会生成碳酸钡沉淀,A项错误;
B.NO2溶于发生反应:
3NO2+H2O=2HNO3+NO,逸出的NO遇到液面上方的空气,生成红棕色的NO2气体,B项错误;
C.NO2与水反应生成HNO3,HNO3将SO2氧化成SO42-,再与溶液中的Ba2+反应生成BaSO4沉淀,不是亚硫酸钡沉淀,C项错误;
D.二氧化碳在较强的酸性介质中的溶解度很小,CO2与溶液成分又不发生反应,所以会有CO2逸出,D项正确;
答案选D项。
6.下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是
选项
现象
解释或结论
过量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反应后,滴入KSCN溶液
溶液呈红色
稀HNO3将Fe氧化为Fe3+
常温下,Fe、Al放入浓HNO3或浓H2SO4中
无明显现象
Fe、Al与浓HNO3或浓H2SO4发生钝化
Al箔插入稀HNO3中
无现象
Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的氧化膜
用玻璃棒蘸取浓HNO3点到红色石蕊试纸上
试纸变蓝色
浓HNO3具有酸性
【解析】稀硝酸与铁粉反应,铁首先被氧化成Fe3+,过量铁粉将Fe3+还原,最终得到Fe2+,滴入KSCN溶液不显红色,A错误;
常温下,Fe、Al在浓HNO3或浓H2SO4中发生钝化,生成致密的保护膜阻止了反应进行,B正确;
Al箔能与稀HNO3反应放出气体,C错误;
浓硝酸具有氧化性,能使红色石蕊试纸先变红后褪色,D错误。
7.(黑龙江省牡丹江市第一高级中学2020届高三上学期开学检测)某浓度稀HNO3与金属M反应时,能得到+2价硝酸盐,反应时M与HNO3的物质的量之比为5∶12,则反应时HNO3的还原产物是()
A.NH4NO3B.N2C.N2OD.NO
【解析】依据题意可列出反应方程式如下:
5M+12HNO3=5M(NO3)2+N2↑+6H2O,某稀HNO3与金属M反应时能得到+2价硝酸盐,所以1molM失去2mol电子,5molM失去10mol电子;
而12molHNO3中,有10mol硝酸没有参加氧化还原反应,只有2mol硝酸参加氧化还原反应,得到10mol电子,硝酸中氮的化合价为+5价,所以还原产物必须是0价的N2,B项正确;
【点睛】利用电子转移数守恒是解题的突破口,找到化合价的定量关系,理解氧化还原反应的本质是关键。
8.(2020·
安徽师范大学附属中学高一期中)将一定比例的NH3、O2、NO2所组成的混合气体,通过足量稀硫酸后,仍有部分气体剩余。
将余烬木条插入剩余气体中,木条不复燃,则原混合气中NH3、O2、NO2物质的量之比不可能为()
A.3:
1:
4B.2:
5C.1:
7D.4:
5
【解析】NH3能被稀硫酸完全吸收,O2、NO2、H2O发生反应O2+4NO2+2H2O=4HNO3、3NO2+H2O=2HNO3+NO;
NH3、O2、NO2所组成的混合气体,通过足量稀硫酸后,仍有部分气体剩余,将余烬木条插入剩余气体中,木条不复燃,说明剩余气体不是氧气,O2+4NO2+2H2O=4HNO3反应中NO2有剩余,剩余NO2参与反应3NO2+H2O=2HNO3+NO,即必须满足O2、NO2的比小于1:
4,若O2、NO2的比等于1:
4,没有气体剩余,故选A。
9.(2020·
广东省珠海一中实验学校高一单元测试)某100mL混合液中,HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别为0.4mol/L和0.1mol/L。
向该混合液中加入1.92g铜粉,加热使反应发生完全。
下列说法正确的是(忽略反应前后溶液体积变化)()
A.所得溶液中n(Cu2+)=0.3mol
B.所得溶液中c(H+)=0.03mol/L
C.标准状况,所得气体的体积约为0.336L
D.反应中转移0.06mol的电子
【解析】【分析】n(Cu)=
=0.03mol,n(H+)=0.4mol/L×
0.1L+0.1mol/L×
2×
0.1L=0.06mol,n(NO3-)=0.4mol/L×
0.1L=0.04mol,发生3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O,判断过量后以不足量代入计算.
【详解】解:
n(Cu)=
0.1L=0.04mol,
由3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O
382
0.03mol0.08mol0.02mol
显然氢离子的物质的量0.06mol<
0.08mol,因而H+不足,以H+为基准计算;
A.由氢离子的物质的量及离子方程式可知0.06mol氢离子反应,生成的铜离子的物质的量为0.06mol×
=0.0225mol,故A错误;
B.由于该反应H+不足,已反应完,故B错误;
C.生成的NO的物质的量为0.06mol×
=0.015mol,标准状况下生成NO的体积为0.015mol×
22.4L/mol=0.336L,故C正确;
D.反应中转移的电子以铜计算,反应的铜为0.0225mol,则转移的电子为:
0.0225mol×
2=0.045mol,故D错误;
答案选:
【点睛】
本题考查离子反应的计算,解答该题的关键是把握反应的离子方程式及判断反应的过量问题,侧重分析能力和计算能力的考查,本题中判断H+不足是解题关键。
10.(2020·
安徽师范大学附属中学高一期中)将一定质量的镁、铜合金加入到稀硝酸溶液中,两者恰好完全反应,共产生NO气体4.48L(标准状况),向所得溶液中加入物质的量浓度为3mol·
L-1的NaOH溶液至沉淀完全。
则下列有关叙述中不正确的是
A.开始加入合金的物质的量之和为0.3mol
B.反应中被还原和未被还原的硝酸物质的量之比为3∶1
C.沉淀完全时消耗NaOH溶液的体积为200mL
D.生成沉淀的质量比原合金的质量增加10.2g
【解析】A、在Mg、Cu与硝酸发生反应时金属失去电子变为M2+阳离子,硝酸得到电子变为NO。
根据电子守恒可得2n(金属)=3n(NO)=3×
0.2=0.6mol/所以金属的物质的量为0.3mol.正确;
B.在反应中硝酸的作用有2个,一个是起酸的作用,由于金属的物质的量为0.3mol。
金属都是+2价的金属,所以起酸作用的物质的量为0.6mol。
起氧化剂作用的硝酸的物质的量为0.2mol。
所以反应中被还原和未被还原的硝酸物质的量之比为0.2:
0.6=1:
3,错误;
C.n(M2+)=0.3mol.发生沉淀反应消耗NaOH的物质的量为0.3mol×
2=0.6mol。
所以V(NaOH)=0.6mol÷
3mol/L=0.2L=200ml,正确;
D.生成沉淀的质量比原合金的质量增加的质量就是OH-的质量。
发生沉淀反应消耗NaOH的物质的量为0.3mol×
所以增加的质量为0.6mol×
17g/mol=10.2g,正确。
11.(2020·
重庆万州龙驹中学高一月考)物质的量相同的铜片分别与体积相同且过量的浓硝酸、稀硝酸反应,下列有关二者的比较相等的是
①反应中氧化剂得到的电子总数②铜片消耗完所需时间③反应后溶液中的铜离子浓度(反应前后溶液体积不变)④反应生成气体的体积(同温、同压)()
A.①③B.②④C.①④D.②③
【解析】【分析】铜片分别与浓硝酸、稀硝酸反应,产物分别是NO2和NO
【详解】氧化剂得到的电子总数等于还原剂失去的电子总数,两个反应都是铜失去电子变成铜离子,因为铜片物质的量相同且反应完(硝酸过量),所以两个反应中还原剂失去的电子总数相等,也就是氧化剂得到的电子总数相等,①正确;
硝酸浓度不同,反应速率不同,铜片消耗完所需时间也不同,②错误;
两个反应中铜片物质的量相同且反应完(硝酸过量),所以生成的铜离子浓度相等,③正确;
浓硝酸反应中,Cu~2NO2,稀硝酸中,3Cu~2NO,在消耗物质的量相同的铜的情况下,生成的气体不一样多,④错误;
答案选A。
【点睛】同样的物质反应,浓度不同,产物不同。
12.(2020·
重庆万州龙驹中学高一月考)mg铜与足量的浓H2SO4共热时完全反应,在标准状况下生成nL气体,则被还原的浓硫酸是()
A.
gB.2×
mol
C.
molD.
g
【解析】【分析】铜与足量的浓H2SO4共热时完全反应,生成SO2气体,只有转化为SO2的那一部分浓H2SO4才是被还原的H2SO4。
【详解】Cu+2H2SO4
Cu(SO4)2+SO2
+2H2O,只有转化为SO2的那一部分浓H2SO4才是被还原的H2SO4,n(SO2)=
mol,所以被还原的浓硫酸的物质的量为
mol,质量为
g,D正确;
答案选D。
浓硫酸与金属的反应中,一部分起还原剂作用,被还原成SO2,一部分起酸的作用,生成盐。
13.(2020·
重庆万州龙驹中学高一月考)一定条件下,在100mL12mol·
L-1的浓HNO3中加入足量的铁粉,最终产生标准状况下气体的体积为(不考虑NO2转化为N2O4)()
A.几乎无气体产生B.等于6.72L
C.等于13.44LD.介于6.72L至13.44L之间
【解析】【分析】浓硝酸与铁常温下会发生钝化,题目是“一定条件”,考虑加热,二者可以正常反应。
因为铁足量,所以氧化产物是Fe(NO3)2,还原产物一开始是NO2,后来因为浓硝酸变为稀硝酸,还原产物是NO。
【详解】一开始是浓硝酸的反应:
1Fe~4HNO3~2NO2,n(NO2)=0.6mol,后来是稀硝酸的反应:
:
3Fe~8HNO3~2NO,n(NO)=0.3mol,因为实际上是先生成NO2,后来生成NO,所以最终生成的气体的物质的量在0.3mol到0.6mol之间,所以D正确;
14.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”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______________________________________________。
(3)下表是制取硝酸铜的三种方案,能体现绿色化学理念的最佳方案是____________。
方案
反应物
甲
Cu、浓HNO3
乙
Cu、稀HNO3
丙
Cu、O2、稀HNO3
(4)该小组还用上述装置进行实验证明酸性:
HCl>H2CO3>H2SiO3,则分液漏斗a中加入的试剂是____________,c中加入的试剂是____________,d中加入的试剂是____________,实验现象为____________________________________________。
有同学认为,该实验装置仍不能证明上述结论,改进的措施是_________________________________________。
(1)检查装置气密性
(2)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(3)丙
(4)稀盐酸大理石(或Na2CO3固体)Na2SiO3溶液c中有气泡产生,d中生成白色胶状物质(或白色沉淀)在c、d之间连接一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶
【解析】
(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,其目的是检查装置的气密性。
(2)浓硝酸和铜反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,反应的化学方程式Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO
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