2024-2025学年高中化学第四章非金属及其化合物第四节第3课时硝酸学案新人教版必修1

PAGE9-第3课时硝酸1．硝酸的物理性质纯硝酸是无色、易挥发，有刺激性气味的液体，密度比水的大，易溶于水。98%以上的浓硝酸通常称作“发烟硝酸”。常用浓硝酸的质量分数大约为69%。2.硝酸的化学性质(1)强酸性稀HNO3具有酸的通性，但与金属反应不产生H2。(2)不稳定性4HNO3eq\o(=,\s\up17(光或热))4NO2↑＋O2↑＋2H2O，硝酸越浓，越易分解。(3)强氧化性HNO3中＋5价N有很强的得电子实力。不论浓、稀HNO3都具有强氧化性。规律：①浓HNO3被还原成NO2，稀HNO3被还原成NO。②硝酸越浓，其氧化性越强。③还原剂一般被氧化成最高价态。表现：①与氢前金属反应不产生H2：Fe＋4HNO3(稀)eq\o(=,\s\up17(△))Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O②溶解Cu等不活泼金属Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O(用于试验室制NO2)3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O(用于试验室制NO)③使Fe、Al钝化(浓HNO3，常温)④与C、S、P等非金属单质反应C＋4HNO3(浓)eq\o(=,\s\up17(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O学问点一硝酸的强氧化性硝酸具有强氧化性是由于HNO3中的＋5价氮元素有很强的得电子实力，在硝酸参与的氧化还原反应中，几乎全部是＋5价氮被还原。1．表现(1)浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色。(2)与非金属单质C、S、P等在加热条件下反应，非金属元素生成酸性氧化物(或其含氧酸)。(3)金属与HNO3反应一般不生成H2，浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原为NO，极稀HNO3可被还原成NH3，生成NH4NO3。(4)在利用HNO3的酸性时，要留意考虑它的强氧化性。如FeO与稀硝酸反应时的方程式应是3FeO＋10HNO3(稀)=3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，而不是FeO＋2HNO3(稀)=Fe(NO3)2＋H2O。(5)硝酸与铁反应时，产物符合以下规律：(6)浓硝酸与Cu反应时，若Cu过量，反应起先时浓硝酸的还原产物为NO2，但随着反应的进行，硝酸变稀，其还原产物将为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，可利用氧化还原反应过程中化合价升降总数相等的守恒规律求解有关Cu、HNO3和混合气体之间的量的关系。(7)留意NOeq\o\al(－,3)在离子共存问题的推断中的特别性。在水溶液中，NOeq\o\al(－,3)本无氧化性，但当水溶液中有大量H＋存在时，NOeq\o\al(－,3)就表现出强氧化性，如在有H＋、NOeq\o\al(－,3)存在的溶液中就不能存在Fe2＋、S2－、I－、SOeq\o\al(2－,3)、Br－等还原性离子。2．规律(1)温度越高，硝酸越浓，其氧化性越强。(2)与硝酸反应时，还原剂一般被氧化成最高价态。1.将稀硝酸和浓硝酸分别作用于紫色石蕊试液，现象是否相同？为什么？提示：不相同，稀硝酸使石蕊试液只变红，但不褪色；浓硝酸比稀硝酸氧化性更强，能使石蕊试液先变红后褪色。2．铜与足量浓硝酸反应时，表现酸性的HNO3与作氧化剂的HNO3物质的量之比是多少？提示：Cu与浓硝酸发生反应Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。当有4molHNO3参与反应时，有2molHNO3表现酸性生成Cu(NO3)2，有2molHNO3被还原生成NO2，故二者的物质的量之比为11。[例1]某化学学习小组采纳下图所示装置，对浓硝酸与木炭的反应进行探究(已知：4HNO3eq\o(=,\s\up17(△))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，伸入三颈瓶中，并塞紧瓶塞，滴加浓硝酸，可视察到三颈瓶中气体的颜色为________，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，炙热的木炭与浓硝酸反应后可视察到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．敞口视察装置D中集气瓶内气体的颜色改变B．将潮湿的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内，视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，视察木条是否复燃②假如D中集气瓶中收集的无色气体是氧气，则氧气的来源是_________________________________________________________。[思路分析]eq\x(\a\al(木炭＋,浓硝酸))→eq\x(\a\al(NO2红棕,色＋CO2))eq\o(→,\s\up17(BaOH2,溶液))eq\x(\a\al(产生,沉淀))[解析](1)装置A中发生的是浓硝酸与木炭的反应，生成NO2、CO2、H2O，三颈瓶中显示的是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中溶液进入三颈瓶，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中除木炭与浓硝酸的反应外，硝酸不稳定，部分浓硝酸还会发生分解：4HNO3eq\o(=,\s\up17(△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O。[答案](1)红棕色C＋4HNO3(浓)eq\o(=,\s\up17(△))4NO2↑＋CO2↑＋2H2O(2)BaCO3(3)防倒吸(4)①AC②浓硝酸的分解(双选)下列说法正确的是(BD)A．Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应B．过量的铜与浓硝酸反应有一氧化氮生成C．浓硝酸中加入过量铁粉并加热，发生离子反应：Fe＋3NOeq\o\al(－,3)＋6H＋eq\o(=,\s\up17(△),\s\do15())Fe3＋＋3NO2↑＋3H2OD．用过量浓硝酸与肯定量的Cu反应制备NO2解析：硝酸具有强氧化性，Fe与稀硝酸发生反应：Fe＋4HNO3=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，该反应是氧化还原反应，不是置换反应，A错误；铜与浓硝酸反应过程中，有NO2生成，随着反应的进行，硝酸的浓度渐渐减小，稀硝酸与铜反应可生成NO，B正确，D正确；铁与浓硝酸反应生成Fe3＋，但过量的铁粉还能与Fe3＋反应生成Fe2＋，C错误。学问点二金属与硫酸、硝酸反应的计算1．反应通式M＋H2SO4(浓)→M(SO4)n＋还原产物＋H2O3M＋4xHNO3(稀)=3M(NO3)x＋xNO↑＋2xH2OM＋2xHNO3(浓)=M(NO3)x＋xNO2↑＋xH2Ox为金属的化合价。由以上两通式可以看出，稀硝酸与金属反应时，显示氧化性的硝酸占总量的eq\f(1,4)；浓硝酸与金属反应时，显示氧化性的硝酸占总量的eq\f(1,2)。2．还原产物浓硫酸→SO2浓硝酸→NO2稀硝酸→NO(HNO3越稀，还原产物的价态越低，如Zn和很稀的HNO3反应，还原产物可能是NH4NO3)。3．溶液中的酸(1)起氧化性作用的酸转化为气体(NO、NO2、SO2等)，起氧化性作用的酸的物质的量等于生成气体的物质的量。(2)起酸性作用的酸转移到生成物的盐中，其物质的量可以由阳离子的物质的量求得。(3)没参与反应的酸，可依据溶液中H＋的物质的量求得。4．常用方法(1)电子守恒法硝酸与金属的反应属于氧化还原反应，N原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。(2)原子守恒法硝酸与金属反应后，一部分以NOeq\o\al(－,3)的形式存在，一部分转化为还原产物(NO、NO2等)，这两部分中氮原子的物质的量与反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量相等。以Cu与硝酸反应为例来说明：Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝n(NO2)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)。3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝3n(NO)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO)。若还原产物为NO2和NO的混合气体，则反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)＋n(NO)。5．金属与稀硝酸和稀硫酸的混合酸反应金属与硝酸和硫酸的混合酸反应时，金属与硝酸反应生成的硝酸盐在酸性条件下，相当于稀硝酸，金属会接着被NOeq\o\al(－,3)氧化，故计算有关物质的量时，要按离子方程式进行。例如，Cu与硝酸和硫酸的混合酸反应时，要按离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O进行计算。一般有以下几种状况：3Cu～2NOeq\o\al(－,3)～8H＋被还原的HNO3量被氧化的Cu量①足量不足足量HNO3总量eq\f(3,2)·n(HNO3)②不足足量足量eq\f(2,3)·n(Cu)Cu总量③足量足量不足eq\f(1,4)·n(H＋)eq\f(3,8)·n(H＋)由此看出，在不同的状况，HNO3可部分被还原，也可全部被还原，Cu也是可部分或可全部被氧化。[例2]9.7gCu和Zn的合金与足量的稀硝酸反应，还原产物只有NO气体，其体积在标准状况下为2.24L。将溶液稀释为1L，测得溶液的c(H＋)＝0.1mol·L－1，此时溶液中NOeq\o\al(－,3)的浓度为()A．0.3mol·L－1 B．0.4mol·L－1C．0.2mol·L－1 D．0.6mol·L－1[解析]n(NO)＝0.1mol，转移电子的物质的量为0.1mol×3＝0.3mol，n(Cu＋Zn)＝0.3mol÷2＝0.15mol，n[Cu(NO3)2]＋n[Zn(NO3)2]＝0.15mol，其中所含n(NOeq\o\al(－,3))＝0.3mol，溶液中c(HNO3)＝c(H＋)＝0.1mol·L－1，其中含n(NOeq\o\al(－,3))＝0.1mol，溶液中NOeq\o\al(－,3)的总浓度为0.4mol·L－1。[答案]B6．4gCu与过量硝酸(amol/L,30mL)充分反应。硝酸的还原产物只有NO2、NO。反应后溶液中含H＋为0.1mol。(1)此时溶液中所含NOeq\o\al(－,3)为________mol。(2)求生成的气体中NO2和NO的物质的量各为多少？(用含有a的式子表示)解析：设生成气体中NO2、NO的物质的量分别为x、y，则由题意得以下方程组：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＋y＝0.03a－0.3mol，,x＋3y＝\f(6.4g,64g/mol)×2＝0.2mol，))解之得：x＝(0.045ay＝(0.25－0.015a(其他合理解法也对)答案：(1)0.3(2)(0.045a－0.55)mol(0.25－0.0151．下列关于硝酸的相识中，正确的是(A)A．浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性B．浓硝酸与金属反应不放氢气，而稀硝酸与金属反应可置换出氢气C．因常温下铝和铁不与浓硝酸反应，所以浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中D．硝酸与金属反应时，只表现出氧化性解析：浓、稀硝酸都有氧化性，可与除Au、Pt之外的全部金属反应；且不产生氢气，在与金属反应时，硝酸既表现氧化性又表现酸性；浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中，因为铝和铁在冷浓硝酸中钝化。2．下列有关试验操作、现象及说明或结论都正确的是(B)选项试验操作现象说明或结论A将过量的Fe粉加入稀HNO3中，充分反应后，滴入KSCN溶液溶液呈红色稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋B常温下，Fe、Al放入浓HNO3中无明显现象Fe、Al在浓HNO3中发生钝化C铝箔插入稀HNO3中无现象Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜D用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上试纸变红色浓HNO3具有酸性解析：稀硝酸与铁粉反应，铁首先被氧化成Fe3＋，过量的铁粉将Fe3＋还原，最终得到Fe2＋，滴入KSCN溶液不显红色，A项错误；常温下，Fe、Al在浓HNO3中发生钝化，生成致密的氧化膜阻挡了反应的进行，B项正确；铝箔能与稀HNO3反应放出气体，C项错误；浓硝酸具有强氧化性，能使蓝色石蕊试纸先变红后褪色，D项错误。3．某化学爱好小组进行了有关Cu、硝酸、硫酸化学性质的试验，试验过程如图所示。下列有关说法正确的是(C)A．试验①中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生，说明稀硝酸被Cu还原为NO2B．试验③中滴加稀硫酸，铜片接着溶解，说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强C．试验③发生反应的化学方程式为3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4=4CuSO4＋2NO↑＋4H2OD．由上述试验可得出结论：Cu在常温下既可以与稀硝酸反应，也可以与稀硫酸反应解析：①中发生3Cu＋8HNO3=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，生成硝酸铜溶液为蓝色，试管口NO被氧化生成红棕色的二氧化氮，应为硝酸被还原生成NO，A错误；③中加稀硫酸，Cu与稀硫酸不反应，但硝酸铜在酸性条件下具有硝酸的强氧化性，接着与Cu反应，而硝酸的氧化性强，B错误；试验③发生反应的化学方程式为3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4=4CuSO4＋2NO↑＋4H2O，C正确；由上述试验可得出结论：Cu在常温下不和稀硫酸反应，D错误。4．用以下三种途径制取相同质量的硝酸铜：①铜与浓硝酸反应；②铜与稀硝酸反应；③铜与氧气反应生成氧化铜，氧化铜再与稀硝酸反应。下列叙述不正确的是(D)A．对环境造成的危害：③最小B．所消耗的硝酸的物质的量：①>②>③C．三种途径所消耗的铜的质量相同D．铜与浓硝酸反应速率最快，故制取硝酸铜最佳方案是①解析：铜与浓、稀硝酸反应时，硝酸既体现氧化性，又体现酸性，而与氧化铜反应，硝酸只体现酸性，所以在上述三个反应中，③消耗的硝酸最少。硝酸的浓度越大，还原产物的价态越高，被还原消耗的硝酸越多，对环境的污染就越严峻。5．铝与铜的混合物加入肯定量的稀硝酸中，反应后剩余金属的质量为m1，再向其中加入肯定量稀H2SO4，充分反应后剩余金属质量为m2，则m1和m2的关系是(A)A．m1肯定大于m2 B．m1可能等于m2C．m1肯定等于m2 D．m1可能小于m2解析：原溶液中存在NOeq\o\al(－,3)，再加入肯定量的稀硫酸时，NOeq\o\al(－,3)在酸性条件下能够接着和金属反应，故质量为m1的固体无论是Al与Cu的混合物还是Cu，质量都会削减，故m1肯定大于m2。故正确答案为A。6．某金属单质与肯定浓度的硝酸反应，假定只有一种还原产物。当参与反应的金属与被还原的HNO3的物质的量之比为21时，还原产物可能是(C)A．NO2 B．NOC．N2O D．N2解析：设反应后金属元素的化合价为n，HNO3的还原产物中氮的化合价为x，则由得失电子守恒得：2×(n－0)＝1×(5－x)，即x＝5－2n。探讨：①当n＝＋1时，x＝＋3，HNO3的还原产物为N2O3；②当n＝＋2时，x＝＋1，HNO3的还原产物为N2O；③当n＝＋3时，x＝－1，不合理，舍去。由于金属离子一般不出现＋4以及以上的价态，故不再探讨。故本题选C。7．amolFeS与bmolFeO投入到VLcmol/L的硝酸溶液中充分反应，产生NO气体，所得澄清溶液成分可看作是Fe(NO3)3、H2SO4的混合溶液，则在反应中未被还原的硝酸可能为(D)①eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Vc－\f(a＋b,3)))mol②(a＋b)×189g③(3a＋3b)mol④eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Vc－\f(9a＋b,3)))molA．②④ B．②③C．①②③ D．②③④解析：当硝酸恰好反应时，生成硝酸铁的硝酸就是未被还原的硝酸，由氮元素守恒知：未被还原的硝酸将转化为Fe(NO3)3中的NOeq\o\al(－,3)，由铁元素守恒知：n[Fe(NO3)3]＝n(Fe)＝(a＋b)mol，所以未被还原的硝酸的物质的量为3(a＋b)mol，未被还原的硝酸