2017-2018学年高中化学必修一讲义：专题4-第二单元-第三课时-硝酸的性质含答案

第三课时硝酸的性质——————————————————————————————————————[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=====催化剂△4NO＋6H2O；②2NO＋O2===2NO2；③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。硝酸的性质和制备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↑＋2H2OCu与稀HNO3反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O③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=====光照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=====催化剂△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－3无氧化性，但在酸性条件下，NO－3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－3，HNO3的强氧化性实质是酸性条件下NO－3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－、SO2－3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)2C．与Na2CO3反应放出CO2气体，生成NaNO3D．与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2解析：选BA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金属与硝酸反应的相关计算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－3一部分仍以NO－3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－3)＋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－3与硫酸电离出的H＋仍能继续与金属反应，如3Cu＋8H＋＋2NO－3===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．1.0×10－3molB．1.6×10－3molC．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：38.4×10－3g64g·mol－1×2＋22.4×10－3L22.4L·mol－1＝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．1.1molC．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34x＋0.5－x4＝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H2B．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CCu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)＝5.6L22.4L·mol－1＝0.25mol，则消耗n(HNO3)＝2n(Cu)＋n(NOx)＝2×12.8g64g·mol－1＋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－3构成HNO3又能与过量的Cu反应(4)0.65mol5.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，