2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第四章非金屬及其化合物第四節(jié)第3課時硝酸學(xué)案新人教版必修1

PAGE9-第3課時硝酸1．硝酸的物理性質(zhì)純硝酸是無色、易揮發(fā)，有刺激性氣味的液體，密度比水的大，易溶于水。98%以上的濃硝酸通常稱作“發(fā)煙硝酸”。常用濃硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約為69%。2.硝酸的化學(xué)性質(zhì)(1)強(qiáng)酸性稀HNO3具有酸的通性，但與金屬反應(yīng)不產(chǎn)生H2。(2)不穩(wěn)定性4HNO3eq\o(=,\s\up17(光或熱))4NO2↑＋O2↑＋2H2O，硝酸越濃，越易分解。(3)強(qiáng)氧化性HNO3中＋5價N有很強(qiáng)的得電子實(shí)力。不論濃、稀HNO3都具有強(qiáng)氧化性。規(guī)律：①濃HNO3被還原成NO2，稀HNO3被還原成NO。②硝酸越濃，其氧化性越強(qiáng)。③還原劑一般被氧化成最高價態(tài)。表現(xiàn)：①與氫前金屬反應(yīng)不產(chǎn)生H2：Fe＋4HNO3(稀)eq\o(=,\s\up17(△))Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O②溶解Cu等不活潑金屬Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O(用于試驗室制NO2)3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O(用于試驗室制NO)③使Fe、Al鈍化(濃HNO3，常溫)④與C、S、P等非金屬單質(zhì)反應(yīng)C＋4HNO3(濃)eq\o(=,\s\up17(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O學(xué)問點(diǎn)一硝酸的強(qiáng)氧化性硝酸具有強(qiáng)氧化性是由于HNO3中的＋5價氮元素有很強(qiáng)的得電子實(shí)力，在硝酸參與的氧化還原反應(yīng)中，幾乎全部是＋5價氮被還原。1．表現(xiàn)(1)濃硝酸能使紫色石蕊試液先變紅，后褪色。(2)與非金屬單質(zhì)C、S、P等在加熱條件下反應(yīng)，非金屬元素生成酸性氧化物(或其含氧酸)。(3)金屬與HNO3反應(yīng)一般不生成H2，濃HNO3一般被還原為NO2，稀HNO3一般被還原為NO，極稀HNO3可被還原成NH3，生成NH4NO3。(4)在利用HNO3的酸性時，要留意考慮它的強(qiáng)氧化性。如FeO與稀硝酸反應(yīng)時的方程式應(yīng)是3FeO＋10HNO3(稀)=3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，而不是FeO＋2HNO3(稀)=Fe(NO3)2＋H2O。(5)硝酸與鐵反應(yīng)時，產(chǎn)物符合以下規(guī)律：(6)濃硝酸與Cu反應(yīng)時，若Cu過量，反應(yīng)起先時濃硝酸的還原產(chǎn)物為NO2，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硝酸變稀，其還原產(chǎn)物將為NO，最終應(yīng)得到NO2與NO的混合氣體，可利用氧化還原反應(yīng)過程中化合價升降總數(shù)相等的守恒規(guī)律求解有關(guān)Cu、HNO3和混合氣體之間的量的關(guān)系。(7)留意NOeq\o\al(－,3)在離子共存問題的推斷中的特別性。在水溶液中，NOeq\o\al(－,3)本無氧化性，但當(dāng)水溶液中有大量H＋存在時，NOeq\o\al(－,3)就表現(xiàn)出強(qiáng)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－等還原性離子。2．規(guī)律(1)溫度越高，硝酸越濃，其氧化性越強(qiáng)。(2)與硝酸反應(yīng)時，還原劑一般被氧化成最高價態(tài)。1.將稀硝酸和濃硝酸分別作用于紫色石蕊試液，現(xiàn)象是否相同？為什么？提示：不相同，稀硝酸使石蕊試液只變紅，但不褪色；濃硝酸比稀硝酸氧化性更強(qiáng)，能使石蕊試液先變紅后褪色。2．銅與足量濃硝酸反應(yīng)時，表現(xiàn)酸性的HNO3與作氧化劑的HNO3物質(zhì)的量之比是多少？提示：Cu與濃硝酸發(fā)生反應(yīng)Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。當(dāng)有4molHNO3參與反應(yīng)時，有2molHNO3表現(xiàn)酸性生成Cu(NO3)2，有2molHNO3被還原生成NO2，故二者的物質(zhì)的量之比為11。[例1]某化學(xué)學(xué)習(xí)小組采納下圖所示裝置，對濃硝酸與木炭的反應(yīng)進(jìn)行探究(已知：4HNO3eq\o(=,\s\up17(△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O)。請回答下列問題：(1)檢查裝置氣密性后，將燃燒匙中的木炭在酒精燈上加熱至紅熱狀態(tài)，伸入三頸瓶中，并塞緊瓶塞，滴加濃硝酸，可視察到三頸瓶中氣體的顏色為________，產(chǎn)生該氣體的化學(xué)方程式是________。(2)裝置C中盛有足量Ba(OH)2溶液，炙熱的木炭與濃硝酸反應(yīng)后可視察到C中出現(xiàn)白色沉淀，該白色沉淀為________________(填化學(xué)式)。(3)裝置B的作用是_____________________________________。(4)裝置D中收集到了無色氣體，部分同學(xué)認(rèn)為是NO，還有部分同學(xué)認(rèn)為是O2。①下列對該氣體的檢驗方法合適的是________。A．敞口視察裝置D中集氣瓶內(nèi)氣體的顏色改變B．將潮濕的藍(lán)色石蕊試紙伸入集氣瓶內(nèi)，視察藍(lán)色石蕊試紙是否變紅C．將帶火星的木條伸入集氣瓶中，視察木條是否復(fù)燃②假如D中集氣瓶中收集的無色氣體是氧氣，則氧氣的來源是_________________________________________________________。[思路分析]eq\x(\a\al(木炭＋,濃硝酸))→eq\x(\a\al(NO2紅棕,色＋CO2))eq\o(→,\s\up17(BaOH2,溶液))eq\x(\a\al(產(chǎn)生,沉淀))[解析](1)裝置A中發(fā)生的是濃硝酸與木炭的反應(yīng)，生成NO2、CO2、H2O，三頸瓶中顯示的是NO2的紅棕色。(2)NO2、CO2通入Ba(OH)2溶液分別生成Ba(NO3)2和BaCO3，由于Ba(OH)2溶液足量，故溶液為堿性環(huán)境，BaCO3不溶解以沉淀形式析出。(3)為防止裝置C中酸性氣體溶解速率太快而導(dǎo)致C中溶液進(jìn)入三頸瓶，裝置B應(yīng)為防倒吸裝置。(4)①NO與足量O2反應(yīng)生成紅棕色的NO2，A正確；NO和O2均不具有酸性，B錯誤；O2能使帶火星的木條復(fù)燃，而NO不能，C正確。②裝置A中除木炭與濃硝酸的反應(yīng)外，硝酸不穩(wěn)定，部分濃硝酸還會發(fā)生分解：4HNO3eq\o(=,\s\up17(△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O。[答案](1)紅棕色C＋4HNO3(濃)eq\o(=,\s\up17(△))4NO2↑＋CO2↑＋2H2O(2)BaCO3(3)防倒吸(4)①AC②濃硝酸的分解(雙選)下列說法正確的是(BD)A．Fe與稀硝酸、稀硫酸反應(yīng)均有氣泡產(chǎn)生，說明Fe與兩種酸均發(fā)生置換反應(yīng)B．過量的銅與濃硝酸反應(yīng)有一氧化氮生成C．濃硝酸中加入過量鐵粉并加熱，發(fā)生離子反應(yīng)：Fe＋3NOeq\o\al(－,3)＋6H＋eq\o(=,\s\up17(△),\s\do15())Fe3＋＋3NO2↑＋3H2OD．用過量濃硝酸與肯定量的Cu反應(yīng)制備NO2解析：硝酸具有強(qiáng)氧化性，F(xiàn)e與稀硝酸發(fā)生反應(yīng)：Fe＋4HNO3=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，該反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，不是置換反應(yīng)，A錯誤；銅與濃硝酸反應(yīng)過程中，有NO2生成，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硝酸的濃度漸漸減小，稀硝酸與銅反應(yīng)可生成NO，B正確，D正確；鐵與濃硝酸反應(yīng)生成Fe3＋，但過量的鐵粉還能與Fe3＋反應(yīng)生成Fe2＋，C錯誤。學(xué)問點(diǎn)二金屬與硫酸、硝酸反應(yīng)的計算1．反應(yīng)通式M＋H2SO4(濃)→M(SO4)n＋還原產(chǎn)物＋H2O3M＋4xHNO3(稀)=3M(NO3)x＋xNO↑＋2xH2OM＋2xHNO3(濃)=M(NO3)x＋xNO2↑＋xH2Ox為金屬的化合價。由以上兩通式可以看出，稀硝酸與金屬反應(yīng)時，顯示氧化性的硝酸占總量的eq\f(1,4)；濃硝酸與金屬反應(yīng)時，顯示氧化性的硝酸占總量的eq\f(1,2)。2．還原產(chǎn)物濃硫酸→SO2濃硝酸→NO2稀硝酸→NO(HNO3越稀，還原產(chǎn)物的價態(tài)越低，如Zn和很稀的HNO3反應(yīng)，還原產(chǎn)物可能是NH4NO3)。3．溶液中的酸(1)起氧化性作用的酸轉(zhuǎn)化為氣體(NO、NO2、SO2等)，起氧化性作用的酸的物質(zhì)的量等于生成氣體的物質(zhì)的量。(2)起酸性作用的酸轉(zhuǎn)移到生成物的鹽中，其物質(zhì)的量可以由陽離子的物質(zhì)的量求得。(3)沒參與反應(yīng)的酸，可依據(jù)溶液中H＋的物質(zhì)的量求得。4．常用方法(1)電子守恒法硝酸與金屬的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，N原子得到的電子數(shù)等于金屬原子失去的電子數(shù)。(2)原子守恒法硝酸與金屬反應(yīng)后，一部分以NOeq\o\al(－,3)的形式存在，一部分轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物(NO、NO2等)，這兩部分中氮原子的物質(zhì)的量與反應(yīng)消耗的HNO3中氮原子的物質(zhì)的量相等。以Cu與硝酸反應(yīng)為例來說明：Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O反應(yīng)中轉(zhuǎn)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反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的n(e－)＝2n(Cu)＝3n(NO)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO)。若還原產(chǎn)物為NO2和NO的混合氣體，則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的n(e－)＝2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)＋n(NO)。5．金屬與稀硝酸和稀硫酸的混合酸反應(yīng)金屬與硝酸和硫酸的混合酸反應(yīng)時，金屬與硝酸反應(yīng)生成的硝酸鹽在酸性條件下，相當(dāng)于稀硝酸，金屬會接著被NOeq\o\al(－,3)氧化，故計算有關(guān)物質(zhì)的量時，要按離子方程式進(jìn)行。例如，Cu與硝酸和硫酸的混合酸反應(yīng)時，要按離子方程式：3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O進(jìn)行計算。一般有以下幾種狀況：3Cu～2NOeq\o\al(－,3)～8H＋被還原的HNO3量被氧化的Cu量①足量不足足量HNO3總量eq\f(3,2)·n(HNO3)②不足足量足量eq\f(2,3)·n(Cu)Cu總量③足量足量不足eq\f(1,4)·n(H＋)eq\f(3,8)·n(H＋)由此看出，在不同的狀況，HNO3可部分被還原，也可全部被還原，Cu也是可部分或可全部被氧化。[例2]9.7gCu和Zn的合金與足量的稀硝酸反應(yīng)，還原產(chǎn)物只有NO氣體，其體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為2.24L。將溶液稀釋為1L，測得溶液的c(H＋)＝0.1mol·L－1，此時溶液中NOeq\o\al(－,3)的濃度為()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，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為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)的總濃度為0.4mol·L－1。[答案]B6．4gCu與過量硝酸(amol/L,30mL)充分反應(yīng)。硝酸的還原產(chǎn)物只有NO2、NO。反應(yīng)后溶液中含H＋為0.1mol。(1)此時溶液中所含NOeq\o\al(－,3)為________mol。(2)求生成的氣體中NO2和NO的物質(zhì)的量各為多少？(用含有a的式子表示)解析：設(shè)生成氣體中NO2、NO的物質(zhì)的量分別為x、y，則由題意得以下方程組：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(其他合理解法也對)答案：(1)0.3(2)(0.045a－0.55)mol(0.25－0.0151．下列關(guān)于硝酸的相識中，正確的是(A)A．濃硝酸和稀硝酸都具有氧化性B．濃硝酸與金屬反應(yīng)不放氫氣，而稀硝酸與金屬反應(yīng)可置換出氫氣C．因常溫下鋁和鐵不與濃硝酸反應(yīng)，所以濃硝酸可盛放在鋁制或鐵制容器中D．硝酸與金屬反應(yīng)時，只表現(xiàn)出氧化性解析：濃、稀硝酸都有氧化性，可與除Au、Pt之外的全部金屬反應(yīng)；且不產(chǎn)生氫氣，在與金屬反應(yīng)時，硝酸既表現(xiàn)氧化性又表現(xiàn)酸性；濃硝酸可盛放在鋁制或鐵制容器中，因為鋁和鐵在冷濃硝酸中鈍化。2．下列有關(guān)試驗操作、現(xiàn)象及說明或結(jié)論都正確的是(B)選項試驗操作現(xiàn)象說明或結(jié)論A將過量的Fe粉加入稀HNO3中，充分反應(yīng)后，滴入KSCN溶液溶液呈紅色稀HNO3將Fe氧化為Fe3＋B常溫下，F(xiàn)e、Al放入濃HNO3中無明顯現(xiàn)象Fe、Al在濃HNO3中發(fā)生鈍化C鋁箔插入稀HNO3中無現(xiàn)象Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜D用玻璃棒蘸取濃HNO3點(diǎn)到藍(lán)色石蕊試紙上試紙變紅色濃HNO3具有酸性解析：稀硝酸與鐵粉反應(yīng)，鐵首先被氧化成Fe3＋，過量的鐵粉將Fe3＋還原，最終得到Fe2＋，滴入KSCN溶液不顯紅色，A項錯誤；常溫下，F(xiàn)e、Al在濃HNO3中發(fā)生鈍化，生成致密的氧化膜阻擋了反應(yīng)的進(jìn)行，B項正確；鋁箔能與稀HNO3反應(yīng)放出氣體，C項錯誤；濃硝酸具有強(qiáng)氧化性，能使藍(lán)色石蕊試紙先變紅后褪色，D項錯誤。3．某化學(xué)愛好小組進(jìn)行了有關(guān)Cu、硝酸、硫酸化學(xué)性質(zhì)的試驗，試驗過程如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是(C)A．試驗①中溶液呈藍(lán)色，試管口有紅棕色氣體產(chǎn)生，說明稀硝酸被Cu還原為NO2B．試驗③中滴加稀硫酸，銅片接著溶解，說明稀硫酸的氧化性比稀硝酸強(qiáng)C．試驗③發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4=4CuSO4＋2NO↑＋4H2OD．由上述試驗可得出結(jié)論：Cu在常溫下既可以與稀硝酸反應(yīng)，也可以與稀硫酸反應(yīng)解析：①中發(fā)生3Cu＋8HNO3=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，生成硝酸銅溶液為藍(lán)色，試管口NO被氧化生成紅棕色的二氧化氮，應(yīng)為硝酸被還原生成NO，A錯誤；③中加稀硫酸，Cu與稀硫酸不反應(yīng)，但硝酸銅在酸性條件下具有硝酸的強(qiáng)氧化性，接著與Cu反應(yīng)，而硝酸的氧化性強(qiáng)，B錯誤；試驗③發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4=4CuSO4＋2NO↑＋4H2O，C正確；由上述試驗可得出結(jié)論：Cu在常溫下不和稀硫酸反應(yīng)，D錯誤。4．用以下三種途徑制取相同質(zhì)量的硝酸銅：①銅與濃硝酸反應(yīng)；②銅與稀硝酸反應(yīng)；③銅與氧氣反應(yīng)生成氧化銅，氧化銅再與稀硝酸反應(yīng)。下列敘述不正確的是(D)A．對環(huán)境造成的危害：③最小B．所消耗的硝酸的物質(zhì)的量：①>②>③C．三種途徑所消耗的銅的質(zhì)量相同D．銅與濃硝酸反應(yīng)速率最快，故制取硝酸銅最佳方案是①解析：銅與濃、稀硝酸反應(yīng)時，硝酸既體現(xiàn)氧化性，又體現(xiàn)酸性，而與氧化銅反應(yīng)，硝酸只體現(xiàn)酸性，所以在上述三個反應(yīng)中，③消耗的硝酸最少。硝酸的濃度越大，還原產(chǎn)物的價態(tài)越高，被還原消耗的硝酸越多，對環(huán)境的污染就越嚴(yán)峻。5．鋁與銅的混合物加入肯定量的稀硝酸中，反應(yīng)后剩余金屬的質(zhì)量為m1，再向其中加入肯定量稀H2SO4，充分反應(yīng)后剩余金屬質(zhì)量為m2，則m1和m2的關(guān)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時，NOeq\o\al(－,3)在酸性條件下能夠接著和金屬反應(yīng)，故質(zhì)量為m1的固體無論是Al與Cu的混合物還是Cu，質(zhì)量都會削減，故m1肯定大于m2。故正確答案為A。6．某金屬單質(zhì)與肯定濃度的硝酸反應(yīng)，假定只有一種還原產(chǎn)物。當(dāng)參與反應(yīng)的金屬與被還原的HNO3的物質(zhì)的量之比為21時，還原產(chǎn)物可能是(C)A．NO2 B．NOC．N2O D．N2解析：設(shè)反應(yīng)后金屬元素的化合價為n，HNO3的還原產(chǎn)物中氮的化合價為x，則由得失電子守恒得：2×(n－0)＝1×(5－x)，即x＝5－2n。探討：①當(dāng)n＝＋1時，x＝＋3，HNO3的還原產(chǎn)物為N2O3；②當(dāng)n＝＋2時，x＝＋1，HNO3的還原產(chǎn)物為N2O；③當(dāng)n＝＋3時，x＝－1，不合理，舍去。由于金屬離子一般不出現(xiàn)＋4以及以上的價態(tài)，故不再探討。故本題選C。7．a(chǎn)molFeS與bmolFeO投入到VLcmol/L的硝酸溶液中充分反應(yīng)，產(chǎn)生NO氣體，所得澄清溶液成分可看作是Fe(NO3)3、H2SO4的混合溶液，則在反應(yīng)中未被還原的硝酸可能為(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：當(dāng)硝酸恰好反應(yīng)時，生成硝酸鐵的硝酸就是未被還原的硝酸，由氮元素守恒知：未被還原的硝酸將轉(zhuǎn)化為Fe(NO3)3中的NOeq\o\al(－,3)，由鐵元素守恒知：n[Fe(NO3)3]＝n(Fe)＝(a＋b)mol，所以未被還原的硝酸的物質(zhì)的量為3(a＋b)mol，未被還原的硝酸