高中化学专题4第二单元第3课时硝酸的性质学案苏教版必修5.docx
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高中化学专题4第二单元第3课时硝酸的性质学案苏教版必修5
学习资料汇编
第3课时 硝酸的性质
知识内容
必考要求
加试要求
1.硝酸的性质与用途。
2．工业制取硝酸的设备和流程。
3．氧化还原反应方程式的配平（见专题2）。
b
b
c
目标
定位
1.掌握硝酸的重要性质和应用。
2．了解硝酸的工业制法。
3．能依据化合价升降法配平氧化还原反应方程式。
一 硝酸的性质
1．在两支试管中各放入一小块铜片，分别加入少量4mol·L－1的稀硝酸和15mol·L－1的浓硝酸，立即用蘸有氢氧化钠溶液的棉花封住试管口，观察试管中发生的现象。
（1）实验现象：
反应开始后两支试管中都有气泡产生。
溶液呈绿色，加水后变成蓝色，加入浓HNO3的试管反应强烈，放出红棕色气体；加入稀HNO3的试管反应缓慢，放出无色气体，生成蓝色溶液。
（2）结论：
浓、稀硝酸都与铜反应，浓HNO3与铜反应生成的气体为NO2；稀HNO3与铜反应生成的气体为NO。
①铜与浓HNO3反应的化学方程式：
Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O；
②铜与稀HNO3反应的化学方程式：
3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。
2．将上述实验中的金属铜换成少量金属铁进行相同的实验，观察发生的现象。
（1）实验现象：
加入浓硝酸的试管中，铁片没有明显变化。
加入稀硝酸的试管中，有气泡产生，在试管口上方，无色气体变成了红棕色，溶液变为棕黄色。
（2）实验结论：
Fe在常温下遇到浓HNO3发生钝化现象。
稀硝酸与铁反应生成了NO，NO遇空气后又生成了NO2。
（3）反应的化学方程式：
Fe＋4HNO3（稀）===Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O（铁不足），2NO＋O2===2NO2。
3．硝酸能与非金属单质反应，写出下列反应的化学方程式：
（1）浓硝酸将木炭氧化成二氧化碳：
C＋4HNO3（浓）
CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
（2）浓硝酸将硫氧化成硫酸：
S＋6HNO3（浓）===H2SO4＋6NO2↑＋2H2O。
4．浓HNO3见光易分解，反应的化学方程式为4HNO3
2H2O＋4NO2↑＋O2↑。
归纳总结
1．硝酸具有强氧化性
（1）能将大多数金属（如铜等）氧化成高价金属的硝酸盐，浓硝酸生成NO2，稀硝酸生成NO。
浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。
（2）常温下，浓硝酸能使铁、铝发生钝化，这是因为浓硝酸将铁、铝容器表面氧化，形成致密的氧化物薄膜。
若在加热条件下，可破坏氧化膜，从而使反应继续进行。
（3）浓HNO3与非金属反应，还原产物一般是NO2，而非金属一般被氧化成最高价氧化物或相应的最高价含氧酸。
（4）在中性、碱性溶液里的NO
不能表现出强氧化性，而在酸性溶液里的NO
能表现出强氧化性，因此，在酸性溶液里NO
不能与Fe2＋、I－、S2－、SO
等还原性离子大量共存。
2．浓硝酸具有不稳定性
浓HNO3受热或见光容易分解，硝酸越浓，越易分解。
硝酸分解有NO2产生，并溶于硝酸中呈黄色。
实验室保存硝酸的方法是保存在棕色瓶里，放置阴凉处。
[提醒]
（1）金属与HNO3反应不产生H2。
（2）硝酸越稀，还原产物中N元素的化合价越低，如不活泼金属与HNO3反应，浓HNO3被还原为NO2，稀HNO3被还原为NO。
1．将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，则下列叙述中正确的是（ ）
A．反应速率：
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
答案 B
解析
A
×
浓硝酸的氧化性强于稀硝酸，故Cu与浓硝酸的反应速率快
B
√
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
C
×
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
D
×
由于反应中转移的电子数都等于铜失去的电子数，故转移的电子数相等
二 硝酸的工业制法
1．硝酸工业制备的过程，反应原理及主要设备如下：
2．在工业生产中，NO2溶于水生成的NO不会排空，而是再用过量的空气使其氧化为NO2，再被水吸收，经过多次氧化和吸收，NO2可完全转化为HNO3。
也就是从理论上讲，NH3中的氮元素完全转化为HNO3中的氮元素。
3．从吸收塔出来的气体中尚有少量NO和NO2，不能直接排放到空气中，以免造成污染。
常用碱液（NaOH）来吸收，变废为宝。
（1）NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O；
（2）2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。
归纳总结
1．硝酸工业制法流程图
2．氨及其化合物之间的相互转化关系
2．在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是（ ）
A．使用吸收塔设备
B．使用尾气吸收装置
C．使用H2作原料
D．使用催化剂
答案 D
解析 NH3的工业生产中不使用吸收塔，也不使用尾气吸收装置；H2SO4的工业生产中不使用H2作原料；D正确，有关反应的化学方程式分别为3H2＋N2
2NH3,4NH3＋5O2
4NO＋6H2O,2SO2＋O2
2SO3。
3．下列关于工业制硫酸和硝酸的说法中不正确的是（ ）
A．工业制硝酸是将NO2溶于水，需要通氧气
B．工业制硫酸会产生SO2和SO3尾气
C．工业制硫酸应对SO2进行循环利用
D．工业制硝酸和硫酸排放的尾气是造成酸雨的主要原因
答案 D
解析 工业制硝酸过程中要不断通入氧气，以提高NO、NO2的原料利用率和减少尾气排放，A项正确；工业生产中尾气经过循环利用和处理达标后才允许排放，空气中的SO2主要来自L煤燃烧，特别是生活锅炉，尾气处理较差，数量庞大，是形成酸雨的主要原因，D项错误。
1．下列关于浓硝酸的叙述，正确的是（ ）
A．具有挥发性，因而浓硝酸略带有黄色
B．具有不稳定性，实验室里应保存在棕色瓶中
C．具有氧化性，常温下可以跟铜缓慢反应
D．具有酸性，实验室可以用它来制氢气
答案 B
解析 浓硝酸见光或受热会分解，具有不稳定性，应保存在棕色瓶中。
2．下列反应中硝酸既能表现出酸性又能表现出氧化性的是（ ）
A．使石蕊溶液变红
B．与铜反应放出NO气体并生成Cu（NO3）2和H2O
C．与Na2CO3反应放出CO2气体并生成NaNO3和H2O
D．与S单质混合共热时生成H2SO4、NO2和H2O
答案 B
解析 酸性是H＋表现出的性质。
反应中能使其他物质的化合价升高，或能使自身某元素的化合价降低，这种物质就表现出氧化性。
依次考查四个选项得：
选项
A
B
C
D
硝酸表现出的性质
酸性
酸性＋氧化性
酸性
氧化性
3.用以下三种途径来制取相同质量的硝酸铜：
①铜跟浓硝酸反应，②铜跟稀硝酸反应，③铜跟氧气反应生成氧化铜，氧化铜再跟稀硝酸反应。
以下叙述正确的是（ ）
A．三种途径所消耗的铜的物质的量不相等
B．三种途径所消耗的硝酸的物质的量相等
C．所消耗铜的物质的量：
途径③＞途径①＞途径②
D．所消耗硝酸的物质的量：
途径①＞途径②＞途径③
答案 D
解析 有关反应：
①Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O
②3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O
③2Cu＋O2
2CuO，CuO＋2HNO3（稀）===Cu（NO3）2＋H2O
分析以上三组反应，可以看出：
生成相同质量的Cu（NO3）2，消耗相同质量的铜，但消耗硝酸的质量（或物质的量）不相同，途径①消耗HNO3的量最多，途径②次之，途径③消耗HNO3的量最少。
通过比较可以看出，生产Cu（NO3）2，途径③效果最佳，既不造成污染，又能提高HNO3的利用率。
4．下列有关实验设计、实验现象和解释或结论都正确的是（ ）
选项
实验设计
实验现象
解释或结论
A
向过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液
溶液呈血红色
稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋
B
常温下将铝和铁放入浓硝酸中
钝化
铝和铁与浓HNO3不反应
C
向某溶液中加入CCl4
液体分层，下层CCl4显紫色
原溶液中存在I－
D
用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上
试纸变蓝色
浓氨水呈碱性
答案 D
解析 硝酸和铁反应生成硝酸铁，铁过量时，铁和Fe3＋反应生成亚铁离子，滴入硫氰化钾溶液不呈血红色，A项错；常温下，铝和铁在浓HNO3中生成一层氧化物保护膜，阻止了反应继续进行，不是不发生反应，B项错；原溶液中含有碘单质，不是碘离子，C项错；红色石蕊试纸遇碱变蓝色，D项正确。
5．某实验过程如下图所示：
则试管③中的现象是（ ）
A．无明显现象，因稀H2SO4不与铜反应
B．铜片溶解，产生无色气体，该气体遇到空气不变色
C．铜片溶解，放出红棕色有刺激性气味的气体
D．铜片溶解，产生无色气体，该气体在试管口变为红棕色
答案 D
解析 稀HNO3与金属铜反应的实质是3Cu＋8H＋＋2NO
===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。
在①中，反应完全后溶液中含有NO
；而在③中，当继续滴入稀H2SO4后，新加入的H＋和原溶液中的NO
可继续与过量的Cu反应放出无色NO气体，NO遇O2后生成红棕色NO2。
6．
（1）在浓硝酸中放入铜片：
①开始时反应的化学方程式为______________________________________________，
实验现象为______________________________________________________________。
②若铜有剩余，则反应将要结束时反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
③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，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）若1.92gCu粉与一定量浓HNO3反应，当Cu完全反应时，收集到标准状况下1.12L气体，则消耗硝酸______mol，生成NO2______mol。
（3）若向Cu中加入硫酸和硝酸的混酸溶液制取CuSO4溶液，则混酸中硫酸与硝酸的最佳物质的量之比为__________________。
答案
（1）①Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O 铜片逐渐消失，溶液逐渐变绿，有红棕色气体逸出
②3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O
③加入稀硫酸后，H＋与原溶液中的NO
构成强氧化性的条件，又能与过量的Cu反应
（2）0.11 0.045 （3）3∶2
解析
（1）随反应的进行，硝酸的浓度减小，停止反应时溶液中存在Cu（NO3）2，再加稀H2SO4，则溶液中的NO
在酸性条件下将剩余的铜氧化。
（2）参加反应的HNO3包括被还原的HNO3和起酸性作用的HNO3，表现酸性的HNO3为
×2＝0.06mol，被还原的HNO3为
＝0.05mol，故参加反应的HNO3为0.05mol＋0.06mol＝0.11mol。
设标准状况下1.12L气体中，含NOxmol、NO2ymol。
则
解之得
（3）Cu、H＋、NO
恰好完全反应时混酸中H2SO4和HNO3的比例最佳。
3Cu＋8H＋＋2NO
===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
设H2SO4与HNO3的物质的量分别为x、y，
则
＝
，x∶y＝3∶2。
课时作业
[经典基础题]
1．向浅绿色的Fe（NO3）2溶液中逐滴加入稀硫酸时，溶液的颜色变化应该是（ ）
A．变浅B．加深
C．不变D．变棕黄色
答案 D
2．下列关于浓硝酸和浓硫酸的叙述中正确的是（ ）
①常温下都可用铝制容器贮存
②露置在空气中，容器内酸液的质量都减轻
③常温下都能与铜较快反应
④露置在空气中，容器内酸液的浓度都降低
A．①②B．③④C．②③D．①④
答案 D
解析 常温下，二者均能使铝钝化，①正确；露置在空气中，浓硫酸吸水质量增加，②错误；浓硫酸在常温下与铜没有明显的反应，③错误；在空气中，浓硝酸挥发、浓硫酸吸水，二者浓度都降低，④正确。
3．在标准状况下将1.92g铜粉投入一定量浓HNO3中，随着铜粉的溶解，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12L，则反应消耗HNO3的物质的量为（ ）
A．0.8molB．0.6mol
C．0.11molD．无法计算
答案 C
解析 根据原子守恒法计算。
①被还原的硝酸物质的量即为气体NO2与NO物质的量的总和，n（HNO3）被还原＝
＝0.05mol，
②未被还原的HNO3的物质的量等于Cu（NO3）2中NO
的物质的量，n（Cu）＝
＝0.03mol，所以n[Cu（NO3）2]＝0.03mol，
③消耗的HNO3的物质的量为0.03mol×2＋0.05mol＝0.11mol，故C项正确。
4．能正确表示下列反应的离子方程式的是（ ）
A．向Fe（NO3）2稀溶液中加入盐酸：
3Fe2＋＋4H＋＋NO
===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O
B．铜片与浓HNO3：
Cu＋NO
＋4H＋===Cu2＋＋NO↑＋2H2O
C．氯化铵浓溶液跟浓NaOH溶液混合后加热：
NH
＋OH－
NH3·H2O
D．碳酸氢铵溶液与足量的NaOH溶液混合后加热：
NH
＋OH－
NH3↑＋H2O
答案 A
解析 B项Cu＋4H＋＋2NO
===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O；C项NH
＋OH－
NH3↑＋H2O；D项HCO
＋NH
＋2OH－
CO
＋2H2O＋NH3↑。
5.
碳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（ ）
①洗气瓶中产生的沉淀中有碳酸钡
②从Z导管出来的气体中无二氧化碳
③洗气瓶中产生的沉淀是硫酸钡
④在Z导管口有红棕色气体出现
A．①②B．③④
C．①④D．②③
答案 B
解析 碳与浓硫酸共热产生的X气体为CO2和SO2的混合气体，铜与浓硝酸反应产生的Y气体是NO2，SO2＋H2O＋NO2===H2SO4＋NO，故洗气瓶中产生的是硫酸钡沉淀，Z处逸出的气体中有CO2和NO，NO遇到空气中的氧气生成了红棕色的NO2，二氧化碳不与氯化钡反应，所以没有BaCO3生成。
6．38.4mg铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到气体22.4mL（标准状况），反应消耗的HNO3的物质的量可能是（ ）
A．1.0×10－3molB．1.6×10－3mol
C．2.2×10－3molD．2.4×10－3mol
答案 C
解析 方法一：
n（Cu）＝
＝6.0×10－4mol
若38.4mg铜全部与浓硝酸反应，则可求得参加反应的硝酸为6.0×10－4mol×4＝2.4×10－3mol
若38.4mg铜全部与稀硝酸反应，则可求得参加反应的硝酸为6.0×10－4mol×
＝1.6×10－3mol
事实上铜先与浓硝酸反应，浓硝酸变稀后，又与稀硝酸反应。
消耗的硝酸的物质的量应在1.6×10－3mol和2.4×10－3mol之间。
方法二：
根据氮原子守恒求解如下：
n（Cu）＝n[Cu（NO3）2]＝
＝6.0×10－4mol
n（NO、NO2）＝
＝1.0×10－3mol
则反应消耗的HNO3为2×6.0×10－4mol＋1.0×10－3mol＝2.2×10－3mol，C项正确。
7．物质的量之比为2∶5的锌与稀硝酸反应，若硝酸被还原的产物为N2O，反应结束后锌没有剩余，则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是（ ）
A．1∶4B．1∶5C．2∶3D．2∶5
答案 A
解析 设2molZn参与反应，则生成2molZn（NO3）2，则未被还原的HNO3为4mol，HNO3→N2O过程中N元素化合价＋5价→＋1价，根据得失电子守恒有2×n（Zn）＝n（HNO3）×4，则n（HNO3）＝1mol，即被还原的HNO3为1mol。
8．等质量的下列物质与足量稀硝酸反应，放出NO物质的量最多的是（ ）
A．FeOB．Fe2O3
C．FeSO4D．Fe3O4
答案 A
解析 根据得失电子守恒，还原剂提供的电子越多，氧化剂硝酸生成的NO的物质的量就越多。
1g题述四种物质能提供的电子的物质的量为
A项
×1mol；B项0；C项
×1mol；
D项
×1mol（Fe3O4也可以写为Fe2O3·FeO），等质量时提供电子的物质的量最多的为FeO。
9．物质氧化性、还原性的强弱，不仅与物质的结构有关，还与物质的浓度和反应温度有关。
下列各组物质在反应中的产物与物质的浓度有关的是（ ）
①Cu与HNO3溶液 ②Cu与FeCl3溶液 ③Zn与H2SO4溶液 ④Fe与HCl溶液
A．①③B．③④
C．①②D．①③④
答案 A
解析 本题考查物质氧化性和还原性的影响因素。
铜与浓硝酸反应生成NO2，与稀硝酸反应生成NO，硝酸氧化性的强弱与浓度有关；铜与氯化铁溶液反应，与浓度和温度无关，产物唯一；锌与稀硫酸反应生成氢气，与浓硫酸反应则生成二氧化硫，硫酸氧化性的强弱与其浓度有关；铁与盐酸反应只生成氯化亚铁和氢气。
10．等质量的铜分别与足量的浓硝酸和稀硝酸完全反应，在相同条件下用排水法收集产生的气体，下列叙述中正确的是（ ）
A．硝酸的浓度越大，消耗的硝酸越少
B．硝酸的浓度不同，生成硝酸铜的物质的量也不相同
C．硝酸的浓度越大，生成的气体越少
D．两者用排水法收集的气体的体积相同
答案 D
解析 铜与浓硝酸、稀硝酸反应的化学方程式分别如下：
Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O
3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O
因硝酸足量，故铜完全反应，则与浓硝酸、稀硝酸反应的铜的质量相等，所消耗的硝酸、生成的硝酸铜、产生的气体均按等质量的铜计算。
由上述反应可知，反应掉等质量的铜时，消耗的浓硝酸更多，两者产生的硝酸铜一样多，与浓硝酸反应时产生更多的气体。
所以A、B、C选项均不正确，D选项正确。
D选项的分析可采用下列方法：
设参加反应的铜为3mol，则与浓硝酸反应后生成6molNO2，与稀硝酸反应生成2molNO，当用排水法收集时，NO2发生反应：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，6molNO2反应后变成2molNO气体，所以两种情况下最终得到的气体都是2mol。
[能力提升题]
11．硝酸铵是一种常用的化肥，其工业生产流程如下，请回答下列问题。
（1）写出反应容器B中发生反应的化学方程式：
_________________________________
________________________________________________________________________。
（2）吸收塔C中通入空气的目的是____________________________________________；
C、D两个反应容器中发生的反应，属于氧化还原反应的是________（填反应容器代号）。
（3）浓硝酸一般保存在棕色试剂瓶里，并放置在阴凉处，用化学方程式解释原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）金属铜与稀硝酸反应的离子方程式是_____________________________________
________________________________________________________________________，
该反应中稀硝酸表现的性质是______________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）4NH3＋5O2
4NO＋6H2O
（2）将一氧化氮氧化成二氧化氮 C
（3）4HNO3
4NO2↑＋O2↑＋2H2O
（4）3Cu＋8H＋＋2NO
===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 酸性和氧化性
解析 由NH4NO3的工业生产流程可知，N2与H2在铁砂网的作用下反应产生NH3，NH3在PtRh合金作用下加热被空气中的O2氧化为NO和水，NO在吸收塔中与O2反应产生NO2，NO2被水吸收得到HNO3和NO。
HNO3与NH3作用生成NH4NO3。
（1）反应容器B中发生反应的化学方程式为4NH3＋5O2
4NO＋6H2O。
（2）在吸收塔C中通入空气的目的是将NO氧化成NO2；在C中发生反应：
2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
在D中发生反应：
HNO3＋NH3===NH4NO3。
前两个反应是氧化还原反应，第三个反应不是氧化还原反应。
所以发生氧化还原反应的容器为C。
（3）浓硝酸不稳定，光照容易分解，温度越高越容易分解，为防止浓硝酸的分解，常把浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，放在冷暗处。
分解的化学方程式为4HNO3
4NO2↑＋O2↑＋2H2O。
（4）硝酸有强氧化性，不仅能把活泼的金属氧化，还能把不活泼的金属如Cu氧化。
金属Cu与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu＋8H＋＋2NO
===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。
在该反应中一部分HNO3中的N元素由＋5价变为＋2价，得到电子，被还原，表现氧化性，还有一部分HNO3中的N元素的化合价没有变化，提供酸根离子用来形成硝酸盐，起酸的作用，故硝酸的作用是酸性和氧化性。
12．如图所示甲是某学生验证铜和浓硝酸反应的装置，乙、丙是另外两位同学对甲装置改进后的装置：
（1）甲、乙、丙三个装置中共同发生的反应的化学方程式是_________________________。
（2）和甲装置相比，乙装置的优点是①_______________________________________；
②________________________________________________________________________。
（3）为了进一步验证NO2和水的反应，某学生设计了丙装置。
实验时先关闭活塞________，再打开
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