高中化学第四章非金属及其化合物氨硝酸硫酸时硫酸硝酸学案新人教版必修.docx

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高中化学第四章非金属及其化合物氨硝酸硫酸时硫酸硝酸学案新人教版必修

第2课时　硫酸和硝酸的氧化性

[学习目标定位]　1.通过浓硫酸、硝酸分别与不活泼金属、非金属的反应，认识浓硫酸、硝酸的强氧化性。

2.通过比较浓硫酸与稀硫酸，浓硝酸与稀硝酸性质的差异，认识浓度、反应条件对反应产物的影响。

一　浓硫酸的特性

1.将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中，其质量的变化是增大，变化的原因是浓硫酸能吸收空气中的水蒸气。

若将一瓶浓盐酸（或浓硝酸）敞口放置在空气中，其质量的变化是减小，原因是浓盐酸（或浓硝酸）易挥发，溶质减少。

2.将一定量的蔗糖放入小烧杯中，加入浓硫酸，观察到的现象是白色蔗糖变黑、体积膨胀，变成疏松多孔的海绵状的炭，并放出有刺激性气味的气体，发生反应的化学方程式是C12H22O11

12C＋11H2O。

3.按表中图示装置完成实验，将有关反应现象及实验结论填入表中：

实验操作

实验现象

a试管中铜丝表面变黑，有气泡逸出；

b试管中的品红溶液逐渐变为无色；

c试管中的紫色石蕊溶液逐渐变为红色；

将a试管里的溶液慢慢倒入水中，溶液变为蓝色。

实验结论

Cu和浓H2SO4反应的化学方程式为Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O

归纳总结

浓硫酸的特性

（1）吸水性：

浓硫酸可以吸收空气或其他气体中的水蒸气、混在固体中的湿存水、结晶水合物中的结晶水。

在实验室里常用浓硫酸作干燥剂。

（2）脱水性：

浓硫酸可以使有机化合物中的氢、氧元素按水的组成从有机物中“脱离”出来，结合生成水分子。

（3）强氧化性

①浓硫酸能与大多数金属反应，生成高价态金属的硫酸盐，本身一般被还原为SO2。

②常温下，浓硫酸能使铁、铝钝化。

③浓硫酸可将碳、磷等非金属单质氧化成高价态的氧化物或含氧酸，本身被还原为SO2。

1.浓硫酸具有A.强酸性，B.强氧化性，C.高沸点、难挥发性，D.脱水性，E.吸水性等性质。

以下过程主要表现了浓硫酸的哪些性质？

请将答案的字母分别填入括号中。

（1）用NaCl固体和浓H2SO4在加热条件下制氯化氢气体（　　）

（2）用磷矿物[主要成分是Ca3（PO4）2]和硫酸反应制磷酸（　　）

（3）浓硫酸干燥H2、O2、Cl2、HCl和SO2等气体（　　）

（4）常温下可以用铁或铝的容器贮存浓硫酸（　　）

（5）胆矾放在盛浓硫酸的干燥器中变成白色粉末（　　）

（6）不能用浓硫酸干燥HBr、HI和H2S等气体（　　）

（7）浓硫酸使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后变黑（　　）

答案　

（1）C　

（2）A　（3）E　（4）B　（5）E　（6）B

（7）AD

解析　

（1）浓硫酸具有高沸点、难挥发性，氯化氢气体易挥发。

（2）磷酸是高沸点的中强酸，利用强酸与弱酸盐反应制弱酸的原理制磷酸。

（3）浓硫酸吸收混在上述气体中的杂质水蒸气。

（4）常温下，浓硫酸和铝、铁反应，在金属表面生成一层薄而致密的氧化物薄膜，阻止内部的金属和浓硫酸继续反应。

（5）浓硫酸吸收胆矾晶体中的结晶水，使之变成无水硫酸铜白色粉末。

（6）浓硫酸具有强氧化性，而HBr、HI、H2S具有强还原性。

（7）浓硫酸既具有酸的通性，可使酸碱指示剂变色，又具有脱水性，可使有机物炭化。

2.实验证明铜在低温下不能和O2发生反应，也不能和稀硫酸共热发生反应，但工业上却是将废铜屑倒入热的稀硫酸中并不断地通入空气来制取CuSO4溶液的。

铜屑在此状态下发生的一系列化学反应的方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

利用铜和浓H2SO4在加热条件下也能制备CuSO4溶液，其化学方程式为

________________________________________________________________________。

以上两种方法哪种好？

________，原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　2Cu＋O2

2CuO、CuO＋H2SO4（稀）===CuSO4＋H2O　Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O

第一种方法好　①制得相同质量的产品，第一种方法消耗的硫酸少，②第二种方法生成SO2，会造成大气污染，③第一种方法节约能源

解析　在稀硫酸存在的条件下，Cu与O2反应后的生成物迅速溶解在热的稀硫酸中生成CuSO4；第二种方法是在加热条件下铜与浓硫酸反应，浓H2SO4会被还原为SO2，其利用率降低且生成的气体有毒。

二　硝酸的氧化性

1.硝酸中氮元素的化合价为＋5价，根据在化学反应中氮元素化合价可能的变化，分析判断硝酸具有强氧化性。

能与大多数金属反应，写出下列反应的化学方程式：

（1）浓硝酸与铜反应，被还原为NO2：

Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O。

（2）稀硝酸与铜反应，被还原为NO：

3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。

2.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。

归纳总结

硝酸具有强氧化性

（1）能将大多数金属（如铜等）氧化成高价态金属的硝酸盐，浓硝酸生成NO2，稀硝酸生成NO。

（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）王水是浓硝酸和浓盐酸按体积比1∶3的混合物，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。

（4）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。

3.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；锌与硫酸反应：

稀硫酸生成氢气，浓硫酸则生成二氧化硫，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。

4.在下列反应中，HNO3既表现出氧化性，又表现出酸性的是（　　）

A.H2S＋2HNO3===S↓＋2NO2↑＋2H2O

B.CuO＋2HNO3===Cu（NO3）2＋H2O

C.4HNO3

4NO2↑＋O2↑＋2H2O

D.3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

答案　D

解析　A中HNO3只表现氧化性；B中HNO3只表现酸性；C中HNO3既表现氧化性，又表现还原性；D中HNO3既表现氧化性，又表现酸性。

1.关于浓硫酸与Cu反应的叙述正确的是（　　）

A.在反应中，浓硫酸只表现出氧化性

B.该反应中还原剂与氧化剂物质的量之比为1∶2

C.在反应中，浓硫酸既表现出氧化性，又表现出酸性

D.每1mol铜参加反应就有2mol浓硫酸被还原，同时生成2molSO2

答案　C

解析　该反应的化学方程式为Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O，分析反应前后元素化合价的变化可知，浓硫酸既表现出氧化性，又表现出酸性，该反应为氧化还原反应，在该反应中，每2molH2SO4参加反应只有1molH2SO4被还原，因此还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶1。

2.下列关于硝酸说法正确的是（　　）

A.硝酸与金属反应，主要是＋5价氮得电子

B.与金属反应时，稀硝酸可能被还原为更低价态，则稀硝酸氧化性强于浓硝酸

C.硝酸电离出H＋离子，能被Zn、Fe等金属还原成H2

D.常温下，向浓HNO3中投入Fe片，会产生大量红棕色气体

答案　A

解析　硝酸与金属反应，主要是＋5价氮得电子，生成氮的低价化合物，一般不生成氢气；浓HNO3比稀HNO3氧化性强，根据Cu与浓HNO3和稀HNO3的反应剧烈程度可以证明；常温下铁遇到浓硝酸发生钝化，不会生成大量红棕色气体。

3.下列对于硝酸的认识，不正确的是（　　）

A.浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性

B.铜与硝酸的反应属于置换反应

C.金属与硝酸反应不能制取氢气

D.可用铁或铝制容器盛装冷的浓硝酸

答案　B

解析　硝酸是氧化性酸，且浓硝酸的氧化性强于稀硝酸，A正确；铜与浓、稀硝酸反应的还原产物分别是NO2和NO，没有单质生成，故不属于置换反应，B错误；硝酸是氧化性酸，金属与硝酸反应均不产生H2，而生成水，C正确；铁或铝遇冷浓硝酸钝化，故可用铁或铝制容器盛装冷的浓硝酸，D正确。

4.各取0.1molCu分别投入足量的下列酸中（必要时可加热）：

①浓硫酸、②浓硝酸、③稀硫酸、④稀硝酸，充分反应后在相同条件下得到的气体体积由大到小的顺序是（　　）

A.②>④>①>③B.②>①>④>③

C.①>②>④>③D.③>④>①>②

答案　B

解析　由于Cu的物质的量一定，则与足量的不同酸反应时失电子总量相等。

产生1mol气体得电子数：

浓硫酸→SO2,2mol电子；浓硝酸→NO2,1mol电子；Cu与稀硫酸不反应；稀硝酸→NO,3mol电子，则产生气体体积由大到小的顺序为②>①>④>③。

5.某课外活动小组的同学，在实验室做锌与浓硫酸反应的实验中，甲同学认为产生的气体是二氧化硫，而乙同学认为除二氧化硫气体外，还可能产生氢气。

为了验证甲、乙两位同学的判断是否正确，丙同学设计了如图所示实验装置（锌与浓硫酸共热时产生的气体为X，且该装置略去），试回答下列问题：

（1）上述反应中生成二氧化硫的化学方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）乙同学认为还可能产生氢气的理由是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）丙同学在安装好装置后，必须首先进行的一步操作是

________________________________________________________________________。

（4）A中加入的试剂可能是________，作用是

________________________________________________________________________；

B中加入的试剂可能是________，作用是

________________________________________________________________________；

E中加入的试剂可能是________，作用是

________________________________________________________________________。

（5）可以证明气体X中含有氢气的实验现象是

C中：

________________________，D中：

________________________________________________________________________。

如果去掉装置B，还能否根据D中的现象判断气体X中有氢气？

________（填“能”或“不能”），原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）Zn＋2H2SO4（浓）

ZnSO4＋SO2↑＋2H2O

（2）当Zn与浓H2SO4反应时，浓H2SO4浓度逐渐变稀，Zn与稀H2SO4反应可产生H2

（3）检查装置的气密性

（4）品红溶液　检验SO2　浓H2SO4　吸收水蒸气　碱石灰

防止空气中水蒸气进入D中

（5）黑色（CuO）变成红色（Cu）　白色粉末变成蓝色　不能　因为混合气体中含H2O，会干扰H2的检验

解析　本题对Zn与浓H2SO4反应的产物进行两种推测，而后设计装置进行验证。

设计时既要验证有无SO2生成，又要验证有无H2生成。

验证SO2，可用品红溶液，验证H2可利用它的还原性，在加热条件下让气体通过CuO，再通过无水硫酸铜，同时必须注意验证H2时，应考虑空气中的水蒸气和从洗气装置中带出的水蒸气对氢气检验的干扰。

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　0.015　（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。

40分钟课时作业

[经典基础题]

题组一　硫酸的性质

1.区别浓硫酸和稀硫酸，既简单又可靠的方法是（　　）

A.与铜片反应

B.与石蕊溶液反应

C.用玻璃棒各蘸少许涂在纸上

D.加入锌片看是否有气体生成

答案　C

解析　浓硫酸具有脱水性，涂在纸上，使其变黑色，稀硫酸涂在纸上无明显变化。

2.下列关于浓硫酸的叙述正确的是（　　）

A.浓硫酸具有吸水性，因而能使蔗糖炭化

B.浓硫酸在常温下可迅速与铜片反应放出二氧化硫气体

C.浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氨气、氢气等气体

D.浓硫酸在常温下能够使铁、铝等金属钝化

答案　D

解析　蔗糖炭化的原因是浓H2SO4具有脱水性；浓硫酸与铜反应时需要加热；浓硫酸不能干燥氨气，可与NH3反应。

3.下列现象和用途中，浓硫酸表现脱水性的是（　　）

A.实验室制取氯气时浓硫酸作干燥剂

B.浓硫酸加到蔗糖中，蔗糖变黑

C.浓硫酸加到胆矾上，蓝色晶体变为白色粉末

D.浓硫酸在常温下使Fe、Al钝化

答案　B

解析　区别浓硫酸的脱水性和吸水性，要看原物质中是否有水分子。

一般来说，脱水性是对有机物质而言，其中的氢、氧两种元素按原子个数比2∶1即以H2O的形式脱去，无机物质失水一般为吸水性，如CuSO4·5H2O失去结晶水，C不正确；A中浓硫酸表现吸水性；D中浓硫酸表现强氧化性；只有B中浓硫酸表现脱水性。

4.用下图所示实验装置（夹持仪器已略去）探究铜丝与过量浓硫酸的反应。

下列实验不合理的是（　　）

A.上下移动①中铜丝可控制SO2的量

B.②中选用品红溶液验证SO2的生成

C.③中选用NaOH溶液吸收多余的SO2

D.为确认CuSO4生成，向①中加水，观察颜色

答案　D

解析　因为①中含有大量浓硫酸，所以应该冷却后把①中上层溶液慢慢倒入盛有水的烧杯中，D错误。

5.下列对浓硫酸的叙述正确的是（　　）

A.常温下，浓硫酸与铁、铝不反应，所以铁质、铝质容器能盛放浓硫酸

B.浓硫酸具有强氧化性，SO2、H2、CO具有还原性，故浓硫酸不能干燥SO2、H2、CO

C.浓硫酸和铜片加热既表现出酸性，又表现出氧化性

D.浓硫酸与亚硫酸钠反应制取SO2时，浓硫酸表现出强氧化性

答案　C

解析　常温下，浓硫酸与Fe、Al发生“钝化”属于化学变化，A项不正确；浓H2SO4与SO2、H2、CO不反应，可以作干燥剂，B项不正确；铜与浓硫酸在加热条件下发生反应，部分H2SO4被还原生成SO2，起氧化剂的作用，还有一部分H2SO4生成CuSO4，起酸的作用，C项正确；实验室中用浓硫酸与固体亚硫酸钠反应来制取二氧化硫，在两种反应物中硫元素处于相邻价态，根据氧化还原反应规律知，它们之间是不可能发生氧化还原反应的，应为复分解反应，其原理是用难挥发性酸制易挥发性酸，强酸制弱酸，因而在此反应中浓硫酸体现的是难挥发性和酸性，D项不正确。

题组二　硝酸的性质

6.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.③④

C.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。

7.下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是（　　）

选项

实验操作

现象

解释或结论

A

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＋

B

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

C

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

D

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

答案　B

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。

8.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在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。

题组三　硝酸与金属反应的计算

9.38.4mg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　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。

或者根据氮原子守恒求解如下：

n（Cu）＝n[Cu（NO3）2]＝

＝6×10－4mol

n（NO、NO2）＝

＝1×10－3mol

则反应消耗的HNO3为2×6×10－4mol＋1×10－3mol＝2.2×10－3mol，C项正确。

10.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，因Zn无剩余，则最终生成了2molZn（NO3）2，显然含有4molNO

，这部分是没有参与氧化还原反应的HNO3；HNO3―→N2O过程中N元素的化合价＋5价―→＋1价，根据得失电子守恒有：

2×n（Zn）＝n（HNO3）×4，则n（HNO3）＝1mol，即有1molHNO3被还原。

11.用以下三种途径来制取相同质量的硝酸铜：

甲：

铜与浓硝酸反应　乙：

铜与稀硝酸反应　丙：

铜先跟氧气反应生成氧化铜，氧化铜再跟稀硝酸反应。

以下叙述中正确的是（