【最新版】初中升高高中化学衔接课程讲义专题25 硝酸的氧化性

【知识回放】

1．浓硝酸与浓盐酸长时间敞口放置在空气中，浓度如何变化？[来源:学科网ZXXK]

2．氨是工业上制备硝酸的原料，其反应原理如下：“ NH3NONO2HNO3”，请完成这三个方程式。

【答案】

【新知精讲】

一、硝酸

1.酸性

硝酸是一元强酸,具有酸的通性,但硝酸与金属反应一般不产生H2。

2.强氧化性

(1)与金属的反应。

浓硝酸与Cu反应的化学方程式为:

4HNO3(浓)+Cu===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。

稀硝酸与Cu反应的化学方程式为:

8HNO3(稀)+3Cu===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。

(2)与非金属反应。

浓硝酸与木炭加热时的反应方程式为:

C+4HNO3(浓) 2H2O+4NO2↑+CO2↑。

(3)常温下,冷的浓硝酸能使铁、铝钝化。

(4)王水是浓硝酸和浓盐酸的混合物,体积比为1∶3,能使不溶于硝酸的金、铂等溶解。

3.不稳定性[来源:Zxxk.Com]

浓硝酸在受热或光照条件下易分解,反应方程式为4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O,生成的NO2又溶于硝酸,使硝酸常显黄色。

二、硫酸和硝酸的用途

1.硫酸和硝酸都是重要的化工原料,也是化学实验室里必备的重要试剂。二者在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等。

2.硫酸还用于精炼石油、金属加工前的酸洗及制取各种挥发性酸、作干燥剂等。

【科学探究】

探究一 硝酸的性质

问题导引[来源:Z§xx§k.Com]

1.在金属与硝酸的反应中,硝酸表现了哪些性质?与非金属反应呢?

2.浓硝酸可用铁或铝制容器贮存,故常温时浓硝酸与铁、铝不反应。对吗?

提示：不对。常温下,浓硝酸与铁、铝接触时,能使金属表面生成一层致密的氧化物薄膜,阻止内部金属与酸的继续反应,该过程发生了氧化还原反应,表现了浓硝酸的强氧化性。 学￥科网

探究二 守恒法在硝酸与金属反应计算中的应用

问题导引

1.m g Cu与足量的一定浓度的硝酸充分反应,生成V L NO、NO2混合气体(标准状况下),则参加反应的HNO3的物质的量是多少?

提示：被还原的硝酸无论生成NO还是NO2,均存在气体物质的量与被还原的HNO3的物质的量相等;未被还原(起酸性作用)的硝酸等于Cu(NO3)2物质的量的2倍,故参加反应的硝酸的物质的量为()mol。

2.少量的Fe与足量稀硝酸反应,Fe被氧化为+2价还是+3价?试写出化学方程式。

提示：+3价。硝酸的氧化性较强,可将Fe2+氧化为Fe3+,故少量的Fe与足量稀硝酸反应,Fe被氧化为+3价,化学方程式为Fe(少量)+4HNO3(稀) ===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O。

【重点突破】

1.硝酸的强氧化性

(1)本质:

HNO3具有强氧化性,是因为HNO3中+5价氮元素具有很强的得电子能力。

(2)表现:

①浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红,后褪色。

②金属与硝酸反应一般不生成H2,与具有还原性的碱[如Fe(OH)2]、碱性氧化物(如FeO)、盐(如Na2SO3)反应时,HNO3不仅表现酸的通性,还能将其氧化;在这些反应中,浓硝酸一般被还原为NO2,稀硝酸一般被还原为NO。

③浓硝酸与Cu反应时,若Cu过量,反应开始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。

④NO3-在中性和碱性溶液中不表现强氧化性,但在酸性溶液中表现强氧化性,与I-、Fe2+、SO32-等不能共存。

(3)规律:

①温度越高,硝酸浓度越大,其氧化性越强。

②与硝酸反应时,元素一般被氧化成最高价态。

2.硝酸在化学反应中表现性质的判断

HNO3既具有强酸性,又具有强氧化性,因此在化学反应中可表现氧化性或酸性,也可同时表现氧化性和酸性。

(1)若HNO3在生成物中以盐的形式存在,反应前后氮元素化合价不变,则只表现酸性。

(2)若HNO3在化学反应中全部被还原,生成物中无硝酸盐,则只表现氧化性。

(3)若HNO3在反应中氮元素化合价一部分降低生成NOx、N2或NH4+,同时生成硝酸盐,则HNO3既表现氧化性,同时又表现了酸性。

3.硝酸与金属反应的计算方法

(1)电子守恒:硝酸与金属反应属于氧化还原反应,氮原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。生成1 mol NO2、NO、N2O、N2、NH4NO3分别得到1 mol、3 mol、8 mol、10 mol、8 mol电子。[来源:Zxxk.Com]

(2)原子守恒:HNO3与金属反应时,一部分以NO3-的形式存在,一部分转化为还原产物,这两部分中氮元素的物质的量之和与反应消耗的HNO3中氮元素的物质的量相等。

(3)利用离子方程式计算:HNO3与H2SO4的混合溶液与金属的反应,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,H+的物质的量为H2SO4和HNO3中的H+的物质的量之和。

(4)如果金属被HNO3溶解后,产生的NOx气体(NO2、NO)与O2充分混合后又用H2O恰好完全吸收,则金属失去的电子数等于消耗的O2得到的电子数。

(5)如果金属被HNO3溶解后,再向溶液中滴加NaOH溶液使金属阳离子恰好完全沉淀,则金属失去电子的物质的量等于HNO3得到电子的物质的量,也等于生成氢氧化物时消耗的OH-的物质的量,因此,m(沉淀)=m(金属)+m(OH-)=m(金属)+n(e-)×17 g·mol-1[因为MMn+,Mn+M(OH)n]。

【典例探究】

典例1

下列各反应表明了HNO3的什么性质?

①NaNO3(s)+H2SO4(浓)NaHSO4+HNO3↑　　。 

②3Cu+8HNO3(稀) ===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 。 

③C+4HNO3(浓) 4NO2↑+CO2↑+2H2O　　。 

④Na2CO3+2HNO3===2NaNO3+CO2↑+H2O　　。 

⑤4HNO32H2O+4NO2↑+O2↑　　　　　。 

【答案】①挥发性　②强氧化性、酸性　③强氧化性④强酸性　⑤不稳定性

变式训练1-1(双选)

下列各组反应中,硝酸既表现了强氧化性,又表现了酸性的是(　　)

A.C+HNO3 B.H2S+HNO3

C.Fe(OH)2+HNO3 D.Cu+HNO3

【答案】CD

【解析】C、H2S与硝酸反应时,硝酸只表现强氧化性;Fe(OH)2与硝酸反应时,二价铁被氧化成Fe(NO3)3,而硝酸同时被还原,Cu与硝酸反应生成Cu(NO3)2及氮的还原产物,硝酸既表现了强氧化性,又表现了酸性。

变式训练1-2

欲迅速除去水壶底的水垢,又不损坏铝壶,最好选用（    ） (　　)

A.浓盐酸 B.稀硝酸

C.冷的浓硫酸 D.冷的浓硝酸

【答案】D

【解析】选项中冷的浓硝酸能使铝钝化,不会损坏铝壶,同时硝酸可与水垢中的CaCO3、Mg(OH)2反应以迅速除去水垢。 学#科网

变式训练1-3.

下列反应中硝酸既能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)2

C.与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3

D.与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2

【答案】B

变式训练1-4

将红热的固体单质甲放入显黄色的乙的浓溶液中,剧烈反应产生混合气体A,A在常温下不与空气作用,有如下变化关系: (1)推导出各物质的化学式:甲　　　　,乙　　　　丙　　　　,A　　　　,B　　　　,C　　　　,D　　　　。 

(2)写出甲与乙的浓溶液反应的化学方程式: 　  。 

【答案】(1)C　HNO3　Cu

CO2、NO2　   NO　CaCO3　Cu(NO3)2

(2)C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O

【解析】根据蓝色溶液D,判断单质丙是Cu,结合红热的固体单质甲放入显黄色的乙的浓溶液中,剧烈反应产生混合气体A,判断为单质碳和浓硝酸的反应,生成混合气体A:CO2和NO2。

典例2

将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应,铜完全溶解,产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2 L。请回答:

(1)NO的体积为　　　　 L,NO2的体积为L。 

(2)待产生的气体全部逸出后,向溶液中加入V mL a mol·L-1的NaOH溶液,恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀,则原HNO3溶液的浓度为　　　　 mol·L-1。 

(3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3,至少需要30%的H2O2溶液　　　　 g。 

【答案】(1)5.824　5.376　(2) 　

(3)57.8

变式训练2[来源:学科网]

在100 mL混合液中,HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4 mol·L-1和0.1 mol·L-1,向该混合液中加入1.92 g铜粉,加热充分反应后,所得溶液中Cu2+的物质的量浓度是(　　)

A.0.15 mol·L-1 B.0.225 mol·L-1

C.0.35 mol·L-1 D.0.45 mol·L-1

【答案】B

【解析】由于本题溶液中存在HNO3、H2SO4,所以c(H+)>c(NO3-),而在Cu与HNO3反应中可知,实际参加反应的n(H+)∶n(NO3-)=8∶3,所以要依据离子方程式来计算。 学%科网