苏教版 (2019)必修 第二册第二单元 重要的含氮化工原料第2课时导学案

第2课时　硝酸

新课程标准

1．掌握浓、稀硝酸的强氧化性，了解硝酸的用途。

2．比较浓、稀硝酸性质的差异，认识浓度对反应产物的影响。

学业质量水平

合格性要求

1.能运用化学变化的知识说明硝酸的化学性质。(水平1)

2．通过对实验现象的观察、分析、推理，培养学生的实验能力，观察能力，思维能力，提高学生化学素养。(水平2)

等级性要求

能依据实验目的，设计创新优化实验方案对硝酸相关性质进行探讨。(水平3)

图说考点

基础知识——自学·思记·尝试

[新知预习]

一、硝酸

1．物理性质

纯硝酸为________色、有________气味的液体，沸点________，________挥发，在空气中呈“白雾”状，质量分数95%以上的浓硝酸称为“________硝酸”。

2．化学性质

(1)强酸性

硝酸是具有________的一元强酸，在水中的电离方程式为________________________________，具有酸的通性，但硝酸与金属反应一般________H2。

(2)强氧化性

(3)不稳定性

①化学方程式：____________________________________。

②实验室中浓硝酸显黄色是浓硝酸分解生成的____又溶于硝酸所致。硝酸应保存在棕色试剂瓶中，放在低温避光处。

3．硝酸的用途：氮肥、燃料、塑料、炸药、硝酸盐等。

【学而思】

(1)(思维升华)如何证明Cu与稀HNO3反应收集的气体是NO？(宏观辨识与微观探析)

(2)(知识关联)将稀硝酸和浓硝酸分别作用于紫色石蕊溶液，现象是否相同？为什么？(变化观念与平衡思想)

(3)根据教材“铜与稀硝酸反应的方程式”，分析硝酸表现酸性的与被还原的物质的量之比是多少？(科学探究与创新意识)

二、氮及其化合物的转化

1．氮及其化合物的转化关系：

2．工业生产硝酸的三个方程式：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________；

③________________________________________________________________________。

【学而思】

(1)教材中氮及其化合物的变化关系如下图所示：

在反应③中，NO2作氧化剂，H2O作还原剂，这句话是否正确？

(2)(思维升华)N2→NH3→NH4Cl(aq)，物质间转化能否实现？

(3)(知识关联)NH3的转化过程如图所示。

若工业生产中氨气仅按Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ的顺序完全转化为硝酸，现有标准状况下224 L氨气，生成NH4NO3的质量是多少？

[即时自测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

(1)过量的铜与浓硝酸反应有NO生成。(　　)

(2)浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色。(　　)

(3)稀硝酸与锌反应可放出氢气。(　　)

(4)常温下铁与浓硝酸反应，产生大量红棕色气体。(　　)

(5)在常温下，浓硫酸和浓硝酸与Fe和Al发生“钝化”，说明常温下浓H2SO4和浓HNO3与Fe和Al都不反应。(　　)

2．硝酸被称为“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是(　　)

A．浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色——酸性和强氧化性

B．不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性

C．要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性

D．能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去——强氧化性

3．将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是(　　)

A．反应剧烈程度：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

4．关于硝酸的说法中正确的是(　　)

A．Cu可以溶解在稀硝酸中并生成H2

B．浓硝酸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，向浓硝酸中投入铁片，会产生大量的红棕色气体

5．如图表示A、B、C、D、E五种含氮物质相互转化的关系图。其中A、B、C、D常温下都是气体，B为红棕色，写出A、B、C、D、E的化学式和各步反应的化学方程式。

(1)写出各物质的化学式：

A____________、B____________、C______________、D______________、E____________。

(2)写出各步反应的化学方程式：

①A→C___________________________________________________________________。

②D→C___________________________________________________________________。

③B→E___________________________________________________________________。

④C→B___________________________________________________________________。

技能素养——合作·探究·分享

例1 下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是(　　)

例2 某化学小组为了探究铜与硝酸反应的情况，做了以下探究实验。按如图进行反应：

(1)开始反应会出现的现象有哪些？写出反应的化学方程式。

(2)若铜有剩余，反应将要结束时发生反应的化学方程式是什么？

(3)待反应停止后，再加入少量质量分数为25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，为什么？

(4)若将12.8 g铜跟一定量的浓硝酸反应，铜消耗完时，共产生气体5.6 L(标准状况)，消耗的硝酸的物质的量是多少？

例3 氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。下图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程示意图。

(1)合成塔中发生反应的化学方程式为______________________。

(2)单质X的化学式是________，吸收塔中X的作用是____________________。

(3)工业上为了储运浓硝酸，最好选择________(填字母)作为罐体材料。

A．铜     B．铂

C．铝     D．镁

(4)为避免硝酸生产尾气中的氮氧化物污染环境，工业上常用Na2CO3溶液吸收尾气，发生的反应为NO＋NO2＋Na2CO3===2NaNO2＋CO2、2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2，将标准状况下44.8 L仅含NO和NO2混合气体的尾气通入Na2CO3溶液中，尾气被完全吸收，则消耗的Na2CO3的物质的量为________mol。

关键能力　归纳提升

一、Cu与浓稀硝酸的实验

硝酸的性质

二、硝酸的强氧化性

硝酸的强氧化性

HNO3中的＋5价氮元素具有很强的得电子能力。硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。

(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－、等均能被HNO3氧化。

状元随笔　含的溶液中离子共存问题

在中性或碱性的稀溶液中不表现氧化性，但当水溶液中有大量H＋存在时表现出强氧化性，如存在H＋、的溶液中不能大量存在Fe2＋、S2－、I－、、Br－等还原性离子。

三、硝酸与金属反应计算

1．四个守恒

(1)得失电子守恒：金属失电子的物质的量＝n(NO2)＋3n(NO)。

(2)氮原子守恒：n(HNO3)总＝n(HNO3)余＋xn[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)。

(3)电荷守恒：反应后溶液中)＝c(H＋)＋x·c(Mx＋)。

(4)若向反应后溶液中加入NaOH溶液恰好使Mx＋沉淀完全，此时溶质为NaNO3，则存在n(Na＋)＝)＝n(HNO3)总－n(NO)－n(NO2)。

2．一个关系

起酸性作用的HNO3的物质的量是与HNO3反应的金属物质的量和金属所带电荷数的乘积，可表示为n(HNO3)酸性＝xn(Mx＋)，即反应中转移的电子的物质的量。

3．一个技巧

利用离子方程式计算，如果是HNO3和H2SO4混合液跟金属反应，当金属足量时，不能用化学方程式计算，应用离子方程式===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O计算，因为的可借助H2SO4提供的H＋继续与金属反应。

课堂检测——夯实·测控·演练

1.公元八世纪，阿拉伯炼金术士贾比尔·伊本·哈扬在干馏硝石的时候发现并制得了硝酸，这是人类关于硝酸最早的记录。

下列关于硝酸的叙述正确的是(　　)

A．NO2溶于水生成硝酸，所以NO2是酸性氧化物

B．硝酸可与活泼金属反应生成盐和氢气

C．浓硝酸见光或受热易分解，必须保存在棕色瓶中

D．硝酸与铜的反应只表现出氧化性

2．已知3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，则下列说法不正确的是(　　)

A．Cu作还原剂，HNO3作氧化剂

B．HNO3在该反应中只有部分表现出了氧化性

C．每生成22.4 L(标准状况)NO就有3 mol的电子转移

D．如果有8 mol HNO3被还原，则生成了2 mol NO

3．向Fe(NO3)2溶液中滴加稀盐酸，观察到的现象是(　　)

A．溶液由浅绿色变为黄色

B．溶液中产生红棕色气体

C．溶液中产生红褐色气体

D．无任何现象

4．一定质量的铜分别与足量的稀硝酸或浓硝酸完全反应，在相同条件下，用排水集气法收集产生的气体(假设产物气体只可能是NO或NO2)。下列叙述一定正确的是(　　)

A.硝酸浓度越大，消耗的硝酸越少

B．硝酸浓度不同，生成的Cu(NO3)2的物质的量不同

C．硝酸浓度越大，产生的气体越少

D．用排水集气法收集到的气体在相同状况下体积相同

5．已知在稀硝酸中加入铝粉不产生氢气。某无色溶液加入铝粉能放出氢气，则其中可能大量存在的是(　　)

A．Ca2＋、、、Na＋

B．Na＋、Ba2＋、Mg2＋、

C．、Cu2＋、K＋、Cl－

D．、K＋、、OH－

6．3.2 g铜与过量硝酸(8 mol·L－1，30 mL)充分反应，硝酸的还原产物为NO2和NO，反应后溶液中含a mol H＋，则此时溶液中所含的物质的量为(　　)

A．(0.2＋a)mol     B．(0.1＋a)mol

C．(0.05＋a)mol     D．a mol

7．下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是(　　)

A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体

B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应

C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物

D．③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应

8．某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的是NO气体，设计了如下实验。实验装置如图所示(已知NO、NO2能与NaOH溶液反应)。

(1)设计装置A的目的是___________________________________________________

________________________________________________________________________，

为达此目的应进行的操作是________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)完成(1)中的操作后将装置B中铜丝插入稀硝酸，并微热之，观察到装置B中的现象是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

B中反应的离子方程式是__________________________________________________。

(3)将注射器F中的空气推入E中，E中的气体变为红棕色，该实验的目的是________________________________。

(4)D装置的作用是________________________________。

9．两会期间全国人大代表就关于对危废实施负面清单管理，加强金属元素资源综合利用，实现高质量发展提出了自己的看法。工业上用废铜屑作原料制备硝酸铜，有以下三种方法：

①将铜溶于硝酸中；

②先将铜与O2反应生成CuO，再溶于硝酸中；

③将铜溶于N2O4的乙酸乙酯(溶剂，不参加反应)溶液中生成硝酸铜和一氧化氮。

(1)上述三种方法中，哪种方法是最经济和环保的？

(2)方法①中，若从经济和环保的角度考虑，用稀硝酸和浓硝酸哪个更好？

(3)方法③中N2O4起什么作用？

10．将7.68 g铜与50 mL一定浓度的硝酸恰好完全反应，产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为4.48 L。(已知Cu的相对原子质量为64)

请回答：

(1)NO的体积为________L，NO2的体积为______L(标准状况下)。

(2)被还原的硝酸的物质的量是________mol。

(3)硝酸的物质的量浓度是________mol·L－1。

第2课时　硝酸

基础知识

新知预习

一、

1．无　刺激性　低　易　发烟

2．(1)挥发性　===　不产生　(2)金、铂　铁、铝　Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　

3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　

C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O　浓硝酸　浓盐酸　金、铂

(3)4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑　NO2

学而思

提示：(1)向其中通入少量O2(或空气)，气体颜色由无色变为红棕色，说明收集的气体是NO。

(2)不相同，稀硝酸使石蕊溶液只变红不褪色；浓硝酸比稀硝酸氧化性更强，使石蕊溶液先变红后褪色。

(3)3∶1。根据3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O得，8 mol HNO3(稀)参加反应，只有2 mol被还原。

二、

2．①4NH3＋5O24NO＋6H2O

②2NO＋O2===2NO2

③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

学而思

提示：(1)不正确。在反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO中，NO2既作氧化剂又作还原剂。

(2)能。

(3)400 g。224 L氨气是10 mol，根据氮元素守恒，生成NH4NO3是5 mol，NH4NO3的质量是5 mol×80 g·mol－1＝400 g。

即时自测

1．答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　

2．解析：浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红，表现出酸性，后褪色，表现出强氧化性，A正确。不能用稀硝酸与锌反应制氢气，因为硝酸具有强氧化性，被锌还原生成氮氧化物等，而不生成氢气，B正确。要用棕色瓶盛装浓硝酸，因为浓硝酸具有不稳定性，见光易分解，C正确。能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去，可能是硝酸表现出强氧化性，将酚酞氧化而褪色；也可能是硝酸表现出酸性，中和了氢氧化钠的碱性，酚酞在中性溶液中呈无色，D错误。

答案：D

3．解析：相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应时，浓硝酸参与的反应更剧烈，A错；铜和浓硝酸、稀硝酸反应的方程式分别为①4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，②8HNO3(稀)＋3Cu===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。①产生红棕色气体，②产生无色气体，C错误；由于参加反应的铜的质量相同，且两反应中还原剂都是铜，反应后铜的价态又相同，所以反应中转移的电子总数相等，D错误；1 mol Cu和稀硝酸反应消耗mol硝酸，同质量的铜和过量浓硝酸、稀硝酸反应时，消耗的浓硝酸多，B正确。

答案：B

4．答案：C

5．解析：本题的突破口是B为红棕色气体，B是NO2，C与O2能生成气体B，故C为NO。E在常温下不是气体，故E为HNO3，由图转化关系进一步分析知A为N2，D为NH3。

答案：(1)N2　NO2　NO　NH3　HNO3

(2)①N2＋O22NO

②4NH3＋5O24NO＋6H2O

③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

④2NO＋O2===2NO2

技能素养

例1　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。

答案：B

例2　答案：(1)Cu片逐渐溶解，溶液逐渐变蓝，有红棕色气体逸出，Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。

(2)随着反应的进行，硝酸浓度不断减小，故反应后阶段发生的是铜与稀硝酸的反应，3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。

(3)加入稀硫酸后，H＋与原溶液中的构成强氧化性的环境，又能与过量的Cu反应，反应的离子方程式为===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。

(4)n(NOx)＝＝0.25 mol，故根据氮原子守恒可知，消耗n(HNO3)＝2n(Cu)＋n(NOx)＝2×＋0.25 mol＝0.65 mol。

例3　解析：(1)氮气和氢气在合成塔中生成氨气，反应的化学方程式为3H2＋N22NH3。(2)氧化炉中氨气催化氧化得到一氧化氮，吸收塔中一氧化氮被氧气氧化为二氧化氮，二氧化氮和水反应可以得到硝酸，则X为氧气，吸收塔中氧气的作用是将氮氧化物充分氧化为HNO3。(3)硝酸具有强氧化性，能氧化除金、铂以外的大多数金属，常温下，铁、铝在浓硝酸中钝化而阻止进一步被氧化，由于铂是贵重金属，所以工业上为了储运浓硝酸最好选择铝作为罐体材料。(4)标准状况下，44.8 L NO和NO2混合气体的物质的量为＝2 mol，由N原子个数守恒可知，NaNO2和NaNO3的物质的量之和为2 mol，由Na原子个数守恒可知，消耗Na2CO3的物质的量为2 mol×＝1 mol。

答案：(1)3H2＋N22NH3　(2)O2　将氮氧化物充分氧化为HNO3　(3)C　(4)1

课堂检测

1．答案：C

2．答案：D

3．答案：A

4．解析：一定质量的铜分别与足量的稀硝酸和浓硝酸完全反应，发生3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O、Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，等量的Cu与酸反应，浓硝酸消耗得多，A错误；等量的Cu与酸反应，由铜原子守恒可知生成Cu(NO3)2的物质的量相同，B错误；等量的Cu与酸反应，浓硝酸反应生成气体多，C错误；因3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，最终收集到的气体均为NO，由得失电子守恒可知，收集到NO的体积相等，D正确。

答案：D

5．解析：加入铝粉能放出氢气的溶液为酸性溶液或强碱性溶液。A项，Ca2＋与不能大量共存；B项在酸性或强碱性条件下都不能大量存在；C项，溶液无色，Cu2＋不能大量存在；D项，在强碱性条件下能大量共存。

答案：D

6．答案：B

7．解析：A对，实验①中的碎玻璃不与浓硝酸反应，但仍有红棕色气体产生，说明浓硝酸受热分解产生了NO2，结合氧化还原反应规律，一定还同时生成了O2。B对，对比实验②和③，红棕色气体的产生可能是由于红热的木炭与浓HNO3发生反应生成NO2，也可能是浓HNO3受热分解产生NO2。C对，实验③中，无论NO2是浓HNO3分解产生的，还是浓HNO3与木炭反应产生的，红棕色气体NO2均为还原产物。D错，CO2可能是红热的木炭与空气中的氧气反应生成的。

答案：D

8．解析：由实验装置及流程可知，A中发生硝酸与碳酸钙的反应生成二氧化碳，因烧瓶中有空气，则B中生成的NO能与氧气反应生成二氧化氮，利用装置A反应生成的二氧化碳气体赶尽装置中的空气，避免对一氧化氮气体的观察产生干扰；B中发生Cu与硝酸反应，生成NO、硝酸铜 、水，E中收集到无色气体NO，利用F充入空气，可检验NO的生成；C装置可检验二氧化碳充满B、E装置；D装置为尾气处理装置，可吸收氮的氧化物，防止污染空气。

答案：(1)利用生成的CO2将整套装置内的空气赶尽，以排除对气体产物的观察产生干扰　使分液漏斗的凹槽对准小孔，打开K，当装置C中产生白色沉淀时，关闭K

(2)铜丝上产生气泡，稀硝酸液面上方气体仍无色，溶液变为蓝色　===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O

(3)验证E中的无色气体为NO

(4)吸收NO、NO2等尾气，防止污染空气

9．答案：(1)方法②不生成污染性气体且HNO3全部转化为Cu(NO3)2最经济和环保。①、③都生成污染性气体。

(2)方法①中，制取同样的硝酸铜，用稀硝酸比用浓硝酸耗酸量少。

(3)方法③中N2O4既是氧化剂又是还原剂。

10．解析：n(Cu)＝＝0.12 mol

n(NO)＋n(NO2)＝＝0.2 mol

(1)设n(NO2)＝x mol，则n(NO)＝(0.2－x)mol

Cu2NO2↑　　　　3Cu2NO↑

mol　　　x mol　　　(0.2－x)mol　  (0.2－x)mol

则(0.2－x)＝0.12，解得x＝0.18

则V(NO2)＝0.18 mol×22.4 L·mol－1＝4.032 L

V(NO)＝(0.2－0.18)mol×22.4 L·mol－1＝0.448 L。

(2)HNO3被还原生成NO和NO2，故被还原的n(HNO3)＝n(NO2)＋n(NO)＝0.2 mol。

(3)参加反应的故n(HNO3)＝2n(Cu)＋[n(NO)＋n(NO2)]＝2×0.12 mol＋0.2 mol＝0.44 mol，

则c(HNO3)＝＝＝8.8 mol·L－1。

答案：(1)0.448　4.032　(2)0.2　(3)8.8