高中化学必修2 课时5.2.3 硝酸及硝酸与金属反应的计算高一化学精品讲义

这是一份高中化学必修2 课时5.2.3 硝酸及硝酸与金属反应的计算高一化学精品讲义，共12页。
硝酸及硝酸与金属反应的计算
【学习目标】
1、掌握硝酸的性质和用途，熟悉硝酸的强氧化性
2、掌握硝酸与金属反应计算技巧——电子守恒法、原子守恒法、电荷守恒法
【主干知识梳理】
一、硝酸
1、物理性质
纯硝酸是无色、易挥发(沸点为83℃)、有刺激性气味的液体，常用浓HNO3的质量分数为69%，能跟水以任意比互溶，打开盛浓硝酸的试剂瓶盖，有白雾产生(与浓盐酸相同)。质量分数为98％以上的浓硝酸挥发出来的HNO3蒸气遇空气中的水蒸气形成极微小的硝酸液滴而产生“发烟现象”。因此，质量分数为98％以上的浓硝酸通常叫做“发烟硝酸”
2、化学性质
(1)酸性：属于强酸，溶于水完全电离：HNO3===H+＋NO3－，具有酸的通性，能与碱、碱性氧化物、某些盐反应
CaCO3与HNO3反应：CaCO3＋2HNO3(稀)===Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O (若无稀盐酸可用稀硝酸代替室制CO2)
【微点拨】
①稀硝酸使石蕊试液变红色，浓硝酸使紫色石蕊试液先变红后褪色(酸性和强氧化性)
②硝酸具有酸的一些通性，但硝酸与活泼金属反应时无氢气产生
(2)不稳定性：硝酸见光或受热易发生分解，HNO3越浓，越易分解，温度越高分解越快，光照越强分解越快
4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O
【微点拨】
①实验室中浓硝酸显黄色的原因：浓硝酸分解生成的NO2又溶于硝酸所致。消除黄色的方法是向浓硝酸中通入空气或O2，发生反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
②硝酸一般保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处
(3)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。还原产物一般为：HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3
①硝酸与金属的反应：硝酸与金属反应时，硝酸既表现氧化性又表现酸性
金属与硝酸反应规律

a．除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属
3Ag＋4HNO3(稀)===3AgNO3＋NO↑＋2H2O
b．活泼金属与硝酸反应不生成H2，硝酸的浓度不同，还原产物不同，可能是NO2、N2O、NO、N2、NH4NO3
如：4Mg＋10HNO3(稀)===4Mg (NO3)2＋NH4NO3＋3H2O
c．铜与浓、稀硝酸反应
浓硝酸与铜反应
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
该反应较剧烈，反应过程中有红棕色气体产生，此外，随着反应的进行，硝酸的浓度渐渐变稀，反应产生的气体是NO2、NO等的混合气体
稀硝酸与铜反应
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
该反应较缓慢，反应后溶液显蓝色，反应产生的无色气体遇到空气后变为红棕色(无色的NO被空气氧化为红棕色的NO2)
d．与Fe、Al反应：常温下，浓硝酸能使Fe、A1发生钝化，这是因为浓硝酸将Fe、A1表面氧化，使Fe、A1的表面形成一层致密的氧化物薄膜，阻止了反应的进一步进行。常温下，可用铁或铝制容器盛放浓硝酸，但要注意密封，以防止硝酸挥发变稀后与铁、铝反应。当加热时，加热时可以与Fe、Al发生反应
铁在加热时，与过量的浓硝酸反应：Fe＋6HNO3(浓)Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O
e．铁与稀硝酸反应：先生成Fe(NO3)3，若Fe过量，Fe(NO3)3再与Fe反应生成Fe(NO3)2
Fe(少量)＋4HNO3(稀===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O
3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
f．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
②硝酸与非金属的反应：硝酸与非金属反应时，硝酸只表现出氧化性
金属与非硝酸反应规律
非金属单质＋浓硝酸最高价氧化物或其含氧酸＋NO2↑＋H2O
a．木炭与浓硝酸反应：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
b．硫与浓硝酸反应：S + 6HNO3(浓)H2SO4+6 NO2↑+4H2O
c．红磷与浓硝酸反应：P + 5HNO3(浓)H3PO4+5 NO2↑+H2O
d．白磷与浓硝酸反应：P4 + 20HNO3(浓)4H3PO4+20 NO2↑+4H2O
③硝酸与还原性化合物的反应：硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI(I—)、Fe2＋、FeO等还原性物质
a．稀硝酸与H2S反应的离子方程式：3H2S＋2HNO3(稀)===3S↓＋2NO↑＋4H2O
b．稀硝酸与SO2反应的离子方程式：3SO2＋2NO3－＋2H2O===3SO42－＋2NO↑＋4H＋
c．稀硝酸与Na2SO3反应的离子方程式：3SO32－＋2NO3－＋2H＋===3SO42－＋2NO↑＋H2O
d．稀硝酸与HI反应的离子方程式：6I－＋2NO3－＋8H＋===3I2＋2NO↑＋4H2O
e．稀硝酸与Fe2＋反应的离子方程式：3Fe2+＋NO3－＋4H＋===3Fe3+＋NO↑＋2H2O
f．稀硝酸与FeO反应的离子方程式：3FeO＋NO3－＋10H＋===3Fe3+＋NO↑＋5H2O
④NO3－无氧化性，而当NO3－在酸性溶液中时，则具有强氧化性
a．在Fe(NO3)2溶液中加入盐酸或硫酸，因引入了H＋而使Fe2＋被氧化为Fe3＋
b．过量的Cu与浓硝酸反应，待反应停止后，再加入稀盐酸或硫酸，此时铜片上有无色气体生成，这是因为：加入的稀盐酸或硫酸电离出的H＋与Cu(NO3)2中的NO3－结合具有强氧化性，能使Cu继续溶解
c．铜片与稀硝酸、稀硫酸反应3Cu＋2HNO3＋3H2SO4===3CuSO4＋2NO↑＋4H2O
⑤能氧化并腐蚀某些有机物，如皮肤、衣服、纸张、橡胶等。因此在使用硝酸(尤其是浓硝酸)时要特别小心，万一不慎将浓硝酸弄到皮肤上，应立即用大量水冲洗，再用小苏打或肥皂液洗涤
3、用途：硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料、硝酸盐、氮肥等
4、硝酸的保存方法：硝酸易挥发，见光或受热易分解，具有强氧化性而腐蚀橡胶，因此，实验室保存硝酸时，应将硝酸保存在棕色、细口、磨口玻璃塞的玻璃试剂瓶中，并放置在黑暗且温度较低的地方
5、硝酸的制法
(1)硝酸的实验室制法
原理：NaNO3＋H2SO4(浓)NaHSO4＋HNO3↑ (利用浓H2SO4的高沸点，难挥发性制取挥发性的HNO3)
因HNO3不稳定，加热温度不宜过高；由于硝酸易腐蚀橡胶，因此该反应禁用橡胶塞，所用仪器为曲颈甑
(2)硝酸的工业制法
流程示意图

主要流程
将氨和空气的混合气(氧∶氮≈2∶1)通入灼热(760～840 ℃)的铂铑合金网，在合金网的催化作用下，氨被氧化成一氧化氮(NO)，生成的一氧化氮结合反应后残余的氧气继续被氧化为二氧化氮，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸
各步反应的化学方程式
4NH3＋5O24NO＋6H2O，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
尾气吸收
NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+ H2O，2NO2 + 2NaOH===NaNO2 + NaNO3 + H2O
【对点训练1】
1、下列关于硝酸的叙述正确的是(　　)
A．常温下，浓硝酸可以使金属镁钝化 B．稀硝酸与活泼金属反应主要放出氢气
C．浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂 D．室温下，铜能与浓硝酸反应，不能与稀硝酸反应
2、下列有关浓硝酸的说法中不正确的是(　　)
A．实验室常用浓硝酸与金属锌反应制备氢气 B．常温下浓硝酸能使金属铝钝化
C．浓硝酸不稳定，见光易分解，需要避光保存 D．浓硝酸易挥发，打开瓶塞，瓶口有白雾产生
3、取三张蓝色石蕊试纸湿润后贴在玻璃片上，然后按顺序分别滴加浓硝酸、98.3%的浓硫酸、新制氯水，三张试纸最终变成(　　)
A．白、红、白 B．红、黑、白 C．红、红、红 D．白、黑、白
4、下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是(　　)
A．稀硝酸使紫色石蕊溶液变红——酸性 B．铁与稀硝酸反应不能放出氢气——强氧化性
C．要用棕色试剂瓶盛装浓硝酸——不稳定性 D．氢氧化亚铁固体与稀硝酸混合——仅强酸性
5、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
6、列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(　　)



①
②
③
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
7、有关硝酸性质的叙述中，正确的是(　　)
A．浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色
B．足量Zn与浓HNO3反应最终产生的气体成分中含有H2
C．稀HNO3溶液中Fe3＋、SO、I－、Cl－、Fe2＋可以共存
D．稀HNO3与FeO反应时HNO3既表现氧化性又表现酸性
8、利用如图所示装置进行铜与硝酸反应的实验。

(1)硝酸一般盛放在棕色试剂瓶中，请用化学方程式说明其原因_________________________________
(2)使用稀硝酸进行实验：反应开始后，铜丝逐渐变细，有气泡产生，溶液变蓝
①铜与稀硝酸反应的离子方程式为_________________________________
②实验中观察到试管中的气体略有红棕色，其原因是___________________________(用化学方程式表示)
(3)使用浓硝酸进行实验：反应剧烈进行，铜丝逐渐变细，溶液变绿，试管上方出现红棕色气体
①铜与浓硝酸反应的化学方程式为___________________________________________________
②某同学推测反应后溶液呈绿色的原因是NO2在溶液中达到饱和，NO2的饱和溶液呈黄色，硝酸铜溶液呈蓝色，两者混合后呈绿色。他取少量该绿色溶液，向其中加入适量水后溶液变为蓝色，可能的原因是__________________________________(用化学方程式表示)
二、硝酸与金属反应的计算
1、原子守恒法：HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量
例1、若将12.8g铜跟一定量的浓硝酸反应，铜耗完时，共产生5.6L标准状况下的气体，则所消耗的硝酸的物质的量是________，所得气体的平均相对分子质量为________
例2、38.4克的Cu与适量的浓HNO3反应，铜全部溶解，共收集到22.4L气体，则反应消耗HNO3的物质的量为
________
例3、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，反应后溶液中含有a mol H＋，则此时溶液中所含NO的物质的量为(　　)
A．(0.2＋a)mol　 B．(0.1＋a)mol C．(0.05＋a)mol D．a mol
2、得失电子守恒法：HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量
例4、铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与5.6LO2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。则消耗铜的质量为(　　)
A．16g B．32g C．64g D．无法计算
例5、1.92 g Cu投入到一定量的浓硝酸中，铜完全溶解，生成的气体的颜色越来越浅,共收集到 672 mL 的气体(标准状况下)，将盛有此气体的容器倒扣在水槽中，通入标准状况下一定体积的氧气，恰好使气体完全溶于水，则通入的氧气的体积为(　　)mL
A．168             B．224             C． 336              D．504
例6、把22.4 g铁完全溶解于某浓度的硝酸中，反应只收集到 0.3 mol NO2 和0.2 mol NO。  下列说法正确的是(　)
A．反应后生成的盐只有Fe(NO3)3                                    
B．反应后生成的盐只有Fe(NO3)2
C．产物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物质的量之比为1:3   
D．产物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物质的量之比为3:1
3、离子方程式计算法：金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒
例7、①19.2g Cu与100ml，2mol/L的HNO3反应可产生标准状况下气体 L
②19.2g Cu与100ml，2mol/L的HNO3及100ml、2mol/L H2SO4的混合液反应时，可产生标准状况下气体
mol
例8、有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸，其中H2SO4和HNO3的物质的量浓度分别是4mol·L－1和2mol·L－1，取10mL此混合酸，向其中加入过量的铁粉，待反应结束后，可产生标准状况下的气体的体积为(设反应中HNO3被还原成NO)(　　)
A．0.448L B．0.672L C．0.896L D．0.224L
例9、某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL，平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉，最多能溶解9.6g。向另一份中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析或结果错误的是(　　)

A．原混合酸中NO物质的量为0.1mol
B．OA段产生的是NO，AB段的反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，BC段产生氢气
C．第二份溶液中最终溶质为FeSO4
D．H2SO4浓度为2.5mol·L－1
4、金属与酸再与碱反应：转移的电子的物质的量等于消耗的OH－物质的量
例10、将11.9 g由Mg、Al、Fe组成的合金溶于足量的NaOH溶液中，合金质量减少了2.7 g。另取等质量的合金溶于过量稀硝酸中，生成了6.72 L NO(标准状况下)，向反应后的溶液中加入适量NaOH溶液恰好使Mg2+、Al3+、Fe3+完全转化为沉淀，则沉淀的质量为(　　)
A．22.1 g B．27.2 g C．30 g D．无法计算
例11、1.52g铜镁合金完全溶解于50mL密度为1.40g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中，得到NO2和N2O4的混合气体N2O4的混合气体1120mL（标准状况）。向反应后的溶液中加入1．0 mol/LNaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到2．54 g沉淀。下列说法不正确的是(　　)
A．该合金中铜与镁的物质的量之比是2：l
B．该浓硝酸中HN03的物质的量浓度是14．0 mol/L
C．得到2.54 g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是600 mL
D．NO2和N2O4的混合气体中，NO2的体积分数是80%
例12、铜镁合金4.6 g 完全溶于浓硝酸中，若反应中硝酸被还原，只产生 4480 mL NO2 气体和 336 mL N2O4气体(标准状况下)，反应后的溶液中加足量NaOH溶液，生成沉淀的质量为          g
【课后作业】
1、下列关于硝酸的说法不正确的是(　　)
A．浓硝酸是一种易挥发的液体混合物
B．浓硝酸在空气中敞口放置，因吸收水蒸气而浓度减小
C．浓硝酸不稳定，易分解生成二氧化氮、氧气和水
D．常温下，浓硝酸常保存在棕色试剂瓶中
2、下列关于硝酸的认识中，正确的是(　　)
A．浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性
B．浓硝酸与金属反应不产生氢气，而稀硝酸与金属反应可置换出氢气
C．因常温下铝和铁不与浓硝酸反应，所以浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中
D．硝酸与金属反应时，只表现出氧化性
3、下列关于硝酸的叙述正确的是(　　)
A．常温下，浓硝酸可以使金属镁钝化 B．稀硝酸与活泼金属反应主要放出氢气
C．浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂 D．室温下，铜能与浓硝酸反应，不能与稀硝酸反应
4、下列反应中硝酸既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
5、已知3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，则下列说法不正确的是(　　)
A．Cu做还原剂，HNO3做氧化剂 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有3 mol电子转移 D．如果有8 mol HNO3被还原，则生成了2 mol NO
6、将铜粉置于稀H2SO4中，加热后无明显现象，但加入一种盐后，铜粉质量减少，而且溶液变蓝，则此盐可能是(　　)
A．NaCl B．Na2SO4　 C．NaNO3 D．Na2CO3
7、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

8、把二氧化硫通入硝酸铁溶液中，溶液由黄色变为浅绿色，但立即又变为黄色，此时若滴入氯化钡溶液，则会产生白色沉淀。在上述一系列变化过程中，最终被还原的是(　　)
A．SO2 B．NO C．Fe3＋ D．Fe2＋
9、在通风橱中进行下列实验，下列说法中不正确的是(　　)

A．Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式为2NO＋O2===2NO2
B．Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化膜，阻止Fe进一步反应
C．对比Ⅰ、Ⅱ中现象，说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3
D．红棕色气体的成分是NO2
10、0.3 mol Cu和含1.2 mol HNO3的浓硝酸，充分反应后，生成NO2的量为(　　)
A．0.2 mol B．0.6 mol C．小于0.6 mol D．大于0.6 mol
11、铜跟1 mol·L－1的硝酸反应，若c(NO)下降0.2 mol·L－1，则c(H＋)下降(　　)
A．0.2 mol·L－1 B．0.4 mol·L－1 C．0.6 mol·L－1 D．0.8 mol·L－1
12、将2.56 g铜和一定量的浓硝酸反应，随着铜的不断减少，反应生成气体的颜色逐渐变浅，当铜反应完毕时，共收集到气体1.12 L(标准状况)，则反应中消耗硝酸的物质的量为(　　)
A．0.05 mol B．1 mol C．1.05 mol D．0.13 mol
13、某金属单质跟浓硝酸反应，若参加反应的单质和浓硝酸的物质的量之比为1∶4，浓硝酸被还原成NO2，则该单质在氧化产物中的化合价为(　　)
A．＋2　　　　 B．＋3 C．＋4　　　　 D．＋5
14、向某HNO3和Fe(NO3)3的混合溶液中逐渐加入铁粉，产生无色气体，该气体遇空气变红棕色，溶液中Fe2＋的物质的量和加入Fe粉的物质的量之间的关系如图所示，则原稀溶液中HNO3和Fe(NO3)3的物质的量浓度之比为(　　)

A．4∶1 B．3∶1 C．2∶1 D．1∶1
15、某稀溶液中HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别为3.0 mol/L和2.0 mol/L。取该溶液20 mL，加入3.2 g铜粉，充分反应后，产生的气体在标准状况下的体积约是(　　)
A．0.75 L B．0.336 L C．1.5 L D．0.448 L
16、9.7 g Cu和Zn的合金与足量的稀硝酸反应，还原产物只有NO气体，其体积在标准状况下为2.24 L。将溶液 稀释为1 L，测得溶液的c(H＋)＝0.1 mol·L－1，此时溶液中NO的浓度为(　　)
A．0.3 mol·L－1 B．0.4 mol·L－1 C．0.2 mol·L－1 D．0.6 mol·L－1
17、将0.1 mol铜与40 mL 10 mol/L HNO3充分反应后，溶液中含a mol H＋。由此可知(　　)
A．生成的气体在标准状况下的体积为4.48 L B．生成的气体在标准状况下的体积为1.49 L
C．被还原的硝酸的物质的量为(0.2－a)mol D．反应后溶液中所含NO的物质的量为0.2 mol
18、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∶4 B．1∶5 C．2∶3 D．2∶5
19、关于硝酸的说法中正确的是(　　)
A．硝酸电离出的H＋，能被Zn还原成H2
B．常温下，向浓HNO3中投入Fe片，会产生大量的红棕色气体
C．向装有Fe(NO3)2溶液的试管中加入稀H2SO4，可在管口观察到红棕色气体
D．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
20、某同学进行有关铜、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示，下列说法正确的是(　　)

①、③均观察到实验现象：溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生
A．①试管口有红棕色气体产生，原因是硝酸被还原为NO2
B．由③的现象可得出结论：Cu可与稀硫酸反应
C．③中反应的离子方程式：3Cu＋2NO3－＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
D．③中可能产生SO2
21、将红热固体单质甲投入显黄色的溶液乙中，剧烈反应产生混合气体A，A在常温下不与空气反应，根据下图所示的变化关系填空。

(1)甲是________，乙是________，丙是________(填化学式)
(2)混合气体A的主要成分是____________
(3)气体B是________，蓝色溶液是________
(4)甲与乙反应的化学方程式为________________________________
(5)若将气体A依次通过盛有澄清石灰水和Ba(OH)2溶液的洗气瓶，发现气体经过石灰水时颜色消失，并无沉淀生成，气体通过Ba(OH)2溶液时，产生白色沉淀，写出通过石灰水洗气瓶时发生反应的化学方程式：_____________________________________
22、已知A、B、C、D是中学化学的常见物质，且A、B、C均含有同一种元素。在一定条件下它们之间的相互转化关系如图所示(部分反应中的H2O已略去)。请回答下列问题：

(1)若A可用于自来水消毒，D是生产、生活中用量最大、用途最广的金属单质，加热蒸干B的溶液不能得到B，则B的化学式可能是________；工业上制取A的离子方程式为________________
(2)若A是一种碱性气体，常用作制冷剂，B是汽车尾气之一，遇空气会变色，则反应①的化学方程式为__________________
(3)若D是氯碱工业的主要产品之一，B有两性，则反应②的离子方程式是________
(4)若A、C、D都是常见气体，C是导致酸雨的主要气体，则反应③的化学方程式为________________________________
某同学将搜集到的一定量的酸雨保存在密闭容器中，每隔一定时间测酸雨的pH，发现在起始一段时间内，酸雨的pH呈减小趋势，用离子方程式解释原因_____________________
23、某学校化学学习小组为探究二氧化氮的性质，按下图所示装置进行实验。

请回答下列问题：
(1)装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是：________________，该装置中发生反应的化学方程式为___________
(2)实验过程中，装置乙、丙中出现的现象分别是：_____________________________、____________________
装置丙中的试管内发生反应的离子方程式为：_____________________
(3)为了探究NO的还原性，可以在装置丁的导气管C中通入一种气体，通入的这种气体的名称是______________
(4)取下装置丙中的试管D，在其中滴加FeSO4溶液，溶液变为________色，为了证明铁元素在该反应中的产物，可以再在溶液中滴加KSCN溶液，溶液变为________色
24、将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的一氧化氮和二氧化氮混合气体在标准状况下的体积为11.2 L
(1)一氧化氮的体积为________，二氧化氮的体积为________(结果精确到小数点后一位)
(2)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a mol·L－1的氢氧化钠溶液，恰好使溶液中铜离子全部转化成沉淀，原硝酸溶液的物质的量浓度为________
25、将7.68 g铜与50 mL一定浓度的硝酸恰好完全反应，收集到标准状况下4.48 L气体。请思考：
(1)反应过程中，失去电子的物质的量为多少？
(2)被还原的HNO3为多少摩尔？未被还原的HNO3为多少摩尔？
(3)硝酸的物质的量浓度为多少？
(4)4.48 L气体的成分有哪些？各是多少L?

















【硝酸及硝酸与金属反应的计算】答案
【对点训练1】
1、C。解析：常温下，浓硝酸可以使铁、铝金属发生钝化，而镁不能钝化，A错误；稀硝酸具有强氧化性，与活泼金属反应主要还原产物为含氮元素的物质，不能得到氢气，B错误；浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂，C正确；室温下，铜与浓硝酸、稀硝酸均反应，只是反应的速度及还原产物不同，D错误。
2、A。解析：浓硝酸的氧化性很强，与金属反应时一般不生成氢气而生成氮氧化物，所以实验室中不能使用浓硝酸制备氢气，A错误；常温下铁、铝遇浓硝酸会被迅速氧化，在表面产生一层致密氧化物薄膜，对内层的金属起到了保护作用，这种现象叫钝化，B正确；浓硝酸不稳定，见光容易分解：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O，所以应避光保存，C正确；浓硝酸易挥发，打开瓶塞，瓶口有白雾产生，D正确。
3、D
4、D。解析：稀硝酸具有酸性，使紫色石蕊溶液变红，但它具有强氧化性，会把红色物质氧化为无色，A正确；稀硝酸具有氧化性，与Fe反应，产生硝酸盐、NO和水，不能产生氢气，这是它的强氧化性，B正确；硝酸不稳定，光照容易分解产生NO2、O2和水，所以硝酸要放在棕色试剂瓶中避光保存，C正确；稀硝酸具有酸性，能与氢氧化亚铁发生中和反应，但硝酸同时具有强氧化性，会把Fe2＋氧化为Fe3＋，不仅仅表现酸性，D错误。
5、B。解析：同质量的铜分别和过量浓、稀硝酸反应，浓硝酸反应的更剧烈，A错误；铜和浓、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和浓硝酸反应消耗4 mol硝酸，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。
6、D。解析：A对，①中灼热碎玻璃不与浓HNO3反应，仍有红棕色气体NO2生成，说明浓硝酸受热发生了分解反应，生成NO2、O2和H2O；B对，由于浓硝酸受热分解生成NO2，则②中红棕色气体可能来源于浓硝酸的分解，故不能表明②中木炭与浓硝酸发生反应；C对，③中木炭未与浓硝酸接触，生成的红棕色气体只能是挥发出的HNO3与红热木炭发生反应，或挥发出的HNO3受热分解生成NO2，说明浓硝酸具有挥发性，NO2是还原产物；D错，由于空气中含有O2，则红热的木条可能与O2反应产生了CO2，且木炭和浓硝酸未接触，故不能说明木炭与浓硝酸发生了反应。
7、D。解析：A项，浓HNO3具有强氧化性，能使红色褪去；B项，HNO3与金属反应不可能生成H2；C项，SO、I－、Fe2＋与HNO3均反应，不能共存；D项，生成Fe(NO3)3表现酸性，生成NO表现氧化性。]
8、(1)硝酸见光易分解：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O
(2)①3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
②2NO＋O2===2NO2
(3)①4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
二、硝酸与金属反应的计算
例1、0.65mol 41.2
例2、2.2mol
例3、B。解析：3.2 g铜与过量硝酸(8 mol·L－1、30 mL)充分反应生成Cu2＋，充分反应后溶液中Cu2＋的物质的量为0.05 mol，含a mol H＋，根据电荷守恒，可得硝酸根的物质的量等于铜离子物质的量的2倍和氢离子的物质的量之和，则此时溶液中所含NO的物质的量为(0.1＋a)mol。]
例4、B。解析：该题氮元素变化为硝酸―→氮的氧化物―→硝酸，所以题目中的反应可以看成是铜与氧气的反应，其中硝酸为“催化剂”，所以铜的物质的量为2×＝0.5mol，即32g
例5、C。解析：从反应的始态和最终状态看,铜在反应中失去电子,氧气在反应中得电子,设通入的氧气的体积为x mL,则:(1.92/64)×2=(x/22400) ×4   解得:x=336
例6、D。解析:用极限法判断:22.4 g铁如完全转化为Fe(NO3)3转移1.2 mol电子; 如完全转化为Fe(NO3)2转移 0.8 mol 电子,反应中实际转移0.3×1+0.2×3=0.9 mol 电子,所以产物中既有Fe(NO3)2又有Fe(NO3)3这,分别设Fe(NO3)2和Fe(NO3)3的物质的量分别x、y，
 则(据得失电子守恒有) :    x+y=0.4①   2×x+3×y=0.9②
 解之:x=0.3  y=0.1
例7、①1.12 ②0.15
例8、B。解析：金属和混酸反应通过离子方程式计算比较简便，3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O(铁过量，产物为Fe2＋)，反应中Fe和H＋过量，生成的NO的量以NO为准来计算，共得NO0.448L，若只考虑到这一步反应，得答案A是错误的，因为过量的铁还可以和溶液中过量的H＋反应产生H2，即有Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，生成的H2为0.224L，所以气体体积共计0.672L，应选B。
例9、A。解析：关键看图，铁粉既能与硝酸反应也能与硫酸反应，从题干图中看出(注意只是第二份100mL)OA段产生的是NO，AB段的反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，BC段产生氢气，反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，可知NO反应完了，第二份中NO应为×3÷3＝0.1mol，溶液中最终溶质为FeSO4，此时反应的铁的质量是14g，即0.25mol，故原混合酸中H2SO4浓度为＝2.5mol·L－1，NO物质的量为0.2mol。所以选A。
例10、B
例11、C
例12、8.51。解析：反应中铜镁合金失去电子,最终转化为 Cu(OH)2 和 Mg(OH)2 沉淀,比较始态和终态,固体增加的质量为OH-的质量,而OH-的物质的量等于转移的电子的物质的量,再根据气体计算转移的电子的物质的量:
n=4480 mL /22400 mL·mol-1+(336 mL/22400 mL·mol-)×2=0.23 mol。 所以沉淀的质量为: 4.6+0.23×17=8.51 g 
【课后作业】
1、B。解析：浓硝酸是一种易挥发的液体混合物，在空气中敞口放置，其浓度会不断减小；浓硝酸不具有吸水性，浓硝酸不稳定，见光易分解生成二氧化氮、氧气和水，所以浓硝酸常保存在棕色试剂瓶中。
2、A。解析：浓、稀硝酸都有氧化性，与金属反应均不产生氢气；在与金属反应时，硝酸既表现氧化性又表现酸性；浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中，因为铝和铁在冷浓硝酸中钝化。
3、C
4、B。解析：A项，HNO3只表现酸性；B项，Cu与稀硝酸反应时，部分起酸的作用生成Cu(NO3)2，部分做氧化剂被还原为NO；C项，2HNO3＋Na2CO3===CO2↑＋H2O＋2NaNO3，HNO3只表现强酸性；D项，HNO3将S氧化为H2SO4，自身被还原为NO2，在该反应中HNO3只表现强氧化性。
5、D。解析：根据反应

知，A正确；HNO3在该反应中既表现酸性又表现氧化性，B正确；根据双线桥分析，该反应每生成2 mol NO转移6 mol电子，C正确；HNO3被还原生成NO，若有8 mol HNO3被还原，则生成8 mol NO，D错误。
6、C。解析：NO在酸性条件下能将Cu氧化。
7、D
8、B。解析：有关反应的方程式：SO2＋2Fe3＋＋2H2O===2Fe2＋＋4H＋＋SO，3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。此时滴入氯化钡溶液，可生成不溶于稀硝酸的硫酸钡白色沉淀。上述反应中Fe3＋先被SO2还原成Fe2＋，Fe2＋又将NO还原为NO。
9、C。解析：Ⅰ中由于稀硝酸有强的氧化性，与铁发生氧化还原反应，硝酸得到电子被还原变为NO，气体为无色，当遇到空气时，发生反应：2NO＋O2===2NO2，气体变为红棕色的NO2，A、D正确；在Ⅱ中浓硝酸有强氧化性，在室温下遇铁、铝会使金属表面氧化产生一层氧化物薄膜，对内层金属起保护作用，从而防止金属的进一步反应，即发生钝化现象，因此不能进一步反应，这恰好说明浓硝酸的氧化性比稀硝酸强，B正确，C错误。
10、C。解析：因铜与浓硝酸反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸与铜反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，所以放出的NO2小于0.6 mol。
11、D。解析：铜跟1 mol·L－1的硝酸反应的离子方程式为8H＋＋2NO＋3Cu===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，消耗的H＋和NO的物质的量之比为8∶2＝4∶1，它们浓度的变化量之比是4∶1。
12、D。解析：有关反应的化学方程式：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O；3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。被还原硝酸的物质的量＝1.12 L÷22.4 L· mol－1＝0.05 mol，生成硝酸铜的物质的量＝2.56 g÷64 g·mol－1＝0.04 mol，反应共消耗硝酸的物质的量＝0.05 mol＋0.04 mol×2＝0.13 mol。
13、A。解析：根据得失电子守恒解题，但要注意硝酸中有和金属元素结合的硝酸根未被还原，所以，设反应后金属的化合价为x，则列式为1×(x－0)＝(4－x)×(5－4)，解得x＝＋2。注意(4－x)代表的是有4 mol硝酸反应，和金属元素结合的未被还原的硝酸为x mol，所以得电子的硝酸的物质的量为(4－x)mol。
14、A。解析：由图像可知，当加入1 mol Fe时，n(Fe2＋)＝0，再加入Fe，n(Fe2＋)逐渐增大，说明当加入Fe少于1 mol时，发生反应：Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，所以混合溶液中含有4 mol HNO3，当再加入1 mol Fe时，发生反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，得到3 mol Fe2＋，由图像和前面分析可知原混合溶液中含有1 mol Fe(NO3)3。故原稀溶液中HNO3和Fe(NO3)3的物质的量浓度之比为4∶1。A项正确。
15、A。解析：20 mL溶液中：n(H＋)＝0.14 mol，n(NO)＝0.06 mol，n(Cu)＝0.05 mol。依据离子方程式计算：

3Cu　＋　8H＋　＋ 　2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
3 8 2 2×22.4 L
0．05 mol 0.14 mol 0.06 mol V(NO)
三者反应时，H＋与NO均过量，依据Cu的物质的量可得V(NO)≈0.75 L。
16、B。解析：n(NO)＝0.1 mol，转移电子的物质的量为0.1 mol×3＝0.3 mol，n(Cu＋Zn)＝0.3 mol÷2＝0.15 mol，n[Cu(NO3)2]＋n[Zn(NO3)2]＝0.15 mol，其中所含n(NO)＝0.3 mol，溶液的c(HNO3)＝c(H＋)＝0.1 mol·L－1，其中含n(NO)＝0.1 mol，溶液中NO的总浓度为0.4 mol·L－1。
17、C。解析：根据题意知剩余HNO3为a mol，Cu(NO3)2的量为0.1 mol，被还原的HNO3为0.04×10 mol－a mol－0.1×2 mol＝(0.2－a)mol，生成的NOx为(0.2－a) mol。
18、A
19、C。解析：A不正确，硝酸具有强氧化性，与Zn反应生成氮氧化物等，不能生成H2；B不正确，Fe被浓硝酸钝化，阻止进一步反应；C正确，稀H2SO4电离出H＋，NO在酸性条件下具有强氧化性，被Fe2＋还原为NO，试管口遇O2生成红棕色的NO2；D不正确，过量的Fe粉中加入稀HNO3，生成Fe2＋，与KSCN溶液不反应。
20、C。解析：稀硝酸和铜片反应的离子方程式为3Cu＋2NO3－＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，①试管口有红棕色气体产生是因为NO被空气中的氧气氧化为NO2，故A错误；③中的现象产生是因为溶液中的NO在酸性环境下具有强氧化性，继续与铜发生反应：3Cu＋2NO3－＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，故B错误，C正确；③中SO42－没有参与反应，不可能产生SO2，故D错误。
21、(1)C　浓HNO3　Cu
(2)NO2、CO2
(3)NO　Cu(NO3)2
(4)C＋4HNO3(浓)4NO2↑＋CO2↑＋2H2O
(5)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,2HNO3＋Ca(OH)2===Ca(NO3)2＋2H2O
解析：常温下与丙单质反应生成蓝色溶液，只能是铜与HNO3反应。气体A与水反应生成HNO3，A中含有NO2，又知A是红热固体单质甲投入显黄色的溶液乙中，剧烈反应产生混合气体，可知甲是木炭，乙是浓HNO3，丙是铜，A中含有NO2、CO2，B是NO。
22、(1)FeCl3 2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑
(2)4NH3＋5O24NO＋6H2O
(3) Al(OH)3＋OH－===AlO2(－)＋2H2O
(4) (4)2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O 2H2SO3＋O2===4H＋＋2SO4(2－)
解析：(1)氯气常用于自来水消毒，则A为Cl2；铁是使用最广泛的金属单质，D是铁，则B为FeCl3、C是FeCl2。(2)碱性气体为NH3，汽车尾气中遇空气变色的气体是NO。(3)常见的两性物质是Al2O3和Al(OH)3，D、C分别为NaOH和NaAlO2，故B为Al(OH)3。(4)导致酸雨的主要气体是SO2，A与SO2均含有硫元素，且二者反应生成硫单质，故A为H2S。酸雨的主要成分是H2SO3，在放置过程中被氧化为H2SO4，酸性增强。
23、(1)分液漏斗 Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(2)生成红棕色气体 蒸馏水中有气泡产生，生成无色气体 3NO2＋H2O===2H＋＋2NO3(－)＋NO
(3)氧气
(4)黄 红 (或“血红”)
24、(1)5.8 L　5.4 L
(2) mol·L－1
解析：有关反应的化学方程式：
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，
Cu(NO3)2＋2NaOH===Cu(OH)2↓＋2NaNO3。
氮的氧化物的物质的量＝11.2 L÷22.4 L· mol－1＝0.5 mol，
铜的物质的量＝32.64 g÷64 g·mol－1＝0.51 mol，
设生成二氧化氮、一氧化氮的物质的量分别为x、y，

x＝0.24 mol，y＝0.26 mol；
二氧化氮的体积＝0.24 mol×22.4 L· mol－1≈5.4 L，
一氧化氮的体积＝0.26 mol×22.4 L· mol－1≈5.8 L，
原硝酸溶液的物质的量浓度＝(0.5 mol＋0.001Va mol) ÷0.14 L＝ mol·L－1。
25、(1)0.24 mol
(2)n(被还原HNO3)＝0.2 mol，n(未被还原HNO3)＝0.24 mol
(3)c(HNO3)＝8.8 mol·L－1
(4)V(NO)＝0.448 L，V(NO2)＝4.032 L
解析：(1)n(e－)＝n(Cu)×2＝×2 mol＝0.24 mol。
(2)n(被还原HNO3)＝n(气体)＝＝0.2 mol，
n(未被还原HNO3)＝n(Cu)×2＝0.12 mol×2＝0.24 mol。
(3)n(HNO3)＝0.2 mol＋0.24 mol＝0.44 mol，
c(HNO3)＝＝8.8 mol·L－1。
(4)成分为NO2、NO，根据电子守恒和氮原子守恒可知

n(NO)＝0.02 mol，n(NO2)＝0.18 mol，
故V(NO)＝0.448 L，V(NO2)＝4.032 L。