苏教版 (2019)必修 第二册第二单元 重要的含氮化工原料导学案及答案

基础课时9　硝酸

知识点　硝酸

1．物理性质

2.化学性质

(1)不稳定性：见光或受热易分解，化学方程式为4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。

微点拨：浓硝酸由于溶有少量NO2而略显黄色。

(2)酸性：属于强酸，具有酸的通性，如CaCO3与HNO3反应CaCO3＋2HNO3(稀)===Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O。

(3)强氧化性：①与金属反应：硝酸具有强氧化性，能与除金、铂等少数金属以外的绝大多数金属反应。

a．Cu与浓HNO3反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。

Cu与稀HNO3反应的化学方程式为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。

b．与Fe、Al反应：常温下，浓硝酸与浓硫酸相似，也能使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化，所以可以用铝质或铁质容器盛放浓硝酸。

②与非金属反应：浓硝酸在加热的条件下，还能与木炭等非金属单质发生氧化还原反应。浓硝酸与木炭反应的化学方程式为C＋4HNO3(浓)4NO2↑＋CO2↑＋2H2O。

微点拨：浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为1∶3)叫作王水，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。

3．用途

硝酸是一种重要的化工原料，常用来制造氮肥、炸药、燃料、塑料、硝酸盐等。

　判断下列说法是否正确。(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)硝酸是一种具有强氧化性、腐蚀性的强酸。 (√)

(2)硝酸可与Na2SO3溶液反应制得SO2气体。 (×)

(3)浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色。 (×)

(4)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。              (×)

　(1)实验室一般选择金属锌与稀硫酸反应制取氢气，为什么不用锌与稀硝酸反应制取氢气？

提示：稀硝酸不同于稀硫酸，具有强氧化性，与Zn反应生成NO，不会产生H2。

(2)铜与浓硝酸反应时，硝酸表现了哪些性质？

提示：酸性和强氧化性。生成硝酸铜体现了硝酸的酸性，生成NO2体现了硝酸的强氧化性。

如图所示是进行木炭与浓硝酸反应，并检验生成的气体的实验装置，它具有无污染、现象明显的特点。

[问题1]　实验中具支试管A内有什么现象？写出有关反应的化学方程式。

提示：木炭保持红热状态，试管内有红棕色气体生成。C＋4HNO3(浓)4NO2↑＋CO2↑＋2H2O。

[问题2]　试管B内的澄清石灰水会出现什么现象？水湿棉花处发生什么反应？

提示：木炭与浓硝酸反应产生的CO2使澄清石灰水变浑浊，水湿棉花处发生反应3NO2＋H2O===NO＋2HNO3。

[问题3]　若将木炭与浓硝酸反应产生的气体直接通入少量澄清石灰水中，溶液能否变浑浊？

提示：木炭与浓硝酸反应产生的气体包括NO2和CO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3为强酸，所以不会生成CaCO3，溶液不变浑浊。

[问题4]　某学生在实验临近结束时，发现分液漏斗中的浓硝酸难以滴下，为什么？若要再滴入几滴浓硝酸使木炭反应完全，如何操作最简单？

提示：实验临近结束时，试管B中压强增大，使分液漏斗中的浓硝酸难以滴下。可以摇动试管B，使上部的气体溶于澄清石灰水中，试管B中压强减小，分液漏斗中的浓硝酸可以顺利滴下。

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活泼金属与硝酸反应不生成H2，硝酸的浓度不同，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实例：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－、SO等均能被HNO3氧化。

【例题】　一定量的铜与一定量的某浓度的硝酸恰好完全反应，产生NO和NO2两种气体，已知反应中被还原的HNO3占HNO3总量的，则还原产物中NO和NO2的物质的量之比为(　　)

A．1∶1　　　　 B．1∶2

C．2∶3 D．2∶1

【解题指南】　解答本题要明确以下两点；

(1)浓硝酸与过量铜反应时，产生气体是NO2、NO。

(2)根据原子守恒求解。

A　[设HNO3的总物质的量为3 mol，则被还原的HNO3为1 mol，即①n(NO)＋n(NO2)＝1 mol，与Cu2＋结合的NO的物质的量为2 mol，即n(Cu2＋)＝1 mol。根据得失电子守恒可知，②2n(Cu2＋)＝3n(NO)＋n(NO2)＝2 mol，将①、②联立得：n(NO)＝0.5 mol，n(NO2)＝0.5 mol。则n(NO)∶n(NO2)＝1∶1。]

[变式旁通]　参加反应的铜与被还原的硝酸的物质的量之比是多少？

提示：1∶1。

有关硝酸的计算题公式

(1)参加反应的n(总HNO3)＝反应中消耗掉的n(H＋)。

(2)n(被还原的HNO3)＝n(NO减少量)＝n(气体NO、NO2)。

(3)金属与硝酸生成对应的硝酸盐，例如Cu与HNO3反应时生成的硝酸盐是Cu(NO3)2，则n(显酸性的HNO3)＝n(Cu)×2。

参加反应的n(总HNO3)＝n(被还原的HNO3)＋n(显酸性的HNO3)＝n(气体NO、NO2)＋n(金属)×该金属的化合价。

1．在100 mL混合液中，HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4 mol/L和0.1 mol/L，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　　　　 B．0.225 mol/L

C．0.35 mol/L D．0.45 mol/L

B　[由于本题溶液中存在HNO3、H2SO4，所以c(H＋)>c(NO)，而在Cu与HNO3反应中，实际参加反应的n(H＋)∶n(NO)＝8∶2，所以要依据离子方程式来计算。

3Cu　＋　8H＋＋　2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O

3       8  　    2       3

　  　0.4×0.1

由此可知H＋的量不足，完全反应，则：n(Cu2＋)＝ mol＝0.022 5 mol，c(Cu2＋)＝＝0.225 mol/L。]

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？

[答案]　(1)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NO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3Cu＋8H＋＋2NO===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。

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

C　[常温下，浓硝酸可以使铁、铝金属发生钝化，而不能使镁钝化，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．我国清代《本草纲目拾遗》中记叙无机药物335种，其中“强水”条目下写道：“性最烈，能蚀五金……其水甚强，五金八石皆能穿第，惟玻璃可盛。”这里的“强水”是指(　　)

A．氨水　　　 B．硝酸

C．醋 D．卤水

B　[根据所给四种物质的氧化性的强弱可判断，该强水为硝酸，硝酸具有强氧化性，可溶解大部分金属。]

3．实验室贮存下列物质的溶液时，必须用棕色瓶的是(　　)

①浓硝酸　②浓硫酸　③浓盐酸　④硝酸银溶液

A．①④ B．②③

C．①③ D．②④

A　[见光易分解的物质保存在棕色瓶中，如：浓硝酸、硝酸银、溴化银、氯水等。]

4．实验室中常用铜和稀硝酸反应制取一氧化氮：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。

(1)反应中被还原的元素是________，氧化产物是________。

(2)氧化剂与还原剂的物质的量之比是________，硝酸所表现的性质是__________________。

[答案]　(1)氮元素　硝酸铜　(2)2∶3　强氧化性和酸性