第2课时 硫酸和硝酸的氧化性经典导学案.docx
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第2课时硫酸和硝酸的氧化性经典导学案
第2课时 硫酸和硝酸的氧化性
学习目标
核心素养建构
1.能运用氧化还原反应知识理解浓硫酸、硝酸的氧化性。
2.认识硫酸、硝酸在相关反应中体现的性质,了解硝酸的保存方法。
『知识梳理』
一、硫酸
1.稀硫酸——具有酸的通性
(1)电离方程式为H2SO4===2H++SO
。
(2)硫酸具有酸的通性,可与酸碱指示剂作用,也可与活泼金属、碱、碱性氧化物及某些盐反应。
2.浓硫酸的特性
(1)吸水性:
浓硫酸能够吸收气体、液体中的水分子及固体的结晶水,故常用做干燥剂。
(2)脱水性:
浓硫酸能把有机物中的氧、氢元素按水的组成比脱去,留下黑色的炭。
如向蔗糖中加入浓硫酸时,蔗糖逐渐变黑,体积膨胀,形成疏松多孔的海绵状固体,并放出有刺激性气味的气体。
(3)强氧化性
①与金属的反应:
除Au、Pt以外的绝大多数金属都能与浓硫酸作用,如与铜反应。
实验操作
实验
说明
a.通过可抽动的铜丝来控制反应的发生或停止
b.浸有碱液的棉花团可以吸收多余的SO2,以防止污染环境
实验现象
a.试管中铜丝表面逐渐变黑色,有气泡产生
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与浓硫酸反应的化学方程式为
Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2+2H2O
②常温下,冷的浓硫酸能使Fe、Al发生钝化,故可用铝槽车运输浓H2SO4。
③与非金属反应
加热时,浓硫酸与木炭反应的化学方程式为
C+2H2SO4(浓)
CO2+2SO2+2H2O。
[微自测]
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)在常温下,Fe和Al遇浓硫酸发生“钝化”,说明常温下浓H2SO4与Fe和Al都不反应。
( )
(2)浓硫酸具有强氧化性,稀硫酸不具有氧化性。
( )
(3)常温下将铜片放入浓硫酸中,无明显变化,说明铜在浓硫酸中发生“钝化”。
( )
(4)将浓H2SO4滴到湿的蔗糖表面,固体变黑膨胀并有刺激性气味气体生成,说明浓H2SO4有脱水性、吸水性和强氧化性。
( )
(5)浓H2SO4具有强氧化性,SO2具有还原性,所以浓H2SO4不能干燥SO2。
( )
(6)浓H2SO4具有吸水性,所以浓H2SO4可以干燥H2、CO、NH3、H2S、HI、HBr等气体。
( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
二、硝酸
1.挥发性
硝酸越浓越易挥发。
2.强氧化性
(1)与金属的反应
①除Au、Pt以外的绝大多数金属都能与硝酸反应。
②常温下,冷的浓硝酸能使Fe、Al钝化。
③与铜反应(写出化学方程式)
浓硝酸:
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2+2H2O;
稀硝酸:
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO+4H2O。
(2)与非金属反应
木炭与浓硝酸反应的化学方程式为C+4HNO3(浓)
CO2+2H2O+4NO2。
(3)王水
①组成:
浓硝酸和浓盐酸的混合物,体积比1∶3。
②性质:
能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。
3.不稳定性
(1)化学方程式:
4HNO3
2H2O+4NO2+O2
(2)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。
[微自测]
2.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)硝酸可与Na2SO3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)稀硝酸与锌反应可放出氢气。
( )
(5)常温下铁与浓硝酸反应,产生大量红棕色气体。
( )
(6)用浓HNO3与Cu反应制备NO2。
( )
答案
(1)√
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
探究一 浓H2SO4的特性
学探究意识
[探究素材]
[探究题目]
1.在化学课上,围绕浓硫酸的化学性质进行了如下实验探究:
将适量的蔗糖放入烧杯中,加入几滴水,搅拌均匀。
然后加入适量浓硫酸,迅速搅拌,放出大量的热,同时观察到蔗糖逐渐变黑,体积膨胀,并放出有刺激性气味的气体。
请回答下列问题:
(1)生成的黑色(单质)物质是________(填化学式)。
(2)这种黑色物质继续与浓硫酸作用会产生两种气体,其中一种气体有刺激性气味,是大气的主要污染物之一,这种刺激性气味的气体成分是________(填名称),实验室经常用________溶液进行吸收,这两个反应的化学方程式分别为___________________________________________________________、
___________________________________________________________。
(3)根据蔗糖与浓硫酸反应的实验现象,说明浓硫酸具有________(填序号)。
A.酸性B.吸水性
C.脱水性D.强氧化性
(4)将实验
(2)产生的刺激性气味气体通入品红溶液,可以看到品红溶液________,加热后________。
(5)能否用澄清石灰水鉴别这两种气体?
________(填“能”或“不能”),若不能,填写两种能鉴别的试剂是_____________________________________。
答案
(1)C
(2)二氧化硫 NaOH
C+2H2SO4(浓)
2SO2↑+CO2↑+2H2O
SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O
(3)C、D (4)褪色 恢复红色
(5)不能 溴水、酸性KMnO4溶液(或品红溶液,任意两种均可)
强氧化性
[探究素材]
1.本质:
浓硫酸具有强氧化性,是因为H2SO4分子中+6价的硫元素具有很强的得电子能力。
2.反应规律:
(1)Fe、Al的钝化,常温下,当Fe、Al遇到浓硫酸时,会与浓硫酸发生反应,表面生成一层致密的氧化物薄膜而出现“钝化”现象。
(2)常温下与活泼金属反应(铁、铝除外)表现强氧化性和酸性,生成硫酸盐和SO2,硫酸变稀后,生成的气体为H2。
(3)与不活泼金属和非金属反应的规律
①反应需要加热,否则不反应。
②还原产物一般是SO2,一般金属被氧化为高价态的硫酸盐,非金属被氧化为高价态氧化物或含氧酸。
③浓硫酸与金属反应时,既表现酸性又表现强氧化性,而与非金属反应时,只表现强氧化性。
④随着反应的进行,浓硫酸浓度变小,一旦变为稀硫酸,反应就停止。
(4)与具有还原性的化合物反应,如与H2S、HI、HBr、FeCl2等物质反应。
[探究题目]
2.某化学兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应,用如图所示装置进行有关实验。
实验中某同学将ag铜片和12mL18mol·L-1的浓硫酸放入圆底烧瓶中加热,直到反应完毕,最后发现烧瓶中还有一定量的H2SO4和Cu剩余。
请回答:
(1)请写出Cu与浓硫酸反应的化学方程式:
__________________________。
(2)装置E中试管D内盛品红溶液,当C中气体收集满后,D中有可能观察到的现象是_____________________________________。
实验装置E中D有可能造成环境污染,试用最简单方法加以解决(实验用品自选)___________________________________________。
装置B的作用是储存多余的气体。
当D处有明显现象后,关闭旋塞K,移去酒精灯,但由于余热的作用,A处仍有气体产生,此时B中现象是___________________________________________。
B中应放置的液体是________(填字母)。
A.饱和Na2SO3溶液B.酸性KMnO4溶液
C.浓溴水D.饱和NaHSO3溶液
(3)问题讨论:
为什么有一定量的余酸还未能使Cu完全溶解。
你认为原因是____________________________________。
足量下列药品能够用来证明反应结束后的烧瓶中的确有余酸的是________(填字母)。
A.FeB.BaCl2溶液
C.AgD.Na2CO3溶液
(4)实验中该同学向A中反应后溶液中通入一种气体单质,使铜片全部溶解且仅生成硫酸铜溶液,请问该气体单质是__________(填名称),反应的化学方程式是____________________________________________________。
解析
(1)Cu与浓H2SO4反应需加热。
(2)SO2能使品红溶液褪色,为防止环境污染,可用的简单方法是用浸有NaOH溶液的棉花团塞在试管口,即SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O。
关闭K装置内气体压强增大,B广口瓶内液面下降,长颈漏斗内液面上升。
B中的液体应不能与SO2反应,而且要防止SO2的溶解。
A项,Na2SO3+H2O+SO2===2NaHSO3;B项,KMnO4氧化SO2;C项,Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4;D项,SO2难溶于饱和NaHSO3溶液。
应选D。
(3)浓H2SO4浓度降低,变为稀H2SO4,Cu与稀H2SO4不反应。
检验余酸实质是检验H+的存在。
Fe+2H+===Fe2++H2↑,CO
+2H+===H2O+CO2↑,Fe和Na2CO3溶液能证明H+的存在;BaCl2溶液不能证明H2SO4剩余,因为产物CuSO4也能电离出SO
;Ag与H+不反应,不能证明H+的存在。
故选AD。
(4)根据题目要求气体单质应为强氧化剂,且仅生成CuSO4溶液,该氧化剂为O2。
答案
(1)Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O
(2)品红溶液褪色 用浸有NaOH溶液的棉花团塞在试管口 试剂瓶中液面下降,长颈漏斗中液面上升 D
(3)随着H2SO4的消耗,浓H2SO4浓度逐渐变稀,稀硫酸与铜不反应 AD
(4)氧气 2Cu+2H2SO4+O2
2CuSO4+2H2O
探究二 硝酸的强氧化性
强氧化性
[探究素材]
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。
4.NO
在离子共存问题判断中的特殊性
(1)在中性或碱性溶液中,NO
无强氧化性。
(2)当水溶液中有大量H+存在时,NO
就表现出强氧化性,如在有H+、NO
存在的溶液中就不能大量存在Fe2+、S2-、I-、SO
、Br-等还原性离子。
5.NO
的氧化性强弱与c(H+)有关,c(H+)越大,NO
的氧化性越强,反之越弱,故浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。
[探究题目]
3.下列关于硝酸的说法中正确的是( )
A.稀硝酸能与Fe发生反应,浓硝酸不能
B.浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂
C.稀硝酸是弱酸,浓硝酸是强酸
D.稀硝酸与Cu反应生成NO,而浓硝酸与Cu反应生成NO2,稀硝酸得电子更多,故稀硝酸的氧化性大于浓硝酸
解析 A项,加热条件下,浓硝酸也能与Fe发生反应;B项,浓、稀硝酸均具有强氧化性;C项,硝酸属于强酸,与浓度大小无关;D项,硝酸的氧化性强弱与其浓度大小有关,浓硝酸的氧化性大于稀硝酸的氧化性,这与HNO3和Cu反应中HNO3得电子数目多少无关。
答案 B
算模型
[探究素材]
1.电子守恒法:
硝酸与金属反应属于氧化还原反应,氮原子得到的电子总数等于金属原子失去的电子总数。
2.原子守恒法:
硝酸与金属反应时,反应前硝酸中的NO
一部分仍以NO
的形式存在,一部分转化为还原产物,这两部分中N的物质的量之和与反应消耗的硝酸中N的物质的量相等。
3.利用离子方程式计算
硝酸与硫酸混合液跟金属的反应,当金属足量时,不能用硝酸与金属反应的化学方程式计算,应用离子方程式计算,因为生成的硝酸盐中的NO
与硫酸电离出的H+仍能继续与金属反应。
如金属铜与混酸的反应方程式为:
3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O。
[探究题目]
4.将32.64g铜与140mL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11.2L。
请回答:
(1)NO的体积为________L,NO2的体积为________L;
(2)待产生的气体全部释放后,向溶液中加入VmLamol·L-1的NaOH溶液。
恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀,则原硝酸溶液的浓度为________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%的双氧水________g。
解析
(1)设生成NO、NO2的物质的量分别为x、y。
则有
解得x=0.26mol y=0.24mol
V(NO)=0.26mol×22.4L·mol-1=5.824L
V(NO2)=0.24mol×22.4L·mol-1=5.376L
(2)加入NaOH溶液使Cu2+全部转化成沉淀,此时溶液中溶质为NaNO3,根据钠离子守恒有n(NaNO3)=n(NaOH),由N原子守恒是:
n(HNO3)=n(气体)+n(NaOH)
所以c(HNO3)=
mol·L-1。
(3)NO、NO2在溶液中转化为NaNO3,失去电子数与H2O2得电子数相同,则有:
0.24mol×1+0.26mol×3=2n(H2O2)
解之得n(H2O2)=0.51mol,m(H2O2)
=
=57.8g。
答案
(1)5.824 5.376
(2)
(3)57.8
1.对下列事实的解释错误的是( )
A.在蔗糖中加入浓硫酸后出现发黑现象,说明浓硫酸具有脱水性
B.浓硝酸在光照条件下颜色变黄,说明浓硝酸不稳定
C.常温下浓硫酸、浓硝酸可以用铝罐贮存,说明浓硫酸、浓硝酸与铝不反应
D.反应CuSO4+H2S===CuS↓+H2SO4说明硫化铜既不溶于水,也不溶于稀硫酸
解析 铝在浓H2SO4、浓HNO3中常温下钝化,在铝表面生成Al2O3膜,阻止内部Al进一步反应。
答案 C
2.将碳与浓硫酸共热产生的气体X和铜与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,下列有关说法正确的是( )
A.洗气瓶中产生的沉淀是碳酸钡
B.从Z导管中逸出的气体中无二氧化碳
C.洗气瓶中产生的沉淀是亚硫酸钡
D.在Z导管口有红棕色气体生成
解析 由题意可知,气体X为SO2与CO2的混合气体,气体Y为NO2,同时通入BaCl2溶液后,发生反应3NO2+H2O===2HNO3+NO,HNO3会将SO2氧化为H2SO4,H2SO4与BaCl2反应生成BaSO4白色沉淀,最终逸出的气体为CO2和NO,由于NO易被空气中的O2氧化,因而在Z导管口有红棕色气体生成。
答案 D
3.向含铜粉的硝酸亚铁溶液中滴加足量稀硫酸,下列说法一定正确的是( )
A.能反应,但不产生气体B.铜粉完全溶解
C.实验过程中溶液会变色D.铜粉不会溶解
解析 在H+存在条件下NO
表现出较强的氧化性,再由Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+可知Cu的还原性强于Fe2+,所以铜粉逐渐溶解,D项错误;NO
被还原成NO,A项错误;溶液中有Cu2+生成,C项正确;但Cu、NO
的物质的量不确定,所以不能判断铜粉是否完全溶解,B项错误。
答案 C
4.在Fe、Cu的混合物中,加入一定量的稀硝酸并微热,充分反应后剩余金属ag。
再向其中加入一定量的稀盐酸并加热,充分振荡后剩余金属bg,则( )
A.a可能等于bB.a一定小于b
C.a可能大于bD.a一定大于b
解析 在含有NO
的溶液中加盐酸,相当于有HNO3存在,HNO3能够继续氧化金属,所以金属质量减少。
答案 D
5.回答下列问题。
(1)有时在实验室看到的硝酸显黄色,原因是____________________。
实验室保存硝酸的方法是_____________________________________。
(2)铜与足量浓HNO3反应时,表现酸性的硝酸与作氧化剂的HNO3物质的量之比为________。
(3)铜粉放入稀硫酸溶液中,加热后无明显变化,但加入某盐一段时间后,发现铜粉质量减少,则该盐不可能是________(填字母)。
A.FeCl3B.NaCl
C.KNO3D.Cu(NO3)2
(4)一定量的浓硝酸与足量的铜充分反应,生成气体的成分有________,写出反应的离子方程式:
_______________________________。
向反应后的溶液中加入稀硫酸,如果反应,写出反应的离子方程式:
_____________________________________________。
(5)从某金属粉末(含有Au、Cu、Ag)中分离出Au,加入的试剂是________________,写出Ag参与反应的化学方程式_________________________________。
(6)往两支分别装有浅绿色的Fe(NO3)2和FeSO4溶液的试管中分别逐滴加入稀盐酸时,溶液的颜色变化应该是
Fe(NO3)2溶液________________________;
FeSO4溶液______________________________。
答案
(1)久置硝酸显黄色是由于硝酸见光或受热发生了分解,生成的NO2溶于浓硝酸所致 保存时应保存在棕色试剂瓶中,并置于阴凉处
(2)1∶1 (3)B (4)NO2、NO
Cu+4H++2NO
===2NO2↑+2H2O+Cu2+、
3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O
3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O
(5)稀硝酸 3Ag+4HNO3(稀)===3AgNO3+NO↑+2H2O
(6)浅绿色变棕黄色 不变色
课时作业
基础巩固
1.在如下图所示的实验中,实验开始一段时间后,对观察到的现象叙述错误的是( )
A.苹果块会干瘪
B.胆矾晶体表面“有白斑”
C.小试管内有晶体析出
D.pH试纸变红
解析 浓硫酸具有较强的吸水性、脱水性和强氧化性,因此将苹果块、胆矾晶体和饱和硝酸钾溶液在题中图示装置中放置一段时间后,浓硫酸会吸收它们中的水分,使苹果块萎缩,胆矾晶体变为白色的无水硫酸铜,饱和硝酸钾溶液中析出晶体。
D项pH试纸在浓硫酸中变黑,因浓硫酸具有脱水性,能使pH试纸炭化变黑。
答案 D
2.浓硫酸和2mol·L-1的稀硫酸,在实验室中敞口放置。
它们的质量和放置天数的关系如图。
分析a、b曲线变化的原因是( )
A.a升华、b冷凝B.a挥发、b吸水
C.a蒸发、b潮解D.a冷凝、b吸水
解析 本题考查学生对浓、稀硫酸在吸水与其中水分挥发的差异。
在两种溶液中都存在吸水和水分挥发两个过程,只不过在浓硫酸中以吸收水分为主,溶液质量增加;而2mol·L-1稀硫酸中以水分挥发为主,质量减小。
答案 B
3.在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解,再分别加入下列物质:
①FeCl3,②Fe2O3,③Cu(NO3)2,④KNO3,能使铜粉溶解的是( )
A.仅①②B.仅②④
C.仅①②③D.①②③④
解析 铜粉在稀硫酸中不溶解,当分别加入①②两种物质时,相当于加入了Fe3+,会发生反应Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+,铜粉溶解;当分别加入③④两种物质时,相当于加入了NO
,会发生反应3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O,铜粉溶解。
因此加入题述物质中的任意一种都可使铜粉溶解。
答案 D
4.工业上用洗净的废铜屑作原料来制备硝酸铜。
为了节约原料和防止污染环境,宜采取的方法是( )
A.Cu
Cu(NO3)2
B.Cu
CuO
Cu(NO3)2
C.Cu
Cu(NO3)2
D.Cu
Cu(NO3)2
解析 A项,硝酸银较昂贵,所以不符合条件;B项,2Cu+O2
2CuO、CuO+2HNO3===Cu(NO3)2+H2O,该过程中没有有毒气体生成,且能节约硝酸,所以符合条件;C项,3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,NO有毒,且污染环境,所以不符合条件;D项,Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,NO2有毒,且污染环境,所以不符合条件。
答案 B
5.用如图所示实验装置(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
解析 移动铜丝,可控制铜丝与浓硫酸的接触,即控制SO2的生成量,故A合理;SO2能使品红溶液褪色,故B合理;SO2有毒,且属于酸性氧化物,故C合理;浓硫酸过量,试管中剩余浓硫酸,应将反应后的混合液慢慢加入到大量水中,否则易出现液体喷出试管而发生危险,故D不合理。
答案 D
6.下列各种情况下,溶液中一定能大量存在的离子组是( )
A.能使pH试纸变红的溶液:
NH
、Na+、SO
、Fe3+、NO
B.含有大量NO
的溶液:
H+、Fe2+、SO
、Cl-
C.含有大量Cl-的溶液:
Fe3+、Mg2+、SO
、OH-
D.加入铝粉后产生大量氢气的溶液:
NH
、Na+、NO
、SO
解析 本题易错之处是忽视NO
在酸性溶液中具有强氧化性,与还原性离子能发生氧化还原反应。
A项中离子可以大量共存,A项正确;B项中Fe2+、NO
、H+因发生氧化还原反应而不能大量共存,B项错误;Fe3+、Mg2+与OH-不能大量共存,C项错误;D项溶液可能显酸性,也可能显强碱性,在强碱性溶液中NH
不能大量存在,故D项错误。
答案 A
7.向50mL18mol·L-1的H2SO4溶液中加入足量的铜片并加热,充分反应后,被还原的H2SO4的物质的量( )
A.小于0.45mol
B.等于0.45mol
C.在0.45mol和0.90mol之间
D.大于0.90mol
解析 Cu与稀硫酸不反应,在加热条件下铜和浓硫酸能发生反应。
由反应Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O可知,参加反应的H2SO4有一半被还原,在Cu与浓硫酸的反应过程中,浓硫酸的浓度逐渐降低,变成稀硫酸时反应将停止,所以0.9molH2SO4与足量铜片反应时,被还原的H2SO4的物质的量小于0.45mol。
答案 A
8.将2.56gCu和一定量的浓HNO3反应,随着Cu的不断减少,反应