高一化学实验12铜与浓硫酸硝酸的反应学案.docx

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高一化学实验12铜与浓硫酸硝酸的反应学案

实验12铜与浓硫酸、硝酸的反应

铜与浓硫酸、硝酸的反应

1、验证浓硫酸和硝酸具有强氧化性

2、培养从实验现象探究实验本质的思维

3、掌握实验室制取NO2和NO的原理

Cu+2H2SO4（浓）

CuSO4+2H2O+SO2↑

Cu+4HNO3（浓）===Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

试管、具支试管、酒精灯、导管、双孔塞、单孔塞、分液漏斗、试剂瓶、水槽

铜丝、铜片、浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸、品红溶液、紫色石蕊溶液

步骤

实验现象

实验结论

实验Ⅰ：

在一个带导管的胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。

在试管中加入2ml浓硫酸，盖好胶塞，使铜丝与浓硫酸接触，加热。

把放出的气体通入品红溶液和紫色石蕊溶液中。

观察现象。

向上拉起铜丝，终止反应，冷却后，把试管里的液体慢慢倒入盛有少量水的另一支试管里，观察溶液的颜色。

铜丝表面有气泡逸出，品红溶液逐渐变为无色，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。

浓硫酸具有强氧化性，和铜发生氧化还原生成了二氧化硫气体（具有漂白性）和硫酸铜溶液，反应方程式为Cu+2H2SO4（浓）

CuSO4+2H2O+SO2↑。

实验Ⅱ：

检查装置的气密性良好后，将铜片置于两支具支试管的底部（如上图），然后通过分液漏斗分别加入2ml的浓硝酸、稀硝酸，观察实验现象。

A试管中铜片表面产生气泡，铜片溶解，溶液变蓝，具支试管上部空间无色变为红棕色，集气瓶中收集到的是无色的气体且不能充满集气瓶；B试管中铜片表面产生气泡，铜片溶解，溶液变蓝，具支管上部空间由无色变为红棕色，后又变为无色。

硝酸具有强氧化性，铜与浓硝酸反应可以制得红棕色的NO2，NO2能与水反应；铜与稀硝酸反应可制得NO气体，NO容易与空气反应生成红棕色NO2。

反应方程式为2NO+O2===2NO23NO2+H2O===2HNO3+NO

在铜与浓硫酸反应中浓硫酸的作用是？

酸和氧化剂

铜过量，浓硫酸能否完全反应？

请说明理由。

不能，铜不与稀硫酸反应，随着反应的进行，浓硫酸逐渐变稀

为什么要用浸有碱液的棉团塞住试管口？

吸收多余的SO2，防止污染空气

A、B集气瓶中收集到的是什么气体？

如何检验？

NO，向集气瓶中通入少量的氧气或者空气，气体的颜色由无色变为红棕色，说明是NO气体。

或者敞口放置，瓶口由无色变为红棕色。

（1）铜和浓硫酸反应必须加热，铜丝下端卷成螺旋状，增大接触面积。

（2）常温下，铝、铁在浓硫酸和浓硝酸中不发生反应，因为发生钝化形成氧化膜，阻止进一步反应。

（3）铜与浓硫酸反应，在计算中注意浓硫酸逐渐变稀，无法完全反应。

（4）硝酸的浓度越大，氧化性就越强。

（5）活泼金属和硝酸反应不生成H2，硝酸的浓度不同，还原产物不同。

1．下列现象或事实可用同一原理解释的是（）

A．浓硫酸和浓盐酸长期暴露在空气中浓度降低

B．氯水和活性炭使红墨水褪色

C．铁片和铝片置于冷的浓硫酸中均无明显现象

D．二氧化硫和过氧化钠使品红褪色

【答案】C

【解析】A．浓硫酸具有吸水性，浓度降低是因溶剂增多，而浓盐酸易挥发浓度减小是因溶质减少，原因不同，A错误；B．氯水中HClO具有强氧化性使红墨水褪色，而活性炭具有吸附性使红墨水褪色，原理不同，B错误；C．铁片和铝片置于冷的浓硫酸中均无明显现象，均是因为发生了钝化，原理相同，C正确；D．过氧化钠具有强氧化性，能使品红褪色，二氧化硫能使品红溶液褪色，发生的是非氧化还原反应，原理不相同，D错。

答案选C。

2．有关铜与浓硫酸的反应下列说法错误的是（）

A．该反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1

B．浓硫酸在反应中既体现出氧化性，又体现出酸性

C．标准状况下，lmol铜和2mol浓硫酸充分反应可得22.4L气体

D．1mol铜和足量浓硫酸反应，转移电子个数为2NA

【答案】C

【解析】A．铜与浓硫酸反应的化学方程式为：

Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O，由化学方程式可知，Cu元素的化合价从0价升高到+2价，Cu为还原剂，S元素的化合价一部分从+6价降低到+4价，一部分化合价不变，浓硫酸为氧化剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1，故A正确；B．由化学方程式可知，浓硫酸与铜反应生成硫酸铜和二氧化硫，生成硫酸铜体现了浓硫酸的酸性，生成二氧化硫体现了浓硫酸的氧化性，故B正确；C．lmol铜和2mol浓硫酸充分反应，随着反应的进行，浓硫酸变成稀硫酸，反应停止，铜和硫酸均不能完全反应，则产生的气体在标准状况下小于22.4L，故C错误；D．Cu元素的化合价从0价升高到+2价，1mol铜和足量浓硫酸反应，转移电子2mol，转移电子个数为2NA，故D正确；答案选C。

3．将足量的铜片与100mL18mol·L−1浓硫酸加热充分反应，收集到标准状况下的

气体VL，下列对此反应的有关说法中错误的是（）

A．该反应体现了浓硫酸的酸性和强氧化性

B．反应结束后两种反应物均有剩余

C．被还原的硫酸为

mol

D．参加反应的Cu为

【答案】D

【解析】浓硫酸中n（H2SO4）=0.1L×18mol·L−1=1.8mol，反应的方程式为Cu+2H2SO4（浓）

CuSO4+SO2↑+2H2O。

A．由反应Cu+2H2SO4（浓）

CuSO4+SO2↑+2H2O，则该反应体现了浓硫酸的酸性和强氧化性，故A正确；B．反应结束后铜过量有剩余，硫酸的浓度逐渐降低，而铜与稀硫酸并不反应，则硫酸也有剩余，剩余两种反应物均有剩余，故B正确；C．由反应Cu+2H2SO4（浓）

CuSO4+SO2↑+2H2O，被还原的硫酸为

mol，故C正确；D．随着反应的进行，硫酸的浓度逐渐降低，而铜与稀硫酸并不反应，因此，被还原的硫酸的物质的量应小于一半，即小于0.9mol，则参加反应的Cu也小于0.9mol；参加反应的Cu小于0.9mol，故D错误；故选D。

4．在常温下，下列操作中不能区别浓硫酸和稀硫酸的是（）

A．分别加入铁片B．分别加入蔗糖

C．分别加入铜片D．分别加入硫酸铜晶体

【答案】C

【解析】A．常温下，铁和稀硫酸反应生成氢气，铁和浓硫酸发生钝化现象，现象不同，所以可以区别，故A错误；B．浓硫酸具有强氧化性、脱水性，能使蔗糖被氧化而变黑，稀硫酸不能使蔗糖被氧化，所以现象不同，可以区别，故B正确；C．常温下，铜不与浓硫酸反应。

浓硫酸、稀硫酸都是无色液体，所以观察外表无法区别，故C错误；D．浓硫酸具有吸水性，能使硫酸铜晶体变为无色，而稀硫酸不能使硫酸铜晶体变为无色，现象不同，可以区别，故D错误；故选C。

5．工业上制取硫酸铜不是直接用浓硫酸与铜反应，而是将铜丝浸入稀硫酸中并不断地从容器下部吹入细小的空气泡，这样做的优点是（）

①节省能源　②不产生污染大气的二氧化硫　③提高了硫酸的利用率　④提高了铜的利用率

A．①②B．③④C．①②③D．全部

【答案】C

【解析】此方法符合“绿色化学”的宗旨，从制备的各个环节中都能防止污染和浪费。

浓硫酸与铜加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，二氧化硫有毒，对环境有危害；将铜丝浸入稀硫酸中并不断地从容器下部吹入细小的空气泡，铜、氧气和稀硫酸共同反应生成硫酸铜和水，不产生有害气体，避免对环境的污染，同时提高了硫酸的利用率，节省了能源，①②③均符合题意，C正确；正确选项C。

6．用以下三种途径来制取等质量的硝酸铜。

①铜与稀硝酸反应；

②铜与浓硝酸反应；

③铜先与氧气反应生成氧化铜，氧化铜再跟硝酸反应。

以下叙述不正确的是（）

A．三种途径所消耗铜的质量相等

B．三种途径所消耗硝酸的物质的量是①>②>③

C．途径③的制备方法最符合“绿色化学”理念

D．途径①中被氧化的铜与被还原的硝酸的物质的量之比是3∶2

【答案】B

【解析】制取硝酸铜的有关反应①铜与稀硝酸反应：

3Cu+8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2+2

NO↑+4H2O；②铜与浓硝酸反应：

Cu+4HNO3（浓）===Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O；③铜先与氧气反应生成氧化铜，氧化铜再跟硝酸反应：

2Cu+O2

2CuO，CuO+2HNO3=Cu（NO3）2+H2O

；A．铜元素都生成了硝酸铜，所以制取等量的硝酸铜消耗铜的质量相等，A正确；B．根据上述的反应途径结合反应式可知三种途径所消耗硝酸的物质的量是②>①>③，B错误；C．途径③的制备方法中原子利用率最高，且没有污染环境的气体产生，所以最符合“绿色化学”理念，C正确；D．途径①中被氧化的铜与被还原的硝酸的物质的量之比是3∶2，D正确，答案选B。

7．下列对于硝酸的认识，不正确的是（）

A．浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性B．铜与硝酸的反应属于置换反应

C．硝酸可氧化Fe2+D．可用铁或铝制品盛装浓硝酸

【答案】B

【解析】硝酸具有强氧化性，故A正确；铜与硝酸没有单质生成不属于置换反应，故B错误；硝酸可把Fe2+氧化为Fe3+，故C正确；浓硝酸能使铁或铝钝化，可用铁或铝制品盛装浓硝酸，故D正确。

8．足量的铜与一定量的浓硝酸反应得到硝酸铜溶液和NO、N2O4、NO2的混合气体，这些气体与1.68LO2（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，则和铜反应的硝酸的物质的量可能是（）

A．0.55molB．0.4molC．0.6molD．0.65mol

【答案】A

【解析】由题知，铜化合价升高数=硝酸化合价降低数=氧气化合价降低数=

×4=0.3mol，n（Cu）=

=0.15mol，和铜反应的硝酸的物质的量=生成Cu（NO3）2的硝酸的物质的量+发生还原反应的硝酸的物质的量。

（1）硝酸被还原为NO，硝酸的物质的量为：

0.15×2+

=0.4mol；

（2）硝酸被还原为N2O4、NO2，硝酸物质的量为：

0.15×2+0.3=0.6mol；（3）硝酸被还原为NO、N2O4、NO2的混合气体，硝酸的物质的量为：

在0.4-0.6之间。

答案选A。

9．下列反应的离子方程式书写正确的是（）

A．盐酸与氨水反应：

H++OH

===H2O

B．铜粉与稀硝酸的反应：

3Cu+8H++2NO

===3Cu2++2NO↑+4H2O

C．Cl2与H2O的反应：

Cl2+H2O

2H++Cl

+ClO-

D．碳酸钙溶液与足量稀盐酸的反应：

CO

+2H+===H2O+CO2↑

【答案】B

【解析】A．一水合氨为弱电解质，反应的离子方程式为NH3·H2O+H+===NH

+H2O，故A错误；B．铜粉与稀硝酸反应生成NO，其反应的离子方程式为：

3Cu+8H++2NO

===3Cu2+

+2NO↑+4H2O，故B正确；C．氯气与水反应生成的次氯酸为弱酸，应该用化学式表示，故C错误；D．盐酸与碳酸钙反应制备二氧化碳的离子反应为CaCO3+2H+===CO2↑+H2O+Ca2+，故D错误；故选B。

10．下列实验装置不能达到实验目的的是（）

A

B

C

D

实验室制取蒸馏水

用SO2和NaOH溶液做喷泉实验

证明Na2CO3的热稳定性比NaHCO3好

证明铜与浓硝酸的反应是放热反应

【答案】C

【解析】A．符合制取蒸馏水的原理，A正确；B．二氧化硫易溶于氢氧化钠溶液，使烧瓶中气体压强减小，烧杯中的液体进入烧瓶，产生喷泉，B正确；C．装置中两者受热温度不同，但是碳酸氢钠在较低温度下就能分解而碳酸钠在较高温度下不分解，因此不能说明碳酸钠比碳酸氢钠稳定，故C错误；D．若为放热反应，则试管中气体受热，压强增大，U形管中液面，左边下降，右边上升，故D正确；综上所述，本题答案为C。

11．某化学小组欲进行如下的实验探究金属与浓硫酸反应。

试回答下列问题：

（1）利用上图装置研究铜与浓硫酸反应，反应的化学方程式为_____________________

____________________________。

C装置的作用_________________________________。

（2）将上述实验中的铜改为铁，在常温下进行，无明显现象，其原因是______________

________________________。

在加热条件下，实验的后阶段可观察到倒立的漏斗边沿有气体冒出，该气体可能为_______。

（3）验证该气体的实验方案如下：

①装置连接顺序：

X→___→___→___→___→a→b→_____；

②能证明上述假设成立的实验现象是_____________。

③某学习小组经过讨论认为该实验方案还不够严谨，你认为是否合理，若合理，则不作答，若不合理，请指出不严谨之处__________________________。

④若把D中的反应液倾倒入盛水的烧杯中，为氧化其中的某离子，可供选用的试剂：

a、Cl2；b、Br2；c、稀硫酸和H2O2，从无污染角度考虑，你认为合适试剂是______（填字母），反应的离子反应方程式为_________________________________________________。

【答案】

（1）Cu+2H2SO4（浓）

CuSO4+SO2↑+2H2O吸收尾气，防止污染环境；防倒吸

（2）常温下，浓硫酸使Fe钝化H2

（3）①x→c→d→e→f→a→b→g

②E中固体由黑色变红色，H中固体白色变蓝色

③应在h之后添加一个盛装碱石灰的球形干燥管

④C2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O

【解析】

（1）浓硫酸具有强氧化性，在加热条件下与Cu反应生成CuSO4、SO2和H2O，故化学方程式为：

Cu+2H2SO4（浓）

CuSO4+SO2↑+2H2O；C装置的作用吸收尾气，防止污染环境、防倒吸；

（2）若将上述实验中的铜改为铁，在常温下进行，无明显现象，其原因是常温下，浓硫酸使Fe钝化；在加热条件下，实验的后阶段可观察到倒立的漏斗边沿有气体冒出，这是因为实验后阶段浓硫酸变为稀硫酸，稀硫酸与铁反应会产生氢气，故该气体可能为H2；①若要验证该气体是氢气，根据可供选择的装置及药品，先除去二氧化硫，再吸水干燥，然后通入灼热的氧化铜，最后检验产物是水，所以装置连接顺序：

x→c→d→e→f→a→b→g；②若E中（硬质玻璃管）黑色粉末变红，说明生成了铜单质，同时H中（球形干燥管）固体由白色变为蓝色，说明生成了水，由此可证明上述假设成立；③有不严谨之处，应在h之后添加一个盛装碱石灰的球形干燥管；④若把D中的反应液倾倒入盛水的烧杯中，为氧化其中的亚铁离子，选项稀硫酸和H2O2时产物为水，无污染故合适，试剂选C，反应的离子反应方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。

12．某课外小组准备在实验室配制95mL1.0mol·L−1的硝酸溶液，然后再研究金属铜与硝酸的反应情况。

（1）配制95mL1.0mol·L−1的硝酸溶液，需要的仪器除烧杯、玻璃棒、量筒、胶头滴管外，还需要的玻璃仪器是_____________。

（2）若用10mol·L−1的浓硝酸来配制上述溶液，需要量取浓硝酸的体积是_________mL。

（3）配制过程中，下列操作会引起浓度偏小的是________。

A．定容摇匀后发现液面低于刻度线，再加水至刻度线

B．定容时俯视容量瓶的刻度线

C．将溶液转入容量瓶后，没有洗涤烧杯和玻璃棒，就进行定容操作

D．容量瓶用蒸馏水洗涤后未烘干

E．量取浓硝酸后，用少量蒸馏水洗涤量筒并将洗涤液也放入烧杯

（4）课外小组同学将制得的硝酸与铜片在下列装置中反应，反应初期观察到大试管中的液体a逐渐变为蓝色，试管上方有浅红棕色气体出现。

①反应初期液体a逐渐变为蓝色是由于反应生成了_________（填化学式）。

②请解释反应初期试管上方有浅红棕色气体出现的理由___________________________

__________________________________________________（结合化学方程式说明）。

③导致红棕色气体在试管c中颜色消失的反应方程式为___________________________。

【答案】

（1）100mL容量瓶

（2）10.0

（3）AC

（4）①Cu（NO3）2②装置中有空气，将NO气体氧化为红棕色的NO2气体，2NO+O2===2NO2③3NO2+H2O===2HNO3+NO

【解析】

（1）实验室没有95mL规格的容量瓶，必须配制100mL，配制100mL1.0mol·L−1的硝酸溶液步骤为：

计算、称量、溶解冷却、移液、洗涤、定容、摇匀、装瓶，用到的玻璃仪器有：

烧杯、玻璃棒、100ml容量瓶、胶头滴管，所以需要的玻璃仪器是：

100mL容量瓶；

（2）配制100mL1.0mol·L−1的硝酸溶液，设需要10mol·L−1的浓硝酸体积为V，则依据溶液稀释过程中溶质的物质的量不变得：

100mL×1.0mol·L−1=10mol·L−1×V，解得V=10mL；（3）A．定容摇匀后发现液面低于刻度线，再加水至刻度线，导致溶液体积偏大，溶液浓度偏低，选项A选；B．定容时俯视容量瓶的刻度线，导致溶液体积偏小，溶液浓度偏高，选项B不选；C．将溶液转入容量瓶后，没有洗涤烧杯和玻璃棒，就进行定容操作，导致部分溶质损耗，溶质的物质的量偏小，溶液浓度偏低，选项C选；D．容量瓶用蒸馏水洗涤后未烘干，对溶质的物质的量和溶液体积都不产生影响，溶液浓度不变，选项D不选；E．量取浓硝酸后，用少量蒸馏水洗涤量筒并将洗涤液也放入烧杯，则相当于所量硝酸偏多，导致所配溶液浓度偏大，选项E不选。

答案选AC；（4）①铜与硝酸反应生成硝酸铜，化学式为Cu（NO3）2；②装置中有空气，将NO气体氧化为红棕色的NO2气体，2NO+O2===2NO2，即使开始没有NO2而只有NO气体也可能变成红棕色，反应初期试管上方有浅红棕色气体出现；③二氧化氮能够与水反应生成硝酸和一氧化氮，反应方程式：

3NO2+H2O===2HNO3+NO，所以红棕色气体在试管c中颜色消失。