高中化学人教版必修1教学案第四章 非金属及其化合物43 硝 酸 教学案含答案.docx
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高中化学人教版必修1教学案第四章非金属及其化合物43硝酸教学案含答案
第三课时 硝 酸
[课标要求]
1.了解硝酸的酸性。
2.掌握稀硝酸、浓硝酸的强氧化性。
3.了解硝酸的重要用途。
1.硝酸具有不稳定性和强氧化性。
2.稀HNO3的还原产物是NO,与铜反应的化学方程式为
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,
浓HNO3的还原产物是NO2,与铜、木炭反应的化学方程式分别为
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,
C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。
3.铁、铝在常温下,遇到浓HNO3发生钝化,这体现了浓硝酸的强氧化性。
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↑+4NO2↑+2H2O。
(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:
4HNO32H2O+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。
4.用途
硝酸用途广泛,是制炸药、染料、塑料的原料,也是化学实验室的必备试剂。
[特别提醒] 碱性、中性条件下,NO无氧化性,但在酸性条件下,NO能表现出强氧化性。
将铜片置于两支具支试管的底部(见下图)。
通过分液漏斗分别加入2mL浓、稀硝酸。
[问题思考]
1.两支具支试管中观察到的实验现象是否完全相同?
反应中浓硝酸、稀硝酸起什么作用?
提示:
不相同。
加入浓硝酸的具支试管中出现的现象是铜片表面产生气泡,铜片溶解,溶液变蓝,具支试管上部空间无色变红棕色。
加入稀硝酸的具支试管出现的现象是铜片表面产生气泡,铜片溶解,溶液变蓝,具支试管上部空间气体由无色变红棕色,后又变成无色。
两支具支试管中浓、稀硝酸既表现出氧化性,又表现出酸性。
2.如何证明集气瓶里的气体是NO?
提示:
向集气瓶中通入少量O2(或空气),气体颜色由无色变为红棕色,说明集气瓶中收集的气体是NO。
3.分析两支具支试管中发生反应的氮元素的价态变化,思考硝酸的浓度对还原产物有何影响?
提示:
反应中,浓硝酸的还原产物是NO2,稀硝酸的还原产物是NO,即硝酸的浓度越低,还原产物的价态越低。
硝酸的强氧化性
1.本质
HNO3中的+5价氮元素具有很强的得电子能力。
2.规律
(1)硝酸的浓度越大,反应温度越高,其氧化性越强。
(2)还原剂一般被氧化成最高价态。
3.具体表现
(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-、SO等均能被HNO3氧化。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)浓硝酸在常温下与Fe、Al均不发生反应(×)
(2)常温下,Cu与浓硝酸、稀硝酸均能发生氧化还原反应(√)
(3)铜和稀硝酸反应中HNO3既体现了氧化性,又体现了酸性(√)
(4)浓盐酸和浓硝酸按体积比1∶3组成王水(×)
(5)稀硝酸与铜反应不能放出H2,但与Zn、Fe等反应能放出H2(×)
2.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
解析:
选B 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,部分作氧化剂被还原为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。
金属与硝酸反应的计算方法
(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HNO3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HNO3中N的物质的量相等。
若HNO3过量还存在如下关系:
n(总HNO3)=n(与金属离子结合的NO)+n(还原产物NOx)+n(剩余HNO3)。
(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HNO3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3Cu+8H++2NO===3Cu2++2NO↑+4H2O。
1.38.4mg铜跟适量的浓硝酸反应,铜全部作用后,共收集到22.4mL(标准状况)气体,则反应消耗的硝酸的物质的量可能是( )
A.1.0×10-3mol B.1.6×10-3mol
C.2.2×10-3molD.2.4×10-3mol
解析:
选C 浓硝酸适量,在反应过程中浓度变小,实际上发生了两个反应:
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,反应消耗的HNO3包括起酸性作用和起氧化性作用的两部分,前者反应后以Cu(NO3)2形式存在,后者被还原后生成NO2、NO气体,从两个方程式看出:
Cu+2HNO3(酸)~Cu(NO3)2,HNO3(氧化剂)~NO2(或NO),所以反应消耗的HNO3的物质的量为:
×2+=1.2×10-3mol+1×10-3mol=2.2×10-3mol。
2.一定质量铜和适量的浓硝酸反应,随着反应的进行,所生成的气体颜色逐渐变浅,当铜反应完毕后,共收集到11.2L气体(标准状况),将该气体与0.325molO2混合溶于水,恰好无气体剩余。
则反应中消耗硝酸的物质的量( )
A.1.2molB.1.1mol
C.1.8molD.1.6mol
解析:
选C 收集到11.2L气体(标准状况),为0.5mol,将该气体与0.325molO2混合溶于水,恰好无气体剩余,说明生成的有NO和NO2,设NO为xmol,则NO2为(0.5-x)mol,根据4NO+3O2+2H2O===4HNO3,4NO2+O2+2H2O===4HNO3可得x+=0.325,解得x=0.4,0.5-x=0.1,又根据3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+H2O,两式可知,0.4molNO消耗硝酸为1.6mol,0.1molNO2消耗硝酸为0.2mol,共消耗硝酸为1.8mol。
[三级训练·节节过关]
1.下列反应中,硝酸只表现氧化性的是( )
A.Zn+HNO3(稀)―→
B.Mg(OH)2+HNO3(稀)―→
C.C+HNO3(浓)―→
D.Cu+HNO3(浓)―→
解析:
选C 硝酸中N得到电子,元素化合价降低,生成气体,则表现硝酸的氧化性,有硝酸盐生成,则表现硝酸的酸性,据此解答。
A项,锌与稀硝酸反应生成NO和硝酸锌和水,表现了硝酸的氧化性和酸性;B项,Mg(OH)2与硝酸反应生成硝酸镁,只体现了硝酸的酸性;C项,C与浓硝酸反应生成CO2、NO2和水,只体现了硝酸的氧化性;D项,铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、NO2和水,硝酸既表现氧化性又表现酸性。
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
解析:
选A 浓、稀硝酸都有氧化性,与金属反应不产生氢气;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.在通风橱中进行下列实验:
步骤
现象
Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色
Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止
下列说法中不正确的是( )
A.Ⅰ中气体有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层,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
解析:
选C 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正确;在Ⅱ中浓硝酸有强的氧化性,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。
4.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:
_________________________________________________
________________________________________________________________________。
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。
答案:
(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
1.关于硝酸的说法正确的是( )
A.硝酸电离出的H+,能被Zn、Fe等金属还原成H2
B.浓HNO3与浓HCl按3∶1的体积比所得的混合物叫王水
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HNO3中投入Fe片,会产生大量的红棕色气体
解析:
选C A项,硝酸能电离出H+,但氧化性NO>H+,H+不能被Zn、Fe等金属还原成H2,错误;B项,浓HNO3与浓HCl按1∶3的体积比所得的混合物叫王水,错误;C项,硝酸与金属反应时,主要是+5价的氮元素得电子,正确;D项,常温下,向浓HNO3中投入Fe片,发生钝化,不会产生大量的红棕色气体,错误。
2.下列关于浓硝酸和浓硫酸的叙述中正确的是( )
A.常温下都可用铝制容器贮存
B.露置在空气中,容器内酸液的质量都减轻
C.常温下都能与铜较快反应
D.露置在空气中,容器内酸液的浓度都增大
解析:
选A 浓H2SO4吸水增重,B错误;浓H2SO4常温下与Cu不反应,C错误;浓H2SO4吸水、浓HNO3挥发都会使酸液的浓度减小,D错误。
3.从经济效益和环境保护的观点出发,由铜制取硝酸铜最适宜的方法是( )
A.Cu与浓HNO3―→Cu(NO3)2
B.Cu与稀HNO3―→Cu(NO3)2
C.CuCuO稀HNO3,Cu(NO3)2
D.Cu+AgNO3―→Cu(NO3)2
解析:
选C A项,生成的NO2会造成大气污染,不正确;B项,生成的NO也会造成大气污染,不正确;C项,生成等量的硝酸铜所用的原料少比较经济,又不会对环境造成污染,正确;D项,硝酸银成本较高,同时硝酸银会对环境造成一定的污染,主要是重金属污染,不正确。
4.下列反应中,硝酸既表现酸性,又表现氧化性的是( )
A.Fe(OH)2跟稀硝酸反应
B.Fe2O3跟稀硝酸反应
C.CuO跟稀硝酸反应
D.Al(OH)3跟稀硝酸反应
解析:
选A A项,硝酸具有强氧化性,Fe(OH)2具有还原性,因此Fe(OH)2跟稀硝酸反应后生成硝酸铁和一氧化氮,既表现酸性,又表现氧化性,正确;B项,Fe2O3跟稀硝酸反应不能发生氧化还原反应,错误;C项,CuO跟稀硝酸反应,不能发生氧化还原反应,错误;D项,Al(OH)3跟稀硝酸反应,不能发生氧化还原反应,错误。
5.将铜粉放入稀硫酸中,加热无明显反应,但加入某盐后,发现铜粉质量逐渐减少,该盐是( )
A.硫酸亚铁 B.硫酸锌
C.硝酸钾D.氯化钠
解析:
选C 在酸性溶液中,硝酸盐具有氧化性,能把铜氧化生成硝酸铜和NO,选项C符合题意。
6.0.3molCu和含1.2molHNO3的浓硝酸,充分反应后,生成NO2的量为( )
A.0.2molB.0.6mol
C.小于0.6molD.大于0.6mol
解析:
选C 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0.6mol。
7.将1.92g铜粉与一定量的浓硝酸反应,当铜粉完全反应时收集到气体1.12L(标准状况下)。
则所消耗硝酸的物质的量是( )
A.0.12molB.0.11mol
C.0.09molD.0.08mol
解析:
选B 铜与HNO3反应时,消耗的HNO3转变为Cu(NO3)2和氮的氧化物(NO2或NO)。
n(Cu)==0.03mol;n(气体)==0.05mol;所以共耗HNO3的物质的量n(HNO3)=0.03mol×2+0.05mol=0.11mol。
8.将0.1mol铜与40mL10mol·L-1HNO3充分反应后,溶液中含amolH+,由此可知( )
A.生成的气体在标准状况下的体积为4.48L
B.生成的气体在标准状况下的体积为1.49L
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0.2mol
解析:
选C 溶液中含有H+,则HNO3过量。
在反应过程中变稀,实际上发生了两个反应:
①Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O、②3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
反应消耗的HNO3包括起酸性作用和氧化剂作用两部分,前者反应后以Cu(NO3)2形式存在,后者被还原后生成NO2、NO气体,从两反应式看出:
Cu~2HNO3(酸)~Cu(NO3)2,HNO3(氧化剂)~NO2(或NO),作酸用的硝酸为0.2mol,生成的气体为NO、NO2的混合气体,溶液中有amol的HNO3过量,则被还原的HNO3为(0.4-a-0.2)mol,生成的气体的物质的量为(0.4-a-0.2)mol,溶液中的NO由过量的HNO3和Cu(NO3)2中的NO组成,为(a+0.2)mol。
9.在浓硝酸中放入铜片:
(1)开始反应的化学方程式为_____________________________________________,
实验现象为___________________________________________________________。
(2)若铜有剩余,则反应将要结束时的反应方程式为___________________________
________________________________________________________________________。
(3)待反应停止后,再加入少量25%的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)若将12.8g铜跟一定量的浓硝酸反应,铜消耗完时,共产生5.6L(标准状况)气体。
则所消耗的HNO3的物质的量为________,其中显氧化性的硝酸的物质的量为________。
解析:
随着反应的进行,硝酸的浓度不断减小,反应结束前实质上是铜与稀硝酸的反应。
反应停止后再加稀H2SO4,溶液中的NO在酸性条件下,又相当于稀HNO3与铜反应。
答案:
(1)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 铜片逐渐变小,溶液颜色变成绿色,并有红棕色气体产生
(2)3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(3)溶液中有硝酸根离子,加入稀硫酸后增加了溶液中氢离子的浓度,发生反应:
3Cu+8H++2NO===3Cu2++2NO↑+4H2O (4)0.65mol 0.25mol
10.为了证明稀硝酸与铜反应的气体产物是NO,某同学设计了如下实验装置和实验方案。
实验步骤:
(1)关闭K1,打开K2,向试管中加石灰石,通过分液漏斗向其中加入一定的稀硝酸,则加入石灰石的作用是
________________________________________________________________________,
反应的化学方程式是____________________________________________________。
(2)将铜丝插入稀硝酸中,微热大试管。
该步反应的离子方程式是_______________。
(3)充分反应后,打开开关K1,通过气囊鼓入空气,可以观察到烧瓶中______________
__________________________________________________________,
证明稀硝酸与铜反应的气体产物是NO。
(4)NaOH溶液的作用____________________________________________________。
解析:
(1)关闭K1,打开K2,向试管中加石灰石,通过分液漏斗向其中加入一定量的稀硝酸,则加入石灰石的作用是石灰石与稀硝酸反应生成CO2,把装置中的氧气排尽,防止干扰反应现象的判断,反应的化学方程式是CaCO3+2HNO3===Ca(NO3)2+CO2↑+H2O。
(2)将铜丝插入稀硝酸中,发生反应产生硝酸铜、NO和水,该步反应的离子方程式是3Cu+
8H++2NO===3Cu2++2NO↑+4H2O。
(3)充分反应后,打开开关K1,通过气囊鼓入空气,可以观察到烧瓶中无色气体变成红棕色,证明稀硝酸与铜反应的气体产物是NO。
(4)NO、NO2是大气污染物,由于它们可以与NaOH溶液反应产生盐,因此可以防止大气污染。
答案:
(1)石灰石与稀硝酸生成CO2,把装置中的氧气排尽
CaCO3+2HNO3===Ca(NO3)2+CO2↑+H2O
(2)3Cu+8H++2NO===3Cu2++2NO↑+4H2O
(3)无色气体变成红棕色气体
(4)尾气处理,以免气体污染环境
1.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22.4L(标准状况)NO有3mol电子转移
D.如果有8molHNO3被还原,则生成了2molNO
解析:
选D 由反应方程式知,8molHNO3参加反应,生成2molNO,则被还原的HNO3为2mol。
2.一定质量的铜分别与足量的稀硝酸和浓硝酸完全反应,在相同条件下用排水法收集反应产生的气体,下列叙述正确的是( )
A.硝酸浓度越大,硝酸被还原之后的生成物的价态越低,对应的硝酸的氧化性越弱
B.硝酸浓度不同,生成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.两者用排水法收集到的气体体积相等
解析:
选D 硝酸的浓度越大氧化性越强,故A错误;等量的Cu与酸反应,生成Cu(NO3)2的物质的量相同,故B错误;等量的Cu与酸反应,浓硝酸反应生成气体多,故C错误;因3NO2+H2O===2HNO3+NO,最终收集气体均为NO,由电子守恒可知,收集NO的体积相等,故D正确。
3.证明浓HNO3的氧化性比浓H2SO4的氧化性强的事实是( )
A.浓硝酸加热能放出氧气
B.浓HNO3跟浓盐酸可配制成王水
C.HNO3跟金属反应可生成价态不同的氧化物
D.浓HNO3跟铜剧烈反应且不需加热
解析:
选D A项,浓硝酸加热能放出氧气只说明硝酸不稳定,错误;B项,浓HNO3跟浓盐酸可配制成王水,只说明王水的性质,错误;C项,根据生成产物的价态无法判断氧化性的强弱,错误;D项,浓HNO3跟铜剧烈反应且不需加热,浓硫酸需要加热,能够说明浓HNO3的氧化性比浓H2SO4的氧化性强。
4.木炭跟浓硫酸共热产生的气体X和铜跟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(如图所示装置),下列有关说法不正确的是( )
A.洗气瓶中产生的沉淀是碳酸钡
B.在Z导管出来的气体中有二氧化碳
C.洗气瓶中产生的沉淀是硫酸钡
D.在Z导管口有红棕色气体出现
解析:
选A X为SO2、CO2的混合物;Y为NO2,Z导管口:
3NO2+H2O===2HNO3+NO、2NO+O2===2NO2。
5.往两支分别装有浅绿色的Fe(NO3)2