7.2 重要的含氮化工原料（第2课时 硝酸）-【帮课堂】2024-2025学年高一化学同步学与练（苏教版2019必修第二册）

专题7 氮和社会可持续发展 第二单元 重要的含氮化工原料 第2课时 硝酸 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．掌握浓、稀硝酸的强氧化性，了解硝酸的重要用途。 2．通过比较浓硝酸与稀硝酸性质的差异，认识硝酸浓度对反应产物的影响。 重难点：硝酸的氧化性。 一、硝酸 1．物理性质 硝酸是一种无色，易挥发，具有刺激性气味的液体。能与水以任意比互溶。 2．化学性质 (1)硝酸是一元强酸，具有酸的通性。 能使紫色的石蕊试液变红、与某些金属氧化物反应、与某些盐反应、与碱反应。但硝酸与金属反应一般不产生H2。 硝酸与CaCO3反应的化学方程式为：CaCO3+2HNO3=Ca(NO3)2+CO2↑+H2O。 (2)不稳定性 硝酸不稳定，见光或受热易分解，化学方程式为：4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑。 硝酸的保存方法：密封贮存在低温、避光处。 市售硝酸常因溶有少量NO2略显黄色。 (3)实验探究硝酸的强氧化性 【实验操作】 a．将铜片置于具支试管的底部，用分液漏斗向试管内加入2 mL浓硝酸，将产生的气体通入倒置于水槽里充满水的集气瓶中。 b．在上述装置中，用分液漏斗向试管内加5 mL水，稀释硝酸，继续收集产生的气体。 【实验现象】 a．试管中铜片溶解，有红棕色气体产生，溶液变蓝色，集气瓶中收集到无色气体。 b．试管中铜片溶解，有无色气体产生，溶液变蓝色，集气瓶中收集到无色气体。 【实验结论】铜与浓硝酸反应生成了硝酸铜和NO2气体。铜与稀硝酸反应生成了硝酸铜和NO气体。 硝酸无论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。 (4)硝酸的强氧化性 硝酸是一种氧化性很强的酸，能与大多数金属（除Au、Pt等少数金属以外）、许多非金属以及有机物发生氧化还原反应。 ①HNO3与金属反应 分别写出浓硝酸、稀硝酸分别与Cu的反应方程式： Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O ②硝酸与非金属的反应 写出C与浓硝酸反应的方程式：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。 ③常温下浓硝酸可以使铝、铁等金属发生钝化。可以用铝质或铁质容器盛放浓硝酸。 ④与其他还原性物质反应 分别写出硝酸与Fe2+、SO反应的离子方程式： 3Fe2++4H++NO===3Fe3++NO↑+2H2O 3SO+2H++2NO===3SO+2NO↑+H2O 3．硝酸的用途 硝酸是一种重要的化工原料，常用来制造氮肥、燃料、塑料、炸药、硝酸盐等。硝酸在实验室里是一种重要的化学试剂。 【特别提醒】 (1)硝酸与金属反应时，一般既表现强氧化性，又表现酸性（生成盐），参加反应的硝酸部分被还原，还有一部分仍以NO形式存在。 (2)浓硝酸与金属反应的过程中，浓度逐渐减小，还原产物有可能是NO2和NO的混合物。 (3)在应用硝酸的氧化性分析离子是否共存时，要注意溶液中H＋和NO的组合，它们相当于HNO3，能够氧化具有强还原性的离子，而单纯的NO不能氧化这些离子。 (4)硝酸的还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)稀硝酸可溶解Fe(OH)2生成Fe(NO3)2和水(　　) (2)碳、铜与浓硝酸反应时，浓硝酸只表现强氧化性(　　) (3)常温下，将铝片放入浓硝酸，无明显现象，是因为铝和浓硝酸不反应(　　) (4)实验室可以用铜和稀硝酸制备少量的NO气体(　　) (5)浓硝酸氧化性很强，常温下就可以和碳发生反应(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)× 2．某研究小组为了探究硝酸的性质，进行如下实验操作。 (1)从试剂柜中取一瓶浓硝酸，发现其保存在________色试剂瓶中，取少量浓硝酸于试管中，发现其溶液呈“黄色”，其原因是__________________________________(用化学方程式和适当文字描述)。该研究小组尝试将显“黄色”的浓硝酸恢复到原本的无色。下列措施合理的是________(填字母)。 a．向浓硝酸中加水 b．向浓硝酸中通入适量空气 c．加热浓硝酸 d．向浓硝酸中加入适量的NaOH固体 (2)向浓硝酸中加入稍过量铜片，该小组同学发现，生成的气体开始呈红棕色后逐渐变浅，最终气体变为无色，试写出上述反应的化学方程式：___________________________________，在上述反应中，硝酸体现的性质为_________________________________________________。 (3)当实验完毕，该小组同学向试管中滴入少量稀H2SO4，发现铜片又逐渐溶解，产生无色气体，试写出上述的离子方程式：________________________________________。 (4)该小组同学向浓硝酸中加入少量碳粉，无明显现象，缓慢加热，发现碳粉逐渐溶解，产生红棕色气体，试写出上述反应的化学方程式：_______________________________________，在该反应中硝酸体现的性质为____________________。 答案　(1)棕　浓硝酸不稳定，见光或受热易分解，　4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O，NO2溶于浓HNO3使溶液呈黄色　b (2)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O、3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　氧化性和酸性 (3)3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O (4)C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O　氧化性 3．将0.3molCu与足量的稀硝酸反应，被还原的硝酸为_____mol，转移的电子数为_______个。 答案：0.2 0.6NA 解析：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 转移电子数6e- 3mol 8mol 2mol 6mol 0.3mol 0.2mol 0.6mol 4．某溶液中可能含有下列离子：(1)H＋、Fe2＋、Cl－、NO；(2)Na＋、OH－、NO、S2－；(3)H＋、NO、I－、SO。上述离子能否大量共存？说明原因。 提示　(1)(3)组离子不能大量共存，因为酸性条件下，NO具有强氧化性，可以氧化Fe2＋、I－。(2)组离子能大量共存，碱性条件下，NO没有强氧化性，4种离子间无反应。 5．下列事实体现了硝酸的什么性质？写出有关反应的化学方程式或离子方程式。 (1)浓硝酸应存放于棕色试剂瓶中。 浓硝酸具有 ；反应的化学方程式为 。 (2)银片溶于热的稀硝酸。 硝酸具有 ；反应的化学方程式为 。 (3)石灰石和稀硝酸混合反应制取CO2。 硝酸具有 ；反应的离子方程式为 。 (4)红热的木炭投入浓硝酸中产生红棕色的气体。 浓硝酸具有 ；反应的化学方程式为 。 答案 (1)不稳定性(或见光易分解的性质)　4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O (2)强氧化性和酸性　3Ag＋4HNO3(稀)3AgNO3＋NO↑＋2H2O (3)酸性　CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O (4)强氧化性　C＋4HNO3(浓) 4NO2↑＋CO2↑＋2H2O 解析 硝酸被还原时体现了硝酸的氧化性，在产物中有硝酸盐生成时体现了硝酸的酸性。 ►问题一 硝酸的性质 【典例1】下列反应中硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是(　　) A．使紫色石蕊试液变红 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 答案　B 解析　A、C项反应中HNO3均表现出酸性；在B、D项反应中HNO3中氮元素的化合价均降低，表现出氧化性，并且在B项中又有Cu(NO3)2和水生成，说明此反应中HNO3还表现出酸性。 【解题必备】硝酸氧化性的体现 (1)浓硝酸与C在加热条件下反应，硝酸表现为强氧化性，由于稀硝酸不与C反应，反应后仍有过量稀硝酸。如：C＋4HNO3(浓)2H2O＋4NO2↑＋CO2↑。 (2)金属与硝酸反应一般不生成H2，浓硝酸一般先被还原为NO2，浓度变稀后稀硝酸一般被还原为NO气体，红棕色逐渐变淡。 (3)低价金属氧化物或盐与硝酸发生氧化还原反应，如FeO与稀硝酸反应3FeO＋10HNO3(稀)=== 3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，而不是发生复分解反应生成Fe(NO3)2。 (4)酸性溶液中含有NO或向含有NO的硝酸盐溶液中加入酸，溶液中(H＋＋NO相当于HNO3)具有强氧化性，能够氧化强还原性离子Fe2＋、I－、S2－、SO等而不能大量共存。 (5)硝酸与铁反应时，产物符合以下规律： Fe过量 Fe不足 Fe与HNO3两者恰好完全反应 Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 Fe(NO3)2或Fe(NO3)3或两者混合物 温度越高，硝酸越浓，其氧化性越强；与硝酸反应时，还原剂一般被氧化成最高价态。 【变式1-1】下列说法中正确的是（ ） A．硝酸应保存在塑料瓶中 B．常温下，浓硝酸不与铁和铝反应，但稀硝酸可以与铁和铝反应 C．稀硝酸与Cu反应时，硝酸只表现为强氧化性 D．浓硝酸与碳反应时，硝酸只表现为强氧化性 答案 D 解析 A选项，硝酸能腐蚀塑料和橡胶，应保存在玻璃瓶中，错误；B选项，常温下，浓硝酸能使铁和铝发生钝化，错误；C选项，稀硝酸和铜反应。硝酸转化为硝酸铜和NO，既表现为酸性又表现为强氧化性，错误；D选项，浓硝酸和碳反应，硝酸全部转化为NO2，只表现为强氧化性，正确；故选D。 【变式1-2】某实验过程如图所示，则图③的试管中的现象是(　　) A．无明显现象，因稀H2SO4不与铜反应 B．铜片溶解，产生无色气体，该气体遇到空气不变色 C．铜片溶解，放出红棕色有刺激性气味的气体 D．铜片溶解，产生无色气体，该气体在试管口变为红棕色 答案 D 解析 生成的Cu(NO3)2在H2SO4的酸性条件下相当于又有了HNO3，铜片会继续溶解生成NO。 ►问题二 硝酸与金属反应的相关计算 【典例2】将19.2 g的铜屑投入400 mL浓度均为0.5 mol·L－1 HNO3和H2SO4的混合溶液中，溶液增加的质量为(　　) A．4.5 g B．9.9 g C．13.2 g D．14.7 g 答案　B 解析　根据3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O可知，硫酸只提供H＋，n(H＋)＝0.6 mol、n(Cu)＝0.3 mol、n(NO)＝0.2 mol，则H＋不足，故根据H＋的物质的量计算可得溶液质量增加量为×64 g·mol－1－×30 g·mol－1＝9.9 g，B正确。 【解题必备】 1．常用的计算方法(以Cu与硝酸反应为例) Cu＋HNO3―→Cu(NO3)2＋NO＋NO2＋H2O (1)原子守恒 氮原子守恒：n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO)＋n(NO2)。 (2)电子守恒 铜失电子生成Cu2＋，HNO3中氮原子得电子生成NO2、NO，则有2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)。 (3)离子方程式计算 金属与硫酸、硝酸混合酸反应时，由于硝酸中NO在硫酸提供H＋的作用下继续与金属反应，应依据离子方程式计算，即3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。 2．常见两种计算 (1)硝酸与铜反应 浓硝酸与足量的铜反应，开始浓硝酸被还原为NO2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸被还原为NO，向反应后的溶液中加稀硫酸，NO又被还原为NO。 (2)稀硝酸与铁反应(铁的常见价态：＋2、＋3) Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O； 3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 ①≥4，产物为Fe(NO3)3； ②≤，产物为Fe(NO3)2； ③<<4，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。 【变式2-1】将12.8 g铜完全溶于适量浓硝酸中，生成标准状况下的氮氧化物(仅含NO2和NO)共5.6 L。 (1)若用2 mol·L－1的NaOH溶液吸收气体，恰好反应生成了含NaNO2和NaNO3的混合液，实验测定其中含有NaNO3 0.05 mol。消耗NaOH溶液的体积为______mL。 (2)为了使气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，可同时加入双氧水。则至少需要34%的双氧水的质量为________g。 答案　(1)125　(2)20 解析　(1)恰好反应生成NaNO2和NaNO3，根据钠元素和氮元素守恒有：n(NaOH)＝n(NaNO2)＋n(NaNO3)＝n(NO2)＋n(NO)＝＝0.25 mol，消耗NaOH溶液的体积为＝0.125 L＝125 mL。 (2)n(NaNO2)＝0.25 mol－0.05 mol＝0.2 mol，根据得失电子守恒可知，需要双氧水的物质的量为＝0.2 mol，则m(H2O2)＝0.2 mol×34 g·mol－1＝6.8 g，需要34%的双氧水的质量为＝20 g。 【变式2-2】将2.64 g Mg、Cu组成的混合物投入适量稀硝酸中，固体完全溶解时收集到0.896 L(标准状况)还原产物NO气体，向反应后溶液中加入60 mL 2 mol·L－1NaOH溶液时金属离子恰好沉淀完全。则形成沉淀质量及硝酸的物质的量分别为(　　) A．4.32 g　0.02 mol B．4.68 g　0.16 mol C．5.36 g　0.18 mol D．6.38 g　0.2 mol 答案　B 解析　硝酸被还原为NO气体且标准状况下体积为0.896 L，即物质的量为＝0.04 mol，所以转移电子的物质的量为0.04 mol×(5－2)＝0.12 mol；最后沉淀为Cu(OH)2、Mg(OH)2，金属提供的电子的物质的量等于氢氧根离子的物质的量，故最后沉淀质量等于2.64 g＋0.12 mol×17 g·mol－1＝4.68 g；所用硝酸转化为NO和硝酸盐，根据氮原子守恒知，硝酸的物质的量为0.04 mol＋0.12 mol＝0.16 mol。 1．下列有关浓硝酸的说法不正确的是(　　) 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 答案　A 解析　浓硝酸的氧化性很强，它跟金属发生反应，一般不生成氢气而生成二氧化氮，所以实验室中不能用浓硝酸与金属锌反应制备氢气，A项错误；在常温下铁、铝遇浓硝酸钝化，B项正确；浓硝酸不稳定，见光容易分解：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O，所以应避光保存，C项正确；浓硝酸易挥发，打开瓶塞，瓶口有白雾产生，D项正确。 2．在反应4HNO3(浓)＋CCO2↑＋4NO2↑＋2H2O中，浓硝酸表现出的性质是(　　) A．挥发性 B．酸性 C．氧化性 D．还原性 答案　C 解析　浓硝酸与C反应，N元素化合价降低，表现氧化性；反应没有生成盐，不体现酸性；挥发性是物理性质，化学方程式中体现不出来，故选C。 3．下列说法正确的是(　　) A．不用浓硝酸和铜屑反应制硝酸铜，说明浓硝酸具有挥发性 B．硝酸与金属反应时，主要是＋5价的氮元素得电子 C．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，再加入Cu(NO3)2固体，铜粉仍不溶解 D．浓硝酸与浓盐酸按3∶1的体积比所得的混合物叫王水 答案　B 解析　Cu＋4HNO3(浓)===2NO2↑＋Cu(NO3)2＋2H2O，铜和浓硝酸反应除了生成硝酸铜还生成二氧化氮，浓硝酸的利用率不高，与浓硝酸的挥发性无关，而制取硝酸铜通常利用稀硝酸与氧化铜反应，故A错误；在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，再加入Cu(NO3)2固体，由于在酸溶液中硝酸根离子具有强氧化性，故此时铜粉溶解，故C错误；王水中浓盐酸与浓硝酸的体积比是3∶1，故D错误。 4．为证明稀硝酸与铜反应产物中气体为NO，设计如图实验(实验过程中活塞2为打开状态)，下列说法不正确的是(　　) A．关闭旋塞1，加入稀硝酸至液面a处 B．在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率 C．通过关闭或开启旋塞1可以控制反应的进行 D．反应开始后，胶塞下方有无色气体生成，但不能证明该气体为NO 答案　A 解析　关闭旋塞1，将无法加液体到液面a处，A错误；加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率，B正确；关闭旋塞1，生成的NO把稀硝酸压向右边，使铜丝与稀硝酸分离，C正确；想证明该气体为NO，必须使NO与O2接触，生成红棕色的NO2，D正确。 5．0.5 mol铜和含1.0 mol HNO3的浓硝酸，充分反应后，生成NO2的量为(　　) A．0.2 mol B．0.5 mol C．小于0.5 mol D．大于0.5 mol 答案　C 6．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22.4 L(标准状况)NO就有3 mol的电子转移 D．如果有8 mol HNO3被还原，则生成了2 mol NO 答案　D 解析　8 mol HNO3被还原，生成8 mol NO。 7．铜与1 mol·L－1的硝酸反应；若c(H＋)下降0.4 mol·L－1，则c(NO)下降(　　) A．0.1 mol·L－1 B．0.2 mol·L－1 C．0.3 mol·L－1 D．0.4 mol·L－1 答案　A 解析　1 mol·L－1的硝酸为稀硝酸，铜和稀硝酸反应的离子方程式为3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，由离子方程式可知，溶液中H＋浓度变化为NO浓度变化量的4倍，所以若c(H＋)下降0.4 mol·L－1，则c(NO)下降0.1 mol·L－1。 8．浅绿色的Fe(NO3)2溶液中逐渐加入少量稀盐酸时，溶液的颜色变化应该是(　　) A．颜色变浅 B．变为红色 C．没有改变 D．变为黄色 答案　D 解析　向浅绿色的Fe(NO3)2溶液中逐滴加入稀盐酸时，发生反应的离子方程式为3Fe2＋＋NO＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O，三价铁离子为黄色。 9．下列关于硝酸的说法中，正确的是(　　) A．硝酸与金属反应时，主要是＋5价的氮得电子 B．浓硝酸与碳反应时，既表现氧化性又表现为酸性 C．硝酸电离出的H＋能被Zn、Fe等金属还原成H2 D．常温下，向浓硝酸中投入铁片，会产生大量红棕色气体 答案 A 解析　硝酸是一种强氧化性酸，它的氧化性主要是由＋5价的氮元素表现出来的，A正确；王水中浓盐酸与浓硝酸的体积比是3∶1，B错误；硝酸是强氧化性酸，与金属反应时，一般不产生H2，C错误；常温下浓硝酸能使Fe钝化，不会产生大量红棕色气体，D错误。 10．6．某化学小组为了探究铜与硝酸反应的情况，做了以下探究过程。按如图进行反应： (1)开始反应会出现的现象是________________________________________________，反应的化学方程式为_____________________________________________。 (2)若铜有剩余，反应将要结束时发生反应的化学方程式是_______________________________。 (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，其原因是______________________________________________________________。 (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________________。 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)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，反应离子方程式为3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O　(4)0.65 mol 解析 (1)反应开始发生反应Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，溶液逐渐变蓝，有红棕色气体逸出；(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；(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。 1．一定温度下，探究铜与稀HNO3的反应过程如图： 下列说法正确的是(　　) A．过程Ⅰ中生成无色气体是氢气 B．步骤Ⅲ反应速率比Ⅰ快的原因是NO2溶于水，使稀HNO3浓度增大 C．由实验现象可推测NO2对该反应具有催化作用 D．当活塞不再移动时，打开止水夹，滴加稀硫酸，铜不会继续溶解 答案　C 解析　铜和稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，不能生成氢气，A错误；随着反应的进行，消耗硝酸，反应后硝酸浓度比原硝酸浓度小，不会增大，B错误；加入NO2后反应速率加快，说明NO2对该反应具有催化作用，C正确；原溶液中含有硝酸根离子，加入硫酸后就加入了氢离子，相当于再次产生了硝酸，铜可以继续溶解，D错误。 2．用内置有螺旋状铜丝的胶头滴管小心吸取一滴管浓硝酸后迅速插入细口瓶中(如图)，滴管与瓶口接触处垫一小块滤纸使滴管与瓶口留少量空隙，依次观察到如下现象：①滴管内产生红棕色气体，液面下降；②滴管内的液面上升，气体变成无色；③滴管内的液面再次下降。下列说法不正确的是(　　) A．现象①中产生的红棕色气体为NO2 B．产生现象②的原因是NO2与水反应 C．产生现象③的原因是铜与稀硝酸反应 D．最终瓶内溶液中的溶质一定只有Cu(NO3)2 答案　D 解析　铜和浓硝酸发生反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，生成的二氧化氮为红棕色气体，A项正确；现象①中产生的二氧化氮能和水发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，从方程式可知，3 mol红棕色的二氧化氮与水反应，生成1 mol无色的一氧化氮气体，气体的体积减小，滴管内的压强减小，所以滴管内的液面上升，气体变成无色，B项正确；现象②中生成的稀硝酸与内置的螺旋状铜丝发生反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，因滴管内有气体生成，压强增大，所以滴管内的液面再次下降，C项正确；滴管与瓶口接触处垫一小块滤纸使滴管与瓶口留少量空隙，现象③中生成的一氧化氮气体与氧气、水反应生成硝酸，硝酸继续与铜反应，最终可能有硝酸剩余，所以最终瓶内溶液中的溶质有Cu(NO3)2，也可能有硝酸，D项错误。 3．将19.5 g锌粉与一定量的浓硝酸反应生成硝酸盐、水及气体，当锌粉完全反应时收集到11.2 L NO、NO2混合气(标准状况下)，则所消耗硝酸的物质的量是(　　) A．1.2 mol B．1.1 mol C．0.9 mol D．0.8 mol 答案　B 解析　锌和浓硝酸反应生成NO2，而与稀硝酸反应时则生成NO，标准状况下，n(NO2)＋n(NO)＝＝0.5 mol，即被还原的硝酸的物质的量为0.5 mol，n(Zn)＝＝0.3 mol，则生成的n[Zn(NO3)2]＝0.3 mol，可知表现酸性的硝酸的物质的量为0.3 mol×2＝0.6 mol，则参加反应的硝酸的物质的量为0.5 mol＋0.6 mol＝1.1 mol。 4．某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按如图装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。 可选药品：浓硝酸、3 mol·L－1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳。 已知：氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。 (1)实验应避免有害气体排放到空气中，装置③、④、⑥中盛放的药品依次是_______________。 (2)装置①中发生反应的化学方程式是_____________________________________________。 (3)装置②的作用是_______________，发生反应的化学方程式是_______________________。 (4)该小组得出的结论所依据的实验现象是__________________________________________。 (5)实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个实验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是________(填字母)。 A．加热该绿色溶液，观察颜色变化 B．加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化 C．向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化 D．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化 答案　(1)3 mol·L－1稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液　(2)4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　(3)将NO2转化为NO　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　(4)装置③液面上方气体仍为无色，装置④液面上方气体为红棕色　(5)ACD 解析　(1)装置⑥的作用是吸收尾气，则装置④内溶液可氧化NO为NO2，装置④中为浓硝酸，NO2尾气用装置⑥中的NaOH溶液吸收。装置③中装有3 mol·L－1稀硝酸，不能氧化NO，在装置⑤中用排水法收集NO。(4)NO通过稀硝酸，若无红棕色气体产生，装置③液面上方气体仍为无色，则说明稀硝酸不能氧化NO。NO通过浓硝酸，若浓硝酸能氧化NO，则装置④中液面上方会产生红棕色气体。(5)要证明是Cu(NO3)2浓度过高或是溶解了NO2导致装置①中溶液呈绿色，一是可设计将溶解的NO2赶走(A、C方案)再观察颜色变化，二是增大溶液中NO2浓度(D方案)，通过观察颜色变化可以判断。 5．某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO而设计了下列实验，装置如图所示(加热装置和固定装置均已略去)。图中K为止水夹(处于关闭状态)，F是含一半空气的注射器。请回答有关问题： (1)设计装置A的目的是__________________________________。 (2)在完成(1)中的“操作”后，将装置B中铜丝插入稀硝酸并微热，观察到装置B中的现象是____________________________________________________________________________；B中发生反应的离子方程式为__________________________________。 (3)装置E和F的作用是_________________；为实现此作用，其操作方法是________________________。 (4)装置D的作用是______________________________________________。 答案　(1)产生CO2，赶走装置中的空气，防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰 (2)Cu丝表面产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝　3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O (3)验证NO的生成　将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO (4)吸收多余的氮氧化物，防止污染空气；防止倒吸 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题7 氮和社会可持续发展 第二单元 重要的含氮化工原料 第2课时 硝酸 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．掌握浓、稀硝酸的强氧化性，了解硝酸的重要用途。 2．通过比较浓硝酸与稀硝酸性质的差异，认识硝酸浓度对反应产物的影响。 重难点：硝酸的氧化性。 一、硝酸 1．物理性质 硝酸是一种_____色，______挥发，具有_________气味的液体。能与水__________________。 2．化学性质 (1)硝酸是一元强酸，具有酸的通性。 能使紫色的石蕊试液变_____、与某些金属氧化物反应、与某些盐反应、与碱反应。但硝酸与金属反应一般不产生H2。 硝酸与CaCO3反应的化学方程式为：____________________________________。 (2)不稳定性 硝酸不稳定，见光或受热易分解，化学方程式为：____________________________________。 硝酸的保存方法：密封贮存在_________、_________处。 市售硝酸常因溶有少量_________略显黄色。 (3)实验探究硝酸的强氧化性 【实验操作】 a．将铜片置于具支试管的底部，用分液漏斗向试管内加入2 mL浓硝酸，将产生的气体通入倒置于水槽里充满水的集气瓶中。 b．在上述装置中，用分液漏斗向试管内加5 mL水，稀释硝酸，继续收集产生的气体。 【实验现象】 a．试管中__________________________________________，集气瓶中收集到_________。 b．试管中__________________________________________，集气瓶中收集到_________。 【实验结论】铜与浓硝酸反应生成了_________和_________。铜与稀硝酸反应生成了_________和_________。 硝酸无论浓、稀都有_________性，而且浓度越大，_________性越强。 (4)硝酸的强氧化性 硝酸是一种_________性很强的酸，能与大多数金属（除Au、Pt等少数金属以外）、许多非金属以及有机物发生氧化还原反应。 ①HNO3与金属反应 分别写出浓硝酸、稀硝酸分别与Cu的反应方程式： _____________________________________________ _____________________________________________ ②硝酸与非金属的反应 写出C与浓硝酸反应的方程式：_____________________________________________。 ③常温下浓硝酸可以使_________等金属发生钝化。可以用_________或_________容器盛放浓硝酸。 ④与其他还原性物质反应 分别写出硝酸与Fe2+、SO反应的离子方程式： _____________________________________________ _____________________________________________ 3．硝酸的用途 硝酸是一种重要的化工原料，常用来制造_________、燃料、塑料、炸药、硝酸盐等。硝酸在实验室里是一种重要的化学试剂。 【特别提醒】 (1)硝酸与金属反应时，一般既表现强氧化性，又表现酸性（生成盐），参加反应的硝酸部分被还原，还有一部分仍以NO形式存在。 (2)浓硝酸与金属反应的过程中，浓度逐渐减小，还原产物有可能是NO2和NO的混合物。 (3)在应用硝酸的氧化性分析离子是否共存时，要注意溶液中H＋和NO的组合，它们相当于HNO3，能够氧化具有强还原性的离子，而单纯的NO不能氧化这些离子。 (4)硝酸的还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)稀硝酸可溶解Fe(OH)2生成Fe(NO3)2和水(　　) (2)碳、铜与浓硝酸反应时，浓硝酸只表现强氧化性(　　) (3)常温下，将铝片放入浓硝酸，无明显现象，是因为铝和浓硝酸不反应(　　) (4)实验室可以用铜和稀硝酸制备少量的NO气体(　　) (5)浓硝酸氧化性很强，常温下就可以和碳发生反应(　　) 2．某研究小组为了探究硝酸的性质，进行如下实验操作。 (1)从试剂柜中取一瓶浓硝酸，发现其保存在________色试剂瓶中，取少量浓硝酸于试管中，发现其溶液呈“黄色”，其原因是__________________________________(用化学方程式和适当文字描述)。该研究小组尝试将显“黄色”的浓硝酸恢复到原本的无色。下列措施合理的是________(填字母)。 a．向浓硝酸中加水 b．向浓硝酸中通入适量空气 c．加热浓硝酸 d．向浓硝酸中加入适量的NaOH固体 (2)向浓硝酸中加入稍过量铜片，该小组同学发现，生成的气体开始呈红棕色后逐渐变浅，最终气体变为无色，试写出上述反应的化学方程式：___________________________________，在上述反应中，硝酸体现的性质为_________________________________________________。 (3)当实验完毕，该小组同学向试管中滴入少量稀H2SO4，发现铜片又逐渐溶解，产生无色气体，试写出上述的离子方程式：________________________________________。 (4)该小组同学向浓硝酸中加入少量碳粉，无明显现象，缓慢加热，发现碳粉逐渐溶解，产生红棕色气体，试写出上述反应的化学方程式：_______________________________________，在该反应中硝酸体现的性质为____________________。 3．将0.3molCu与足量的稀硝酸反应，被还原的硝酸为_____mol，转移的电子数为_______个。 4．某溶液中可能含有下列离子：(1)H＋、Fe2＋、Cl－、NO；(2)Na＋、OH－、NO、S2－；(3)H＋、NO、I－、SO。上述离子能否大量共存？说明原因。 5．下列事实体现了硝酸的什么性质？写出有关反应的化学方程式或离子方程式。 (1)浓硝酸应存放于棕色试剂瓶中。 浓硝酸具有 ；反应的化学方程式为 。 (2)银片溶于热的稀硝酸。 硝酸具有 ；反应的化学方程式为 。 (3)石灰石和稀硝酸混合反应制取CO2。 硝酸具有 ；反应的离子方程式为 。 (4)红热的木炭投入浓硝酸中产生红棕色的气体。 浓硝酸具有 ；反应的化学方程式为 。 ►问题一 硝酸的性质 【典例1】下列反应中硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是(　　) A．使紫色石蕊试液变红 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 【解题必备】硝酸氧化性的体现 (1)浓硝酸与C在加热条件下反应，硝酸表现为强氧化性，由于稀硝酸不与C反应，反应后仍有过量稀硝酸。如：C＋4HNO3(浓)2H2O＋4NO2↑＋CO2↑。 (2)金属与硝酸反应一般不生成H2，浓硝酸一般先被还原为NO2，浓度变稀后稀硝酸一般被还原为NO气体，红棕色逐渐变淡。 (3)低价金属氧化物或盐与硝酸发生氧化还原反应，如FeO与稀硝酸反应3FeO＋10HNO3(稀)=== 3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，而不是发生复分解反应生成Fe(NO3)2。 (4)酸性溶液中含有NO或向含有NO的硝酸盐溶液中加入酸，溶液中(H＋＋NO相当于HNO3)具有强氧化性，能够氧化强还原性离子Fe2＋、I－、S2－、SO等而不能大量共存。 (5)硝酸与铁反应时，产物符合以下规律： Fe过量 Fe不足 Fe与HNO3两者恰好完全反应 Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 Fe(NO3)2或Fe(NO3)3或两者混合物 温度越高，硝酸越浓，其氧化性越强；与硝酸反应时，还原剂一般被氧化成最高价态。 【变式1-1】下列说法中正确的是（ ） A．硝酸应保存在塑料瓶中 B．常温下，浓硝酸不与铁和铝反应，但稀硝酸可以与铁和铝反应 C．稀硝酸与Cu反应时，硝酸只表现为强氧化性 D．浓硝酸与碳反应时，硝酸只表现为强氧化性 【变式1-2】某实验过程如图所示，则图③的试管中的现象是(　　) A．无明显现象，因稀H2SO4不与铜反应 B．铜片溶解，产生无色气体，该气体遇到空气不变色 C．铜片溶解，放出红棕色有刺激性气味的气体 D．铜片溶解，产生无色气体，该气体在试管口变为红棕色 ►问题二 硝酸与金属反应的相关计算 【典例2】将19.2 g的铜屑投入400 mL浓度均为0.5 mol·L－1 HNO3和H2SO4的混合溶液中，溶液增加的质量为(　　) A．4.5 g B．9.9 g C．13.2 g D．14.7 g 【解题必备】 1．常用的计算方法(以Cu与硝酸反应为例) Cu＋HNO3―→Cu(NO3)2＋NO＋NO2＋H2O (1)原子守恒 氮原子守恒：n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO)＋n(NO2)。 (2)电子守恒 铜失电子生成Cu2＋，HNO3中氮原子得电子生成NO2、NO，则有2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)。 (3)离子方程式计算 金属与硫酸、硝酸混合酸反应时，由于硝酸中NO在硫酸提供H＋的作用下继续与金属反应，应依据离子方程式计算，即3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。 2．常见两种计算 (1)硝酸与铜反应 浓硝酸与足量的铜反应，开始浓硝酸被还原为NO2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸被还原为NO，向反应后的溶液中加稀硫酸，NO又被还原为NO。 (2)稀硝酸与铁反应(铁的常见价态：＋2、＋3) Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O； 3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 ①≥4，产物为Fe(NO3)3； ②≤，产物为Fe(NO3)2； ③<<4，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。 【变式2-1】将12.8 g铜完全溶于适量浓硝酸中，生成标准状况下的氮氧化物(仅含NO2和NO)共5.6 L。 (1)若用2 mol·L－1的NaOH溶液吸收气体，恰好反应生成了含NaNO2和NaNO3的混合液，实验测定其中含有NaNO3 0.05 mol。消耗NaOH溶液的体积为______mL。 (2)为了使气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，可同时加入双氧水。则至少需要34%的双氧水的质量为________g。 【变式2-2】将2.64 g Mg、Cu组成的混合物投入适量稀硝酸中，固体完全溶解时收集到0.896 L(标准状况)还原产物NO气体，向反应后溶液中加入60 mL 2 mol·L－1NaOH溶液时金属离子恰好沉淀完全。则形成沉淀质量及硝酸的物质的量分别为(　　) A．4.32 g　0.02 mol B．4.68 g　0.16 mol C．5.36 g　0.18 mol D．6.38 g　0.2 mol 1．下列有关浓硝酸的说法不正确的是(　　) 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 2．在反应4HNO3(浓)＋CCO2↑＋4NO2↑＋2H2O中，浓硝酸表现出的性质是(　　) A．挥发性 B．酸性 C．氧化性 D．还原性 3．下列说法正确的是(　　) A．不用浓硝酸和铜屑反应制硝酸铜，说明浓硝酸具有挥发性 B．硝酸与金属反应时，主要是＋5价的氮元素得电子 C．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，再加入Cu(NO3)2固体，铜粉仍不溶解 D．浓硝酸与浓盐酸按3∶1的体积比所得的混合物叫王水 4．为证明稀硝酸与铜反应产物中气体为NO，设计如图实验(实验过程中活塞2为打开状态)，下列说法不正确的是(　　) A．关闭旋塞1，加入稀硝酸至液面a处 B．在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率 C．通过关闭或开启旋塞1可以控制反应的进行 D．反应开始后，胶塞下方有无色气体生成，但不能证明该气体为NO 5．0.5 mol铜和含1.0 mol HNO3的浓硝酸，充分反应后，生成NO2的量为(　　) A．0.2 mol B．0.5 mol C．小于0.5 mol D．大于0.5 mol 6．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22.4 L(标准状况)NO就有3 mol的电子转移 D．如果有8 mol HNO3被还原，则生成了2 mol NO 7．铜与1 mol·L－1的硝酸反应；若c(H＋)下降0.4 mol·L－1，则c(NO)下降(　　) A．0.1 mol·L－1 B．0.2 mol·L－1 8．浅绿色的Fe(NO3)2溶液中逐渐加入少量稀盐酸时，溶液的颜色变化应该是(　　) A．颜色变浅 B．变为红色 C．没有改变 D．变为黄色 9．下列关于硝酸的说法中，正确的是(　　) A．硝酸与金属反应时，主要是＋5价的氮得电子 B．浓硝酸与碳反应时，既表现氧化性又表现为酸性 C．硝酸电离出的H＋能被Zn、Fe等金属还原成H2 D．常温下，向浓硝酸中投入铁片，会产生大量红棕色气体 10．6．某化学小组为了探究铜与硝酸反应的情况，做了以下探究过程。按如图进行反应： (1)开始反应会出现的现象是________________________________________________，反应的化学方程式为_____________________________________________。 (2)若铜有剩余，反应将要结束时发生反应的化学方程式是_______________________________。 (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，其原因是______________________________________________________________。 (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________________。 1．一定温度下，探究铜与稀HNO3的反应过程如图： 下列说法正确的是(　　) A．过程Ⅰ中生成无色气体是氢气 B．步骤Ⅲ反应速率比Ⅰ快的原因是NO2溶于水，使稀HNO3浓度增大 C．由实验现象可推测NO2对该反应具有催化作用 D．当活塞不再移动时，打开止水夹，滴加稀硫酸，铜不会继续溶解 2．用内置有螺旋状铜丝的胶头滴管小心吸取一滴管浓硝酸后迅速插入细口瓶中(如图)，滴管与瓶口接触处垫一小块滤纸使滴管与瓶口留少量空隙，依次观察到如下现象：①滴管内产生红棕色气体，液面下降；②滴管内的液面上升，气体变成无色；③滴管内的液面再次下降。下列说法不正确的是(　　) A．现象①中产生的红棕色气体为NO2 B．产生现象②的原因是NO2与水反应 C．产生现象③的原因是铜与稀硝酸反应 D．最终瓶内溶液中的溶质一定只有Cu(NO3)2 3．将19.5 g锌粉与一定量的浓硝酸反应生成硝酸盐、水及气体，当锌粉完全反应时收集到11.2 L NO、NO2混合气(标准状况下)，则所消耗硝酸的物质的量是(　　) A．1.2 mol B．1.1 mol C．0.9 mol D．0.8 mol 4．某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按如图装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。 可选药品：浓硝酸、3 mol·L－1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳。 已知：氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。 (1)实验应避免有害气体排放到空气中，装置③、④、⑥中盛放的药品依次是_______________。 (2)装置①中发生反应的化学方程式是_____________________________________________。 (3)装置②的作用是_______________，发生反应的化学方程式是_______________________。 (4)该小组得出的结论所依据的实验现象是__________________________________________。 (5)实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个实验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是________(填字母)。 A．加热该绿色溶液，观察颜色变化 B．加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化 C．向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化 D．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化 5．某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO而设计了下列实验，装置如图所示(加热装置和固定装置均已略去)。图中K为止水夹(处于关闭状态)，F是含一半空气的注射器。请回答有关问题： (1)设计装置A的目的是__________________________________。 (2)在完成(1)中的“操作”后，将装置B中铜丝插入稀硝酸并微热，观察到装置B中的现象是____________________________________________________________________________；B中发生反应的离子方程式为__________________________________。 (3)装置E和F的作用是_________________；为实现此作用，其操作方法是________________________。 (4)装置D的作用是______________________________________________。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$