5.2.4 硝酸 课件-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

第二节 氮及其化合物 5.2.4 硝酸 第五章 化工生产中的重要非金属元素 学习目标 1、掌握硝酸的性质及应用。 2、掌握硝酸与金属、非金属反应的特点。 3、知道硝酸与金属反应计算技巧——电子守恒法、原子守恒法、电荷守恒法 1、同学们在初中就学习过，稀盐酸和稀硫酸可以和常见金属反应制取氢气，为什么我们不用硝酸和金属反应制取氢气，请试着说明原因？ 思考 一硫 一.硝酸 纯硝酸是无色、易挥发(沸点为83℃)、有刺激性气味的液体，常用浓HNO3的质量分数为69%，能跟水以任意比互溶，打开盛浓硝酸的试剂瓶盖，有白雾产生(与浓盐酸相同)。质量分数为98％以上的浓硝酸挥发出来的HNO3蒸气遇空气中的水蒸气形成极微小的硝酸液滴而产生“发烟现象”。因此，质量分数为98％以上的浓硝酸通常叫做“发烟硝酸” 1.物理性质 2.化学性质 HNO3 1、物质类别 2、元素化合价 3、特殊性 强酸 酸的通性 氧化性 作氧化剂 与金属反应不生成氢气 NO/NO2 ←HNO3 +2 +4 +5 ①使指示剂变色 ②与活泼金属反应 ③与碱性氧化物反 应 ④与碱反应 ⑤与盐反应 2.化学性质 ①与指示剂反应:稀硝酸使石蕊溶液由紫色变为红色,浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红(酸性)后褪色(强氧化性) ②与某些金属氧化物起反应：2HNO3+CuO=Cu(NO3)2+H2O ③与某些盐起反应：2HNO3 +CaCO3=Ca(NO3)2 +CO2↑+ H2O ④与碱起反应：HNO3+NaOH=NaNO3+H2O ⑤与金属反应（不生成氢气）： Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O (1)酸性 属于强酸，溶于水完全电离：HNO3=H+＋NO3－，具有酸的通性。 4HNO3 = 4NO2 ↑ +O2 ↑ +2H2O 或光照 棕色细口试剂瓶，并放置在阴凉处 (2)不稳定性 硝酸见光或受热易发生分解，HNO3越浓，越易分解，温度越高分解越快，光照越强分解越快 2、如何保存硝酸？哪些物质需要保存在棕色试剂瓶中？ 思考 见光易分解的药品：如氯水、硝酸、硝酸银等。 硝酸分解放出的二氧化氮溶于硝酸，而使硝酸呈黄色。 3、浓硝酸为什么常呈黄色？如何除去？ 4、工业生产的盐酸为什么呈黄色？ 工业盐酸因为含有少量Fe3+而表现黄色 浓硝酸 久置浓硝酸 思考 消除黄色的方法是向浓硝酸中通入空气或O2，发生反应为4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3 (3)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。几乎可以使所有金属(金、铂除外)氧化而生成硝酸盐，当HNO3与金属反应时，HNO3被还原的程度(即氮元素化合价降低的程度)取决于硝酸的浓度和金属单质还原性的强弱。 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 【实验5-8】如图5-14所示，在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝，向两支试管中分别加入2mL浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比较实验现象，向上拉铜丝，停止反应。 稀硝酸 浓硝酸 实 验 现 象 反应缓慢，有少量 无色气泡产生，__________，试管口有红棕色气体产生 反应剧烈，有_____ _____产生，_______ ___，液面上有_____ ___气体产生 实 验 结 论 铜与稀硝酸常温 下缓慢反应生成 ___气体 铜与浓硝酸常温下 剧烈反应生成___ 气体 溶液变蓝 大量 气泡 溶液变 绿 红棕 色 NO NO2 浓硝酸与铜反应 Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 稀硝酸与铜反应 3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O Cu + 4H+ + 2NO3- = Cu2 + + 2NO2 ↑ + 2H2O 3Cu + 8H+ + 2NO3 - = 3Cu2+ + 2NO ↑ + 4H2O 思考 5、浓硝酸与铜丝反应，浓硝酸过量会怎样？铜丝过量会怎样？ 浓硝酸过量：浓HNO3和Cu反应剧烈，生成红棕色气体，溶液一般为蓝色（一般讲纯净的硝酸铜水溶液是蓝色的，因为铜离子水合后显蓝色，而硝酸根离子并不结合铜离子。但如果是浓硝酸和铜反应的时候形成NO2部分溶解在体系中，由于浓硝酸中，水份较少，一部分NO2并不水合而保持原有的颜色，混合铜离子的蓝色，看上去是绿色的。如果加入较多的水稀释，则又会变成蓝色溶液）； 铜片过量：刚开始反应剧烈，生成红棕色气体，溶液为蓝色，反应一段时间后溶液变稀HNO3与Cu反应缓慢，生成气体颜色变浅，试管口处颜色加深变为红棕色，溶液为蓝色。 3Cu+8HNO3（稀）=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O +5 +2 0 +2 得到2×1×3e- 失去3×1×2e- 氧化剂 还原剂 当有8 mol HNO3参加反应时，有2 mol HNO3表现氧化性被还原生成NO，6 mol HNO3表现酸性生成Cu(NO3)2，故表现酸性的HNO3与作氧化剂的HNO3物质的量之比为3∶1(6:2)。 15 Cu+4HNO3（浓）=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O +5 +2 0 +4 得到2×1×1e- 失去1×1×2e- 氧化剂 还原剂 当有4 mol HNO3参加反应时，有2 mol表现酸性生成Cu(NO3)2，有2 mol HNO3表现氧化性被还原生成NO2，故二者物质的量之比为1∶1(2:2)。 a.与金属反应(除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属) Cu+4HNO3（浓）=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O～2e- 3Cu+8HNO3（稀）=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O～6e- 3Cu + 8H+ + 2NO3 - = 3Cu2+ + 2NO ↑ + 4H2O Cu + 4H+ + 2NO3- = Cu2 + + 2NO2 ↑ + 2H2O 3Ag + 4H+ +NO3 - = 3Ag+ +NO ↑ +2H2O 3Ag＋4HNO3(稀)=3AgNO3＋NO↑＋2H2O ①硝酸与金属的反应 硝酸与金属反应时，硝酸既表现氧化性又表现酸性 a．除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属 3Ag＋4HNO3(稀)=3AgNO3＋NO↑＋2H2O b．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，可能是NO2、N2O、NO、N2、NH4NO3 如：4Mg＋10HNO3(稀)=4Mg (NO3)2＋NH4NO3＋3H2O c．铜与浓、稀硝酸反应 浓硝酸与铜反应 Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 该反应较剧烈，反应过程中有红棕色气体产生，此外，随着反应的进行，硝酸的浓度渐渐变稀，反应产生的气体是NO2、NO等的混合气体 稀硝酸与铜反应 3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 该反应较缓慢，反应后溶液显蓝色，反应产生的无色气体遇到空气后变为红棕色(无色的NO被空气氧化为红棕色的NO2) 【注意】 一般反应规律为：金属被氧化成最高价的金属阳离子 金属 + HNO3(浓) → 硝酸盐 + NO2↑ + H2O 金属 + HNO3(稀) → 硝酸盐 + NO↑ + H2O 较活泼的金属 (如Mg、Zn等) + HNO3(极稀) → 硝酸盐 + H2O + N2O↑(或NH3或铵盐等) d．与Fe、Al反应 常温下，浓硝酸能使Fe、A1发生钝化(化学变化)，这是因为浓硝酸将Fe、A1表面氧化，使Fe、A1的表面形成一层致密的氧化物薄膜，阻止了反应的进一步进行。常温下，可用铁或铝制容器盛放浓硝酸，但要注意密封，以防止硝酸挥发变稀后与铁、铝反应。当加热时，可以与Fe、Al发生反应。 铁在加热时，与过量的浓硝酸反应： Fe＋6HNO3(浓) = Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O e．铁与稀硝酸反应 先生成Fe(NO3)3，若Fe过量，Fe(NO3)3再与Fe反应生成Fe(NO3)2 Fe(少量)＋4HNO3(稀)=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O 3Fe(过量)＋8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O Fe + 4H+ + NO3- =Fe3 + + NO ↑ +2H2O 3Fe + 8H+ +2NO3 - =3Fe 2+ + 2NO ↑ +4H2O f．王水是浓硝酸和浓盐酸按体积比1∶3的混合物，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解 6、在硝酸与铜(金属)的反应中,体现了硝酸的哪些性质? 强氧化性、酸性 7、铁和过量稀硝酸反应中，作氧化剂的硝酸与起酸性的硝酸的物质的量之比是多少？ 1：3 思考 8、稀硝酸和浓硝酸谁的氧化性更强？ 氧化性：浓HNO3>稀HNO3； 浓硝酸的还原产物一般为NO2，稀硝酸的还原产物一般为NO，但不能从还原产物中N元素的价态高低来判断氧化剂氧化性的强弱。 ②硝酸与非金属的反应 硝酸与非金属反应时，硝酸只表现出氧化性 非金属单质＋浓硝酸 = 最高价氧化物或其含氧酸＋NO2↑＋H2O C＋4HNO3(浓) = CO2↑＋4NO2↑＋2H2O～4e- △ S＋6HNO3(浓)=H2SO4＋6NO2↑～6e- △ 碳与浓硝酸共热生成CO2和NO2： 硫与浓硝酸共热生成H2SO4和NO2： 将红热的碳插入浓硝酸中,有红色NO2气体生成,NO2的生成有两种可能： 一是硝酸受热分解；二是硝酸被C还原； 故不能用有红棕色气体生成的现象判断C与浓硝酸发生了反应。 ③与还原性化合物的反应 硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI(I-)、Fe2＋、FeO、Br－、S2－、SO32-等还原性物质或离子 稀硝酸与H2S反应的离子方程式： 3H2S＋2HNO3(稀)=3S↓＋2NO↑＋4H2O 稀硝酸与SO2反应的离子方程式： 3SO2＋2NO3－＋2H2O=3SO42－＋2NO↑＋4H＋ 稀硝酸与Na2SO3反应的离子方程式： 3SO32－＋2NO3－＋2H＋=3SO42－＋2NO↑＋H2O 稀硝酸与HI反应的离子方程式： 6I－＋2NO3－＋8H＋=3I2＋2NO↑＋4H2O 稀硝酸与Fe2＋反应的离子方程式： 3Fe2+＋NO3－＋4H＋=3Fe3+＋NO↑＋2H2O 稀硝酸与FeO反应的离子方程式： 3FeO＋NO3－＋10H＋=3Fe3+＋NO↑＋5H2O ④NO3－无氧化性，而当NO3－在酸性溶液中时，则具有强氧化性 a.在Fe(NO3)2溶液中加入盐酸或硫酸，因引入了H＋而使Fe2＋被氧化为Fe3＋(H＋、Fe2＋、NO3－不能共存) b.过量的Cu与浓硝酸反应，待反应停止后，再加入稀盐酸或硫酸，此时铜片上有无色气体生成，这是因为：加入的稀盐酸或硫酸电离出的H＋与Cu(NO3)2中的NO3－结合具有强氧化性，能使Cu继续溶解 c.铜片与稀硝酸、稀硫酸反应:3Cu＋2HNO3＋3H2SO4=3CuSO4＋2NO↑＋4H2O ⑤能氧化并腐蚀某些有机物，如皮肤、衣服、纸张、橡胶等。因此在使用硝酸(尤其是浓硝酸)时要特别小心，万一不慎将浓硝酸弄到皮肤上，应立即用大量水冲洗，再用小苏打或肥皂液洗涤 9、铜粉放入稀硫酸中无现象，当加入一种盐后，铜粉溶解，此盐是什么盐？反应的离子方程式为？ 硝酸盐。铜相当于与稀硝酸反应(Cu + H+ + NO3 -) 思考 ⑥用途：硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料、硝酸盐、氮肥等 ⑦保存方法：硝酸易挥发，见光或受热易分解，具有强氧化性而腐蚀橡胶，因此，实验室保存硝酸时，应将硝酸保存在棕色、细口、磨口玻璃塞的玻璃试剂瓶中，并放置在黑暗且温度较低的地方 3.硝酸的工业制法 硝酸是重要的化工原料，用于制话费、农药、炸药、燃料等。工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如下图所示： (1)写出每一步反应的化学方程式。 (2)请分析上述反应中的物质类别和氮元素化合价的变化情况，以及每一步反应中含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。 (2)氨氧化生成一氧化氮——氧化炉 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O N的化合价由-3变为+2，发生氧化反应 铂铑合金 800℃ (1)N2和H2反应生成氨气 N2+3H2 2NH3 N的化合价由0变为-3，发生还原反应 高温高压 催化剂 (3)一氧化氮的氧化——吸收塔 2NO + O2 = 2NO2（循环使用） N的化合价由+2变为+4，发生氧化反应 (4)NO2和水反应生成硝酸 3NO2+H2O=2HNO3+NO 氮的化合价由+4变为+5和+2价，既发生氧化反应也发生还原反应。4NO2+2H2O+O2 =4HNO3 (为了吸收更充分，往往同时通入O2) 氮的化合价由+4变为+5发生氧化反应 NO2 + NO+ 2NaOH = 2NaNO2 + H2O2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O 尾气中包含NO2和NO气体，所以需要用氢氧化钠溶液来吸收尾气 10、工业制硝酸的尾气包括哪些气体？怎样处理？写出有关反应的化学方程式。 思考 NaNO3 + H2SO4(浓) = NaHSO4 + HNO3↑ △ 思考1：温度如何控制？ 温度不能太高，否则硝酸会分解。故生成物是NaHSO4 。 思考2：能否采用制氯化氢的装置制硝酸？ 如图，不能，因硝酸蒸汽腐蚀橡胶塞和胶管。 高沸点酸 制 低沸点酸 HCl制取装置 HNO3实验室制法 1、下列对于硝酸的认识，不正确的是( ) A.浓硝酸在见光或受热时会发生分解 B.金属与硝酸反应不产生氢气 C.可用铁和铝制品盛装冷的浓硝酸 D.铜与硝酸的反应属于置换反应 D 2、0.3 mol铜和含1.2 mol HNO3的浓硝酸，充分反应后，生成NO2的量为( ) A.0.2 mol B.0.6 mol C.小于0.6 mol D.大于0.6 mol C 【练一练】 3、氮及其化合物的变化关系如下所示。 则下列说法不正确的是（ ） A.路线①②③是工业生产硝酸的主要途径 B.路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径 C.上述所有反应都是氧化还原反应 D.氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2 D 【练一练】 二、硝酸与金属反应的计算 1、思维模式 (1)原子守恒法 HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO3－的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量 【例1】若将12.8g铜跟一定量的浓硝酸反应，铜耗完时，共产生5.6L标准状况下的气体，则所消耗的硝酸的物质的量是________ 【例2】38.4克的Cu与适量的浓HNO3反应，铜全部溶解，共收集到22.4L气体(标况)，则反应消耗HNO3的物质的量为_____ n( HNO3)消耗=x·n[M(NO3)x]+n(NO2)+n(NO) n( HNO3)消耗=2·n[Cu(NO3)2]+n(NO2) 0.65mol n( HNO3)消耗=2·n[Cu(NO3)2]+n(NO2) 2.2mol 2、常见方法 2、得失电子守恒法 HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量 【例1】铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与5.6LO2(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。则消耗铜的质量为(　　)A．16g B．32g C．64g D．无法计算【例2】1.92 g Cu投入到一定量的浓硝酸中，铜完全溶解，生成的气体的颜色越来越浅,共收集到 672 mL 的气体(标准状况下)，将盛有此气体的容器倒扣在水槽中，通入标准状况下一定体积的氧气，恰好使气体完全溶于水，则通入的氧气的体积为(　　)mLA．168 B．224 C． 336 D．504 金属失电子的物质的量=n(NO2)+3n(NO) B D 3、离子方程式计算法 金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO3－在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO3－进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒 【例】有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸，其中H2SO4和HNO3的物质的量浓度分别是4mol·L－1和2mol·L－1，取10mL此混合酸，向其中加入过量的铁粉，待反应结束后，可产生标准状况下的气体的体积为(设反应中HNO3被还原成NO)(　　) A．0.448L B．0.672L C．0.896L D．0.224L 4、电荷守恒法 HNO3过量时,反应后溶液中(不考虑OH-)有: c(NO3-)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)。 B 3Fe+2NO3-+8H+=3Fe2++2NO↑+4H2O Fe+2H+= Fe2++H2↑ Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 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。 $