高中化学必修1学案专题4第二单元第3课时硝酸的性质

第3课时 硝酸的性质

一、硝酸的性质

1．硝酸的物理性质

纯硝酸是无色、易挥发，有刺激性气味的液体，密度比水的大，易溶于水。98%以上的浓硝酸通常称作“发烟硝酸”。常用浓硝酸的质量分数大约为69%。

2. 硝酸的化学性质

(1)强酸性

稀HNO3具有酸的通性，但与金属反应不产生H2。

(2)不稳定性

4HNO3=====光或热4NO2↑＋O2↑＋2H2O，硝酸越浓，越易分解。

(3)强氧化性

HNO3中＋5价N有很强的得电子能力。不论浓、稀HNO3都具有强氧化性。

规律：

①浓HNO3被还原成NO2，稀HNO3被还原成NO。

②硝酸越浓，其氧化性越强。

③还原剂一般被氧化成最高价态。

表现：

①与氢前金属反应不产生H2

Fe(少量)＋4HNO3(稀)=====△Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O

②溶解Cu等不活泼金属

Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O

(用于实验室制NO2)

3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O(用于实验室制NO)

③使Fe、Al钝化(浓HNO3，常温) ④与C、S、P等非金属单质反应

C＋4HNO3(浓)=====△CO2↑＋4NO2↑＋2H2O

二、工业制备硝酸

探究点一 硝酸的强氧化性

硝酸具有强氧化性是由于HNO3中的＋5价氮元素有很强的得电子能力，在硝酸参与的氧化还原反应中，几乎全部是＋5价氮被还原。

1．表现

(1)浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色。

(2)硝酸和非金属反应

①规律：非金属＋浓硝酸―→最高价氧化物或其含氧酸＋NO2。

②反应实例：

C＋4HNO3(浓)=====△CO2↑＋4NO2↑＋2H2O

S＋6HNO3(浓)=====△6NO2↑＋H2SO4＋2H2O

P＋5HNO3(浓)=====△H3PO4＋5NO2↑＋H2O

(3)硝酸和金属反应

①除Pt、Au以外硝酸几乎能氧化所有的金属。如3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。

②活泼金属与硝酸反应不生成氢气，硝酸的浓度不同还原产物不同，浓硝酸还原产物为NO2，稀硝酸还原产物为NO，极稀的硝酸还原产物是N2O、N2、NH4NO3等。

③常温下浓硝酸能使铁、铝钝化。

(4)硝酸和还原性化合物反应 H2SS2－HII－HBrBr－SO2SO2－3Fe2＋――→HNO3 S、H2SO3或H2SO4I2Br2H2SO4Fe3＋

(5)硝酸与铁反应时，产物符合以下规律：

(6)浓硝酸与Cu反应时，若Cu过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为NO2，但随着反应的进行，硝酸变稀，其还原产物将为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，可利用氧化还原反应过程中化合价升降总数相等的守恒规律求解有关Cu、HNO3和混合气体之间的量的关系。

(7)注意NO－3在离子共存问题的判断中的特殊性。在水溶液中，NO－3本无氧化性，但当水溶液中有大量H＋存在时，NO－3就表现出强氧化性，如在有H＋、NO－3存在的溶液中就不能存在Fe2＋、S2－、I－、SO2－3、Br－等还原性离子。

2．规律

(1)温度越高，硝酸越浓，其氧化性越强。

(2)与硝酸反应时，还原剂一般被氧化成最高价态。

1．将稀硝酸和浓硝酸分别作用于紫色石蕊试液，现象是否相同？为什么？

提示：不相同，稀硝酸使石蕊试液只变红，但不褪色；浓硝酸比稀硝酸氧化性更强，能使石蕊试液先变红后褪色。

2．铜与足量浓硝酸反应时，表现酸性的HNO3与作氧化剂的HNO3物质的量之比是多少？

提示：Cu与浓硝酸发生反应Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。当有4 mol HNO3参加反应时，有2 mol HNO3表现酸性生成Cu(NO3)2，有2 mol HNO3被还原生成NO2，故二者的物质的量之比为11。

【例1】 某化学学习小组采用下图所示装置，对浓硝酸与木炭的反应进行探究(已知：4HNO3=====△4NO2↑＋O2↑＋2H2O)。

请回答下列问题：

(1)检查装置气密性后，将燃烧匙中的木炭在酒精灯上加热至红热状态，伸入三颈烧瓶中，并塞紧瓶塞，滴加浓硝酸，可观察到三颈烧瓶中气体的颜色为________，产生该气体的化学方程式是________。

(2)装置C中盛有足量Ba(OH)2溶液，炽热的木炭与浓硝酸反应后可观察到C中出现白色沉淀，该白色沉淀为________(填化学式)。

(3)装置B的作用是_____________________________________

___________________________________。

(4)装置D中收集到了无色气体，部分同学认为是NO，还有部分同学认为是O2。

①下列对该气体的检验方法合适的是________。

A．敞口观察装置D中集气瓶内气体的颜色变化

B．将湿润的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内，观察蓝色石蕊试纸是否变红

C．将带火星的木条伸入集气瓶中，观察木条是否复燃

②如果D中集气瓶中收集的无色气体是氧气，则氧气的来源是________________________________________________________________________。

【思路分析】

【解析】 (1)装置A中发生的是浓硝酸与木炭的反应，生成NO2、CO2、H2O，三颈烧瓶中显示的是NO2的红棕色。(2)NO2、CO2通入Ba(OH)2溶液分别生成Ba(NO3)2和BaCO3，由于Ba(OH)2溶液足量，故溶液为碱性环境，BaCO3不溶解以沉淀形式析出。(3)为防止装置C中酸性气体溶解速率太快而导致C中溶液进入三颈烧瓶，装置B应为防倒吸装置。(4)①NO与足量O2反应生成红棕色的NO2，A正确；NO和O2均不具有酸性，B错误；O2能使带火星的木条复燃，而NO不能，C正确。②装置A中除木炭与浓硝酸的反应外，硝酸不稳定，部分浓硝酸还会发生分解：4HNO3=====△4NO2↑＋O2↑＋2H2O。

【答案】 (1)红棕色 C＋4HNO3(浓)=====△4NO2↑＋CO2↑＋2H2O (2)BaCO3 (3)防倒吸 (4)①AC ②浓硝酸的分解

某研究性学习小组的同学为了探究NO的性质，进行了如下实验。

(1)甲同学设计了图甲装置进行实验，观察到集气瓶中收集到无色气体，由此确定铜和稀硝酸反应生成了NO气体。甲同学的推断不正确(填“正确”或“不正确”)，理由是NO2能与水反应生成NO，无论铜与稀硝酸反应生成的是NO还是NO2，集气瓶中收集到的气体都是NO。

(2)乙同学不同意甲同学的推断，他观察到图甲装置圆底烧瓶中的气体不是无色。为此乙同学设计了图乙装置进行实验，步骤为：

①在具支试管中放入适量石灰石，加入过量稀硝酸。

②待石灰石反应完全，将铜丝浸入过量的稀硝酸中。

③一段时间后，观察到具支试管中气体始终为无色，收集反应产生的气体。

④待集气瓶充满气体后从水槽中取出，敞口正放在桌面上，观察到瓶口气体颜色有变化，证明稀硝酸与铜反应生成了NO。

步骤①的作用是排尽装置内的空气；步骤④瓶口气体的颜色变化是无色变成红棕色。

(3)当过量的铜与稀硝酸完全反应后，再加入20%的稀硫酸，铜片上又有气泡产生，稀硫酸的作用是c(填字母)，反应的离子方程式是3Cu＋2NO－3＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。

a．还原剂 b．氧化剂 c．酸化 d．提供热能

解析：(1)甲同学设计了图甲装置进行实验，观察到集气瓶中收集到无色气体，因为NO2能与水反应生成NO，无论铜与稀硝酸反应生成的是NO还是NO2，集气瓶中收集到的气体都是NO，所以甲同学的推断不正确。(2)乙同学的设计中，使稀硝酸先与碳酸钙反应产生CO2，将装置内的空气排尽，以避免空气中的氧气对实验产生干扰。(3)过量的铜与稀硝酸完全反应后所得溶液的溶质为硝酸铜，在铜片过量的情况下，再加入稀硫酸，提供了H＋，NO－3继续和铜反应生成NO。

探究点二 金属与硫酸、硝酸反应的计算

1．反应通式

M＋H2SO4(浓)―→M(SO4)n＋还原产物＋H2O

3M＋4xHNO3(稀)===3M(NO3)x＋xNO↑＋2xH2O

M＋2xHNO3(浓)===M(NO3)x＋xNO2↑＋xH2O

x为金属的化合价。由以上两通式可以看出，稀硝酸与金属反应时，显示氧化性的硝酸占总量的14；浓硝酸与金属反应时，显示氧化性的硝酸占总量的12。

2．还原产物

浓硫酸―→SO2

浓硝酸―→NO2

稀硝酸―→NO(HNO3越稀，还原产物的价态越低，如Zn和很稀的HNO3反应，还原产物可能是NH4NO3)

3．溶液中的酸

(1)起氧化性作用的酸转化为气体(NO、NO2、SO2等)，起氧化性作用的酸的物质的量等于生成气体的物质的量。

(2)起酸性作用的酸转移到生成物的盐中，其物质的量可以由阳离子的物质的量求得。

(3)没参加反应的酸，可根据溶液中H＋的物质的量求得。

4．常用方法

(1)电子守恒法。

硝酸与金属的反应属于氧化还原反应，N原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。

(2)原子守恒法。

硝酸与金属反应后，一部分以NO－3的形式存在，一部分转化为还原产物(NO、NO2等)，这两部分中氮原子的物质的量与反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量相等。

以Cu与硝酸反应为例来说明：

Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O

反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝n(NO2)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)。

3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O

反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝3n(NO)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO)。

若还原产物为NO2和NO的混合气体，则反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)＋n(NO)。

5．金属与稀硝酸和稀硫酸的混合酸反应

金属与硝酸和硫酸的混合酸反应时，金属与硝酸反应生成的硝酸盐在酸性条件下，相当于稀硝酸，金属会继续被NO－3氧化，故计算有关物质的量时，要按离子方程式进行。

例如，Cu与硝酸和硫酸的混合酸反应时，要按离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NO－3===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O进行计算。

由此看出，在不同的情况，HNO3可部分被还原，也可全部被还原，