硝酸的性质-苏教版高中化学必修1教案设计

第3课时 硝酸的性质

目标与素养：1.掌握HNO3的重要性质及应用。(宏观辨识与微观探析)2.了解工业制取HNO3的主要原理及过程。(宏观辨识与微观探析)

一、硝酸的性质

1．硝酸的物理性质

硝酸是一种无色，具有挥发性的液体，工业硝酸的质量分数约为69%，常因溶有少量NO2而略显黄色。

2．硝酸的化学性质

(1)强酸性

电离方程式为HNO3===H＋＋NO－3。

(2)不稳定性

①条件：加热或光照易分解。

②化学方程式：4HNO3(浓)=====光照4NO2↑＋O2↑＋2H2O。

(3)强氧化性(用化学方程式表示)

微点拨

在中性、碱性溶液里的NO－3不能表现出强氧化性，而在酸性溶液里的NO－3能表现出强氧化性，因此，在酸性溶液里NO－3不能与Fe2＋、I－、S2－、SO2－3等还原性离子大量共存。

3．硝酸的用途

(1)硝酸是一种重要的化工原料，常用来制备氮肥、染料、塑料、炸药和硝酸盐等。

(2)实验室里，硝酸是一种重要的化学试剂。

二、硝酸的工业制法

1．硝酸工业制备的过程、反应原理及主要设备如下：

2．在工业生产中，NO2溶于水生成的NO不会排空，而是再用过量的空气使其氧化为NO2，

再被水吸收，经过多次氧化和吸收，NO2可完全转化为HNO3。也就是从理论上讲，NH3中的氮元素完全转化为HNO3中的氮元素。

3．从吸收塔出来的气体中尚有少量NO和NO2，不能直接排放到空气中，以免造成污染。常用碱液(NaOH)来吸收，变废为宝。

(1)NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O；

(2)2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。

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)稀硝酸与铜反应不能放出H2，但与Zn、Fe等反应能放出H2

(×)

2．下列关于工业制硫酸和硝酸的说法中不正确的是( )

A．工业制硝酸是将NO2溶于水，需要通氧气

B．工业制硫酸会产生SO2和SO3尾气

C．工业制硫酸应对SO2进行循环利用

D．工业制硝酸和硫酸排放的尾气是造成酸雨的主要原因

D [工业制硝酸过程中要不断通入氧气，以提高NO、NO2的原料利用率和减少尾气排放，A项正确；工业生产中尾气经过循环利用和处理达标后才允许排放，空气中的SO2主要来自煤燃烧，特别是生活锅炉，尾气处理较差，数量庞大，是形成酸雨的主要原因，D项错误。]

3．在浓硝酸中放入铜片：

(1)开始时反应的化学方程式为________________________，实验现象为________________________________。

(2)若铜有剩余，则反应将要结束时反应的化学方程式为

________________________________。

[答案] (1) Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 铜片逐渐消失，溶液逐渐变绿，有红棕色气体逸出

(2)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O

硝酸强氧化性的本质和规律及表现

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)浓硝酸―――→得电子NO2，稀硝酸―――→得电子NO。

(2)硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。

(3)还原剂一般被氧化成最高价态。

(4)还原产物为氮的氧化物而不是氢气。

3．具体表现

(1)硝酸和金属的反应

①除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属。

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，一般情况下为

③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化。

(2)硝酸与非金属的反应

一般反应规律：非金属单质＋浓硝酸―→最高价氧化物或其含氧酸＋二氧化氮。

(3)硝酸与还原性化合物反应

如H2S、HI、SO2、H2SO3、SO2－3、Fe2＋等。

下列说法正确的是( )

A．常温下将金属铁放入浓HNO3中，Fe将被氧化成Fe(NO3)3

B．将一定量的铁粉放入HNO3中，生成物中Fe的存在形式为Fe(NO3)3

C．铁与浓HNO3反应生成NO2，而与稀HNO3反应生成NO，说明稀HNO3比浓HNO3的氧化性更强

D．将一定量的Fe放入稀HNO3，其产物可能是Fe(NO3)3，也可能是Fe(NO3)2或它们的混合物

D [常温下浓HNO3能使金属铁钝化，A不正确；HNO3的氧化性是指HNO3的得电子能力，而不以自身氮元素化合物的变化为准，浓HNO3的氧化性强于稀HNO3，C不正确；HNO3与Fe反应的产物除与HNO3的浓度有关外，还与Fe的量有关，若Fe过量，则有2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，B不正确。]

(1)一定量浓硝酸与足量的铜充分反应，可能生成单一成分的气体吗？

[提示] 不能。铜首先与浓硝酸发生反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，随着反应的进行HNO3的浓度降低，铜还会与稀硝酸进一步反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，故生成的气体为NO和NO2的混合气体。

(2)向浅绿色的Fe(NO3)2溶液中滴加稀盐酸，能够观察到的现象是什么？

[提示] 加入稀盐酸后，H＋和NO－3结合成具有强氧化性的HNO3，可以把浅绿色的Fe2＋氧化成棕黄色的Fe3＋，同时有NO气体产生。所以现象为溶液变为棕黄色，有气泡产生。

(3)在酸性溶液中NO－3与Fe2＋、S2－、HS－、I－、SO－3、HSO－3能共存吗？为什么？

[提示] 不能共存。在酸性溶液中NO－3具有强氧化性，能氧化Fe2＋、S2－、HS－、I－、SO2－3、HSO－3等。

1．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列物质：

①FeCl3，②Fe2O3，③Cu(NO3)2，④KNO3，铜粉溶解的是( )

A．只有①或② B．只有②或①

C．只有①或②或③ D．全部

D [铜粉在稀硫酸中不溶解，当加入①②两种物质时，相当于加入了Fe3＋，会发生反应Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋，铜粉会溶解，当加入③④两种物质时，相当于加入了NO－3，会发生反应3Cu＋8H＋＋2NO－3===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。因此上述物质都可使其溶解。]

金属与硝酸反应的相关计算

1.原子守恒法

硝酸与金属反应时，反应前HNO3中的NO－3一部分仍以NO－3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－3)＋n(还原产物NOx)＋n(剩余HNO3)。

2．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。

3．电荷守恒法

HNO3过量时，反应后溶液中(不考虑OH－)有： c(NO－3)＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属阳离子)。

4．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NO－3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NO－3进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。

将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2 L。请回答下列问题：

(1)NO的体积为________ L，NO2的体积为________ L。

(2)参加反应的HNO3的物质的量是

_____________________________________________________。

(3)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a mol·L－1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为________ mol·L－1。

(4)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，至少需要30%的双氧水________g。

[解析] (1)n(Cu)＝32.64 g64 g·mol－1＝0.51 mol，设混合气体中NO的物质的量为x，NO2的物质的量为y。

根据气体的总体积为11.2 L，有：x＋y＝0.5 mol。

根据得失电子守恒，有：3x＋y＝(0.51×2) mol。

解方程组得：x＝0.26 mol，y＝0.24 mol。

则：V(NO)＝0.26 mol×22.4 L·mol－1＝5.824 L，

V(NO2)＝11.2 L－5.824 L＝5.376 L。

(2)参加反应的HNO3分两部分：一部分没有被还原，显酸性，生成Cu(NO3)2；另一部分被还原成NO2和NO，所以参加反应的HNO3的物质的量为0.51 mol×2＋0.5 mol＝1.52 mol。

(3)HNO3在反应中一部分变成气体，一部分以NO－3的形式留在溶液中。变成气体的HNO3的物质的量为0.5 mol。

加入NaOH溶液至正好使溶液中Cu2＋全部转化为沉淀，则溶液中只有NaNO3，其物质的量为10－3aV mol，也就是以NO－3形式留在溶液中的HNO3的物质的量为10－3aV mol。

所以，c(HNO3)＝aV×10－3＋0.50.14 mol·L－1。

(4)由电子守恒得：2×n(Cu)＝2×n(H2O2)，32.64 g64 g·mol－1×2＝n(H2O2)×2，n(H2O2)＝0.51

mol，则m(H2O2)＝17.34 g。需30%的双氧水：17.34 g÷30%＝57.8 g。

[答案] (1)5.824 5.376 (2)1.52 mol

(3)a V×10－3＋0.50.14 (4)57.8

思维建模

2．将2.56 g Cu和一定量的浓HNO3反应，随着Cu的不断减少，反应生成气体的颜色逐渐变浅，当Cu反应完毕时，共收集到气体1.12 L(标准状况)，则反应中消耗HNO3的物质的量为( )

A．0.05 mol B．1 mol