苏教版高一化学必修1课时练习硝酸的性质讲义

硝酸的性质

1．谚语“雷雨发庄稼”涉及到哪些反应？写出反应的化学方程式。

提示：N 2＋O 2=====放电2NO

2NO ＋O 2===2NO 2

3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO

2．浓H 2SO 4显示强氧化性的特点是什么？分别写出浓H 2SO 4与Cu 、C 反应的化学方程式。 提示：硫酸中＋6价硫被还原，还原产物一般为SO 2

Cu ＋2H 2SO 4(浓)=====△CuSO 4＋SO 2↑＋2H 2O

C ＋2H 2SO 4(浓)=====△CO 2↑＋SO 2↑＋2H 2O

3．NH 3为什么具有还原性？写出其发生催化氧化反应的化学方程式。

提示：氨中氮元素呈－3价，为氮元素的最低价，因此具有还原性。

4NH 3＋5O 2=====催化剂△4NO ＋6H 2O

[新知探究]

探究1 硝酸的物理性质

纯硝酸是一种无色、易溶于水、具有刺激性气味的液体，工业硝酸的质量分数约为69%，常因溶有少量NO 2而略显黄色。

探究2 硝酸的化学性质和用途

(1)具有强酸的通性：

电离方程式为：HNO 3===H ＋＋NO －3。

(2)不稳定性：见光或受热易分解，化学方程式为：

4HNO 3=====光照2H 2O ＋4NO 2↑＋O 2↑。

(3)强氧化性：

①常温下浓硝酸能使Fe 、Al 等金属钝化。

②与大多数金属(Pt 、Au 除外)反应。

③浓、稀硝酸与铜反应的实验探究。

④与非金属(C 、S 、P 等)反应：

浓HNO 3与木炭加热时反应的化学方程式为：

C ＋4HNO 3(浓)=====△CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O 。

⑤能与许多还原性化合物反应：

如SO 2、Na 2SO 3、KI 、FeCl 2等。

(4)硝酸的用途：

重要的化工原料，常用来制造氮肥、染料、塑料、炸药、硝酸盐等。

[必记结论]

(1)浓、稀HNO 3的氧化性表现在NO －

3中，＋5价氮原子在反应中得到电子，被还原，其还原产物为氮的低价化合物，如NO 2、NO 、NH ＋4等。

(2)与浓H 2SO 4不同，即使是浓硝酸也完全电离，HNO 3===H ＋＋NO －3，溶液中存在两种氧化性离子：NO －3、H ＋，在此条件下氧化性：NO －3>H ＋，即只要存在NO －3，H ＋不能被还原，不论浓、稀HNO 3，不论在金属活动性顺序中H 前面的，还是H 后面的金属反应，均不能产生H 2。

(3)溶液中若存在NO －3、H ＋，即相当于稀HNO 3，具有稀HNO 3的性质。

[成功体验]

1．关于硝酸的说法正确的是( )

A ．Cu 可以溶解在稀硝酸中并生成H 2

B ．浓HNO 3不能与非金属单质反应

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HNO 3中投入Fe 片，会产生大量的红棕色气体

解析：选C Cu 与稀HNO 3反应生成NO 不产生H 2，A 项错误，浓HNO 3可以与非金属单质反应，B 项错误，常温下，Fe 遇浓HNO 3钝化，不会产生大量NO 2，D 项错误。

2．(好题共享·选自鲁科版教材P 83·T 1)在实验室里，储存在棕色瓶中的试剂是( )

A ．浓硝酸

B ．浓盐酸

C ．浓硫酸

D ．氯化钠

解析：选A 浓硝酸见光或受热易分解，故应避光保存。

[新知探究]

探究 工业制备硝酸的生产阶段和尾气处理

(1)硝酸工业制法的生产阶段

①氨氧化生成一氧化氮：

将氨和净化后的空气按一定比例混合，通入转化器。在转化器中氨和氧气在催化剂的条

件下发生反应生成一氧化氮，化学方程式为：4NH 3＋5O 2=====催化剂4NO ＋6H 2O ，此反应为放热反

应。

②硝酸的生成：

一氧化氮氧化生成二氧化氮，二氧化氮在吸收塔中被水吸收生成硝酸，化学方程式为：2NO ＋O 2===2NO 2,3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 。

由反应可看出NO 2只有23

转化为硝酸，为了充分利用原料，节约成本，常在吸收过程中补充一些空气，使生成的NO 再次氧化为NO 2，NO 2再溶于水生成硝酸和一氧化氮，经过多次循环吸收可以较完全地将NO 2转化为硝酸。

(2)硝酸工业尾气处理

从吸收塔出来的气体中尚有少量NO 和NO 2，不能直接排放到空气中，以免造成污染。常用碱液吸收，变废为宝，如：

NO ＋NO 2＋2NaOH===2NaNO 2＋H 2O ；

2NO 2＋2NaOH===NaNO 2＋NaNO 3＋H 2O 。

[成功体验]

3．工业制硝酸和工业制硫酸的设备中，相同的设备是( )

A ．接触室

B ．沸腾炉

C ．吸收塔

D ．转化器

解析：选C 工业制硫酸的三个设备是接触室、沸腾炉和吸收塔，而工业制硝酸的三个设备是转化器、热交换器和吸收塔，所以二者相同的设备是吸收塔。

4．(好题共享·选自鲁科版教材P 84·T 2)工业上硝酸的制备和自然界中硝酸的生成既有相同的地方，又有区别。路线①②③是工业生产硝酸的主要途径，路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电高能固氮过程中硝酸的生成途径。

(1)写出各变化的化学方程式；如果属于氧化还原反应，指出其中的氧化剂和还原剂。

(2)硝酸生产过程中排放出来的一氧化氮是大气污染物之一。目前有一种治理方法，是在400℃左右且有催化剂存在的情况下，用氨把一氧化氮还原成无色无毒气体________(填名称)直接排入空气中，有关反应的化学方程式为_______________________________。

答案：(1) 2

续表 2

(2)氮气 4NH 3＋6NO =====催化剂400℃5N 2＋6H 2O

[新知探究]

答案：1.(1)向试管加入试剂；(2)控制反应物加入的量，控制反应的进行。

2．气体全部收集，不会对环境造成污染。

3．用导管接入盛放O2的集气瓶，无色气体变红棕色。

[成功体验]

5．[双选](广东高考)下列实验现象预测正确的是( )

A．实验Ⅰ：振荡后静置，上层溶液颜色保持不变

B．实验Ⅱ：酸性KMnO4溶液中出现气泡，且颜色逐渐褪去

C．实验Ⅲ：微热稀HNO3片刻，溶液中有气泡产生，广口瓶内始终保持无色

D．实验Ⅳ：继续煮沸溶液至红褐色，停止加热，当光束通过体系时可产生丁达尔效应解析：选B、D 实验Ⅰ：Br2能与NaOH溶液反应，上层溶液颜色变浅，A项错误；实验Ⅱ：浓硫酸使蔗糖脱水炭化，生成的SO2气体能使酸性 KMnO4溶液紫色褪去、CO2从溶液中逸出，B项正确；实验Ⅲ：铜与稀HNO3微热，反应生成NO，在广口瓶中NO与O2接触生成红棕色的NO2，C项错误；实验Ⅳ：Fe(OH)3胶体可产生丁达尔效应，D项正确。

6．(北京高考)某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验(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)滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后__________________。

(3)装置①中发生反应的化学方程式是_________________________。

(4)装置②的作用是_________________________________________，

发生反应的化学方程式是_____________________________________。

(5)该小组得出的结论所依据的实验现象是_______________________。

(6)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(选填序号字母)____________。

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

解析：(1)根据装置特点和实验目的，装置⑤收集NO，装置⑥中盛放NaOH溶液吸收NO2，因为要验证稀硝酸不能氧化NO，所以装置③中应该盛放稀硝酸。

(2)由于装置中残存的空气能氧化NO而对实验产生干扰，所以滴加浓硝酸之前需要通入一段时间CO2赶走装置中的空气，同时也需将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内防止反应产生的NO气体逸出。

(3)Cu与浓HNO3反应生成Cu(NO3)2、NO2、H2O：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。

(4)装置②中盛放蒸馏水，使NO2与H2O反应生成NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

(5)NO通过稀HNO3溶液后，若无红棕色NO2产生，说明稀HNO3不能氧化NO，所以盛放稀HNO3装置的液面上方没有颜色变化即可说明之。装置④中盛放的是浓HNO3，若浓HNO3能氧化NO则装置④液面的上方会产生红棕色气体。

(6)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，可设计将溶解的NO2赶走(a、c方案)再观察颜色变化，也可在Cu(NO3)2浓溶液中通入NO2进行比较观察反应后的颜色变化(d方案)，确定是否是因溶有NO2引起的。方案b中由于Cu(NO3)2和溶解在其中的NO2浓度均可发生变化，无法确定是哪一种因素引起的。

答案：(1)3 mol·L－1稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液

(2)通入CO2一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内

(3)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O

(4)将NO2转化为NO 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

(5)装置③中液面上方气体仍为无色，装置④中液面上方气体由无色变为红棕色

(6)a、c、d

———————————————[关键语句小

结]————————————————

1．硝酸为无色、易挥发、易分解的强酸。

2．浓、稀HNO3都具有强氧化性，浓HNO3的还原产物一般为NO2，稀HNO3的还原产物一般为NO。

3．浓、稀HNO3与Cu反应，浓HNO3与碳反应的化学方程式分别为：

Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，

3Cu ＋8HNO 3(稀)===3Cu(NO 3)2＋2NO↑＋4H 2O ，

C ＋4HNO 3(浓)=====△CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O 。

4．工业制HNO 3的反应为

①4NH 3＋5O 2=====催化剂△4NO ＋6H 2O ；

②2NO＋O 2===2NO 2；

③3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 。

1．表现

(1)浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红，后褪色但稀硝酸只能使石蕊溶液变红。

(2)与非金属单质C 、S 、P 等在加热条件下反应，非金属元素被氧化到高价态的氧化物或含氧酸。

(3)金属与HNO 3反应一般不生成H 2，浓HNO 3一般被还原为NO 2，稀HNO 3一般被还原为NO ，极稀HNO 3可被还原生成NH 4NO 3。

(4)在利用HNO 3的酸性时，要考虑它的强氧化性。如FeO 与稀硝酸反应时的化学方程式是3FeO ＋10HNO 3(稀)===3Fe(NO 3)3＋NO ＋5H 2O ，而不是FeO ＋2HNO 3(稀)===Fe(NO 3)2＋H 2O 。

(5)硝酸与铁反应时的产物：

(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，硝酸浓度变小，其还原产物为NO，最终得到NO2与NO的混合气体。

(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，硝酸浓度越大，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。

[例1] 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化学方程式为

____________________________________________。

(3)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(标准状况下)。则所消耗硝酸的物质的量是________。

解析：(1)在浓硝酸中放入铜片，开始反应的化学方程式为：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O

(2)铜跟浓硝酸反应时，随着反应的进行，硝酸浓度不断减小，故反应最后阶段发生的是铜与稀HNO3的反应。

(3)产生的5.6 L气体是NO2和NO的混合气体。根据N原子守恒可算出被还原的HNO3的物质的量，再根据Cu的量可算出显酸性的HNO3的物质的量[Cu反应后转化为Cu(NO3)2，故显酸性的HNO3的物质的量应为Cu的物质的量的2倍]。消耗HNO3的总物质的量＝起酸作用的HNO3的物质的量＋被还原(起氧化剂作用)的HNO3的物质的量。

铜的物质的量为：12.8 g

64 g·mol－1

＝0.2 mol，

起酸作用的HNO3的物质的量为：0.2 mol×2＝0.4 mol，NO2和NO的总物质的量为：

5.6 L

22.4 L·mol－1

＝0.25 mol，则起氧化剂作用的HNO3总物质的量为0.25 mol，故总共所消耗的硝酸的物质的量为：0.4 mol＋0.25 mol＝0.65 mol。

答案：(1)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 铜片逐渐溶解，溶液逐渐变蓝色，有红棕色气体产生

(2)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O

(3)0.65 mol

(1)硝酸氧化性的强弱是指硝酸分子中N原子得电子能力的强弱，而不是得电子数的多少。

(2)在有关硝酸参与的反应中，当有低价态含氮产物生成时，表现硝酸的氧化性；当有硝酸盐生成时，表现硝酸的酸性。

在例1(1)中再加入少量稀硫酸，会产生什么样的现象？为什么？

解析：反应停止后，反应体系中有：Cu、Cu2＋、NO－3，加入稀硫酸后，H2SO4电离出 H ＋，又“生成了HNO

3”，故又会有Cu溶解。

答案：Cu又会溶解，铜片上产生气泡；加入稀H2SO4后，H2SO4电离出H＋，与原溶液中的NO－3构成强氧化性条件

硝酸与金属反应计算的四个守恒、一个关系、一个技巧：

1．四个守恒

(1)得失电子守恒：金属失电子的物质的量＝n(NO2)＋3n(NO)。

(2)氮原子守恒：n(HNO3)总＝n(HNO3)余＋xn[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)。

(3)电荷守恒：反应后溶液中c(NO－3)＝c(H＋)＋x·c(M x＋)。

(4)若向反应后溶液中加入NaOH溶液恰好使M x＋沉淀完全，此时溶质为NaNO3，则存在n(Na＋)＝n(NO－3)＝n(HNO3)总－n(NO)－n(NO2)。

2．一个关系

起酸性作用的HNO3的物质的量是与HNO3反应的金属物质的量和金属所带电荷数的乘积，可表示为n(HNO3)酸性＝xn(M x＋)，即反应中转移的电子的物质的量。

3．一个技巧

利用离子方程式计算，如果是HNO3和H2SO4混合液跟金属反应，当金属足量时，不能用化学方程式计算，应用离子方程式3Cu＋8H＋＋2NO－3===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O计算，因为M(NO3)x

的NO －3可借助H 2SO 4提供的H ＋继续与金属反应。

[例2] 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NO 2混合气体在标准状况下的体积为11.2 L 。请回答：

(1)NO 的体积为________ L ，NO 2的体积为________L 。

(2)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Cu 2＋全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为________ mol·L －1。

解析：(1)Cu 与HNO 3反应过程中，Cu 作还原剂失去电子等于HNO 3作氧化剂得到的电子，即得失电子守恒，有n (Cu)×2＝n (NO)×3＋n (NO 2)×1，即

32.64 g 64 g·mol －1×2＝V NO 22.4 L·mol －1×3＋11.2 L －V NO

22.4 L·mol

－1，得V (NO)≈5.8 L，V (NO 2)＝5.4 L 。

(2)硝酸与Cu 反应中，硝酸显酸性和氧化性，其中显氧化性的硝酸全部转化为NO 、NO 2，显酸性的硝酸和过量的硝酸全部与加入V mL a mol·L －1的NaOH 完全反应，当溶液中的 Cu 2＋全部转化为沉淀时，所得溶液为NaNO 3溶液，则整个过程中作酸用的硝酸为： n (HNO 3)

作酸用＝n (NaOH)＝V ×10－3 L×a mol·L －1＝aV ×10－3 mol ，根据N 元素守恒，作氧化剂的硝酸

与生成的气体的物质的量相等，则有n (HNO 3)被还原＝n (气体)＝

11.2 L

22.4 L·mol －1＝0.5 mol 。n (HNO 3)＝n (HNO 3)作酸用＋n (HNO 3)被还原＝aV ×10－3 mol ＋0.5 mol 。

答案：(1)5.8 5.4 (2)aV ·10－3＋0.5

0.14

将0.1 mol 铜与40 mL 10 mol·L －1 HNO 3充分反应后，溶液中含a mol H ＋

。由此可知( )

A ．生成的气体在标准状况下的体积为4.48 L

B．生成的气体在标准状况下的体积为1.49 L

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－3的物质的量为0.2 mol

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，反应消耗的HNO3包括起酸的作用和氧化剂作用两部分，前者反应后以Cu(NO3)2形成存在，后者被还原后生成NO2、NO气体，Cu＋2HNO3(酸)～Cu(NO3)2，HNO3(氧化剂)～NO2(或NO)，作酸用的硝酸为0.2 mol，生成的气体为NO、NO2的混合气体，溶液中有a mol的HNO3过量，则被还原的HNO3为(0.4－a－0.2) mol，即生成的气体的物质的量为(0.4－a－0.2) mol，溶液中的NO－3由过量的HNO3和Cu(NO3)2中NO－3组成为(a＋0.2) mol。

[课堂双基落实]

1．下列反应中，硝酸既表现了氧化性又表现了酸性的是( )

A．C＋浓HNO3B．Cu＋稀HNO3

C．CuO＋浓HNO3 D．NaOH＋HNO3

解析：选B 浓HNO3与C反应只表现氧化性，与CuO、NaOH反应只表现酸性，与Cu反应生成NO2表现氧化性，生成Cu(NO3)2表现酸性。

2．通过一步反应不能直接完成的是( )

①N2―→NO2②NO2―→NO③NH3―→NO

④NH3―→NO2⑤Cu―→Cu(NO3)2

⑥HNO3―→N O2

A．①⑥ B．②⑤

C．④⑤ D．①④

解析：选D 要实现N2―→NO2需经两步：N2―→NO―→NO2；实现NH3―→NO2也需两步：NH3―→NO―→NO2。

3．有关硝酸化学性质的叙述中，正确的是( )

A．稀硝酸使红色石蕊试纸变蓝

B．硝酸能与Na2CO3反应，但不生成CO2

C．硝酸可与Na2S反应制得H2S气体

D．浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色

解析：选D 稀HNO3显酸性，不可能使红色石蕊试纸变蓝，A项错误；B项发生复分解反应，可以生成CO2；C项，HNO3有强氧化性，可以氧化H2S气体，不能用于制取H2S。

4．相同质量的铜片分别投入到足量的下列四种酸中(必要时可加热)，充分反应后在相同条件下得到的气体体积由大到小的顺序是( )

①浓硫酸②浓硝酸③稀硫酸④稀硝酸

A．②④①③ B．②①④③

C．①②④③ D．③④①②

解析：选B 1 mol Cu与浓硫酸反应可生成1 mol SO2，1 mol Cu与浓硝酸反应可生成2 mol NO2,1 mol Cu与稀硝酸反应可生成2/3 mol NO，Cu与稀硫酸不反应。

5．某兴趣小组设计出如图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”的实验，以探究化学实验的绿色化。

(1)实验前，关闭活塞b ，试管d 中加水至浸没长导管口，塞紧试管c 和d 的胶塞，加热c ，其目的是_________________________________。

(2)在d 中加适量NaOH 溶液，c 中放一小块铜片，由分液漏斗a 向c 中加入2 mL 浓硝酸。c 中反应的化学方程式是：_______________________________________。

再由a 向c 中加2 mL 蒸馏水，c 中的实验现象是____________________。

(3)下表所示的是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是___________________________，理由是______________________________。

解析：(1)关闭b ，d 中加水浸没导管口；这形成一段封闭气体，很容易想到是检查装置的气密性。

(2)先后实验是铜与浓、稀硝酸的反应。

(3)三种方案如下：

甲：Cu ＋4HNO 3(浓)===Cu(NO 3)2＋2NO 2↑＋2H 2O ；

乙：3Cu ＋8HNO 3(稀)===3Cu(NO 3)2＋2NO↑＋4H 2O ；

丙：2Cu ＋O 2=====△2CuO ，

CuO ＋2HNO 3===Cu(NO 3)2＋H 2O 。

三种方案相比，丙方案消耗酸最少，没有污染性气体产生，体现了环保、节约资源的原则。

答案：(1)检查装置气密性

(2)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 反应变缓，气体颜色变淡

(3)丙耗酸量最少，无污染性气体产生