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第3课时硝酸的性质学习目标定位1.掌握硝酸的重要性质和应用。2.了解硝酸的工业制法。3.能依据化合价升降法配平氧化还原反应方程式。一、硝酸的性质1在两支试管中各放入一小块铜片，分别加入少量4 molL1的稀硝酸和15 molL1的浓硝酸，立即用蘸有氢氧化钠溶液的棉花封住试管口，观察试管中发生的现象。(1)实验现象：反应开始后两支试管中都有气泡产生。加入浓HNO3的试管反应强烈，放出红棕色气体，溶液呈绿色，加水后变成蓝色；加入稀HNO3的试管反应缓慢，放出无色气体，生成蓝色溶液。(2)结论：浓、稀硝酸都与铜反应，浓HNO3与铜反应生成的气体为NO2；稀HNO3与铜反应生成的气体为NO。铜与浓HNO3反应的化学方程式：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O；铜与稀HNO3反应的化学方程式：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O。2将上述实验中的金属铜换成少量金属铁进行相同的实验，观察发生的现象。(1)实验现象：加入浓硝酸的试管中，铁片没有明显变化。加入稀硝酸的试管中，有气泡产生，在试管口上方，无色气体变成了红棕色，溶液变为棕黄色。(2)实验结论：Fe在常温下遇到浓HNO3发生钝化现象。稀硝酸与铁反应生成了NO，NO遇空气后又生成了NO2。(3)反应的化学方程式：Fe4HNO3(稀)=Fe(NO3)3NO2H2O(铁不足)，2NOO2=2NO2。3硝酸能与非金属单质反应，写出下列反应的化学方程式：(1)浓硝酸将木炭氧化成二氧化碳：C4HNO3(浓)CO24NO22H2O。(2)浓硝酸将硫氧化成硫酸：S6HNO3(浓)=H2SO46NO22H2O。4浓HNO3见光易分解，反应的化学方程式为4HNO32H2O4NO2O2。1.硝酸具有强氧化性(1)能将大多数金属(如铜等)氧化成高价金属的硝酸盐，浓硝酸生成NO2，稀硝酸生成NO。浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。(2)常温下，浓硝酸能使铁、铝发生钝化，这是因为浓硝酸将铁、铝容器表面氧化，形成致密的氧化物薄膜。若在加热条件下，氧化膜被破坏，从而使反应继续进行。(3)浓HNO3与非金属反应，还原产物一般是NO2，而非金属一般被氧化成最高价氧化物或相应的最高价含氧酸。(4)在中性、碱性溶液里的NO不能表现出强氧化性，而在酸性溶液里的NO能表现出强氧化性，因此，在酸性溶液里NO不能与Fe2、I、S2、SO等还原性离子大量共存。2浓硝酸具有不稳定性浓HNO3受热或见光容易分解，硝酸越浓，越易分解。硝酸分解有NO2产生，溶于硝酸中呈黄色。实验室保存硝酸的方法是保存在棕色瓶里，放置阴凉处。提醒(1)金属与HNO3反应不产生H2。(2)硝酸越稀，还原产物中N元素的化合价越低，如不活泼金属与HNO3反应，浓HNO3被还原为NO2，稀HNO3被还原为NO。【例1】在下列反应中，HNO3既表现出氧化性，又表现出酸性的是()AH2S2HNO3=S2NO22H2OBCuO2HNO3=Cu(NO3)2H2OC4HNO34NO2O22H2OD3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O答案D解析A中HNO3只表现氧化性；B中HNO3只表现酸性；C中HNO3既表现氧化性，又表现还原性；D中HNO3既表现氧化性，又表现酸性。【例2】将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，则下列叙述中正确的是()A反应速率：两者相同B消耗硝酸的物质的量：前者多，后者少C反应生成气体的颜色：前者浅，后者深D反应中转移的电子总数：前者多，后者少答案B解析A浓硝酸的氧化性强于稀硝酸，故Cu与浓硝酸的反应速率快B由Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O，CuHNO3(稀)=Cu(NO3)2NOH2O，可以看出相同质量的铜消耗浓硝酸较多C铜与浓硝酸反应生成的NO2是红棕色气体，而与稀硝酸反应生成的NO是无色气体D由于反应中转移的电子数都等于铜失去的电子数，故转移的电子数相等二、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)NONO22NaOH=2NaNO2H2O；(2)2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O。1.硝酸工业制法流程图2氨及其化合物之间的相互转化关系【例3】在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是()A使用吸收塔设备B使用尾气吸收装置C使用H2作原料D使用催化剂答案D解析NH3的工业生产中不使用吸收塔，也不使用尾气吸收装置；H2SO4的工业生产中不使用H2作原料；D正确，有关反应的化学方程式分别为3H2N22NH3,4NH35O24NO6H2O,2SO2O22SO3。【例4】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答案D解析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。1浓、稀HNO3与Cu反应，浓HNO3与碳反应的化学方程式分别为Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O；3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O；C4HNO3(浓)CO24NO22H2O。2在常温下，铁、铝遇到浓HNO3发生钝化。3工业制HNO3的反应4NH35O24NO6H2O；2NOO2=2NO2；3NO2H2O=2HNO3NO。1下列说法正确的是 ()A浓硝酸和浓H2SO4都应保存在棕色试剂瓶中BNaOH溶液用带有橡胶塞的试剂瓶保存C工业制得的浓盐酸、浓硝酸通常带有黄色是Fe3所致D铝制或铁制容器可贮运浓硫酸、浓硝酸和浓盐酸这三大强酸答案B解析A项，浓HNO3见光或受热易分解，应保存在棕色试剂瓶中并密封置于阴凉处，浓H2SO4应密封置于干燥处，不必保存在棕色瓶中；B项，NaOH易与玻璃中的SiO2反应，不宜用玻璃塞，应用橡胶塞；C项，浓盐酸显黄色，是由于含Fe3，浓HNO3显黄色是由于它分解产生了NO2，NO2又溶于其中的缘故；D项，铁、铝遇冷的浓H2SO4、浓HNO3钝化，但Fe、Al均可与浓盐酸反应。2用以下三种途径来制取相同质量的硝酸铜：铜跟浓硝酸反应，铜跟稀硝酸反应，铜跟氧气反应生成氧化铜，氧化铜再跟稀硝酸反应。以下叙述正确的是()A三种途径所消耗的铜的物质的量不相等B三种途径所消耗的硝酸的物质的量相等C所消耗铜的物质的量：途径途径途径D所消耗硝酸的物质的量：途径途径途径答案D解析有关反应：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O2CuO22CuO，CuO2HNO3(稀)=Cu(NO3)2H2O分析以上三组反应，可以看出：生成相同质量的Cu(NO3)2，消耗相同质量的铜，但消耗硝酸的质量(或物质的量)不相同，途径消耗HNO3的量最多，途径次之，途径消耗HNO3的量最少。通过比较可以看出，生产Cu(NO3)2，途径效果最佳，既不造成污染，又能提高HNO3的利用率。3下列有关实验设计、实验现象和解释或结论都正确的是()选项实验设计实验现象解释或结论A向过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液溶液呈血红色稀HNO3将Fe氧化为Fe3B常温下将铝和铁放入浓硝酸中钝化铝和铁与浓HNO3不反应C向某溶液中加入CCl4液体分层，下层CCl4显紫色原溶液中存在ID用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上试纸变蓝色浓氨水呈碱性答案D解析硝酸和铁反应生成硝酸铁，铁过量时，铁和Fe3反应生成亚铁离子，滴入硫氰化钾溶液不呈血红色，A项错；常温下，铝和铁在浓HNO3中生成一层氧化物保护膜，阻止了反应继续进行，不是不发生反应，B项错；原溶液中含有碘单质，不是碘离子，C项错；红色石蕊试纸遇碱变蓝色，D项正确。4某实验过程如下图所示：则试管中的现象是()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解析稀HNO3与金属铜反应的实质是3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O。在中，反应完全后溶液中含有NO；而在中，当继续滴入稀H2SO4后，新加入的H和原溶液中的NO可继续与过量的Cu反应放出无色NO气体，NO遇O2后生成红棕色NO2。5(1)在浓硝酸中放入铜片：开始时反应的化学方程式为_，实验现象为_。若铜有剩余，则反应将要结束时反应的化学方程式为_。待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，其原因是_。(2)若1.92 g Cu粉与一定量浓HNO3反应，当Cu完全反应时，收集到标准状况下1.12 L气体，则消耗硝酸_ mol，生成NO2_ mol。(3)若向Cu中加入硫酸和硝酸的混酸溶液制取CuSO4溶液，则混酸中硫酸与硝酸的最佳物质的量之比为_。答案(1)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O铜片逐渐消失，溶液逐渐变绿，有红棕色气体逸出3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O加入稀硫酸后，H与原溶液中的NO构成强氧化性的条件，又能与过量的Cu反应(2)0.110.045(3)32解析(1)随反应的进行，硝酸的浓度减小，停止反应时溶液中存在Cu(NO3)2，再加稀H2SO4，则溶液中的NO在酸性条件下将剩余的铜氧化。(2)参加反应的HNO3包括被还原的HNO3和起酸性作用的HNO3，表现酸性的HNO3为20.06 mol，被还原的HNO3为0.05 mol，故参加反应的HNO3为0.05 mol0.06 mol0.11 mol。设标准状况下1.12 L气体中，含NO x mol、NO2 y mol。则解之得(3)Cu、H、NO恰好完全反应时混酸中H2SO4和HNO3的比例最佳。3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O设H2SO4与HNO3的物质的量分别为x、y，则，xy32。对点训练题组一硝酸的性质及应用1下列各组物质均在试管里进行反应，反应过程中，在试管口观察不到红棕色气体出现的是()A浓硝酸和铜片共热B浓硫酸和铜片共热C稀硝酸和铜片共热D浓硫酸和硝酸钾晶体、铜片共热答案B2在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列物质FeCl3，Fe2O3，Cu(NO3)2，KNO3，铜粉溶解的是()A只有或 B只有或C只有或或 D全部答案D解析铜粉在稀硫酸中不溶解，当加入两种物质时，相当于加入了Fe3，会发生反应Cu2Fe3=2Fe2Cu2，铜粉会溶解，当加入两种物质时，相当于加入了NO，会发生反应3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O。因此上述物质中都可使其溶解。3能正确表示下列反应的离子方程式的是()A向Fe(NO3)2稀溶液中加入盐酸：3Fe24HNO=3Fe3NO2H2OB铜片与浓HNO3：CuNO4H=Cu2NO2H2OC氯化铵浓溶液跟浓NaOH溶液混合后加热：NHOHNH3H2OD碳酸氢铵溶液与足量的NaOH溶液混合后加热：NHOHNH3H2O答案A解析B项，Cu4H2NO=Cu22NO22H2O；C项，NHOHNH3H2O；D项，HCONH2OHCO2H2ONH3。4.碳跟浓硫酸共热产生的气体X和铜跟浓硝酸反应产生的气体Y同时通入盛有足量氯化钡溶液的洗气瓶中(如图装置)，下列有关说法正确的是()洗气瓶中产生的沉淀中有碳酸钡从Z导管出来的气体中无二氧化碳洗气瓶中产生的沉淀是硫酸钡在Z导管口有红棕色气体出现A BC D答案B解析碳与浓硫酸共热产生的X气体为CO2和SO2的混合气体，铜与浓硝酸反应产生的Y气体是NO2，SO2H2ONO2=H2SO4NO，故洗气瓶中产生的是硫酸钡沉淀，Z处逸出的气体中有CO2和NO，NO遇到空气中的氧气生成了红棕色的NO2，二氧化碳不与氯化钡反应，所以没有BaCO3生成。5等质量的铜分别与足量的浓硝酸和稀硝酸完全反应，在相同条件下用排水法收集产生的气体，下列叙述中正确的是()A硝酸的浓度越大，消耗的硝酸越少B硝酸的浓度不同，生成硝酸铜的物质的量也不相同C硝酸的浓度越大，生成的气体越少D两者用排水法收集的气体的体积相同答案D解析铜与浓硝酸、稀硝酸反应的化学方程式分别如下：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O因硝酸足量，故铜完全反应，则与浓硝酸、稀硝酸反应的铜的质量相等，所消耗的硝酸、生成的硝酸铜、产生的气体均按等质量的铜计算。由上述反应可知，反应掉等质量的铜时，消耗的浓硝酸更多，两者产生的硝酸铜一样多，与浓硝酸反应时产生更多的气体。所以A、B、C选项均不正确，D选项正确。D选项的分析可采用下列方法：设参加反应的铜为3 mol，则与浓硝酸反应后生成6 mol NO2，与稀硝酸反应生成2 mol NO，当用排水法收集时，NO2发生反应：3NO2H2O=2HNO3NO，6 mol NO2反应后变成2 mol NO气体，所以两种情况下最终得到的气体都是2 mol。6等质量的下列物质与足量稀硝酸反应，放出NO物质的量最多的是()AFeO BFe2O3CFeSO4 DFe3O4答案A解析根据得失电子守恒，还原剂提供的电子越多，氧化剂硝酸生成的NO的物质的量就越多。1 g题述四种物质能提供的电子的物质的量为A项1 mol；B项0；C项1 mol；D项1 mol(Fe3O4也可以写为Fe2O3FeO)，等质量时提供电子的物质的量最多的为FeO。题组二硝酸与金属反应的计算7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()A0.05 mol B1 molC1.05 mol D0.13 mol答案D解析参加反应的硝酸由两部分构成，一是被还原为氮氧化物的硝酸，为0.05 mol；二是作酸，生成Cu(NO3)2的硝酸，为0.08 mol。8铜跟稀硝酸反应中，如果有63 g硝酸被还原，则被氧化的铜的物质的量为()A. mol B. molC3 mol D. mol答案D解析根据得失电子守恒可知(52)n2，解得n mol。91 L稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物质的量浓度分别为0.1 molL1和0.4 molL1。若向该混合液中加入足量的铜粉，则最多能溶解铜粉的质量为()A2.4 g B3.2 g C6.4 g D9.6 g答案D解析据反应原理写出反应的离子方程式为3Cu2NO8H=3Cu22NO4H2O 0.1 mol 0.9 mol可知混合溶液中H过量则根据n(NO)计算溶解铜粉的质量：m(Cu)9.6 g。1014 g铜、银合金与一定量某浓度的硝酸溶液完全反应，将放出的气体与1.12 L(标准状况下)氧气混合通入水中，恰好全部被水吸收，则合金中铜的质量是 ()A9.6 g B6.4 gC3.2 g D4.8 g答案C解析Cu、Ag合金与HNO3反应的过程如下：本题用终态法解答比较简单。从整个变化过程中可以看出，Cu失去电子变成Cu2，Ag失去电子变成Ag，HNO3在反应过程中实际上没有变化，而O2得到电子变成2价氧。所以在整个过程中14 g Cu、Ag失去的电子总数等于0.05 mol O2得到的电子数。设Cu的物质的量为x，Ag为y，则：解得所以铜的质量为m(Cu)64 gmol10.05 mol3.2 g。综合强化11硝酸铵是一种常用的化肥，其工业生产流程如下，请回答下列问题。(1)写出反应容器B中发生反应的化学方程式：_。(2)吸收塔C中通入空气的目的是_；C、D两个反应容器中发生的反应，属于氧化还原反应的是_(填反应容器代号)。(3)浓硝酸一般保存在棕色试剂瓶里，并放置在阴凉处，用化学方程式解释原因：_。(4)金属铜与稀硝酸反应的离子方程式是_，该反应中稀硝酸表现的性质是_。答案(1)4NH35O24NO6H2O(2)将一氧化氮氧化成二氧化氮C(3)4HNO34NO2O22H2O(4)3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O酸性和氧化性解析由NH4NO3的工业生产流程可知，N2与H2在铁砂网的作用下反应产生NH3，NH3在PtRh合金作用下加热被空气中的O2氧化为NO和水，NO在吸收塔中与O2反应产生NO2，NO2被水吸收得到HNO3和NO。HNO3与NH3作用生成NH4NO3。(1)反应容器B中发生反应的化学方程式为4NH35O24NO6H2O。(2)在吸收塔C中通入空气的目的是将NO氧化成NO2；在C中发生反应：2NOO2=2NO2,3NO2H2O=2HNO3NO。在D中发生反应：HNO3NH3=NH4NO3。前两个反应是氧化还原反应，第三个反应不是氧化还原反应。所以发生氧化还原反应的容器为C。(3)浓硝酸不稳定，光照容易分解，温度越高越容易分解，为防止浓硝酸的分解，常把浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，放在冷暗处。分解的化学方程式为4HNO34NO2O22H2O。(4)硝酸有强氧化性，不仅能把活泼的金属氧化，还能把不活泼的金属如Cu氧化。金属Cu与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O。在该反应中一部分HNO3中的N元素由5价变为2价，得到电子，被还原，表现氧化性，还有一部分HNO3中的N元素的化合价没有变化，提供酸根离子用来形成硝酸盐，起酸的作用，故硝酸的作用是酸性和氧化性。12某兴趣小组设计出下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。(固定装置略去)(1)实验前，关闭活塞b，向试管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_。方案反应物甲Cu、浓HNO3乙Cu、稀HNO3丙Cu、O2、稀HNO3答案(1)检查装置气密性(2)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O反应变慢，气体颜色变淡(3)丙耗酸量最少，无污染解析(1)连接好一整套装置，关闭分液漏斗活塞，把出气导管液封，加热发生装置，显然是检验装置气密性。(2)铜片与2 mL浓硝酸反应的化学方程式为Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O，再加入2 mL 蒸馏水，硝酸浓度变稀，降低了反应物浓度使反应减慢，同时产物气体由NO2变为NO，故装置中气体颜色变浅。(3)从题表中制取硝酸铜的三种方案可以看出丙方案消耗反应物硝酸少(只起酸性作用)且不产生污染气体NO、NO2等，显然是体现绿色化学的最佳方案。13将红热的固体单质甲放入显黄色的浓乙溶液中，剧烈反应，产生混合气体A，A在常温下不与空气作用，发生如下图所示的变化。 (1)写出下列物质的化学式：丙_，B_，C_，D_。(2)写出甲跟乙反应的化学方程式：_。(3)单质丙与溶液乙反应生成气体B的离子方程式：_。答案(1)CuNOCaCO3Cu(NO3)2(2)C4HNO3(浓)CO24NO22H2O(3)3Cu8H2NO=2NO3Cu24H2O解析红热的固体单质甲放入显黄色的浓乙溶液中产生混合气体A，A常温下不与空气反应，证明甲为碳，乙为HNO3，混合气体A中含有CO2和NO2,3NO2H2O=2HNO3NO，CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，故B为NO，C为CaCO3。单质丙与乙溶液(即稀HNO3)反应生成气体B(NO)和蓝色溶液D，知丙为铜，D为Cu(NO3)2。14将128 g铜置于一定量的浓硝酸中并微热。当铜片完全消失时，共收集到NO2和NO的混合气体44.8 L(标准状况)。(1)写出上述过程中，有关反应的离子方程式：_、_。(2)完成该反应至少需要量取10 molL1的浓硝酸_mL。(3)混合气体中NO2的体积为_ L，NO的体积_ L(均为标准状况下)。(4)将收集上述气体的容器倒扣在盛有水的水槽中，并向其中缓慢通入O2使其充分反应，若要使溶液恰好充满容器，则理论上需要参加反应的O2的物质的量为_mol。答案(1) Cu4H2NO=Cu22NO22H2O3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O(2)600(3)22.422.4(4) 1解析(1)首先是浓硝酸与铜发生反应产生硝酸铜、二氧化氮和水，然后当反应进行到一定程度，硝酸变稀后，稀硝酸与铜发生反应，产生硝酸铜、一氧化氮和水，反应的离子方程式是Cu4H2NO=Cu22NO22H2O；3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O。(2)反应中被还原的HNO3生成NO、NO2混合气体，混合气体的物质的量为44.8 L22.4 Lmol12 mol，未被还原的硝酸生成Cu(NO3)2，Cu(NO3)2的物质的量为128 g64 gmol12 mol，由氮原子守恒可知，n(HNO3)2nCu(NO3)2n(NO、NO2)2 mol22 mol6 mol，故需要硝酸的体积6 mol10 molL10.6 L600 mL。(3)设混合气体中NO2、NO的物质的量分别为x mol、y mol，根据电子转移守恒及二者体积列方程计算，再根据VnVm计算各自的体积；根据电子得失守恒及二者体积，可得：x3y22；xy2，解得x1、y1，故NO2的体积1 mol22.4 Lmol122.4 L，NO的体积1 mol22.4 Lmol122.4 L。(4)反应又生成HNO3，分析整个过程可知，铜提供的电子等于氧气获得的电子，由电子守恒可知，需要氧气的物质的量为(2 mol2)41 mol。
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