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7.2 第2課時 硝酸 學案(含答案) 2023-2024學年高一化學蘇教版(2020)必修第二冊

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7.2 第2課時 硝酸 學案(含答案) 2023-2024學年高一化學蘇教版(2020)必修第二冊

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7.2第2課時 硝酸
【學習目標】
1.了解硝酸的物理性質及重要用途。
2.掌握硝酸的化學性質:不穩定性、酸性和強氧化性。
3.了解硝酸的工業制法。
4.通過觀察濃、稀硝酸與銅的反應實驗,培養觀察、分析和比較的能力。
【合作探究】
【學習情境】
硝酸不僅是工農業生產的重要化工原料,還是制造炸藥的重要戰爭物資。最初制造硝酸的方法是普通硝石法,利用硝石與硫酸來制取硝酸。因為硝石的貯量有限,所以硝酸的產量受到限制。早在1913年之前,人們就發現德國有發動世界大戰的意圖,便開始限制德國進口硝石,覺得這樣世界就會太平無事了??墒窃?914年德國最終發動了第一次世界大戰,人們又錯誤地預計,戰爭頂多只會打半年,原因是德國的硝酸不多,火藥生產受到限制,正是由于各種錯誤的估計,使得第一次世界大戰打了四年多。這場戰爭德國為什么能堅持這么久呢 原來早在1908年,德國化學家哈伯首先在實驗室里用氫氣和氮氣合成了氨,設計了合成氨的工藝流程并將此方法交給德國一個最大的化工企業進行生產。1913年,一個日產30 t的合成氨工廠建成并投入生產,再利用氨生產硝酸制造炸藥。這就揭開了第一次世界大戰中的一個謎。
任務1 硝酸的不穩定性
【新知生成】
1.硝酸受熱或見光發生分解:                        。
2.硝酸應密封貯存在    、    處。
【答案】4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O 低溫 避光
【核心突破】
典例1 下列關于硝酸的說法錯誤的是(  )。
A.濃硝酸是一種易揮發的液體混合物
B.濃硝酸在空氣中敞口放置,因吸收水蒸氣而濃度減小
C.濃硝酸不穩定,易分解生成二氧化氮、氧氣和水
D.常溫下,濃硝酸常保存在棕色細口試劑瓶中
【答案】B
【歸納總結】
試劑存放要點
1.防揮發:需要密封保存,液溴還需要使用“水封”減少揮發。
2.防潮解:需要密封保存,同時保持環境的干燥,如漂白粉、生石灰等。
3.防變質:a.防氧化,如Na、P4等;b.防分解,如氯水、AgCl、HNO3等。
試劑瓶的選擇原則
1.固體廣口瓶,液體細口瓶。
2.堿性軟木塞,其他玻璃塞。
3.怕光棕色瓶,其他無色瓶。
訓練1 實驗室常利用難揮發性酸制備易揮發性酸的原理,用濃硫酸與硝石(NaNO3)反應制備HNO3,反應裝置如圖所示(夾持裝置未畫出),下列說法不正確的是(  )。
A.如果反應溫度過高,制得的HNO3可能會呈現黃色
B.反應的化學方程式為NaNO3+H2SO4(濃)NaHSO4+HNO3↑
C.可從實驗室中選無色透明潔凈的試劑瓶盛裝制得的硝酸
D.曲頸瓶不適宜制備沸點過低的物質
【答案】C
【解析】濃硝酸受熱易分解,產生的二氧化氮溶解在硝酸中會呈現黃色,A項正確;硫酸是高沸點酸,硝酸是低沸點的酸,NaNO3和濃硫酸反應可以生成硝酸和硫酸氫鈉,反應的化學方程式為NaNO3+H2SO4(濃)NaHSO4+HNO3↑,B項正確;硝酸見光易分解,所以應避光保存,應存放在棕色試劑瓶中,C項錯誤;該裝置是一種原始蒸餾器,它利用空氣冷卻,因此不適宜制備沸點過低的物質,D項正確。
任務2 硝酸的強氧化性
【新知生成】
一、 實驗探究
實驗 操作
實驗 現象 a.Cu片     ,溶液變     色  b.溶液中有     產生,具支試管中充滿     色氣體,小試管中收集的氣體呈     c.反應劇烈 a.Cu片     ,溶液變     色 b.溶液中有     產生,具支試管、小試管中氣體均為     色 c.反應緩慢
實驗 結論 濃硝酸具有     ,還原產物是      稀硝酸具有     ,但不如濃HNO3強,還原產物為     
二、硝酸的強氧化性
1.硝酸能與除    以外的絕大多數金屬發生氧化還原反應。
①銅與濃硝酸反應:  。
②銅與稀硝酸反應:  。
2.常溫下,濃硝酸能使    發生鈍化。
3.硝酸能與許多非金屬單質發生氧化還原反應。
木炭與濃硝酸反應:  。
【答案】一、 溶解 藍 氣泡 紅棕 無色 溶解 藍 氣泡 無 強氧化性 NO2 強氧化性 NO 二、 1.金、鉑
Cu+4HNO3(濃)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 2.鋁、鐵 
3.C+4HNO3(濃)CO2↑+4NO2↑+2H2O
【核心突破】
典例2 實驗室用銅與硝酸溶液制備NO2氣體,下列關于此反應的說法正確的是(  )。
A.該反應中的硝酸溶液為稀溶液
B.該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1∶2
C.由于NO2會污染空氣,因此用排水法收集NO2氣體
D.該反應中硝酸既表現出氧化性,又表現出酸性
【答案】D
【解析】銅與濃硝酸反應:Cu+4HNO3(濃)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,反應中HNO3被還原為NO2表現氧化性,同時生成Cu(NO3)2,表現酸性,反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為2∶1。
【歸納總結】
硝酸的強氧化性
1.規律
(1)HNO3參與的氧化還原反應中,一般濃硝酸被還原為NO2,稀硝酸被還原為NO。
(2)濃度越高,溫度越高,HNO3的氧化性越強。
(3)還原劑一般被氧化成最高價態。
2.表現
(1)對酸的通性的影響
①濃硝酸能使石蕊試液先變紅,后褪色。
②與活潑金屬(如Mg、Zn)反應不產生H2,隨著HNO3濃度的降低,HNO3被還原的產物有NO、N2O或N2等,當HNO3濃度很低時,還會生成NH4NO3。
③能溶解除Pt、Au以外的大多數金屬,活動性在H以后的Cu、Ag常溫下也能與HNO3反應,且隨HNO3濃度的降低,往往會得到混合氣體,如NO2、NO等。
④常溫下,Al、Fe等在濃硝酸中鈍化。
⑤濃硝酸與濃鹽酸按體積比1∶3混合成的“王水”能溶解Pt、Au等金屬。
(2)濃硝酸與非金屬單質(如C、S、P等)在加熱條件下反應,非金屬單質被氧化成最高價氧化物或含氧酸。如:
S(s)+6HNO3(濃)H2SO4+6NO2↑+2H2O
P(s)+5HNO3(濃)H3PO4+5NO2↑+H2O
(3)與還原性物質(如I-、S2-、S、Fe2+、H2S、HBr、HI、Na2SO3等)反應。
3Fe2++4H++N3Fe3++NO↑+2H2O
6I-+8H++2N3I2+2NO↑+4H2O
【特別提醒】
1.HNO3氧化性是由HNO3中+5價N元素表現的。
2.在有關硝酸參與的反應中,當有低價態含氮產物生成時,表現硝酸的氧化性;當有硝酸鹽生成時,表現硝酸的酸性。
3.在應用硝酸的氧化性分析離子是否共存時,要注意溶液中H+和N的組合,它們相當于HNO3,能夠氧化具有強還原性的離子,而單獨的N不能氧化這些離子。
訓練2 某同學為探究銅與稀硝酸反應產生的氣體主要是NO,設計下列實驗裝置(加熱、固定裝置已略去)。圖中K為止水夾,d是存有一半空氣的注射器。下列說法錯誤的是(  )。
A.裝置a的作用是生成CO2氣體趕盡裝置中的空氣
B.裝置a中稀硝酸僅體現酸性,裝置b中稀硝酸僅體現強氧化性
C.將d中空氣推入c中,若氣體變為紅棕色則說明b中有NO生成
D.該裝置存在缺陷,缺少尾氣處理裝置
【答案】B
任務3 硝酸與金屬反應的有關計算
【新知生成】
消耗硝酸總的物質的量=體現酸性的硝酸的物質的量+體現    的硝酸的物質的量
體現酸性的硝酸的物質的量=硝酸鹽中    的物質的量=金屬    的物質的量
體現氧化性的硝酸的物質的量=n(NO)+
【答案】氧化性 硝酸根離子(或N) 失去電子 n(NO2)
【核心突破】
典例3 將1.92 g銅跟適量的濃硝酸反應,銅全部作用后,共收集到1.12 L標準狀況下的氣體(假設只有NO2、NO),則反應消耗的硝酸的物質的量為(  )。
A.0.110 mol
B.0.100 mol
C.0.0900 mol
D.0.0800 mol
【答案】A
【解析】n(HNO3)酸性=2n[Cu(NO3)2]=2n(Cu)=2×=0.06 mol;n(HNO3)氧化性=n(NO)+n(NO2)==0.05 mol;反應消耗的硝酸的物質的量=n(HNO3)酸性+=0.06 mol+0.05 mol=0.11 mol。
【歸納總結】
硝酸與金屬反應的幾個規律
(1)n(被還原的硝酸)=n(生成的氣體)(NO、NO2)。
(2)n(參加反應的硝酸)=n(被還原的硝酸)+n(呈酸性的硝酸)。
(3)n(未參加反應的HNO3)=n(反應后H+)。
(4)反應后溶液中,n(N)=n(HNO3)+n(金屬)×該金屬的化合價。
訓練3 將2.56 g銅粉加入100 mL 0.4 mol·L-1稀HNO3溶液中,加熱充分反應后再加入100 mL 0.2 mol·L-1 H2SO4溶液,繼續加熱,待充分反應后,所得溶液中Cu2+的物質的量濃度是(忽略溶液體積變化)(  )。
A.0.15 mol·L-1 B.0.2 mol·L-1
C.0.075 mol·L-1 D.0.45 mol·L-1
【答案】A
【解析】2.56 g銅粉的物質的量為0.04 mol,硝酸根離子物質的量為0.1 L×0.4 mol·L-1=0.04 mol,氫離子物質的量為0.4 mol·L-1×0.1 L+0.2 mol·L-1×2×0.1 L=0.08 mol。
3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O
3  8 2
0.04  0.08  0.04
由此可知Cu、N均過量,0.08 mol氫離子完全反應,生成0.03 mol銅離子,則銅離子物質的量濃度為=0.15 mol·L-1。
【課堂小結】
【隨堂檢測】
1.下列反應中,硝酸既表現酸性,又表現氧化性的是(  )。
A.Fe(OH)2與稀硝酸反應
B.Fe2O3與稀硝酸反應
C.CuO與稀硝酸反應
D.Al(OH)3與稀硝酸反應
【答案】A
【解析】A項,硝酸具有強氧化性,Fe(OH)2具有還原性,因此Fe(OH)2與稀硝酸反應后生成硝酸鐵和一氧化氮,硝酸既表現酸性,又表現氧化性;B項,Fe2O3與稀硝酸不能發生氧化還原反應;C項,CuO與稀硝酸不能發生氧化還原反應;D項,Al(OH)3與稀硝酸不能發生氧化還原反應。
2.下列對硝酸的認識,錯誤的是(  )。
A.濃硝酸和稀硝酸都具有氧化性
B.銅與硝酸的反應屬于置換反應
C.金屬與硝酸反應一般不產生氫氣
D.常溫下可用鐵或鋁制容器盛裝濃硝酸
【答案】B
3.常溫下,能溶于濃硝酸的單質是(  )。
A.Al B.Fe C.Cu D.Au
【答案】C
4.為證明稀硝酸與銅反應產物中氣體為NO,設計如圖實驗(實驗過程中活塞2為打開狀態),下列說法中不正確的是(  )。
A.關閉活塞1,加入稀硝酸至液面a處
B.在裝置左側稍加熱可以加快稀硝酸與銅的反應速率
C.通過關閉或開啟活塞1可以控制反應的進行
D.反應開始后,膠塞下方有無色氣體生成,但不能證明該氣體為NO
【答案】A
【解析】關閉活塞1,將無法加液體到液面a,A項錯誤;加熱可以加快稀硝酸與銅的反應速率,B項正確;關閉活塞1,生成的NO氣體把稀硝酸壓向右邊,使銅絲與稀硝酸分離,C項正確;想證明該氣體為NO,必須使NO與O2接觸,生成紅棕色的NO2,D項正確。
5.將Mg、Cu組成的m g混合物投入適量稀硝酸中恰好完全反應,固體完全溶解時收集到0.896 L(標準狀況)NO氣體,向反應后的溶液中加入60 mL 2 mol·L-1NaOH溶液時,金屬離子恰好沉淀完全,則形成的沉淀的質量為(  )。
A.(m+2.28) g B.(m+2.04) g
C.(m+3.32) g D.(m+4.34) g
【答案】B
【解析】當金屬離子恰好沉淀完全時,m(沉淀)=m(金屬)+m(OH-),n(OH-)=n(金屬失去的電子)=n(HNO3→NO得到的電子)=3×=0.12 mol,m(沉淀)=m(金屬)+m(OH-)=m g+0.12 mol×17 g·mol-1=(m+2.04) g,B項正確。
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