专题7 第二单元 第2课时　硝酸 学案（含答案）

第2课时　硝酸
[核心素养发展目标]　1.能从物质类别、氮元素的价态的角度预测分析硝酸的性质，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。2.了解硝酸对人类发展的贡献。
一、硝酸
1．硝酸的物理性质
颜色 状态 气味 密度 特性
无色 液体 ________ 气味 ρ(HNO3)____ ρ(H2O) ________挥发
2.硝酸的化学性质
(1)酸的通性
写出下列反应的离子方程式：
①硝酸和氢氧化钠反应：__________________________________________________
________________________________________________________________________。
②硝酸和氧化钠反应：____________________________________________________
________________________________________________________________________。
③硝酸和碳酸钙反应：____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)不稳定性：见光或受热易分解，化学方程式为______________________________
________________________________________________________________________。
长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的________溶于硝酸中，实验室常将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，并密封贮存在________、________处。
(3)强氧化性
①和金属(Cu)反应的实验探究
实验操作 a.将铜片置于具支试管的底部，用分液漏斗向试管内加入2 mL浓硝酸，将产生的气体通入倒置于水槽里充满水的集气瓶中 b.在上述装置中，用分液漏斗向试管内加5 mL水，稀释硝酸，继续收集产生的气体
实验现象 a.浓硝酸反应比较__________，铜片逐渐溶解，产生红棕色气体，溶液逐渐变__________；集气瓶中充满体积的无色气体 b.稀硝酸反应比较__________，铜片逐渐溶解，产生__________气体，溶液逐渐变______，集气瓶中充满了无色气体
实验结论 硝酸无论浓、稀都有____________，而且浓度越大，氧化性______
写出上述反应的化学方程式：
________________________________________________________________________，
________________________________________________________________________。
②与Fe、Al反应
常温下，浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而________，保护内部金属不再与酸反应，所以可以用______质容器或________质容器盛放浓硝酸。加热时，铁、铝可以与浓硝酸反应。
③与非金属反应
写出碳与浓硝酸在加热时反应的化学方程式：________________________________
________________________________________________________________________。
3．应用
硝酸是一种重要的化工原料，常用来制造氮肥、燃料、塑料、炸药、硝酸盐等。硝酸在实验室里是一种重要的化学试剂。
(1)硝酸的浓度越大，其氧化性越强(　　)
(2)稀硝酸可溶解Fe(OH)2生成Fe(NO3)2和水(　　)
(3)碳、铜与浓硝酸反应时，浓硝酸只表现强氧化性(　　)
(4)过量的铜和一定量浓硝酸反应，生成的气体只有二氧化氮(　　)
(5)常温下，将铝片放入浓硝酸，无明显现象，是因为铝和浓硝酸不反应(　　)
(6)实验室可以用铜和稀硝酸制备少量的NO气体(　　)
(7)浓硝酸氧化性很强，常温下就可以和碳发生反应(　　)
1．将稀硝酸和浓硝酸分别作用于紫色石蕊溶液，现象是否相同？为什么？
2．某溶液中可能含有下列离子：(1)H＋、Fe2＋、Cl－、NO；(2)Na＋、OH－、NO、S2－；(3)H＋、
NO、I－、SO。上述离子能否大量共存？说明原因。
1．下列对于硝酸的认识不正确的是(　　)
A．浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性
B．铜与硝酸的反应属于置换反应
C．金属与硝酸反应一定不产生氢气
D．常温下，可用铁质或铝质容器盛装浓硝酸
2．下列关于硝酸的用途叙述正确的是(　　)
A．做防腐剂 B．用于环境消毒
C．制氮肥 D．工业合成氨气
3．某研究小组为了探究硝酸的性质，进行如下实验操作。
(1)从试剂柜中取一瓶浓硝酸，发现其保存在________色试剂瓶中，取少量浓硝酸于试管中，发现其溶液呈“黄色”，其原因是______________________________________________
____________________________________________________________________________
(用化学方程式和适当文字描述)。该研究小组尝试将显“黄色”的浓硝酸恢复到原本的无色。下列措施合理的是____(填字母)。
a．向浓硝酸中加水
b．向浓硝酸中通入适量空气
c．加热浓硝酸
d．向浓硝酸中加入适量的NaOH固体
(2)向浓硝酸中加入稍过量铜片，该小组同学发现，生成的气体开始呈红棕色后逐渐变浅，最终气体变为无色，试写出上述反应的化学方程式：_________________________________，在上述反应中，硝酸体现的性质为_________________________________________________。
(3)当实验完毕，该小组同学向试管中滴入少量稀H2SO4，发现铜片又逐渐溶解，产生无色气体，试写出上述的离子方程式：________________________________________。
(4)该小组同学向浓硝酸中加入少量碳粉，无明显现象，缓慢加热，发现碳粉逐渐溶解，产生红棕色气体，试写出上述反应的化学方程式：______________________________________，在该反应中硝酸体现的性质为____________________。
1 硝酸与金属反应不能生成氢气。硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般情况下，浓硝酸被还原为NO2，稀硝酸被还原为NO。
2 硝酸能与大多数金属 金、铂等除外 反应，将金属氧化为高价态金属的硝酸盐。但在常温下，浓硝酸能使铁、铝钝化。
3 热的浓硝酸可将非金属单质 碳、硫、磷等 氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸。
4 硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如SO2、FeO、Fe2＋、Br－、I－、S2－、SO等均能被硝酸氧化。
二、守恒法突破硝酸与金属反应的相关计算
1．常用的计算方法(以Cu与硝酸反应为例)
(1)原子守恒法
反应前所有的N只存在于HNO3中，反应后含N的物质有HNO3的还原产物(假设有NO2、NO)和Cu(NO3)2，若HNO3过量，则过量HNO3中也含N，则有n(N)＝n(NO2)＋n(NO)＋2n[Cu(NO3)2]＋n(HNO3)剩(N原子守恒)。
(2)得失电子守恒法
反应中失去电子的是参加反应的Cu，CuCu2＋；得到电子的是被还原的HNO3(假设还原产物为NO2、NO)，NONO2、NONO。根据得失电子守恒，则有2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)。若将生成的氮的氧化物气体与一定量的氧气共同通入水中，氮的氧化物完全生成硝酸，由于开始反应物为硝酸，中间生成了氮的氧化物，但最终又变回了硝酸，所以相当于铜失去的电子最终由氧气得到，则有2n(Cu)＝n(O2)。
(3)电荷守恒法
在Cu与HNO3反应后的溶液中，若HNO3不过量，阳离子只有Cu2＋，阴离子只有NO(此类计算不考虑H2O电离出的极少量的H＋、OH－)；若HNO3过量，溶液中的阳离子有Cu2＋和
H＋，阴离子只有NO。则有：①若HNO3不过量：n(NO)＝2n(Cu2＋)；②若HNO3过量：n(NO)＝2n(Cu2＋)＋n(H＋)。
(4)离子方程式计算法
金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO在硫酸提供H＋的条件下能继续与金属反应，故此类题目应用离子方程式来计算3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO进行相关计算，且要符合电荷守恒。
2．常见两种计算
(1)硝酸与铜反应
浓硝酸与足量的铜反应，开始浓硝酸被还原为NO2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸被还原为NO，向反应后的溶液中加稀硫酸，NO又被还原为NO。
(2)稀硝酸与铁反应(铁的常见价态：＋2、＋3)
Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；
3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
①≥4，产物为Fe(NO3)3；
②≤，产物为Fe(NO3)2；
③<<4，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。
1．将19.2 g的铜屑投入400 mL浓度均为0.5 mol·L－1 HNO3和H2SO4的混合溶液中，溶液增加的质量为(　　)
A．4.5 g B．9.9 g
C．13.2 g D．14.7 g
2．将12.8 g铜完全溶于适量浓硝酸中，生成标准状况下的氮氧化物(仅含NO2和NO)共5.6 L。
(1)若用2 mol·L－1的NaOH溶液吸收气体，恰好反应生成了含NaNO2和NaNO3的混合液，实验测定其中含有NaNO3 0.05 mol。消耗NaOH溶液的体积为______mL。
(2)为了使气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，可同时加入双氧水。则至少需要34%的双氧水的质量为________g。
3．含1 mol HNO3的稀硝酸分别与不同质量的铁粉反应，所得氧化产物与铁粉物质的量的关系如图所示(已知稀硝酸的还原产物只有NO)，回答下列问题：
(1)曲线a表示______________；曲线b表示____________(填“Fe2＋”或“Fe3＋”)。
(2)P点时总反应的离子方程式可表示为_________________。
(3)n3∶n2＝________。
1．下列有关浓硝酸的说法不正确的是(　　)
A．实验室常用浓硝酸与金属锌反应制备氢气
B．常温下浓硝酸能使金属铝钝化
C．浓硝酸不稳定，见光易分解，需要避光保存
D．浓硝酸易挥发，打开瓶塞，瓶口有白雾产生
2．下列反应中硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是(　　)
A．使紫色石蕊试液变红
B．与铜反应放出NO气体，生成Cu(NO3)2
C．与Na2CO3反应放出CO2气体，生成NaNO3
D．与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2
3.为证明稀硝酸与铜反应产物中气体为NO，设计如图实验(实验过程中活塞2为打开状态)，下列说法不正确的是(　　)
A．关闭活塞1，加入稀硝酸至液面a处
B．在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率
C．通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行
D．反应开始后，胶塞下方有无色气体生成，但不能证明该气体为NO
4．(2022·福州高一调研)铜跟1 mol·L－1的硝酸反应；若c(H＋)下降0.4 mol·L－1，则c(NO)下降(　　)
A．0.1 mol·L－1 B．0.2 mol·L－1
C．0.3 mol·L－1 D．0.4 mol·L－1
5．实验室中常用铜和稀硝酸反应制取一氧化氮：
(1)该反应的化学方程式是_____________________________________________________。
(2)反应中被还原的元素是______(填名称，下同)，氧化产物是______。
(3)氧化剂与还原剂的物质的量之比是________，硝酸所表现的性质是______________。
第2课时　硝酸
一、
1．刺激性　>　易
2．(1)①H＋＋OH－===H2O　②2H＋＋Na2O===2Na＋＋H2O　③2H＋＋CaCO3===Ca2＋＋CO2↑＋H2O
(2)4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O　NO2　低温　避光　(3)①剧烈　深蓝色　缓慢　无色　蓝色　强氧化性　越强　Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　②钝化　铁　铝　③C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
正误判断
(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×
深度思考
1．不相同，稀硝酸使紫色石蕊溶液只变红不褪色，浓硝酸比稀硝酸氧化性更强，使紫色石蕊溶液先变红后褪色。
2．(1)(3)组离子不能大量共存，因为酸性条件下，NO具有强氧化性，可以氧化Fe2＋、I－。(2)组离子能大量共存，碱性条件下，NO没有强氧化性，4种离子间无反应。
应用体验
1．B　[铜与硝酸反应生成Cu(NO3)2、氮氧化物和H2O，不属于置换反应。]
2．C　[在工业上可用于制化肥、农药、炸药、燃料、盐类等，综上所述故选C。]
3．(1)棕　浓硝酸不稳定，见光或受热易分解，4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O，NO2溶于浓HNO3使溶液呈黄色　b
(2)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O、3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　氧化性和酸性
(3)3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(4)C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O　氧化性
二、
应用体验
1．B　[根据3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O可知，硫酸只提供H＋，n(H＋)＝
0.6 mol、n(Cu)＝0.3 mol、n(NO)＝0.2 mol，则H＋不足，故根据H＋的物质的量计算可得溶液质量增加量为×64 g·mol－1－×30 g·mol－1＝9.9 g，B正确。]
2．(1)125　(2)20
解析　(1)恰好反应生成NaNO2和NaNO3，根据钠元素和氮元素守恒有：n(NaOH)＝n(NaNO2)＋n(NaNO3)＝n(NO2)＋n(NO)＝＝0.25 mol，消耗NaOH溶液的体积为＝0.125 L＝125 mL。
(2)n(NaNO2)＝0.25 mol－0.05 mol＝0.2 mol，根据得失电子守恒可知，需要双氧水的物质的量为＝0.2 mol，则m(H2O2)＝0.2 mol×34 g·mol－1＝6.8 g，需要34%的双氧水的质量为＝20 g。
3．(1)Fe3＋　Fe2＋　(2)6Fe＋20H＋＋5NO===3Fe2＋＋3Fe3＋＋5NO↑＋10H2O　(3)5∶4
解析　(1)向稀硝酸中加入铁粉时，发生两个过程，开始先生成Fe(NO3)3，反应的化学方程式为Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，Fe(NO3)3与过量的铁继续反应生成Fe(NO3)2，反应的化学方程式为2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)2，因此曲线a表示Fe3＋，曲线b表示Fe2＋。
(2)P点时铁离子与亚铁离子的物质的量相等，则根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可知，总反应的离子方程式可表示为6Fe＋20H＋＋5NO===3Fe2＋＋3Fe3＋＋5NO↑＋10H2O。
(3)向稀硝酸中加入铁粉时，发生两个过程，开始先生成Fe(NO3)3，反应的化学方程式为Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，根据硝酸的物质的量为1 mol，利用化学方程式可计算出生成的Fe(NO3)3为0.25 mol，即n1＝0.25，由2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋知，n3＝0.25 mol×＝0.375 mol，根据6Fe＋20H＋＋5NO===3Fe2＋＋3Fe3＋＋5NO↑＋10H2O可知n2＝0.3 mol，则n3∶n2＝5∶4。
随堂演练　知识落实
1．A
2．B　[A、C项反应中HNO3均表现出酸性；在B、D项反应中HNO3中氮元素的化合价均降低，表现出氧化性，并且在B项中又有Cu(NO3)2和水生成，说明此反应中HNO3还表现出酸性。]
3．A　[关闭活塞1，将无法加液体到液面a处，A错误；加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率，B正确；关闭活塞1，生成的NO把稀硝酸压向右边，使铜丝与稀硝酸分离，C正确；想证明该气体为NO，必须使NO与O2接触，生成红棕色的NO2，D正确。]
4．A　[1 mol·L－1的硝酸为稀硝酸，铜和稀硝酸反应的离子方程式为3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，由离子方程式可知，溶液中H＋浓度变化为NO浓度变化量的4倍，所以若c(H＋)下降0.4 mol·L－1，则c(NO)下降0.1 mol·L－1。]
5．(1)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　(2)氮元素　硝酸铜　(3)2∶3　强氧化性和酸性
解析　铜与稀硝酸反应的化学方程式：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，该反应中氮元素的化合价从＋5价降为＋2价，氮元素被还原，硝酸是氧化剂；铜元素的化合价从0价升高为＋2价，铜为还原剂，氧化产物是硝酸铜；3 mol铜失去的电子数与2 mol硝酸得到的电子数相同，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3，此反应中硝酸既表现其强氧化性，又表现其酸性。