7.2 课题2 硝酸 同步学案（含答案）2024-2025学年高一化学苏教版（2019）必修2

课题2　硝酸
1. 了解硝酸的物理性质和化学性质(酸性、强氧化性、不稳定性)。
2. 认识浓硝酸在常温下与铁、铝的钝化作用。
3. 了解浓、稀硝酸的主要性质和在生产中的应用。
1. 观察老师展示的试剂瓶中的浓硝酸，讨论、学习硝酸的物理性质。
2. 浓硝酸密封保存在玻璃瓶中，为什么？打开瓶塞(一般是塑料塞)看到什么现象？
1. 为什么试剂瓶中的浓硝酸往往略显黄色？
2. 实验室中的浓硝酸常保存在无色试剂瓶中吗？
1. 完成下列实验报告。
实验1：将铜片置于具支试管的底部，通过分液漏斗加入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(如右图所示)，观察实验现象。
实验2：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，观察实验现象。
实验3：将一小块木炭放在酒精灯上加热至红热，然后投入盛有浓硝酸的试管中。
实验4：将一段除去表面氧化膜的光亮铁圈(或铝圈)用细铁丝系好，轻轻放到盛有浓硝酸的烧杯中，片刻后小心取出，再浸入CuSO4溶液中，取出后用玻璃棒轻轻敲击铁圈(或铝圈)，观察变化。
实验5：分别将少量紫色石蕊试液加入浓、稀硝酸中。
实验序号 实验现象 实验结论(或化学方程式)
实验1
实验2
实验3
实验4
实验5
2. 铜与浓、稀硝酸反应的还原产物分别为NO2、NO，能否说明稀硝酸比浓硝酸氧化性强？
3. SO2通入BaCl2溶液中不会产生白色沉淀，通入Ba(NO3)2溶液中则产生白色沉淀，为什么？
4. 工业生产中怎样储存运输浓硝酸？
【归纳总结】
(1) 硝酸与金属的反应。
①除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属，如3Ag＋4HNO3(稀)===3AgNO3＋NO↑＋2H2O；②活泼金属与硝酸反应不生成H2，硝酸的浓度不同，还原产物不同；③常温下，浓硝酸能使Fe、Al钝化，因此可用铝或铁制容器贮存浓硝酸。
(2) 硝酸与非金属的反应。
反应规律：非金属单质＋浓硝酸―→最高价氧化物或其含氧酸＋NO2↑＋H2O，如C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
工业生产硝酸流程如右图，写出制备硝酸涉及的化学方程式。
(1) 氨在催化剂作用下与氧气反应生成一氧化氮。
(2) 一氧化氮进一步被氧气氧化，生成二氧化氮。
工业制备流程图
(3) 用水吸收二氧化氮，生成硝酸。
1. 思维模型
2. 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剩(HNO3)。
(2) 得失电子守恒法：反应中失去电子的是参加反应的Cu，Cu－2e－―→Cu2+；得到电子的是被还原的HNO3(假设还原产物为NO2、NO)，NO＋e－―→NO2、NO＋3e－―→NO。根据得失电子守恒，则有2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)。若将生成的NOx与一定量的氧气共同通入水中，NOx完全转化成硝酸(开始反应物为硝酸，中间生成了NOx，但最终NOx又变回了硝酸)，相当于铜失去的电子最终全部由氧气得到，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。
3. 将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生标准状况下的一氧化氮和二氧化氮混合气体共11.2 L。请回答下列问题。
(1) 产生一氧化氮的体积为________L(标准状况下)。
(2) 待反应结束后，向溶液中加入V mL a mol/L的氢氧化钠溶液，恰好使溶液中的Cu2+全部转化为沉淀，则原硝酸的浓度为________mol/L(不必化简)。
(3) 欲使铜与硝酸反应生成的气体在氢氧化钠溶液中全部转化为硝酸钠，至少需要氧气________mol。
1. 硫酸和硝酸是重要的化学试剂，下列说法正确的是(　　)
A. 常温下，铁和稀硫酸或稀硝酸均能反应产生H2
B. 常温下，铜和稀硝酸或浓硝酸均能反应产生无色气体
C. 常温下，木炭和浓硫酸或浓硝酸均能反应产生气体
D. 常温下，浓硫酸或浓硝酸均能使铝金属表面发生钝化
2. (2023盐城阜宁中学月考)物质氧化性、还原性的强弱，不仅与物质的结构有关，还与物质的浓度和反应温度有关。下列各组物质在反应中的产物与物质的浓度有关的是(　　)
①Cu与HNO3溶液　②Fe2O3与HNO3溶液　③Zn与H2SO4溶液　④Fe与HCl溶液
A. ①②③ B. ③④ C. ①③ D. ①③④
3. (2023扬州红桥高级中学月考)下列关于硝酸的认识正确的是(　　)
A. 浓硝酸有氧化性，稀硝酸没有氧化性
B. 硝酸与金属反应时只表现出氧化性
C. 常温下，铝和铁不与浓硝酸反应，所以浓硝酸可盛放在铁或铝容器中
D. 浓硝酸与金属反应一般生成二氧化氮，而稀硝酸与金属反应一般生成一氧化氮
4. (2023连云港期中)实验室制取NO并研究其性质。下列装置能达到相应实验目的的是(　　)
甲 乙 丙 丁
A. 用装置甲制取NO B. 用装置乙收集NO
C. 用装置丙生成少量稀硝酸 D. 用装置丁吸收尾气
5. (2023镇江期末)如图是氮元素的转化示意图。下列说法不正确的是(　　)
A. 反应①是自然界中氮固定的一种途径
B. 反应②的现象是气体由无色变红棕色
C. 为使NO2全部转化为X，反应③中≤
D. X是一种强氧化性酸，常温下，可用铝槽车贮运X的浓溶液
6. (教材习题)利用如图所示装置进行铜与硝酸反应的实验。
(1) 硝酸一般盛放在棕色试剂瓶中，请用化学方程式说明其原因：___________________________________。
(2) 使用稀硝酸进行实验：反应开始后，铜丝逐渐变细，有气泡产生，溶液变蓝。
①铜与稀硝酸反应的离子方程式为_________________________________。
②实验中观察到试管中的气体略有红棕色，其原因是______________________________(用化学方程式表示)。
(3) 使用浓硝酸进行实验：反应开始后，铜丝逐渐变细，溶液变绿，试管上方出现红棕色气体。
①铜与浓硝酸反应的化学方程式为____________________________________。
②某同学推测反应后溶液呈绿色的原因是NO2在溶液中达到饱和，NO2的饱和溶液呈黄色，硝酸铜溶液呈蓝色，两者混合后呈绿色。他取少量该绿色溶液，向其中加入适量水后溶液变为蓝色，可能的原因是___________________________
_________________________________________(用化学方程式表示)。
7. (2023苏州期末)实验室以铜粉与稀硝酸、稀硫酸反应可制得CuSO4·5H2O，装置如图所示。
(1) 三颈烧瓶中Cu粉溶解的离子方程式为_____________________________。
(2) 向三颈烧瓶中通入空气的作用除了搅拌使Cu粉与溶液充分接触外，还有______________________________________________________________________。
(3) 若铜粉过量，判断反应完成的现象是_______________________________。
(4) 反应结束后，从三颈烧瓶中分离得到CuSO4·5H2O的操作是____________
______________________________。
8. 向盛有一定量浓硝酸的试管中加入6.4 g铜片发生反应。
(1) 开始阶段，观察到的现象为_______________________________________，
反应的化学方程式是____________________________________________________。
(2) 反应结束后，铜片有剩余，再加入少量20%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，反应的离子方程式是___________________________________________。
(3) 若6.4 g铜片消耗完时，共产生气体(NO、NO2)2.8 L(标准状况)，则整个反应过程中所消耗的硝酸的物质的量是____________。
(4) 浓硝酸通常保存在棕色试剂瓶中，原因是_________________________(用化学方程式表示)。
(5) 工业上氨催化氧化的化学方程式为________________________________。
课题2　硝酸
【活动方案】
活动一：
1. 硝酸是一种无色、易挥发、具有刺激性气味的液体，能与水以任意比互溶，沸点为83 ℃，密度为1.42 g/cm3。　
2. 浓硝酸易挥发，所以要密封保存在玻璃瓶中。打开瓶塞可看到瓶口产生白雾，是挥发出的硝酸分子与空气中的水蒸气形成的酸雾。
活动二：
1. 硝酸不稳定，在常温下受热或见光会发生分解，生成红棕色的二氧化氮气体，反应为4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。因此，硝酸应密封贮存在低温、避光处。市售浓硝酸的溶质质量分数约为69%，常因溶有少量NO2而略显黄色。
2. 不是，为防止HNO3见光分解，浓硝酸通常保存在棕色试剂瓶中。
活动三：
1. 实验1：试管内生成红棕色气体，溶液颜色逐渐变为绿色，集气瓶中气体为无色　Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
实验2：开始反应较慢，然后逐渐加快；铜丝表面产生无色气泡，溶液变蓝　3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
实验3：木炭在试管中跳动，同时产生红棕色气体
C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
实验4：从浓硝酸中取出时以及从硫酸铜溶液中取出时，铁圈(或铝圈)表面均无明显变化，敲击铁圈(或铝圈)后，铁圈(或铝圈)立即变红
铁(或铝)在浓硝酸中发生了钝化，表面形成一层致密的氧化物薄膜，不能和CuSO4溶液反应，取出并敲击铁圈(或铝圈)后，氧化膜被破坏，内层的铁(或铝)暴露并和其表面附着的CuSO4溶液反应生成铜
实验5：浓硝酸先变红后褪色，稀硝酸只变红　浓硝酸的氧化性强于稀硝酸
2. 不能。物质的氧化性强弱与其得电子多少无关，而取决于物质得电子能力的强弱，得电子能力越强，氧化性越强，Cu与浓硝酸反应比稀硝酸剧烈，说明浓硝酸比稀硝酸得电子能力强，氧化性更强。
3. 因为BaSO3可溶于盐酸，所以SO2与BaCl2溶液不能反应产生白色沉淀；将SO2通入Ba(NO3)2溶液中，SO2溶于水产生H＋，溶液中存在NO、H＋，相当于溶液中存在稀硝酸，最终产生BaSO4沉淀。
4. 用铝制或铁制容器储存运输浓硝酸。
活动四：
(1) 4NH3＋5O24NO＋6H2O
(2) 2NO＋O2===2NO2
(3) 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
活动五：
3. (1) 5.824
(2)
(3) 0.255
【课堂反馈】
1. D　常温下，铁和稀硝酸反应生成NO气体，A错误；常温下，铜和浓硝酸反应产生红棕色NO2气体，B错误；木炭和浓硫酸或浓硝酸反应需要加热，C错误；常温下，浓硫酸或浓硝酸均能使铝金属表面发生钝化，D正确。
2. C　浓硝酸与金属Cu反应产生NO2，稀硝酸与金属Cu反应产生NO，①与浓度有关；Fe2O3与浓、稀硝酸发生复分解均产生Fe(NO3)3和H2O，②与浓度无关；Zn与浓硫酸反应产生SO2，而与稀硫酸反应产生H2，③与浓度有关；Fe与浓、稀盐酸反应均产生FeCl2和H2，④与浓度无关。故选C。
3. D　浓硝酸、稀硝酸都有强氧化性，A错误；硝酸与金属反应时表现出氧化性和酸性，B错误；常温下，铝和铁在浓硝酸中钝化，所以浓硝酸可盛放在铁或铝容器中，C错误；浓硝酸与金属反应一般生成二氧化氮，而稀硝酸与金属反应一般生成一氧化氮，D正确。
4. C　铜和浓硝酸反应生成NO2，A错误；NO与氧气反应生成NO2，不能用排空气法收集NO，B错误；4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，用装置丙可生成少量稀硝酸，C正确；NO和氢氧化钠溶液不反应，不能用装置丁吸收NO尾气，D错误。
5. C　反应①属于自然固氮，是自然界中氮固定的一种途径，A正确；NO是无色气体，NO2是红棕色气体，反应②的现象是气体由无色变红棕色，B正确；反应③为2H2O＋4NO2＋O2===4HNO3，为使NO2全部转化为HNO3，O2可以过量一些，故要满足≥，C错误；常温下，铝在浓硝酸中钝化，故常温下，可用铝槽车贮运浓硝酸，D正确。
6. (1) 4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O
(2) ①3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O
②2NO＋O2===2NO2
(3) ①Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
7. (1) 3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O或2Cu＋O2＋4H＋2Cu2+＋2H2O
(2) 将生成的NO转化为HNO3；使产生的NO部分转化为NO2，便于NOx被NaOH溶液完全吸收
(3) 三颈烧杯内无红棕色气体出现
(4) 过滤，蒸发浓缩、降温结晶、过滤
8. (1) 铜片逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，产生红棕色的气体　Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(2) 3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O
(3) 0.325 mol
(4) 4HNO3(浓)4NO2↑＋O2↑＋2H2O
(5) 4NH3＋5O24NO＋6H2O