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1、第3课时 硝酸的性质 人类活动对氮循环和环境的影响一、硝酸的性质1 .实验探究硝酸的性质:实验装置及操作浓硝酸稀:恸铜浓硝、；也 酸百铜浓 工於片实验现象瓶口产生白雾, 闻到刺激性气反应缓慢,有少量气泡产生,溶液笠反应剧烈,有大量气泡产生,溶液受无明显现象味71 nn2.物理性质：3.化学性质：颜色状态气味密度特性无色液态刺激性pHNO3pH2O易挥发酸的通性：电离方程式为HNO3=H+NO3-。硝酸能使酸碱指示剂发生颜色变化，能与 金属、碱、碱性氧化物等反应。不稳定性：浓硝酸受热或见光分解，化学方程式为4HN0 4NCM + O# + 29D .的气体产物中检测出C02 ,由此说明木炭一定与
2、浓硝酸发生了反应【解析】选A。A.浓硝酸具有不稳定性，加热条件下，浓硝酸分解生成红棕色 气体为二氧化氮，则产生的气体一定是混合气体，还有氧气产生，故A正确； B.在加热条件下，浓硝酸自身也可分解生成二氧化氮，所以不能说明木炭与浓 硝酸发生了反应，故B错误；C.硝酸中N元素化合价为+ 5价，生成二氧化氮的N元素化合价为+ 4价，化 合价降低，则生成的红棕色气体为还原产物，由能说明浓硝酸具有氧化性， 故C错误；D.木炭加热至红热，可与空气中氧气反应生成二氧化碳，不一定是与浓硝酸发 生了反应，所以不能说明木炭一定与浓硝酸发生了反应，故D错误。3.(2021.烟台高一检测)将一定质量铁粉加入装有100
3、 mL某浓度的稀硝酸溶液 中充分反应。容器中剩有m g的铁粉,收集到448 mL NO气体(标准状况)。所得溶液中溶质的化学式是O原硝酸溶液的物质的量浓度为 molL-o【解析】(1)因有铁粉剩余，故反应产物为Fe(NC)3)2。0 44S I(2)NO 的物质的量“ML =0.02 mol22.4 L-mol-1则由方程式可得8HNC)3(稀)+ 3Fe=3Fe(NO3)2 + 2N0f + 4H2O82 n(HNOa) 0.02 moln(HNO3) = 0.08 mol , c(HNO3) = 0.8 mol-L-e答案：(l)Fe(NO3)2 (2)0.8某研究小组想研究碳与浓硝酸的反
4、应。其实验过程如下。操作现象a.用干燥洁净的烧杯取约10 mL浓硝 酸，加热。b.把小块烧红的木炭迅速伸入热的浓硝酸中。红热的木炭与热的浓硝酸接触发生 剧烈反应，同时有大量红棕色W体产 生，液面上木炭迅速燃烧，发出光亮。热的浓硝酸与红热的木炭接触会发生多个化学反应。碳与浓硝酸的反应,说明浓硝酸具有 性。反应产生的热量会使少量浓硝酸受热分解，写出反应的化学方程式实验现象中液面上木炭迅速燃烧，发出光亮。小组同学为了研究助燃气体是 还是NO-设计了以下实验。实验操作：在空气中引燃木炭，使其燃烧并带有火焰，将带火焰的木炭伸入盛有NCh气体的集气瓶中。实验现象：木炭在NO2气体中持续燃烧，火焰迅速变亮，
5、集气瓶中气体颜色变 浅直至无色，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊，且遇空气不变色。根据实验现象写出碳与NCh气体反应的化学方程式。试分析是否需要增加带火焰的木炭与纯净02反应的实验O通过实验探究，你认为助燃气体是什么,简述理由O【解析】（1）碳与浓硝酸的反应，说明浓硝酸具有强氧化性。反应产生的热 量会使少量浓硝酸受热分解，反应的化学方程式4HNC）3（浓）*= 4NO2T + 02T + 2H2Oo（2）木炭在NO?气体中持续燃烧,火焰迅速变亮,集气瓶中气体颜色变浅直至 无色，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊，且遇空气不变色，说明生成了 C02 , 那么另一种应该为氮气，反应方程式为2NO2 +
6、2c亶蜷N2 + 2cCK当木炭 燃烧时，体系中氧气浓度低于空气中氧气浓度，所以不用补充木炭在纯氧中燃 烧的实验。通过实验探究可以知道：助燃气体既有NCh又有02 ,因为两种气体均存在且 均能助燃。答案：强氧化性 4HNO3（浓）= 4N02T + 02T + 2H2O2NO2 + 2C电蜷 N2 + 2CO2否，当木炭燃烧时，体系中氧气浓度低于空气中氧气浓度，所以不用补充木 炭在纯氧中燃烧的实验 助燃气体既有NCh又有。2,因为两种气体均存在且均能助燃 1 .（水平1）2007年11月，中国第一套国产化双加压法硝酸装置在新乡市诞生， 标志着中国自己研制的国产硝酸装置完全能够替代进口，中国国内
7、硝酸工业摆 脱了对进口装备的依赖。下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是（） A.浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色酸性和强氧化性B.铁与稀硝酸反应不能放出氢气强氧化性C.要用棕色瓶盛装浓硝酸不稳定性D.氢氧化亚铁固体与稀硝酸混合强酸性【解析】选D。A项，浓硝酸因有酸性而使紫色石蕊溶液变红色，又因浓硝酸 的强氧化性而使其褪色；B项，因稀硝酸有强氧化性，与铁反应不产生H2 ； C 项，因浓硝酸不稳定，见光或受热易分解，因此应用棕色瓶盛装浓硝酸，且避 光保存；D项，稀硝酸与氢氧化亚铁反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，表现了 硝酸的酸性和强氧化性。2.（双选）化学兴趣小组按如图所示装置，将相同质量的铜分别
8、和过量浓硝酸、 稀硝酸反应，下列叙述正确的是（）A.反应生成气体的物质的量：前者多，后者少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【解析】选 A、Bo 由反应 Cu + 4HNO.4浓）=Cu（NO3）2 + 2NO2T + 2H2O 和 3Cu+ 8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2 + 2NOT + 4H2O可知，当铜质量相同,硝酸过量时,生成气体的物质的量前者多，消耗n(HN03)前者多，反应中转移电子总数相等。3.(水平2)化学课外探究小组将准确称量的1.92 g Cu和一定量的浓硝酸反应， 随着Cu的不断减少
9、，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()A . 1 molB . 0.05 molC . 1.05 mol D . 0.11 mol【解析】选De铜和硝酸反应，随着HNCh浓度的减少，硝酸的还原产物的价态 越低，铜和浓硝酸反应生成NO2 ,而与稀硝酸反应时则生成NO ,故生成的气体 有NO2和NO ,则n(NO2) + n(NO) = 0.05 mol ,即被还原的硝酸的物质的量为1 92 20.05 mol , n(Cu)=:昼-=0.03 mol ,则nCu(NCh)2 = 0.03 mol ,可知64 g
10、- mol_ 1表现酸性的硝酸的物质的量为0.03 molx2 = 0.06 mol ,则参加反应的硝酸的物质 的量：0.05 mol + 0.06 mol = 0.11 mol。4 .冰平2)1 L稀硝酸和稀硫酸的混合液,其物质的量浓度分别为().1 moll 一 和0.4 mol-L-o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 ( )A . 2.4 g B . 3.2 g C . 6.4 g D . 9.6 g【解析】选D。据反应原理写出反应的离子方程式为3Cu + 2NO； +8H + =3Cu2+2N0T +4H2O3x64 g-mol_ xO.l molH +过量，根据
11、MNO3-）计算溶解铜粉的质量,m（Cu） =29.6 go5 （水平2）化学实验探究小组将实验室中氢气还原氧化铜实验后部分变红色的固 体粉末加入100 mL 11 mobL-1的浓硝酸中，充分反应后，固体溶解完全，收集 至IJNO、NCh的混合气体6.72 L（标准状况）。若将该混合气体与2.24 LO2（标准状 况）混合并通入足量水中，恰好完全反应生成HNO3o（DNO的体积是L , NCh的体积是L（标准状况）。固体粉末中Cu单质的质量是go向浓硝酸反应后的溶液中加入4 mol-L1的NaOH溶液，当CM +恰好沉淀完时，需要NaOH溶液的体积是Lo【解析】铜与浓硝酸反应的化学方程式为C
12、u + 4HNOK浓）=Cu（NC）3）2 + 2NO2T + 2H2O ,铜与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu + 8HNCM稀）=3Cu（NO3）2 + 2NOT + 4H2O ,设生成的NO的物质的量为x , NCh的物质的量为y ,根据题意, 反应中铜失去的电子总数等于得到的电子总数，则：6.72 L .2.24 Lx + y = , 3x + y = x422.4 L-mol-122.4 L-mol-1解得 x = 0.05 mol y = 0.25 mol（1）NO 的体积是 0.05 molx22.4 L-mol-1 = 1.12 L ； NCh 的体积为 0.25 molx22.
13、4 L-mol- =5.6 Lo根据电子转移守恒可得n(Cu) = 2n(O2) = 0.2 mol ,所以m(Cu) = 0.2 molx64 g-mol- 1 = 12.8 g0当溶液中的C/ +恰好完全沉淀时，则溶液中的溶质是NaNO3 ,依据氮原子个数守恒得，硝酸的物质的量是 n(NaNO3) + n(NO2) + n(NO) = 0.1 Lxll1.1 mol z所以n(NaNO3) = 1.1 mol - 0.3 mol = 0.8 mol ,即氢氧化钠的物质的量是0.8 mol ,所以NaOH溶液的体积V = 二，血”=0.2 L。c4 moi1一答案：(1)1.12 5.6 (
14、2)12.8 (3)0.2强氧化性：4 .用途：硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料等，也是实验室里重要的 化学试剂。二、人类活动对氮循环和环境的影响.判断下列说法是否正确：常温下铁与浓硝酸反应，产生大量红棕色气体。（）提示：X。常温下铁在浓硝酸中钝化。碳与硝酸在常温下即可反应。（）提示：X。碳与硝酸在加热时方可反应。氮氧化合物也可以形成酸雨。（）提示： 氮氧化合物和硫氧化合物都可以形成酸雨。1 .教材Pl 15“常温下，浓硝酸可使铁、铝等金属表面形成致密的氧化膜而钝化, 保护内部的金属不再与酸反应，所以可以用铁质或铝质容器盛放冷的浓硝酸。” 那么在加热条件下浓硝酸与铁或者铝反应吗？
15、提示：反应。在加热条件下，浓硝酸与铁或者铝均反应，生成硝酸盐及二氧化 氮气体。2 .光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物 （NOJ等一次污染物在阳光（紫外光）作用下发生光化学反应生成二次污染物所形 成的烟雾污染现象，是氮氧化物与碳氢化合物在紫外线作用下生成的有害浅蓝 色烟雾。光化学烟雾有什么危害？提示：人和动物受到的主要伤害是眼睛的黏膜受刺激，头疼、呼吸障碍、慢性 呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。学习任务硝酸的氧化性浓硝酸是强氧化剂，遇有机物、木屑等能引起燃烧。含有痕量氧化物的浓硝酸 几乎能与除铝和含铭特殊钢之外的所有金属发生反应，而铝和含络特殊钢遇浓 硝酸钝
16、化，与乙醇、松节油、焦炭，有机碎渣的反应非常剧烈。浓盐酸和浓硝酸按体积比3 ： 1混合可以制成具有强腐蚀性的王水。硝酸的酸酊 是五氧化二氮(N2O5)。硝酸的性质预测打开实验室中保存已久的浓HNO3，除闻到有刺激性酸味外，还发现溶液呈黄 色，为什么？提示：闻到刺激性酸味说明HNO3具有挥发性；保存已久的浓HNO3呈黄色的原 因是HNO3能分解生成H20. O2和N02 , N02溶解在硝酸中使浓HN03呈黄色。4N02T + ChT + 2H2O。依据HN03中氮的化合价和浓硝酸分解的产物NO?、02，预测一下硝酸的性 质。提示：HN03中氮元素处于最高价态，其能分解生成强氧化性物质和NO2
17、, 因此HNCh具有强氧化性。硝酸性质探究通过以下实验分析硝酸的氧化性，并完成相关问题。金属活动性顺序表中排在氢元素前的金属与酸反应一定产生氢气吗？金属活 动性顺序表中排在氢元素后的金属与酸不反应吗？提示：均不一定。如Fe与HNO3反应不产生氢气，Cu与浓、稀硝酸均可以反应。 (2)Fe、A1在常温下不能溶于浓硝酸中是因为Fe.Al不能与浓硝酸发生反应吗？ 提示：不是。Fe、Al等金属跟浓硝酸在常温下发生钝化现象，因而不能溶解， 但是钝化不代表不反应，而是在浓硝酸的作用下Fe、Al表面形成了一层致密的 氧化膜，阻止了反应的进一步发生；但在加热条件下可以剧烈反应。Fe与稀硝酸反应时的产物与二者的
18、用量有何关系？提示：硝酸过量：Fe + 4H+ + NO; =Fe3+ + NOf + 2H2O ；铁过量：3Fe + 8H+ + 2NO； =3Fe2+ + 2N0： + 4H2Oo(4)金属与硝酸的反应中，硝酸起什么作用？分别是如何体现的？提示：强氧化性：HNO3中+ 5价的氮元素有很强的得电子能力。例如将Fe 氧化为高价态的Fe3 +。酸性：生成了盐类物质。例如Fe(NO3)3, AI(NO3)3o1 .硝酸与金属的反应：硝酸能与除Au、Pt、Ti外的绝大多数金属反应：如：2HNO3(浓)+ Ag=AgNO3 + NO介 + H20 ；4HNO3（稀）+ 3 Ag=3AgNO3 + NO
19、f + 2H2Oo（2）浓硝酸与Fe、Al的反应：浓HNO3常温条件：Fe、Al钝化（化学变化）加热条件：生成硝酸盐+ N02 + H20 稀HNO3与Fe的反应： Fe + 4HN（）3（稀）=Fe（NO3）3 + NO： + 2H2Oe3Fe（过量）+ 8HNO3（稀）=3Fe（NO3）2 + 2NO： + 4H2Oe2.硝酸与金属反应的有关计算：原子守恒：n（HNO3） = n（NO,f ） +n（还原产物中氮原子）。电子守恒：硝酸与金属反应属于氧化还原反应，氮原子得到的电子数等于金 属原子失去的电子数。（3）电荷守恒：M”和H +所带正电荷总数等于NO.3-所带负电荷总数。【典例】（2
20、021 .济南高一检测）浓硝酸正常情况下为无色透明液体。有窒息性刺 激气味。浓硝酸含量为68%左右,对于稀硝酸,一般我们认为浓稀之间的界线 是6 moi，市售普通试剂级硝酸浓度约为68%左右。在盛有一定量浓硝酸的 试管中加入6.4 g铜片，发生反应。请回答下列问题：开始阶段，观察到的现象为, 反应的化学方程式是O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 O若6.4 g铜片消耗完时，共产生气体2.8 L（标准状况）。则整个反应过程中所消 耗的hno3的物质的量为 o【解析】(1)因为浓硝酸的氧化性很强，可以将铜氧化，同时它本身被还原为红 棕色
21、的no2气体，所以现象是铜片逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，产生红棕 色的气体。反应后的溶液中有NO；,加入稀硫酸后,NO：会继续氧化铜单质。起酸性作用的HNO3的物质的量n(HNOs)=2n(Cu) = 0.2 mol ；被还原的HNO32 T的物质的量n(HNO3)=” l =0.125 m3。故整个反应过程中所消耗的 22.4 L-mol-1HNO3 的物质的量为 0.2 mol + 0.125 mol = 0.325 mol。答案：(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 + 2NO2T + 2H2O(2)3Cu + 8H +
22、+ 2NO； =3Cu2 + + 2N0f + 4H2O(3)0.325 mol深化思考如何除去浓硝酸中的“黄色”？(关键能力理解与辨析)提示：在浓硝酸中通入足量的氧气，发生反应4NO2 + 02 + 2H2O=4HNO3，使 NO?转化为硝酸，即可除去浓硝酸中的“黄色工足量的铜与浓硝酸反应，浓硝酸能否完全被还原？其还原产物可能是什么？(关键能力创新与探究)提示：浓硝酸不可能完全被还原，因生成的硝酸铜溶液中仍有NO；在反应过 程中，硝酸的浓度逐渐减小，还原产物可能是NO?和NO的混合物。将铁粉溶于稀硝酸，铁元素的存在形式可能为O (关键能力归纳与整理) 提示：反应关系：n ( HNO3 )它正
23、厂为，Fe(NO3)3 ；7 ( HNO3 )8一q , Fe(NO3)2 ； n ( Fe )。7 n ( HNO3 )(3k ; 3)2Fe(NO3)3 和 Fe(NO3)2畿【备选例题】(2021 .潍坊高一检测)在浓硝酸中放入铜片：开始反应的化学方程式为现象为 O若铜有剩余，则反应快要结束时的化学方程式是O待反应停止时，再加入少量质量分数为25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡 产生，其原因是O(4)若将12.8 g铜跟一定质量的浓硝酸反应，铜消耗完时，共产生气体5.6 L(标准 状况)，则所消耗的硝酸的物质的量是。【解析】在浓硝酸中放入铜片，开始反应的化学方程式为Cu +4HNO3(*)
24、=Cu(NO3)2 + 2N02T + 2H2Oo随着反应的进行，硝酸浓度不断减小，故反应后期发生的是稀硝酸与铜的反 应。(3)溶液中含有NO3-,加入稀硫酸后,H2so4电离出H+ , H +、NO；与Cu反 应放出NOo(4)产生的5.6 L(标准状况)气体是NCh和NO的混合气体。根据氮原子守恒可知 被还原的HNO3的物质的量就是NCh和NO的物质的量之和；再根据铜原子的 物质的量可以算出反应中未被还原的HNO3的物质的量从而可以求出参加反应 的HNO3的总物质的量。答案：Cu + 4HNO3(*)=Cu(NO3)2 + 2N02T + 2H2O铜片逐渐溶解，溶液由 无色变为蓝色，有红棕
25、色气体生成(2)3Cu + 8HNC3(稀)=3Cu(NO3)2 + 2NOf + 4H2O溶液中含有NO3-,加入稀硫酸后,H2so4电离出H+ , H +、NO;与Cu发 生反应：3Cu + 8H+ + 2NO3- =3Cu2+ + 2N0f + 4H2O ,产生 NO 气体(4)0.65 mol1 .对于硝酸的物理性质，下列叙述不正确的是()A.可以与水以任意比互溶B .不易挥发C.有刺激性气味D .质量分数在95%以上的浓硝酸为发烟硝酸【解析】选B。硝酸易挥发。2 .（双选）下列块状金属在常温时，能全部溶于足量的浓硝酸的是（）A . Au B . Cu C . Zn D . Fe【解析
26、】选B、Co Au与浓硝酸不反应，Fe在常温下遇浓硝酸钝化,不能全部 溶解,Cu、Zn能与浓硝酸反应,能全部溶于足量的浓硝酸中。畿【拔高题组】.（2021 .日照高一检测）0.3 mol铜和含1.2 mol HNO3的浓硝酸，充分反应后， 生成NO?的量为（）A . 0.2 molB . 0.6 molC 于 0.6 mol D ,大于 0.6 mol【解析】选Co因铜与浓硝酸反应：Cu + 4HNO3（）=Cu（NO3）2 + 2NO2T + 2H2O , 随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸与铜反应：3Cu + 8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2 + 2N0T + 4H2。，所以放出的NCh小于0.6 mol。1 .下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论正确的是（）A.由中的红棕色气体，可推知反应还有氧气产生灼热碎玻璃红热木炭+红热木炭匕浓HN03ki衣 HNCh9浓 HNQ?B.红棕色气体表明中木炭与浓硝酸发生了反应C.由不能说明浓硝酸具有氧化性