硝酸及硝酸与金属反应的计算 【学习目标】 1、掌握硝酸的性质和用途，熟悉硝酸的强氧化性 2、掌握硝酸与金属反应计算技巧——电子守恒法、原子守恒法、电荷守恒法 【主干知识梳理】 一、硝酸 1、物理性质 纯硝酸是无色、易挥发(沸点为 83℃)、有刺激性气味的液体，常用浓 HNO3 的质量分数为 69%，能跟水以任 意比互溶，打开盛浓硝酸的试剂瓶盖，有白雾产生(与浓盐酸相同)。质量分数为 98％以上的浓硝酸挥发出来 的 HNO3 蒸气遇空气中的水蒸气形成极微小的硝酸液滴而产生“发烟现象”。因此，质量分数为 98％以上的浓 硝酸通常叫做“发烟硝酸” 2、化学性质 (1)酸性：属于强酸，溶于水完全电离：HNO3===H+＋NO3－，具有酸的通性，能与碱、碱性氧化物、某些盐反 应 CaCO3 与 HNO3 反应：CaCO3＋2HNO3(稀)===Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O (若无稀盐酸可用稀硝酸代替室制 CO2) 【微点拨】 ① 稀硝酸使石蕊试液变红色，浓硝酸使紫色石蕊试液先变红后褪色(酸性和强氧化性) ② 硝酸具有酸的一些通性，但硝酸与活泼金属反应时无氢气产生 (2)不稳定性：硝酸见光或受热易发生分解，HNO3 越浓，越易分解，温度越高分解越快，光照越强分解越快 4HNO3 【微点拨】 4NO2↑＋O2↑＋2H2O ① 实验室中浓硝酸显黄色的原因：浓硝酸分解生成的 NO2 又溶于硝酸所致。消除黄色的方法是向浓硝酸中 通入空气或 O2，发生反应为 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ② 硝酸一般保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处 (3)强氧化性：HNO3 中的＋5 价氮元素具有很强的得电子能力。硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越 强。还 原 产 物 一 般 为 ： HNO3(浓 )→NO2 ， HNO3(稀 )→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为 N2O、N2 或 NH4NO3 ① 硝酸与金属的反应：硝酸与金属反应时，硝酸既表现氧化性又表现酸性 金属与硝酸反应规律 a．除 Au、Pt 等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属 3Ag＋4HNO3(稀)===3AgNO3＋NO↑＋2H2O b ． 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 ， 可 能 是 NO2、N2O、NO、N2、NH4NO3 如：4Mg＋10HNO3(稀)===4Mg (NO3)2＋NH4NO3＋3H2O c．铜与浓、稀硝酸反应 Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 浓硝酸与铜反应 该反应较剧烈，反应过程中有红棕色气体产生，此外，随着反应的进行， 硝酸的浓度渐渐变稀，反应产生的气体是 NO2、NO 等的混合气体 稀硝酸与铜反应 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 该反应较缓慢，反应后溶液显蓝色，反应产生的无色气体遇到空气后变为 红棕色(无色的 NO 被空气氧化为红棕色的 NO2) d．与 Fe、Al 反应：常温下，浓硝酸能使 Fe、A1 发生钝化，这是因为浓硝酸将 Fe、A1 表面氧化，使 Fe、A1 的表面形成一层致密的氧化物薄膜，阻止了反应的进一步进行。常温下，可用铁或铝制容器盛放 浓硝酸，但要注意密封，以防止硝酸挥发变稀后与铁、铝反应。当加热时，加热时可以与 Fe、Al 发生反 应 铁在加热时，与过量的浓硝酸反应：Fe＋6HNO3(浓) Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O e．铁与稀硝酸反应：先生成 Fe(NO3)3，若 Fe 过量，Fe(NO3)3 再与 Fe 反应生成 Fe(NO3)2 Fe(少量)＋4HNO3(稀===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O 3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O f．王水是浓硝酸和浓盐酸按体积比 1∶3 的混合物，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解 ② 硝酸与非金属的反应：硝酸与非金属反应时，硝酸只表现出氧化性 金属与非硝酸反应规律 非金属单质＋浓硝酸 a．木炭与浓硝酸反应：C＋4HNO3(浓) b．硫与浓硝酸反应：S + 6HNO3(浓) c．红磷与浓硝酸反应：P + 5HNO3(浓) d．白磷与浓硝酸反应：P4 + 20HNO3(浓) 最高价氧化物或其含氧酸＋NO2↑＋H2O CO2↑＋4NO2↑＋2H2O H2SO4+6 NO2↑+4H2O H3PO4+5 NO2↑+H2O 4H3PO4+20 NO2↑+4H2O ③ 硝酸与还原性化合物的反应：硝酸可氧化 H2S、SO2、Na2SO3、HI(I—)、Fe2＋、FeO 等还原性物质 a．稀硝酸与 H2S 反应的离子方程式：3H2S＋2HNO3(稀)===3S↓＋2NO↑＋4H2O b．稀硝酸与 SO2 反应的离子方程式：3SO2＋2NO3－＋2H2O===3SO42－＋2NO↑＋4H＋ c．稀硝酸与 Na2SO3 反应的离子方程式：3SO32－＋2NO3－＋2H＋===3SO42－＋2NO↑＋H2O d．稀硝酸与 HI 反应的离子方程式：6I－＋2NO3－＋8H＋===3I2＋2NO↑＋4H2O e．稀硝酸与 Fe2＋反应的离子方程式：3Fe2+＋NO3－＋4H＋===3Fe3+＋NO↑＋2H2O f．稀硝酸与 FeO 反应的离子方程式：3FeO＋NO3－＋10H＋===3Fe3+＋NO↑＋5H2O ④ NO3－无氧化性，而当 NO3－在酸性溶液中时，则具有强氧化性 a．在 Fe(NO3)2 溶液中加入盐酸或硫酸，因引入了 H＋而使 Fe2＋被氧化为 Fe3＋ b．过量的 Cu 与浓硝酸反应，待反应停止后，再加入稀盐酸或硫酸，此时铜片上有无色气体生成，这是因 为：加入的稀盐酸或硫酸电离出的 H＋与 Cu(NO3)2 中的 NO3－结合具有强氧化性，能使 Cu 继续溶解 c．铜片与稀硝酸、稀硫酸反应 3Cu＋2HNO3＋3H2SO4===3CuSO4＋2NO↑＋4H2O ⑤ 能氧化并腐蚀某些有机物，如皮肤、衣服、纸张、橡胶等。因此在使用硝酸(尤其是浓硝酸)时要特别小心， 万一不慎将浓硝酸弄到皮肤上，应立即用大量水冲洗，再用小苏打或肥皂液洗涤 3、用途：硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料、硝酸盐、氮肥等 4、硝酸的保存方法：硝酸易挥发，见光或受热易分解，具有强氧化性而腐蚀橡胶，因此，实验室保存硝酸时， 应将硝酸保存在棕色、细口、磨口玻璃塞的玻璃试剂瓶中，并放置在黑暗且温度较低的地方 5、硝酸的制法 (1)硝酸的实验室制法 原理：NaNO3＋H2SO4(浓) NaHSO4＋HNO3↑ (利用浓 H2SO4 的高沸点，难挥发性制取挥发性的 HNO3) 因 HNO3 不稳定，加热温度不宜过高；由于硝酸易腐蚀橡胶，因此该反应禁用橡胶塞，所用仪器为曲颈甑 (2)硝酸的工业制法 流程示意图 主要流程 将氨和空气的混合气(氧∶氮≈2∶1)通入灼热(760～840 ℃)的铂铑合金网，在合金网的催 化作用下，氨被氧化成一氧化氮(NO)，生成的一氧化氮结合反应后残余的氧气继续被 氧化为二氧化氮，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸 各步反应的化 学方程式 尾气吸收 【对点训练 1】 4NH3＋5O24NO＋6H2O，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+ H2O，2NO2 + 2NaOH===NaNO2 + NaNO3 + H2O 1、下列关于硝酸的叙述正确的是(　　) A．常温下，浓硝酸可以使金属镁钝化 C．浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂 B．稀硝酸与活泼金属反应主要放出氢气 D．室温下，铜能与浓硝酸反应，不能与稀硝酸反应 2、下列有关浓硝酸的说法中不正确的是(　　) 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 3、取三张蓝色石蕊试纸湿润后贴在玻璃片上，然后按顺序分别滴加浓硝酸、98.3%的浓硫酸、新制氯水，三张 试纸最终变成(　　) A．白、红、白 B．红、黑、白 C．红、红、红 D．白、黑、白 4、下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是(　　) A．稀硝酸使紫色石蕊溶液变红——酸性 B．铁与稀硝酸反应不能放出氢气——强氧化性 C．要用棕色试剂瓶盛装浓硝酸——不稳定性 D．氢氧化亚铁固体与稀硝酸混合——仅强酸性 5、将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是(　　) A．反应剧烈程度：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 6、列实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是(　　) ① ② A．由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体 ③ B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生反应 C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物 D．③的气体产物中检测出 CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应 7、有关硝酸性质的叙述中，正确的是(　　) A．浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色 B．足量 Zn 与浓 HNO3 反应最终产生的气体成分中含有 H2 C．稀 HNO3 溶液中 Fe3＋、SO、I－、Cl－、Fe2＋可以共存 D．稀 HNO3 与 FeO 反应时 HNO3 既表现氧化性又表现酸性 8、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：反应剧烈进行，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) 二、硝酸与金属反应的计算 1、