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第3课时硝酸的氧化性1.会运用硝酸的强氧化性、不稳定性和酸的一般性质解释实际问题。2.能说出氮的循环及其对生态平衡的作用。3.了解硝酸的氧化性与浓度的关系。一二一、硝酸1.酸性硝酸是一元强酸,具有酸的通性,但硝酸与金属反应一般不产生H2。2.强氧化性(1)与金属的反应。浓硝酸与Cu反应的化学方程式为:稀硝酸与Cu反应的化学方程式为:4HNO3(浓)+CuCu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。8HNO3(稀)+3Cu3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。一二(2)与非金属反应。浓硝酸与木炭加热时反应的化学方程式为:(3)常温下,Fe、Al在冷的浓硝酸中发生钝化。(4)王水是浓硝酸和浓盐酸的混合物,体积比为1∶3,能使不溶于硝酸的金、铂等溶解。3.不稳定性浓硝酸在受热或光照条件下易分解,反应的化学方程式为C+4HNO3(浓)2H2O+4NO2↑+CO2↑。4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O,生成的NO2溶于硝酸,常使硝酸显黄色。一二根据浓硝酸的性质思考,在实验室中浓硝酸应怎样保存?中学常见试剂中利用此方法保存的药品还有哪些?提示:浓硝酸不稳定,见光易分解,因此浓硝酸需盛放于棕色细口瓶中以避光保存。中学常见试剂还需避光保存的有氯水、溴水、AgNO3溶液等。久置的浓硝酸常显黄色,其原因是什么?如何去除久置浓硝酸中的黄色?提示:浓硝酸具有不稳定性,分解后产生NO2,NO2溶于硝酸后而显黄色。去除的方法是向浓硝酸中通入O2或空气。一二二、硫酸和硝酸的用途1.硫酸和硝酸都是重要的化工原料,也是化学实验室里必备的重要试剂。两者在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等。2.硫酸还用于精炼石油、金属加工前的酸洗及制取各种挥发性酸、作干燥剂等。一、硫酸和硝酸性质的异同1.浓硫酸和硝酸都是强氧化性酸,浓硫酸的强氧化性是+6价的硫元素得电子被还原,而HNO3的强氧化性是HNO3中的氮元素(+5价)得电子被还原。所以这两种酸与绝大多数金属反应一般都不生成H2,而是高价态的S(+6价)和N(+5价)被还原,生成SO2、NO2(或NO)气体。稀硫酸只有弱氧化性。浓度的变化,使浓硫酸与稀硫酸之间的氧化能力发生了变化。浓、稀硝酸都有强氧化性,而且浓度越大,氧化性越强。2.常温下,冷的浓硫酸和浓硝酸都能使Fe和Al的表面形成一层氧化物保护膜,阻止了内部金属与浓硫酸和浓硝酸反应。3.浓硫酸是稳定性酸,不易挥发,沸点高,而硝酸是挥发性酸,不稳定,见光或受热易分解。在实验室常用反应NaNO3+H2SO4(浓)NaHSO4+HNO3↑制备硝酸。(注意反应条件是微热,目的是防止HNO3分解:4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O)二、硝酸的强氧化性硝酸具有强氧化性是由于硝酸中的+5价氮元素有很强的得电子能力,在硝酸参与的氧化还原反应中,几乎全部是+5价氮被还原。1.表现(1)浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红,后褪色。(2)与非金属单质C、S、P等在加热条件下反应,非金属元素生成最高价酸性氧化物或最高价氧化物对应水化物。如浓硝酸与木炭加热时的化学方程式为:(3)金属与硝酸反应一般不生成H2,浓硝酸一般被还原为NO2,稀硝酸一般被还原为NO,极稀硝酸可被还原成NH3,进而生成NH4NO3。C+4HNO3(浓)2H2O+4NO2↑+CO2↑。(4)在利用硝酸的酸性书写化学方程式时,要注意考虑它的强氧化性。如FeO与稀硝酸反应时的化学方程式应是3FeO+10HNO3(稀)3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O,而不是发生复分解反应生成Fe(NO3)2。(5)硝酸与铁反应时,产物符合以下规律:NO3-(6)浓硝酸与过量Cu反应的情况:可利用电子守恒和氮原子守恒求解有关Cu、HNO3和混合气体之间的量的计算问题。2.规律(1)温度越高,硝酸越浓,其氧化性越强。(2)与硝酸反应时,还原剂中的某元素一般被氧化成最高价态。特别提醒硝酸的强氧化性是考查的重点和热点,在有些题目中隐蔽性较强,在遇到时,应联想到是否可能考查硝酸的氧化性,然后分析溶液中是否含大量H+,若含大量H+则表现强氧化性。知识点1知识点2知识点1硝酸的性质【例题1】下列各反应表现了HNO3的什么性质?①NaNO3(s)+H2SO4(浓)NaHSO4+HNO3↑。②3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。③C+4HNO3(浓)4NO2↑+CO2↑+2H2O。④Na2CO3+2HNO32NaNO3+CO2↑+H2O。⑤4HNO32H2O+4NO2↑+O2↑。知识点1知识点2解析:由于硝酸的沸点比浓硫酸低,所以受热时硝酸挥发出来;金属铜和硝酸反应时,+5价的N,一部分降低为+2价,另一部分保持+5价不变,所以硝酸表现氧化性和酸性;碳和浓硝酸反应时+5价的N降低为+4价,表现硝酸的氧化性;硝酸生成碳酸表现了强酸性;硝酸受热分解表现了不稳定性。答案:①挥发性②强氧化性、酸性③强氧化性④强酸性⑤不稳定性点拨挥发性是指沸点低的物质在受热或减压时溶质离开溶液的性质,不稳定性是指溶质受热分解的性质。硝酸的酸性是指H+的性质,强氧化性是指+5价的N得到电子变成低价态氮的性质。知识点1知识点2知识点2硝酸的强氧化性及有关计算【例题2】在100mL混合液中,HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4mol·L-1和0.1mol·L-1,向该混合液中加入1.92g铜粉,加热充分反应后,所得溶液中Cu2+的物质的量浓度是()A.0.15mol·L-1B.0.225mol·L-1C.0.35mol·L-1D.0.45mol·L-1知识点1知识点2解析:由于溶液中存在硝酸、硫酸,所以c(H+)c(NO3-),而根据Cu与稀硝酸的反应可知,实际参加反应的n(H+)∶n(NO3-)=8∶2,所以要依据离子方程式来计算。n(Cu)=1.92g64g·mol-1=0.03mol,已知溶液中各离子的物质的量为:n(H+)=(0.4mol·L-1+0.1mol·L-1×2)×0.1L=0.06mol,n(NO3-)=0.4mol·L-1×0.1L=0.04mol,3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O3mol8mol2mol3mol由此可知H+的量不足,完全反应,则:n(Cu2+)=0.06mol×38=0.0225molc(Cu2+)=0.0225mol0.1L=0.225mol·L-1。答案:B知识点1知识点2点拨硝酸与金属的反应属于氧化还原反应,也属于离子反应,因此遵从以下守恒关系:①电子守恒:氮原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数;②原子守恒:硝酸既显氧化性,又显酸性,因此被还原的NO3-与生成盐中的NO3-物质的量之和为反应消耗硝酸的物质的量;③Cu与混酸(硫酸、硝酸)反应,转移电子数或生成NO的量的计算要依据n(Cu)、𝑛(H+)总、n(NO3-)的量进行讨论计算。具体关系为3Cu~8H+~2NO3-。方法是依据不足的一种物质求算某生成物物质的量。