2019-2020年高中化学 专题4 第2单元 第3课时 硝酸的性质课件 苏教版必修1

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专题4硫、氮和可持续发展第二单元生产生活中的含氮化合物第3课时硝酸的性质目标与素养:1.掌握HNO3的重要性质及应用。(宏观辨识与微观探析)2.了解工业制取HNO3的主要原理及过程。(宏观辨识与微观探析)自主预习探新知一、硝酸的性质1.硝酸的物理性质硝酸是一种色,具有性的液体,工业硝酸的质量分数约为69%,常因溶有少量而略显黄色。NO2无挥发2.硝酸的化学性质(1)强酸性电离方程式为HNO3===H++NO-3。(2)不稳定性①条件:__________易分解。②化学方程式:4HNO3(浓)=====光照4NO2↑+O2↑+2H2O。加热或光照(3)强氧化性(用化学方程式表示)微点拨在中性、碱性溶液里的NO-3不能表现出强氧化性,而在酸性溶液里的NO-3能表现出强氧化性,因此,在酸性溶液里NO-3不能与Fe2+、I-、S2-、SO2-3等还原性离子大量共存。3.硝酸的用途(1)硝酸是一种重要的化工原料,常用来制备、染料、塑料、炸药和等。(2)实验室里,硝酸是一种重要的化学试剂。硝酸盐氮肥二、硝酸的工业制法1.硝酸工业制备的过程、反应原理及主要设备如下:2.在工业生产中,NO2溶于水生成的NO不会排空,而是再用__________使其氧化为NO2,再被水吸收,经过________________,NO2可__________为HNO3。也就是从理论上讲,NH3中的氮元素完全转化为HNO3中的氮元素。3.从吸收塔出来的气体中尚有少量NO和NO2,不能直接排放到空气中,以免造成污染。常用碱液(NaOH)来吸收,变废为宝。(1)NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O;(2)2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O。完全转化过量的空气多次氧化和吸收1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)浓硝酸在常温下与Fe、Al均不发生反应()(2)常温下,Cu与浓硝酸、稀硝酸均能发生氧化还原反应()(3)铜和稀硝酸反应中HNO3既体现了氧化性,又体现了酸性()(4)稀硝酸与铜反应不能放出H2,但与Zn、Fe等反应能放出H2()××√√2.下列关于工业制硫酸和硝酸的说法中不正确的是()A.工业制硝酸是将NO2溶于水,需要通氧气B.工业制硫酸会产生SO2和SO3尾气C.工业制硫酸应对SO2进行循环利用D.工业制硝酸和硫酸排放的尾气是造成酸雨的主要原因D[工业制硝酸过程中要不断通入氧气,以提高NO、NO2的原料利用率和减少尾气排放,A项正确;工业生产中尾气经过循环利用和处理达标后才允许排放,空气中的SO2主要来自煤燃烧,特别是生活锅炉,尾气处理较差,数量庞大,是形成酸雨的主要原因,D项错误。]3.在浓硝酸中放入铜片:(1)开始时反应的化学方程式为________________________,实验现象为________________________________。(2)若铜有剩余,则反应将要结束时反应的化学方程式为________________________________。[答案](1)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O铜片逐渐消失,溶液逐渐变绿,有红棕色气体逸出(2)3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O核心突破攻重难硝酸强氧化性的本质和规律及表现1.本质:HNO3中的+5价氮元素具有很强的得电子能力。2.规律(1)浓硝酸―――→得电子NO2,稀硝酸―――→得电子NO。(2)硝酸的浓度越大,反应温度越高,其氧化性越强。(3)还原剂一般被氧化成最高价态。(4)还原产物为氮的氧化物而不是氢气。3.具体表现(1)硝酸和金属的反应①除Au、Pt等少数金属外,硝酸几乎可以氧化所有的金属。②活泼金属与HNO3反应不生成H2,HNO3的浓度不同,还原产物不同,一般情况下为③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化。(2)硝酸与非金属的反应一般反应规律:非金属单质+浓硝酸―→最高价氧化物或其含氧酸+二氧化氮。(3)硝酸与还原性化合物反应如H2S、HI、SO2、H2SO3、SO2-3、Fe2+等。下列说法正确的是()A.常温下将金属铁放入浓HNO3中,Fe将被氧化成Fe(NO3)3B.将一定量的铁粉放入HNO3中,生成物中Fe的存在形式为Fe(NO3)3C.铁与浓HNO3反应生成NO2,而与稀HNO3反应生成NO,说明稀HNO3比浓HNO3的氧化性更强D.将一定量的Fe放入稀HNO3,其产物可能是Fe(NO3)3,也可能是Fe(NO3)2或它们的混合物D[常温下浓HNO3能使金属铁钝化,A不正确;HNO3的氧化性是指HNO3的得电子能力,而不以自身氮元素化合物的变化为准,浓HNO3的氧化性强于稀HNO3,C不正确;HNO3与Fe反应的产物除与HNO3的浓度有关外,还与Fe的量有关,若Fe过量,则有2Fe3++Fe===3Fe2+,B不正确。](1)一定量浓硝酸与足量的铜充分反应,可能生成单一成分的气体吗?[提示]不能。铜首先与浓硝酸发生反应:Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,随着反应的进行HNO3的浓度降低,铜还会与稀硝酸进一步反应:3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,故生成的气体为NO和NO2的混合气体。(2)向浅绿色的Fe(NO3)2溶液中滴加稀盐酸,能够观察到的现象是什么?[提示]加入稀盐酸后,H+和NO-3结合成具有强氧化性的HNO3,可以把浅绿色的Fe2+氧化成棕黄色的Fe3+,同时有NO气体产生。所以现象为溶液变为棕黄色,有气泡产生。(3)在酸性溶液中NO-3与Fe2+、S2-、HS-、I-、SO-3、HSO-3能共存吗?为什么?[提示]不能共存。在酸性溶液中NO-3具有强氧化性,能氧化Fe2+、S2-、HS-、I-、SO2-3、HSO-3等。1.在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶,再加入下列物质:①FeCl3,②Fe2O3,③Cu(NO3)2,④KNO3,铜粉溶解的是()A.只有①或②B.只有②或①C.只有①或②或③D.全部D[铜粉在稀硫酸中不溶解,当加入①②两种物质时,相当于加入了Fe3+,会发生反应Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+,铜粉会溶解,当加入③④两种物质时,相当于加入了NO-3,会发生反应3Cu+8H++2NO-3===3Cu2++2NO↑+4H2O。因此上述物质都可使其溶解。]金属与硝酸反应的相关计算1.原子守恒法硝酸与金属反应时,反应前HNO3中的NO-3一部分仍以NO-3的形式存在,一部分转化为还原产物,这两部分中N的物质的量之和与反应消耗的HNO3中N的物质的量相等。若HNO3过量还存在如下关系:n(总HNO3)=n(与金属离子结合的NO-3)+n(还原产物NOx)+n(剩余HNO3)。2.电子守恒法HNO3与金属的反应属于氧化还原反应,HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。3.电荷守恒法HNO3过量时,反应后溶液中(不考虑OH-)有:c(NO-3)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属阳离子)。4.离子方程式计算法金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时,由于硝酸盐中NO-3在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应,因此此类题目应用离子方程式来计算,先作过量判断,然后根据完全反应的金属或H+或NO-3进行相关计算,且溶液中要符合电荷守恒。将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸反应,铜完全溶解,产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2L。请回答下列问题:(1)NO的体积为________L,NO2的体积为________L。(2)参加反应的HNO3的物质的量是_____________________________________________________。(3)待产生的气体全部释放后,向溶液中加入VmLamol·L-1的NaOH溶液,恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀,则原硝酸溶液的浓度为________mol·L-1。(4)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3,至少需要30%的双氧水________g。[解析](1)n(Cu)=32.64g64g·mol-1=0.51mol,设混合气体中NO的物质的量为x,NO2的物质的量为y。根据气体的总体积为11.2L,有:x+y=0.5mol。根据得失电子守恒,有:3x+y=(0.51×2)mol。解方程组得:x=0.26mol,y=0.24mol。则:V(NO)=0.26mol×22.4L·mol-1=5.824L,V(NO2)=11.2L-5.824L=5.376L。(2)参加反应的HNO3分两部分:一部分没有被还原,显酸性,生成Cu(NO3)2;另一部分被还原成NO2和NO,所以参加反应的HNO3的物质的量为0.51mol×2+0.5mol=1.52mol。(3)HNO3在反应中一部分变成气体,一部分以NO-3的形式留在溶液中。变成气体的HNO3的物质的量为0.5mol。加入NaOH溶液至正好使溶液中Cu2+全部转化为沉淀,则溶液中只有NaNO3,其物质的量为10-3aVmol,也就是以NO-3形式留在溶液中的HNO3的物质的量为10-3aVmol。所以,c(HNO3)=aV×10-3+0.50.14mol·L-1。(4)由电子守恒得:2×n(Cu)=2×n(H2O2),32.64g64g·mol-1×2=n(H2O2)×2,n(H2O2)=0.51mol,则m(H2O2)=17.34g。需30%的双氧水:17.34g÷30%=57.8g。[答案](1)5.8245.376(2)1.52mol(3)aV×10-3+0.50.14(4)57.8思维建模2.将2.56gCu和一定量的浓HNO3反应,随着Cu的不断减少,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1.12L(标准状况),则反应中消耗HNO3的物质的量为()A.0.05molB.1molC.1.05molD.0.13molD[参加反应的硝酸由两部分构成,一是被还原为氮氧化物的硝酸,为0.05mol;二是作酸,生成Cu(NO3)2的硝酸为0.08mol。]当堂达标提素养1.某实验过程如图所示:则图③的试管中的现象是()A.无明显现象,因稀H2SO4不与铜反应B.铜片溶解,产生无色气体,该气体遇到空气不变色C.铜片溶解,放出红棕色有刺激性气味的气体D.铜片溶解,产生无色气体,该气体在试管口变为红棕色D[生成的Cu(NO3)2在H2SO4的酸性条件下相当于又有了HNO3,铜片会继续溶解生成NO。]2.铁或铝遇冷浓硝酸钝化,这是由于浓硝酸具有()A.强酸性B.强氧化性C.强腐蚀性D.挥发性B[钝化是金属被浓硝酸氧化,在表面形成一层致密的氧化膜。]3.关于硝酸的说法正确的是()A.Cu可以溶解在稀硝酸中并生成H2B.浓HNO3不能与非金属单质反应C.硝酸与金属反应时,主要是+5价的氮得电子D.常温下,向浓HNO3中投入Fe片,会产生大量的红棕色气体C[Cu与稀HNO3反应生成NO不产生H2,A项错误;浓HNO3可以与非金属单质(如碳)反应,B项错误;常温下,Fe遇浓HNO3钝化,不会产生大量NO2,D项错误。]4.将相同质量的铜分别与足量的浓硝酸、稀硝酸反应,下列叙述正确的是()A.硝酸浓度越大消耗的硝酸越少,产生的有毒气体也越少B.反应中转移的电子总数稀硝酸少C.试管内壁上的铜用浓硝酸除好,因反应速率快D.两者用排水法收集的气体的体积相同D[铜完全反应,在进行相关计算时以铜为标准,等质量的铜在反应中失去的电子数相同,生成的Cu(NO3)2的量相同,浓硝酸被还原为NO2,价态由+5降到+4,每个氮原子只得1个电子,稀HNO3被还原时每个氮原子得到3个电子,故被还原的浓硝酸多、稀硝酸少,生成的NO2也比NO多。用排水法收集气体时,3NO2+H2O===2HNO3+NO,故两种情况收集到的气体一样多。]5.将硝酸表现出的性质(代号字母)填在下列各反应操作或现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