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第2课时 硝酸(1课时)
一、教学流程
活动一：构建知识体系
问题1： 硝酸的物理性质是怎样的？有哪些典型的化学性质？
[例题1] 硝酸是化学实验室中最常用的试剂之一，下列有关硝酸的说法不正确的( 　)
A．浓硝酸和氯水用棕色试剂瓶保存，原理相同
B．将分别蘸有浓硝酸和浓氨水的玻璃棒相互靠近时，有白烟生成
C．常温下铁和铂都不溶于浓硝酸，原理相同
D．浓硝酸溅到皮肤上，皮肤会变黄。
[归纳总结]
1．物理性质:硝酸是无色易挥发的液体，有刺激性气味。
2．化学性质
(1)强酸性：盐酸、硫酸、硝酸并称三大强酸。
(2)不稳定性：4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑。
(3)强氧化性
浓、稀硝酸均具有强氧化性，浓度越大，氧化性越强，其还原产物中氮元素的价态越高。还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO。
[练习1] 下述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 ③
A．由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体
B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸产生了反应
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。
活动二：重难点突破
问题2：硝酸具有强氧化性，与金属反应时的还原产物如何判断？
典例简析
[典型题例] 某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO而设计了下列实验，装置如图所示(加热装置和固定装置均已略去)。图中K为止水夹(处于关闭状态)，F是一半空的注射器。请回答有关问题：
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(1)设计装置A的目的是___________________________________________________。
(2)在完成(1)中的“操作”后，将装置B中铜丝插入稀硝酸并微热，观察到装置B中的现象是_______________________________________________________________________；
B中反应的离子方程式为__________________________________________________。
(3)装置E和F的作用是____________________________________________________；
为实现此作用，其操作方法是_______________________________________________。
(4)装置D的作用是吸收多余的氮氧化物，防止污染空气，兼有____________的功能。 (典型题例出处：2020·桂林高三测试)
[简析](1)铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO，NO与O2(空气)接触就会反应生成红棕色的NO2，因此必须先赶走装置中的空气，避免干扰实验。(2)铜与稀硝酸反应产生无色NO气体，同时生成蓝色的硝酸铜溶液，因此Cu丝表面会产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝，离子方程式3Cu＋8H＋＋2NO3-===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O(3)利用NO与O2(空气)接触就会反应生成红棕色的NO2，验证验证NO的生成。将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明原来生成了NO。(4)D是典型的防倒吸装置。
[答案](1)产生CO2，赶走装置中的空气，防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰
(2)Cu丝表面产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝　
3Cu＋8H＋＋2NO3-===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(3)验证NO的生成　将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO
(4)防止倒吸。
[小结] 硝酸与金属反应不产生H2，硝酸浓度越大，其还原产物中氮元素的价态越高。还原产物一般为HNO3(浓)―→NO2，HNO3(稀)―→NO，如果硝酸的浓度很小，其产物也可能是N2O、N2或NH4NO3。
[例题2]有稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL，平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉，最多溶解9.6 g。向另一份中逐渐加入铁粉，产生气体的体积随铁粉质量增加的变化如图所示，且每一阶段只对应一个反应(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析或结果错误的是(　　)
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A．原混合酸中NO3-的物质的量为0.1 mol
B．OA段产生的是NO，AB段的反应为Fe＋2Fe3＋==3Fe2＋，BC段产生H2
C．第二份溶液中最终溶质为FeSO4
D．H2SO4浓度为2.5 mol·L－1
(例题2出处：2020·南京模拟)
[解析]　铁粉既能与硝酸反应也能与硫酸反应，题图中，OA段产生的是NO，反应为Fe＋NO3-＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O；AB段的反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋；BC段产生的是H2，反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。根据OA段发生反应的离子方程式可知第二份溶液中NO3-的物质的量为＝0.1 mol，则原混合酸中NO3-的物质的量为0.2 mol。第二份溶液中最终溶质为FeSO4，此时参加反应的铁的质量是14.0 g，物质的量为0.25 mol，FeSO4中n(Fe2＋)∶n(SO42-)＝1∶1，故n(H2SO4)＝n(Fe)＝0.25 mol，原混合酸中H2SO4浓度为＝2.5 mol·L－1。综上所述，A项符合题意。
[答案]　A
[练习2]用动态观点理解Cu与浓HNO3的反应
向一定量的浓硝酸中加入过量的铜片。
①反应开始阶段产生 色气体，化学方程式为
。
②反应进行一段时间后又产生无色气体，此时的化学方程式为
。
③待反应停止后，再加入少量的稀硫酸，这时Cu片上又有气泡产生，原因是
。
[答案]: ①红棕　Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
② 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
③加入稀硫酸后，氢离子与原溶液中硝酸根离子构成强氧化性酸，又能与过量的铜反应
活动三：巩固提升
1．(2020·湖北鄂东南市级示范高中学校联考)铜和镁的合金4.6 g完全溶于浓硝酸，若反应中硝酸被还原只产生4480 mL的NO2气体和336 mL的N2O4气体(都已折算成标准状况)，在反应后的溶液中，加入足量的氢氧化钠溶液，生成沉淀的质量为 (　　)
A．9.02 g B．8.51 g C．8.26 g D．7.04 g
2．(2021·江苏模拟题组)下列离子方程式书写正确的是 (　　)
A．向莫尔盐[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]溶液中加入过量氢氧化钠溶液：
NH4+＋Fe2＋＋3OH－===NH3·H2O＋Fe(OH)2↓
B．铜片与稀硝酸反应：
3Cu＋8H＋＋2NO3-===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
C．用稀硝酸除去试管内壁的银镜：
Ag＋4H＋＋NO3-===Ag＋＋NO↑＋2H2O
D．向Fe(NO3)2稀溶液中滴加足量氢碘酸：
3Fe2＋＋NO3-＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O
3．下列有关硝酸化学性质的叙述中，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．硝酸能与Na2CO3反应，但不生成CO2
C．硝酸可与Na2S反应制得H2S气体
D．浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色
4．如图是用浓硝酸、铜片、水等试剂探究浓、稀硝酸的强氧化性并观察还原产物的实验装置。
I．浓硝酸的强氧化性实验
将铜片置于具支试管的底部，在分液漏斗中加入约5 mL浓硝酸，往具支试管中放入约2 mL浓硝酸，用排水法收集产生的气体。
(1)具支试管中发生反应的化学方程式为___________。
(2)实验中观察到能证明浓硝酸具有强氧化性的现象是___________。
II． 稀硝酸的强氧化性实验
(3)上述反应完成后，欲进一步证明稀硝酸也具有强氧化性，紧接的简便、合理的实验操作是___________。
(4)能证明稀硝酸与铜反应产生NO的实验现象是___________(填字母)。
A． c中收集到无色气体
B． c中收集到的无色气体接触空气后变为红棕色
C． b中产生的无色气体接触空气后变为红棕色
III． 稀硝酸的强氧化性、酸性的相关计算
某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL，平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉，最多能溶解 9.6 g。向另一份中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量增加的变化如下图所示(已知硝酸只被还原为NO气体)。
(5)OA段反应的化学方程式为 ___________。AB段反应的离子方程式为________。
(6)第二份溶液中最终溶质是什么 请实验验证此溶液阳离子的方法是 _______。
(7)H2SO4浓度为___________mol/L。
[参考答案]
1．B
解析：最终生成的沉淀是氢氧化镁和氢氧化铜，所以沉淀增加的质量就是和金属阳离子结合的OH－的质量。由于金属阳离子结合的OH－的物质的量就是金属失去电子的物质的量，所以根据得失电子守恒可知，金属失去电子的物质的量是＋×2＝0.23 mol，所以和金属阳离子结合的OH－的物质的量也是0.23 mol，质量是3.91 g，则沉淀的质量是8.51 g，B项正确。
2．B
解析：向莫尔盐溶液中加入过量氧氧化钠溶液：2NH4+＋ Fe2＋＋4OH－===2NH3·H2O ＋ Fe(OH)2↓，A错误；电荷不守恒，电子不守恒，应是3Ag＋4H＋＋NO3-===3Ag＋＋2H2O＋NO↑，C错误；向Fe(NO3)2稀溶液中滴加足量氢碘酸，由于还原性：I－>Fe2＋，故H＋、NO3-氧化I－，D错误。
3．D
解析：稀硝酸只可使蓝色石蕊试纸变红，浓硝酸使蓝色石蕊试纸先变红后褪色，A错误；硝酸能与Na2CO3反应生成CO2，B错误；硝酸会氧化Na2S中的S2－，得不到H2S气体，C错误。
4．(1)Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(2)铜片逐渐溶解，试管中溶液变蓝，且有红棕色气体产生
(3)向试管中加水将浓硝酸稀释
(4)C
(5) 2Fe+3H2SO4+2HNO3=4H2O+2NO ↑+Fe2 (SO4)3 Fe+2Fe 3+=3Fe2+
(6)最终溶质FeSO4，验证方法为取第二份最终反应液，滴加少量硫氰化钾溶液，溶液不显红色，再滴加少量的氯水(或者过氧化氢等)，溶液变为红色，说明最终产物为亚铁离子
(7)2.5 mol/L
二、教学建议
1．硝酸的氧化性是教学的重点，也是难点。引导学生观察铜跟浓HNO3 和稀HNO3 反应时的不同现象，加深学生对硝酸氧化性的认识及对反应产物的记忆。
2．通过硝酸的重要用途，帮助学生将对HNO3 的理论认识与生产生活联系起来，使知识学以致用。
3．最后介绍硝酸的工业生产过程，既是对前面所学的氮的化合物之间相互转化关系的理解和加深，又使学生很自然地了解了硝酸的制法。
三、情境素材
1．硝酸工业制法的发展
硝酸的工业制法有三种
第一种是早在17世纪就使用的硝石法。它是利用钠硝石跟浓硫酸共热而得。
NaNO3＋H2SO4(浓) NaHSO4＋HNO3↑
由于硝酸较易挥发，所以，反应产生的是硝酸蒸气，经冷凝后即为液体。反应生成的酸式硫酸盐，在高温条件下可进一步与钠硝石反应，生成硫酸正盐和硝酸。但硝酸在高温时会分解，所以硝石法一般控制在第一步反应。此法产量低，消耗硫酸多，又受到硝石产量的限制，已逐步被淘汰。
第二种是电弧法。它是利用电弧使空气中的氮气和氧气直接化合而成NO。
这是可逆反应，而且这两种单质互相化合时是吸热的，因此高温对于NO的生成有利。不过，即使在3000℃，平衡混合物中也仅含有5％的一氧化氮。
工业上用强大的电源产生的电弧做加热器，温度可达4000℃左右。当空气流迅速通过电弧时，空气受到强热，于是就生成少量的一氧化氮。立刻将混合气体冷却到1200℃以下，以后再进一步冷却，混合气体中的NO与O2化合而成NO2，最后用水吸收而成硝酸。因为电弧法耗费大量的电能，同时一氧化氮的产率低，当氨氧化法问世后，它也逐渐被淘汰了。
第三种是氨的催化氧化法。按生产流程和操作条件不同，可分为常压法、加压法和综合法。这种方法成本低，产率高，消耗电能少。
常压法是在常压下进行的，加压法是在加压(6×105Pa～9×105Pa)下进行的。综合法是既有常压过程，又有加压过程，氨的氧化在常压下进行，一氧化氮的氧化和二氧化氮的吸收在加压(6×105Pa～9×155Pa)下进行。
常压法生产的硝酸中HNO3的质量分数较低，一般为47％～50％。它的生产设备所需的不锈钢数量较多，但操作方便，铂催化剂损失小，消耗电能较小。加压法生产的硝酸中HNO3的质量分数较高，一般为58％～60％，可以节省吸收塔数目，因而所需不锈钢数量较少，但操作复杂，消耗电能较大，铂催化剂损失也较大。综合法则兼有二者的优点。

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