2020版高中化学 第四章 非金属及其化合物 第4节 氨 硝酸 硫酸 课时2 硫酸和硝酸的氧化性学案

2020版高中化学 第四章 非金属及其化合物 第4节 氨 硝酸 硫酸 课时2 硫酸和硝酸的氧化性学案

课时2　硫酸和硝酸的氧化性 ‎1．了解硫酸、硝酸的酸性。‎ ‎2．了解浓硫酸的三大特性，特别是浓硫酸的强氧化性。(重点)‎ ‎3．了解稀硝酸、浓硝酸的氧化性。(重难点)‎ ‎4．了解硫酸和硝酸的重要用途。‎ 硫酸的性质及用途 ‎[基础·初探]‎ ‎1．物理性质 纯净的浓硫酸是一种无色黏稠、油状液体，密度大于水的密度。‎ ‎2．稀硫酸的化学性质 稀硫酸是强酸，具有酸的通性，写出有关反应的离子方程式：‎ ‎3．浓硫酸的特性 ‎(1)吸水性：浓H2SO4能够吸收气体、液体中的水分子及固体中的结晶水，故常用作干燥剂。‎ ‎(2)脱水性：浓H2SO4能把有机物中的氢、氧元素按水的组成比脱去，剩余黑色的炭。如蔗糖的黑色面包实验。‎ ‎(3)强氧化性。‎ ‎①与金属反应。‎ a．钝化：浓硫酸能使铁、铝等金属表面形成一层致密的氧化膜，从而阻止浓硫酸与铁、铝继续反应。‎ b．能与大部分金属反应。如与铜反应：‎ Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。‎ 8‎ ‎②与非金属反应。‎ 与碳反应：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。‎ ‎③与还原性化合物如H2S、HBr等反应。‎ ‎4．用途 ‎(1)重要的化工原料，实验室必备的重要试剂。‎ ‎(2)工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等。‎ ‎(3)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。‎ ‎[探究·升华]‎ ‎[思考探究]‎ 浓H2SO4与铜反应的实验 实验操作 实验现象 a试管中铜丝表面有气泡逸出 b试管中的品红溶液逐渐变为无色 c试管中的紫色石蕊溶液逐渐变为红色 将a试管里的溶液慢慢倒入水中，溶液变为蓝色 实验结论 Cu和浓H2SO4反应的化学方程式为 Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O ‎(1)浸碱棉团作用是什么？‎ ‎【提示】　吸收尾气SO2，防止污染大气。‎ ‎(2)过量的铜与一定量的浓硫酸反应时，硫酸能否全部参加反应？‎ ‎【提示】　不能。Cu是不活泼金属，只能与浓硫酸反应，与稀硫酸不反应，在过量Cu与一定量浓硫酸反应时，随着反应的进行，硫酸的浓度逐渐减小，反应进行到一定程度时，浓硫酸将变为稀硫酸，反应自动停止，H2SO4不可能全部参加反应。‎ ‎(3)如果用过量的锌代替铜与一定量的浓硫酸反应，生成气体的成分有哪些？请分析思考？‎ ‎【提示】　锌首先与浓硫酸发生反应：Zn＋2H2SO4(浓)===ZnSO4＋SO2↑＋2H2O，随着反应的进行，硫酸的浓度降低，锌还会与稀硫酸进一步反应，Zn＋H2SO4(稀)===ZnSO4＋H2↑，故生成的气体为SO2和H2的混合气体。‎ ‎[认知升华]‎ 8‎ 浓硫酸的强氧化性 ‎(1)本质：浓硫酸具有强氧化性，是因为H2SO4分子中＋6价的硫元素具有很强的得电子能力。‎ ‎(2)表现：‎ ‎①Fe、Al的钝化 常温下，当Fe、Al遇到浓硫酸时，会与浓硫酸发生反应，表面生成一层致密的氧化物薄膜而出现“钝化”现象。‎ ‎②常温下与活泼金属反应(铁、铝除外)表现强氧化性和酸性，生成硫酸盐和SO2，硫酸变稀后，生成的气体为H2。‎ ‎③与不活泼金属和非金属反应 a．反应需要加热，否则不反应。‎ b．还原产物一般是SO2，一般金属被氧化为高价态的硫酸盐，非金属被氧化为高价态氧化物或含氧酸。‎ c．浓硫酸与金属反应时，既表现酸性又表现强氧化性，而与非金属反应时，只表现强氧化性。‎ d．随着反应的进行，浓硫酸浓度变小，一旦变为稀硫酸，反应就停止。‎ ‎④与具有还原性的化合物反应，如与H2S、HI、HBr、FeCl2等物质反应。‎ ‎[题组·冲关]‎ 题组1　浓H2SO4的性质及其应用 ‎1．在下图所示的实验装置中，从实验开始到过一段时间后，对观察到的现象叙述不正确的是(　　)‎ ‎　　　　　　　　　①　　②　　　③　　　④　　　　‎ A．①中苹果块会干瘪 B．②中胆矾晶体表面有“白斑”‎ C．③中小试管内有晶体析出 D．④中pH试纸变红 ‎【解析】　浓硫酸具有吸水性、脱水性和强氧化性。苹果块的水分被浓硫酸吸收变干瘪；胆矾晶体中的结晶水被浓硫酸吸收，表面出现“白斑”；饱和硝酸钾溶液中的溶剂部分被浓硫酸吸收，溶质呈晶体析出；由于浓硫酸的脱水性，试纸会变黑。‎ ‎【答案】　D 8‎ ‎2．下列事实与浓硫酸表现出的性质(括号中)的对应关系正确的是(　　)‎ A．在空气中敞口久置的浓硫酸，溶液质量增大(难挥发性)‎ B．在加热条件下铜与浓硫酸反应(强氧化性、酸性)‎ C．蔗糖与浓硫酸反应中有海绵状的炭生成(吸水性)‎ D．浓硫酸可用来干燥某些气体(脱水性)‎ ‎【解析】　 在空气中敞口久置浓硫酸，浓硫酸会吸收空气中的水蒸气而使溶液质量增大，表现了其吸水性；浓硫酸使蔗糖炭化，表现了脱水性；浓硫酸可干燥某些气体表现了吸水性。‎ ‎【答案】　B 题组2　浓H2SO4的强氧化性实验探究 ‎3．某化学课外兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应情况，用如图所示装置进行有关实验： ‎ ‎ (1)B是用来收集实验中产生的气体的装置，但未将导管画全，请把导管补充完整。‎ ‎(2)实验中他们取‎6.4 g铜片和12 mL 18 mol/L浓硫酸放在圆底烧瓶中加热，直到反应完毕，最后发现烧瓶中还有铜片剩余。该小组学生根据所学的化学知识认为还有一定量的硫酸剩余。‎ ‎①请写出铜跟浓硫酸反应的化学方程式：________________________‎ ‎_____________________________________________________________。‎ ‎②为什么有一定量的余酸但未能使铜片完全溶解？你认为原因是_______‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎③下列药品中能够用来证明反应结束后的烧瓶中的确有余酸的是________(填写字母编号)。‎ A．铁粉　　　　　　 B．BaCl2溶液 C．银粉 D．Na2CO3溶液 ‎(3)装置C中试管D内盛装的是品红溶液，当B中气体收集满后，有可能观察到的现象是__________。待反应结束后，向C中烧杯内加入沸水，D中观察到的现象是__________。‎ ‎(4)实验装置C有可能造成环境污染。试用最简单的方法加以解决。(实验用品自选)_____________________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎【解析】　Cu只与浓硫酸在加热时反应，而不与稀硫酸反应。收集SO2‎ 8‎ 气体用向上排空气法，因此B装置应为长进短出，证明硫酸有剩余，应证明溶液中含H＋，而不应证明含SO，因此BaCl2溶液和Ag均不可。对C装置逸出的SO2，用浸有NaOH溶液的棉花团塞在试管口是最简单的方法。‎ ‎【答案】　(1)‎ ‎(2)①Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O ‎②随着H2SO4的消耗，浓H2SO4的浓度不断降低，稀H2SO4与Cu不反应　③AD ‎(3)红色褪去　恢复红色 ‎(4)用浸有NaOH溶液的棉团塞在试管口 ‎ 硝酸的性质及用途 ‎[基础·初探]‎ ‎1．酸性：硝酸是一元强酸，具有挥发性，具有酸的通性。‎ ‎2．强氧化性 ‎(1)与金属反应：‎ ‎①除Au、Pt以外的绝大多数金属都能与硝酸反应。‎ ‎②常温下，冷的浓硝酸能使Fe、Al钝化。‎ ‎③与铜反应(写出化学方程式)：‎ 浓硝酸：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。‎ 稀硝酸：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。‎ ‎(2)与非金属反应：‎ 加热时浓硝酸与木炭发生反应：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。‎ ‎(3)王水：‎ ‎①组成：浓硝酸与浓盐酸，体积比为1∶3。‎ ‎②性质：能使一些不溶于硝酸的金属如Au、Pt等溶解。‎ ‎3．不稳定性 ‎(1)化学方程式：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。‎ ‎(2)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。‎ ‎4．用途：硝酸用途广泛，是制炸药、染料、塑料的原料，也是化学实验室的必备试剂。‎ ‎[探究·升华]‎ ‎[思考探究]‎ 硝酸的强氧化性实验 8‎ 将铜片置于两支具支试管的底部(见下图)。通过分液漏斗分别加入2 mL浓、稀硝酸。‎ A　　　　　　　　　　　　　B 问题思考：‎ ‎(1)两支具支试管中观察到的实验现象是否完全相同？反应中浓硝酸、稀硝酸起什么作用？‎ ‎【提示】　不相同。加入浓硝酸的具支试管中出现的现象是铜片表面产生气泡，铜片溶解，溶液变蓝，具支试管上部空间无色变红棕色。加入稀硝酸的具支试管出现的现象是铜片表面产生气泡，铜片溶解，溶液变蓝，具支试管上部空间气体由无色变红棕色，后又变成无色。两支具支试管中浓、稀硝酸既表现出氧化性，又表现出酸性。‎ ‎(2)如何证明集气瓶里的气体是NO?‎ ‎【提示】　向集气瓶中通入少量O2(或空气)，气体颜色由无色变为红棕色，说明集气瓶中收集的气体是NO。‎ ‎(3)A装置中Cu若过量，生成成分有哪些？A装置收集的气体有NO2吗？要收集NO2，用什么方法？‎ ‎【提示】　NO2、NO；没有NO2，因为NO2与水反应生成NO；用向上排空气法。‎ ‎(4)NO能用向上排空气法收集吗？为什么？‎ ‎【提示】　不能，因为NO易被O2氧化。‎ ‎[认知升华]‎ 硝酸的强氧化性 ‎(1)规律：①硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。‎ ‎②还原剂一般被氧化成最高价态。‎ ‎(2)硝酸的强氧化性的表现 ‎①硝酸与金属的反应：‎ a．除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属。‎ b．活泼金属与HNO3反应不生成H2，HNO3的浓度不同，还原产物不同。‎ c．常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化，加热时反应。‎ ‎②硝酸与非金属的反应：‎ 反应规律：非金属单质＋浓硝酸―→最高价氧化物或高价含氧酸＋NO2↑＋H2O。‎ 8‎ ‎③硝酸与还原性化合物的反应：‎ 硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如HI、HBr、SO2、Fe2＋、FeO、Br－、I－、S2－、SO等均能被HNO3氧化。‎ ‎④硝酸与铁反应，当硝酸过量时，产物为Fe(NO3)3，当铁过量时为Fe(NO3)2。‎ ‎[题组·冲关]‎ 题组1　硝酸的性质 ‎1．下列反应中硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是(　　) ‎ A．使石蕊溶液变红 B．与铜反应放出NO气体，生成Cu(NO3)2‎ C．与Na2CO3反应放出CO2气体，生成NaNO3‎ D．与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2‎ ‎【解析】　A项，HNO3只表现酸性；B项，Cu与稀硝酸反应时，部分起酸的作用生成Cu(NO3)2，部分作氧化剂被还原为NO；C项，2HNO3＋Na2CO3===CO2↑＋H2O＋2NaNO3，HNO3只表现强酸性；D项，HNO3将S氧化为H2SO4，自身被还原为NO2，在该反应中HNO3只表现强氧化性。‎ ‎【答案】　B ‎2．下列关于硝酸说法正确的是(　　)‎ A．硝酸与金属反应，主要是＋5价氮得电子 B．浓HNO3与浓盐酸按3∶1的体积比所得混合物叫王水 C．硝酸电离出H＋，能被Zn、Fe等金属还原成H2‎ D．常温下，向浓HNO3中投入Fe片，会产生大量红棕色气体 ‎【解析】　硝酸与金属反应，主要是＋5价氮得电子，生成氮的低价化合物，一般不生成氢气。浓HNO3与浓盐酸按1∶3的体积比所得混合物叫王水。常温下铁遇到浓硝酸发生钝化，不会生成大量红棕色气体。‎ ‎【答案】　A 题组2　硝酸的有关计算 ‎3．38.4 mg铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到22.4 mL(标准状况)气体，则反应消耗的硝酸的物质的量可能是(　　)‎ A．1.0×10－3mol　　　　　 B．1.6×10－3mol C．2.2×10－3mol D．2.4×10－3mol ‎【解析】　浓硝酸适量，在反应过程中变稀，实际上发生了两个反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O,3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。反应消耗的HNO3包括起酸性作用和起氧化性作用的两部分，前者反应后以Cu(NO3)2形式存在，后者被还原后生成NO2、NO气体。从两个方程式看出Cu＋2HNO3(酸)～Cu(NO3)2，HNO3‎ 8‎ ‎(氧化剂)～NO2(或NO)，所以反应消耗的HNO3的物质的量为：×2＋＝1.2×10－3mol＋1×10－3 mol＝2.2×10－3mol。‎ ‎【答案】　C ‎4．将‎32.64 g铜与140 mL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‎11.2 L。请回答： ‎ ‎ (1)NO的体积为________ L，NO2的体积为________ L。‎ ‎(2)待产生的气体全部逸出后，向溶液中加入V mL a mol·L－1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部转化成沉淀，则原HNO3溶液的浓度为________ mol·L－1。‎ ‎【解析】　(1)设生成NO的物质的量为x，NO2的物质的量为y。‎ 则有，解得x＝0.26 mol，y＝0.24 mol；‎ V(NO)＝0.26 mol×‎22.4 L·mol－1＝‎5.824 L；‎ V(NO2)＝0.24 mol×‎22.4 L·mol－1＝‎5.376 L。‎ ‎(2)由原子守恒得：‎ HNO3 n(HNO3)＝n(气体) ＋n(NaOH)‎ 所以c(HNO3)＝ mol·L－1。‎ ‎【答案】　(1)5.824　5.376　(2) ‎【题后归纳】　硝酸与金属反应的“三个守恒、一个关系”突破计算 (1)三个守恒。‎ ‎①电子得失守恒：金属失电子数＝n(NO2)＋3n(NO)。,‎ ‎②氮原子守恒：n(HNO3)＝xn[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)。‎ ‎③若向反应后溶液加入NaOH溶液恰好使Mx＋沉淀完全，此时溶质为NaNO3，则存在：,n(Na＋)＝n(NO)＝n(HNO3)－n(NO)－n(NO2)。‎ (2)一个关系。,起酸性作用的HNO3的物质的量是金属物质的量和金属所带电荷数的乘积，可表示为n(HNO3)酸性＝xn(Mx＋)＝n(转移电子)。‎ 8‎