知识讲解_硫酸和硝酸(提高）

1 硫酸和硝酸 【学习目标】 1．以稀硫酸、硝酸为例复习酸的通性； 2．理解浓硫酸的吸水性、脱水性以及氧化性等三大特性； 3．理解硝酸的强氧化性及硫酸和硝酸的用途。 　　重点：浓硫酸、硝酸的化学性质 　　难点：浓硫酸和硝酸的氧化性 【要点梳理】 要点一、稀硫酸 要点诠释： 稀硫酸中存在着电离方程式：H2SO4=2H+ +SO42-，由于硫酸是强电解质，在水中完全电离，所以在稀硫酸中 存在的微粒是 H+ 、SO42-和 H2O。浓硫酸（质量分数为 98%）中，几乎不含水，所以在浓硫酸中几乎不存在硫 酸的电离，也就几乎不存在 H+和 SO42-离子，几乎全以硫酸分子形式存在。所以如果说稀硫酸体现的是 H+的性 质（只要是酸都能电离出氢离子，所以稀硫酸体现的是酸的通性。），那么浓硫酸则体现出硫酸分子的性质，也 就是具有特性。 稀硫酸具有酸的通性： 　　（1） 指示剂变色：石蕊变红；酚酞不变色。 　　（2） 与金属反应：Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑ ；2Al + 3H2SO4 ==Al2(SO4)3 + 3H2↑ 　　（3） 与碱的反应：2NaOH+H2SO4==Na2SO4+2H2O 　　（4） 与碱性氧化物反应：CuO +H2SO4 == CuSO4 +H2O 　　（5） 与某些盐的反应：BaCl2+H2SO4==BaSO4↓+ 2HCl 要点二、浓硫酸 【高清课堂：硫酸和硝酸 ID：395524#浓硫酸】 （一）物理性质 （1）纯硫酸：无色、粘稠的油状液体、难挥发 （2）98%的浓硫酸的密度为 1.84g/cm3 （3）沸点高：沸点 338℃，高沸点酸能用于制备低沸点酸 （4）硫酸与水任意比例混溶； 浓硫酸的稀释（酸入水）：将液体沿器壁或沿玻璃棒慢慢加入水中，并不断搅拌使其混合均匀。 （二）浓硫酸的特性 浓硫酸的特性有：吸水性、脱水性和强氧化性。 要点诠释： 　1．吸水性与脱水性的区别 浓硫酸吸水是把物质本身中含有的自由 H2O 分子或结晶水吸收。浓硫酸脱水是把本身不含水的有机物中的 氢元素和氧元素按原子个数比 2∶1 的形式脱去，C12H22O11 12C+11H2O。所以，二者的本质区别是物质中 有没有现成的水分子。注意：在浓硫酸作用下，结晶水合物失去结晶水属于浓硫酸的吸水性。 利用浓硫酸的吸水性，常用浓硫酸作干燥剂，浓硫酸可以干燥 H2、Cl2、O2、SO2、N2、CO2、CO、CH4 等 气体，但是它不能用来干燥碱性气体（如 NH3）和强还原性气体（如 HBr、HI、H2S）。 2．强氧化性：在浓硫酸中主要是以硫酸分子的形式存在，体现的是硫酸分子的性质。在硫酸分子中，存在+6 价硫，很容易得电子被还原，所以具有很强的氧化性。浓硫酸能将大多数金属（如 Cu）或非金属（如 C）氧化： （1）Fe、Al 的钝化 常温下，当 Fe、Al 等金属遇到浓硫酸时，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）与不活泼金属和非金属的反应2 由于浓硫酸具有强氧化性，故存在与稀硫酸不同的化学性质，能够与不活泼金属或非金属发生反应，反应过 程中有如下规律： ①反应要加热，否则不反应； ②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。 ③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。如： Cu+2H2SO4(浓) CuSO4 + 2H2O +SO2↑ 2Ag+2H2SO4 (浓) Ag2SO4+SO2↑+2H2O C+2H2SO4(浓) CO2↑+2H2O+2SO2 ↑ 　　 S+2H2SO4 (浓) 3SO2↑+2H2O ④浓硫酸氧化含低价非金属元素的化合物 H2S+H2SO4 (浓)==S↓+SO2↑+2H2O 或 H2S+3H2SO4 (浓) 4SO2↑+4H2O 2HI+H2SO4 (浓)==I2+SO2↑+2H2O 2HBr+H2SO4 (浓)==Br2+SO2↑+2H2O ⑤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。 （三）硫酸的用途 　　硫酸是重要的化工原料，也是化学实验室必备的重要试剂。在工业上可用来制造化肥、农药、炸药、染料、 盐类等。硫酸还用于精炼石油、干燥剂或制取各种挥发性酸等等。 要点三、 硝酸 【高清课堂：硫酸和硝酸 ID：395524#硝酸】 （一）硝酸的物理性质 　　无色，易挥发，具有刺激性气味的液体，易溶于水。浓硝酸常因为溶解有 NO2 而呈黄色。质量分数为 69% 的硝酸为常用浓硝酸。98%以上的硝酸称之为发烟硝酸。 （二）硝酸的化学性质 1．硝酸具有酸的通性 　　①与金属反应：一般不生成氢气 　　②与碱性氧化物反应：如 CuO、Na2O、Fe2O3 等 　　③与碱反应：Cu(OH)2、NaOH 等 　　④与盐反应：NaHCO3、Na2CO3 等 　　⑤与指示剂反应：浓硝酸可使石蕊先变红后褪色 要点诠释： 在利用 HNO3 的酸性时，要注意考虑它的强氧化性。如 FeO 与稀硝酸反应时的方程式应是： 3FeO+10HNO3(稀)==3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O，而不是 FeO+2HNO3 (稀)==Fe(NO3)2+H2O。 2．不稳定性： 硝酸是不稳定性酸，受热或者光照易分解，所以实验室中常用棕色瓶储存硝酸。 　　4HNO3 O2↑+ 4NO2↑+ 2H2O 3．硝酸的强氧化性 要点诠释： △ △ △3 　　由于 HNO3 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，故硝酸具有强氧化性。硝酸的强氧化性规律：①温度越高，硝酸越浓，其氧化性越强。 ②与硝酸反应时， 还原剂一般被氧化成最高价态。 （1）浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色。 （2）与非金属单质 C、S、P 等在加热条件下反应，非金属元素被氧化成酸性氧化物。如： C+4HNO3 (浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O， S+6HNO3 (浓) H2SO4+6NO2↑+2H2O。 （3）金属与 HNO3 反应一般不生成 H2，浓 HNO3 一般被还原为 NO2，稀 HNO3 一般被还原为 NO，极稀 HNO3 可被还原成 NH3，生成 NH4NO3 等。 3Cu+8HNO3（稀）==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O Cu+4HNO3（浓）==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 要点诠释： 浓硝酸与 Cu 反应时，若 Cu 过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为 NO2，但随着反应的进行，硝酸变稀， 其还原产物将为 NO，最终应得到 NO2 与 NO 的混合气体，可利用氧化还原反应过程中化合价升降总数相等的守 恒规律求解有关 Cu、HNO3 和混合气体之间的量的关系。 （4）钝化：常温时，冷的浓硝酸、浓硫酸可使铝、铁表面生成致密的氧化膜，阻止酸与金属的进一步反应， 这种现象叫钝化。钝化其实也是硝酸强氧化性的表现，利用金属 Al 和 Fe 的这种性质，我们可以用 Al 或 Fe 制的 容器来盛装浓硫酸或浓硝酸。 （5）硝酸与铁反应时，产物符合以下规律 （6）注意 NO3－在离子共存问题的判断中的特殊性。在水溶液中，NO3－本无氧化性，但当水溶液中有大量 H+存在时，NO3－就表现出强氧化性，如在有 H+、NO3－存在的溶液中就不能存在 Fe2+、S2－、I－、SO32－、Br－ 等还原性离子。 （三）氧化性酸和酸的氧化性的区别 所谓氧化性酸是指酸根部分易于获得电子的酸，如浓硫酸、硝酸等，由于其中 、 易获得电子，表现出 很强的氧化性；而氢碘酸、氢硫酸、碳酸、磷酸等酸根部分不能或不易获得电子，所以它们是非氧化性酸，其中， 氢碘酸、氢硫酸的酸根部分易失电子，在氧化还原反应中作为还原剂。故又可以叫做还原性酸。 在水溶液中任何酸都能不同程度地电离出 H+，H+在一定条件下可获得电子形成 H2，从这一点看，酸都具有 氧化性，这是 H+的氧化性，它和氧化性酸中心元素处于高价态易获得电子具有的氧化性是不同的。 【典型例题】 类型一、硫酸的性质 例 1、下列对浓 H2SO4 的叙述正确的是（ ）。 A．常温下，浓 H2SO4 与铁、铝不反应，所以铁制、铝制容器能盛装浓 H2SO4 B．浓 H2SO4 具有吸水性，能使蔗糖炭化 C．浓 H2SO4 和铜片的反应中，H2SO4 既表现强酸性又表现强氧化性 D．浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氨气、氢气等气体 【答案】C △ 6 S + 5 N +4 【解析】常温下浓 H2SO4 与铁、铝接触，能使铁、铝表面生成一层致密的氧化物保护膜，阻止内部金属继续 跟浓硫酸反应，这就是金属的钝化现象。浓 H2SO4 是从蔗糖的分子中夺取与水分子组成相当的氢和氧，使蔗糖炭 化，表现为脱水性。铜与浓 H2SO4 在加热情况下发生反应：Cu+2H2SO4 (浓) CuSO4+SO2↑+2H2O，可见，2 mol 浓 H2SO4 中，1 mol 是作为氧化剂，还有 1 mol 起酸的作用。由于 NH3 是一种碱性气体，H2SO4 易与 NH3 反应： H2SO4+2NH3==(NH4)2SO4，所以浓硫酸不能用于干燥氨气。 【总结升华】在氧化还原反应中，若 H2SO4 全部被还原（生成 SO2），则 H2SO4 只表现出强氧化性，如浓 H2SO4 与 C 单质反应；若 H2SO4 只有部分被还原，还有一部分转化为硫酸盐和水，则 H2SO4 体现强氧化性和酸性，如 在与 Cu 的反应中，H2SO4 既体现氧化性又体现酸性。在复分解反应中，H2SO4 表现出酸性、SO42－的性质或难挥 发性。 举一反三： 【变式 1】（2016 广东省广州一中会考模拟）下列操作中，不能区别浓硫酸与稀硫酸的是（ ）。 A．分别加入铁片 B．分别观察外表 C．分别加入蔗糖 D．分别加入硫酸铜晶体 【答案】B 【解析】A 项，常温下，铁和稀硫酸反应生成氢气，铁和浓硫酸发生钝化现象，现象不同，所以可以区别， 故 A 不选；B 项，浓硫酸、稀硫酸都是无色液体，所以观察外表无法区别，故 B 选；C 项，浓硫酸具有强氧化 性、脱水性，能使蔗糖被氧化而变黑，稀硫酸不能使蔗糖被氧化，所以现象不同，可以区别，故 C 不选；D 项， 浓硫酸具有吸水性，能使硫酸铜晶体变为无色，而稀硫酸不能使硫酸铜晶体变为无色，现象不同，可以区别， 故 D 不选。 【变式 2】下列事实与浓硫酸表现出的性质(括号中)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(脱水性) B．在加热条件下铜与浓硫酸反应(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(不挥发性) 【答案】B 【解析】在 A 中，表现出的是浓硫酸的吸水性；C 中，表现出的是浓硫酸的脱水性；D 中，表现出的是浓 硫酸的吸水性。 例 2、某化学兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应，用下图所示装置进行有关实验。请回答： （1）装置 A 中发生反应的化学方程式为________。 （2）装置 D 中试管口放置的棉花中应浸一种液体，这种液体是________，其作用是________。 （3）装置 B 的作用是贮存多余的气体。当 D 处有明显的现象后，关闭旋塞 K，移去酒精灯，但由于余热的 作用，A 处仍有气体产生，此时 B 中现象是________。B 中应放置的液体是________（填字母）。 A．水 B．酸性 KMnO4 溶液 C．浓溴水 D．饱和 NaHSO3 溶液 （4）实验中，取一定质量的铜片和一定体积的 18 mol·L－1 浓硫酸放在圆底烧瓶中共热，直到反应完毕， 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，其原因是________。 【答案】（1）Cu+2H2SO4 (浓) CuSO4+SO2+2H2O △ △5 （2）碱液；吸收多余的 SO2，防止污染空气 （3）广口瓶中液面下降，长颈漏斗中液面上升；D （4）反应过程中浓硫酸被消耗，逐渐变稀，而铜不和稀硫酸反应 【解析】Cu 与浓硫酸反应的方程式为：Cu+2H2SO4 (浓) CuSO4+SO2+2H2O，反应过程中浓 H2SO4 不断被消 耗，同时反应生成 H2O，使浓 H2SO4 的浓度减小，当降低到一定程度，即变为稀 H2SO4 时，反应停止。（2）生 成的 SO2 具有漂白性，且污染大气，可用 NaOH 溶液吸收。（3）余热使反应继续进行，生成的多余气体可储存 于 B 装置中，排出的液体进入长颈漏斗中，为减少 SO2 的溶解，广口瓶中应装饱和 NaHSO3 溶液。 【总结升华】本题主要考查铜和浓硫酸的反应以及产物的性质。 【变式 1】（1）浓硫酸与木炭在加热条件下反应的化学方程式为________ 。 （2）试用图表中各装置设计一个实验，验证上述反应所产生的各种产物。这些装置的连接顺序（按产物气 流从左到右的方向）是（填装置的编号）：________→________→________→________。 编号 ① ② ③ ④ 装置 （3）实验时可观察到装置①中 A 瓶的溶液褪色，C 瓶的溶液不褪色。A 瓶溶液的作用是________，B 瓶溶 液的作用是________，C 瓶溶液的作用是________ 。 （4）装置②中所加的固体药品是________，可确定的产物是________，确定装置②在整套装置中位置的理 由是________。 （5）装置③中所盛溶液是________，可验证的产物是________。 【答案】（1）C+2H2SO4 (浓) 2SO2↑+CO2↑+2H2O （2）④ ② ① ③ （3）验证产物气流中有 SO2，将 SO2 全部氧化吸收，确定产物中的 SO2 已被 B 瓶溶液全部吸收 （4）无水 CuSO4 ，水蒸气，由于产物气流通过①、③时会带出水蒸气，所以②必须在①、③之前 （5）澄清石灰水 CO2 【解析】木炭与浓硫酸加热反应生成 CO2、SO2 和 H2O。其中 CO2、SO2 在化学性质上的相同点都是酸性氧 化物，都跟澄清石灰水中的 Ca(OH)2 反应，使澄清石灰水变浑浊，这会干扰鉴别。SO2 和 CO2 在化学性质上的明 显不同点是 SO2 有漂白性和强还原性，而 CO2 都没有。在 SO2 和 CO2 混合气体中，首先用品红检验 SO2 的存在， 然后将 SO2 氧化除去，再用澄清石灰水检验 CO2 的存在，是一种确认 SO2 和 CO2 共存的好方案。由于对 CO2、SO2 的确认都是在水溶液中进行的，所以应在确认 CO2 和 SO2 之前确认 H2O。与水发生作用并伴有明显现象的物质， 中学阶段熟知的是无水 CuSO4，白色的 CuSO4 粉末与 H2O 反应生成蓝色的 CuSO4·5H2O 晶体。 【总结升华】本题主要考查实验的总体设计，结合所给试剂的作用，判断各部分装置可验证的产物，从而确 定各装置间的连接顺序，另外知识性的问题是要区分 SO2 和 CO2 性质的异同点，确定检验的方法和顺序。 【变式 2】（2015 河南豫北期末）下列酸在与金属铁发生反应时，酸中除氢元素外其他元素的化合价不会发生变 化的是（ ）。 A．浓盐酸 B．浓硫酸 C．稀硝酸 D．浓硝酸 【答案】A 类型二、 硝酸的性质 例 3、将相同质量的铜分别和过量的浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是（ ）。 △ △6 A．反应快慢：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 【答案】B 【解析】比较反应 Cu+4HNO3 (浓)==Cu(NO 3)2+2NO2 ↑+2H 2O 和 3Cu+8HNO3 (稀)==3Cu(NO 3)2+2NO↑ +4H2O 可知，当 Cu 的质量相同、HNO3 过量时，两个反应中，转移的电子数目相同，消耗的 HNO3 前者多，生 成气体的颜色前者深。浓 HNO3 的氧化性比稀 HNO3 强，浓 HNO3 与铜反应的速率比稀 HNO3 快得多。 【总结升华】金属与硝酸的反应是一个非常重要的考点，考查角度有 HNO3 体现的性质、氧化还原反应方程 式的配平及电子转移分析、产生的气体的体积和硝酸的物质的量浓度的计算等（依据原子守恒、电子守恒）。 举一反三： 【变式 1】下列对于硝酸的认识，正确的是（ ）。 A．浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性 B．铜和稀硝酸反应属于置换反应 C．在铜和浓硝酸的反应中，硝酸只体现了氧化性，没有体现酸性 D．可用铝或铁制容器盛装稀硝酸 【答案】A 【变式 2】在下列反应中，HNO3 既表现出氧化性，又表现出酸性的是（　　） 　　A．H2S＋2HNO3 S↓＋2NO2↑十 2H2O 　　B．CuO＋2HNO3 Cu（NO3）2 十 H2O 　　C．4HNO3 4NO2↑十 O2↑十 2H2O 　　D．3Cu＋8HNO3 3Cu（NO3）2＋2NO↑十 4H2O 【答案】D 【解析】A 表现了 HNO3 的氧化性；B 表现了 HNO3 的酸性；C 主要表现 HNO3 的不稳定性。 【变式 3】从降低成本和减少环境污染的角度考虑，制取硝酸铜最好的方法是 　　A．铜和浓硝酸反应　　　　　　　B．铜和稀硝酸反应 　　C．氧化铜和硝酸反应　　　　　　D．氯化铜和硝酸银反应 【答案】C 【解析】由方程式可得关系式为： A 项，Cu～4HNO3（浓）～Cu（NO3）2～2NO2 　　B 项，Cu～HNO3（稀）～Cu（NO3）2～NO 　　C 项，CuO～2HNO3～Cu（NO3）2～H2O 　　由以上关系式可以看出：C．既节约原料，同时又不产生有毒气体。D．成本太高亦不可采用。故 C 为最好 的办法。 类型三、计算题 例 4、19.2mg 铜跟适量浓硝酸反应后,铜完全溶解,共收集到 11.2mL 标况下气体,则反应消耗的硝酸可能为 （ ）。A、0.8×10－3mol B、0.5×10－3mol C、1.2×10－3mol D、1.1×10－3mol 【答案】D 【解析】适量的浓硝酸，生成的产物就不一定全部是 NO2，随反应的进行，硝酸的浓度将下降，变成稀硝酸， 就会生成 NO。但我们完全不必追算到底生成的是单一气体还是混和气体，利用守恒法巧解如下： 根据 N 原子守恒,有如下物料守恒式:n(HNO3) ＝n(HNO3)氧＋n（HNO3）酸＝n(气) ＋2n[Cu(NO3)2]7 ＝(11.2×10－3/22.4)＋2×(19.2×10－3/64) ＝1.1×10－3mol。 【总结升华】本题只考虑 11.2mL 气体为 NO2 和 NO 的中的一种或两种，不考虑的 NO2 部分变成 N2O4。 举一反三： 【变式 1】用热的稀硝酸与足量的铁粉反应，反应后溶液只有 Fe(NO3)2，并放出 N2O 气体 4.48L（标准状况下） 则反应中被氧化 的铁粉质量是（ ）。 A、5.6g　　　　　 B、11.2g　　　 C、22.4g　　　 D、44.8g 【答案】D 【解析】运用电子得失守恒计算。在此反应中，有关元素价态变化是： ， 生成 4.48L N2O 气体，得到的电子为： 这些电子均源于 ，需 0.8molFe 参加反应 【变式 2】将 7 g 某铜、银合金与足量的 a mol·L－1 的 HNO3 充分反应，完全溶解后放出的气体与标准状况下的 氧气 0.56 L 混合，通入水中恰好完全吸收，则此合金中铜的质量是（ ）。 A．1.6 g B．2.4 g C．3.2 g D．4.8 g 【答案】A 【解析】根据题意可以发现：铜、银合金被硝酸氧化，所失去的电子被硝酸获得，生成的还原产物（气体)与 0.56 L 氧气混合，通入水中恰好完全吸收，产物必然是硝酸。所以，铜银合金失去的电子相当于被氧气获得。 0.56 L 氧气的物质的量为 0.025 mol。 ， 解得 n (Cu)=0.025 mol，即铜的质量为 0.025 mol×64 g·mol－1=1.6 g。 【变式 3】在浓硝酸中放入铜片，试回答： （1）开始反应的化学方程式为________ ， 实验现象为________ 。 （2）若铜有剩余，则反应将要结束时的化学方程式是________ 。 （3）待反应停止后，再加入少量质量分数为 25％的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，其原因是________ 。 （4）若将 12.8 g 铜跟一定量的浓硝酸反应，铜耗完时，共产生气体 5.6 L（标准状况），则所消耗的硝酸的 物质的量是________，所得气体的平均相对分子质量为________。 【答案】（1）Cu+4HNO3 (浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 溶液逐渐变蓝，有红棕色气体逸出 （2）3Cu+8HNO3 (稀)==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O （3）加入稀 H2SO4 后，H+与原溶液中的 NO3－构成强氧化性的条件，又能与过量的 Cu 反应，反应方程式如 （2） （4）0.65 mol 41.2 【解析】 第（2）题中随着反应的进行，硝酸浓度不断减小，故反应后阶段发生的是铜与稀 HNO3 的反应。 第（4）题中， ，故根据 N 原子守恒消耗 n (HNO3)=2n (Cu)+n (NOx)=2 (Cu) 64 (Ag) 108 7 (Cu) 2 (Ag) 1 0.025 4 n n n n × + × =  × + × = × 1 5.6L(NO ) 0.25mol22.4 L moln x −= =⋅8 × +0.25 mol=0.65 mol。（提示：根据 N 原子守恒列出关系式） 设产生 NO2 的物质的量为 x，则 NO 的物质的量为（0.25 mol－x）。根据得失电子守恒，得下列方程： ， 解得：x=0.175 mol。 。 故所得气体的平均相对分子质量为 41.2。 【总结升华】尽管稀硫酸不与 Cu 反应，但在稀硝酸与 Cu 反应的溶液中含 NO3－，而稀硫酸能电离出 H+， 这相当于溶液中仍有“稀硝酸”。又会使一部分 Cu 溶解。所以在进行此类题的有关计算时，应按离子方程式 3Cu+8H++2NO3－==3Cu2++2NO↑+4H2O 进行计算。与之类似地随着反应的进行 Cu 与浓硫酸反应一段时间会停 止；Zn 与浓硫酸反应开始生成 SO2 后来生成 H2。第（2）题 Cu 与浓 HNO3 反应开始生成 NO2，后来生成 NO。 1 12.8g 64g mol−⋅ 1 12.8g1 (0.25mol ) 3 264g molx x −⋅ + − × = ×⋅ 1 1 10.175mol 46g mol 0.075mol 30g mol 41.2g mol0.25molM − − −× ⋅ + × ⋅= = ⋅9 【巩固练习】 一．选择题（每小题只有一个选项符合题意） 1．下列叙述或操作中正确的是(　　)。 A．稀释浓硫酸时，将浓硫酸沿着量筒壁慢慢的注入盛有水的量筒中，并不断搅拌 B．浓硫酸具有氧化性，稀硫酸无氧化性 C．浓硫酸不慎沾到皮肤上，应立即用干布拭去，再用水冲洗 D．浓硫酸与铜反应中，被氧化和被还原的物质的“物质的量”之比为 1∶2 2．（2016 内蒙古期末考）铜粉放入稀硫酸溶液中，加热后无明显现象发生，当加入一种盐后，铜粉 的质量减少，溶液呈蓝色，同时有气体逸出。该盐是（ ）。 A．Fe2(SO4)3 B．Na2CO3 C．KNO3 D．FeSO4 3．用内置有螺旋状铜丝的胶头滴管小心吸取一滴管浓硝酸后迅速插入细口瓶中（如图所示），滴管与瓶口接触处 垫一小块滤纸使滴管与瓶口留少量空隙，依次观察到如下现象：①滴管内产生红棕色气体，液面下降；②滴管内 的液面上升，气体变成无色；③滴管内的液面再次下降。下列说法中不正确的是 （ ）。 A．现象①中产生的红棕色气体为 NO2 B．产生现象②的原因是 NO2 与水反应 C．产生现象③的原因是铜与稀硝酸反应 D．最终瓶内溶液中的溶质一定只有 Cu(NO3)2 4．（2016 陕西省延川中学期中考）向 Fe(NO3)2 溶液中逐滴加入稀盐酸，溶液颜色变化应是（ ）。 A．无变化 B．颜色变浅 C．变为棕黄色 D．变为红褐色 5．若将浓 H2SO4 慢慢滴入浓盐酸中，可能产生的实验现象是（ ）。 A．冒白雾，混合物温度升高 B．产生黄绿色气体 C．冒白雾，混合物温度降低 D．液体四溅，冒白烟 6．下列气体的制备可采用下图装置的是（ ）。 A．铜与浓硝酸反应制 NO2 B．铜与稀硝酸反应制 NO C．加热浓氨水法制氨气 D．大理石与硫酸反应制 CO2 7．用右图装置制取、提纯并收集表中的四种气体（a、b、c 表示相应仪器中加入的试剂），其中可行的是( )。 气体 a b c A NO2 浓硝酸 铜片 NaOH 溶液 B SO2 浓硫酸 铜片 酸性高锰酸钾溶液 C NH3 浓氨水 生石灰 碱石灰 D CO2 稀硫酸 CaCO3 粉 末 浓硫酸 8．某化学课外小组利用废铜制取硫酸铜，设计了如下制取方案，其中从理论、操作、经济和环保等方面考虑， 你认为最合理的是（ ）。 A．Cu CuSO4∆→稀硫酸10 B．Cu CuSO4 C．Cu CuO CuSO4 D．Cu Cu(NO3)2 2Cu(OH)2 CuSO4 9．下列离子在溶液中因发生氧化还原反应而不能大量共存的是（ ）。 A．K+、Ba2+、OH－、SO42－ B．Cu2+、NH4+、Br－、OH－ C．NO3－、Fe2+、Na+、H+ D．Ag+、Cl－、Fe2+、K+ 10．向 50 mL 18 mol·L－1 的 H2SO4 溶液中加入足量的铜片并加热，充分反应后，被还原的 H2SO4 的物质的量 （ ）。 A．小于 0.45 mol B．等于 0.45 mol C．在 0.45 mol 与 0.90 mol 之间 D．大于 0.90 mol 11．0.3mol CuS 和足量的稀硝酸反应生成硝酸铜、硫酸、一氧化氮和水，则参加反应的硝酸中未被还原的硝酸的 物质的量为（ ）。 A、2.2mol　　　 B、1.2mol　　　 C、0.6mol　　　 D、0.3mol 12．76.8mg 铜与适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，如果 NO3－离子减少 2×10－3mol，则溶液中 H＋离子同时下 降 　　A．4.0×10－3mol 　　 B．4.4×10－3mol C．3.2×10－3mol 　　 D．2.2×10－3mol 13．将 0.1 mol 铜与 40 mL 10 mol/L HNO3 充分反应后，溶液中含 a mol H＋，由此可知(　　)。 A．生成的气体在标准状况下的体积为 4.48 L B．生成的气体在标准状况下的体积为 1.49 L C．被还原的硝酸的物质的量为(0.2－a)mol D．反应后溶液中所含 NO3－的物质的量为 0.2 mol 14．硫酸和硝酸的混合溶液 20 mL，其中含有硫酸的浓度为 2 mol/L，含硝酸的浓度是 1 mol/L，现向其中加入 0.96 g 铜粉，充分反应后（假设只生成 NO 气体），最多可收集到标准状况下的气体的体积为（ ）。 A．89.6mL B．112mL C．168mL D．224mL 二、填空题： 1．（2015 浙江杭州月考）HNO3 与金属反应时，还原产物可能是 NO2、NO、N2O、N2、NH3 的一种或几种。现 有一定量的 Al 粉和 Fe 粉的混合物与 100 mL 稀硝酸充分反应，反应过程中无任何气体放出。在反应结束后的溶 液中，逐渐加入 4 moL／L 的 NaOH 溶液，加入 NaOH 溶液的体积（mL）与产生沉淀的物质的量关系如下图。 请回答： （1）与 HNO3 反应后 Fe 元素的化合价是________。 （2）纵坐标中 A 点数值是________，B 点数值是________，原 HNO3 浓度是________。 2．（7 分）非金属单质 A 经如下图所示的过程转化为含氧酸 D，已知 D 为强酸，请回答下列问题： A B C D （1）若 A 在常温下为固体，B 是能使品红溶液褪色的有刺激性气昧的无色气体。 ∆→浓硫酸 2O ∆→ →稀硫酸 3AgNO→溶液 NaOH →溶液 →稀硫酸 2O→ 2O→ 2OH→11 ①D 的化学式是________； ②在工业生产中，B 气体的大量排放被雨水吸收后形成________而污染了环境。 （2）若 A 在常温下为气体，C 是红棕色的气体。 ①A、C 的化学式分别是 A________；C________。 ②D 的浓溶液在常温下可与铜反应并生成 c 气体，请写出该反应的化学方程式________________。该反应 ________（填“属于”或“不属于”）氧化还原反应。 三、实验题 1．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，请补充完整。 (2)实验中他们取 6.4 g 铜片和 12 mL 18 mol·L－1 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)___________________ __ 。 2．（2015 山东日照检测）某化学兴趣小组为研究生铁（含碳）与浓硫酸的反应情况及产物性质，进行了如下实 验。请回答下列问题： （1）按上图所示装置进行实验（夹持装置及尾气处理装置未画出）。仪器 b 的名称为________；实验过程中， 装置 B 中观察到的现象是________；装置 C 中有白色沉淀生成，该沉淀是________（填化学式）。 （2）装置 A 中还会产生 CO2 气体，请写出产生 CO2 的化学方程式：________。 （3）为了验证装置 A 中产生的气体中含有 CO2，应先从下列①～④中选出必要的装置连接装置 A 中 C 处管 口，从左到右的顺序为________（填序号）；然后再进行的操作是从 a 处多次鼓入 N2，其目的是________。12 （4）某同学认为装置 A 中产生的气体中还含有 H2，理由是________（用离子方程式表示）。 3．某课外学习小组，为探究稀硝酸能与 Cu 反应生成无色的 NO 气体，设计了如右图所示的装置。请回答下列 问题： （1）请写出稀硝酸与 Cu 反应的离子方程式________________。 （ 2 ） 写 出 向 U 形 管 中 注 人 稀 硝 酸 并 将 左 管 充 满 的 操 作 过 程 ： ________________。 （3）将左管充满稀硝酸的原因是________________。 （4）实验开始时，反应很慢，为加快反应速率，应采取什么措施？ （5）实验中 HNO3 与 Cu 的反应能否自动停止？为什么？ （6）在实验中，证明生成的无色气体是 NO 的操作是________________。 （7）为防止气体从分液漏斗上口外逸，污染空气，教师建议同学们在漏斗上口处放一小团蘸有浓 NaOH 的 棉花，将有毒气体吸收。其中一种气体与 NaOH 溶液反应生成亚硝酸盐和硝酸盐，请写出化学方程式________。 四、计算题 1． 6.4 g Cu 与过量硝酸（amol／L，30 mL）充分反应。硝酸的还原产物只有 NO2、NO。反应后溶液中含 H+为 0.1 mol。 （1）此时溶液中所含 NO3－为________mol。 （2）求生成的气体中 NO2 和 NO 的物质的量各为多少？（用含有 a 的式子表示） 2．将 32.64 克铜与 140mL 一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的 NO 和 NO2 混合气体的体积为 11.2L（标准 状况）请回答以下问题： （1）NO 的体积为 L，NO2 的体积为 L。 （2）待产生的气体全部释放后，向溶液中加入 Vml、amol/LNaOH 溶液，恰好使溶液中的 Cu2+全部转化为沉淀， 则原硝酸溶液的浓度为 mol/L. (3)使铜与硝酸反应产生的气体在 NaOH 溶液中完全转化为 NaNO3，至少需要 30%的双氧水 克。13 【答案与解析】 一、选择题 1．C 【解析】浓硫酸在稀释过程中放出大量的热，不能在量筒中稀释，A 错；浓硫酸和稀硫酸都有氧化性，只是起氧 化性的粒子不同，在浓硫酸中是 ，而在稀硫酸中是 H＋，B 错。 2．C 【解析】A 项，Cu、稀硫酸、硫酸铁混合时，铜和硫酸铁发生氧化还原反应，生成硫酸亚铁和硫酸铜，造成铜 粉的质量减少，但没有气体，故 A 错误；B 项，Cu 与稀硫酸不反应，加入 Na2CO3 时与酸反应生成二氧化碳气 体，但 Cu 不溶解，故 B 错误；C 项，Cu、稀硫酸、KNO3 混合时发生 3Cu+8H++2NO3―=3Cu2++2NO↑+4H2O，则 铜粉质量减轻，同时溶液逐渐变为蓝色，且有气体逸出，故 C 正确；D 项，Cu、稀硫酸、FeSO4 混合时不反应， 故 D 错误。 3．D 【解析】用内置有螺旋状铜丝的胶头滴管小心吸取一滴管浓硝酸后迅速插入细口瓶中，铜和浓硝酸发生反应 Cu+4HNO3 (浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，生成的二氧化氮为红棕色气体，A 项正确；现象①中产生的二氧化 氮能和水发生反应 3NO2+H2O==2HNO3+NO，从方程式可知，3 mol 二氧化氮与水反应，生成 l mol 一氧化氮气 体，气体的体积减小，滴管内的压强减小，所以滴管内的液面上升，气体变成无色，B 项正确；现象②中稀硝酸 与内置的螺旋状铜丝发生反应 3Cu+8HNO3==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，因滴管内有气体生成，压强增大，所以 滴管内的液面再次下降，C 项正确；滴管与瓶口接触处垫一小块滤纸使滴管与瓶口留少量空隙，现象③中生成的 一氧化氮气体与氧气、水反应生成硝酸，硝酸与铜反应，最终可能有硝酸剩余，所以最终瓶内溶液中的溶质有 Cu(NO3)2，也可能有 HNO3，D 项错误。 4．C 【解析】往浅绿色的 Fe(NO3)2 溶液中逐滴加入稀盐酸时，加入了氢离子，提供了酸性环境。氢离子和硝酸根构 成了稀硝酸，具有氧化性，发生反应的离子方程式为：3 Fe2＋+ NO3－+4H+=3 Fe3＋+NO↑+2H2O，三价铁离子为棕 黄色。 5．A 【解析】浓硫酸具有吸水性且溶于水时放出大量热，使浓盐酸挥发出大量的 HCl。 6．B 【解析】NO2，NH3 溶于水，大理石与硫酸反应生成 CaSO4（微溶），覆盖在大理石的表面使反应停止。 7．D 【解析】装置图分三部分，左边是气体发生装置，中间是除杂，右边是气体收集。A 中 NO2 不能用氢氧化钠溶 液除杂，它本身与其反应生成盐；B 中不能用酸性高锰酸钾溶液除杂，自身可以被氧化；C 中氨气不能用向上排 空气法收集；D 用碳酸钙粉末和稀硫酸可以制 CO2。 8．C 【解析】A 项不反应，B 项因生成 SO2 有污染，D 项从经济上不划算。 9．C 【解析】A 项中生成 BaSO4 沉淀，但不是氧化还原反应；B 项中有 Cu(OH)2 沉淀，D 项中有 AgCl 沉淀，这些也 不是氧化还原反应；C 项中 Fe2+→Fe3+是被 HNO3 氧化的，故选 C 项。 10．A 【解析】本题通过金属铜与 H2SO4 反应的定量判断，考查学生思维的严密性和整体性。在 50 mL 18 mol·L－1 的 浓 H2SO4 中含纯 H2SO4 的物质的量是 0.90 mol。铜与浓 H2SO4 在加热时反应：Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑ +2H2O。随着反应的进行，由于反应有水生成并逐渐积累，而使浓 H2SO4 逐渐变稀，到一定程度时 H2SO4 不再与 Cu 发生反应，可见被还原的 H2SO4 的物质的量应小于 0.45mol。 11．C △ 14 【解析】若想写出上述反应方程式并非易事。但经过分析，利用参加反应的硝酸中未被还原的硝酸只存在于硝酸 铜这一点，应用 0.3mol CuS ～ 0.3mol Cu2+ ～ 0.3mol Cu(NO3)2 ～ 0.6mol NO3- 这一关系，得到答案。 12．B 【解析】反应的硝酸作用分两方面：充当氧化剂和酸性。因为 NO3－减少 2×10－3mol，故充当氧化剂的硝酸为 2 ×10－3mol；76.8mg 铜即 1.2×10－3mol，生成 Cu(NO3)2 的物质的量为 1.2×10－3×2mol，故充当酸性的硝酸为 2.4×10－3mol，所以参加反应的硝酸共为 4.4×10－3mol，即 H＋下降 4.4×10－3mol。 13．C 【解析】溶液中含有 H＋，则 HNO3 过量。在反应过程中，实际上发生了两个反应： ①Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O， ②3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，　 反应消耗的 HNO3 包括起酸的作用和起氧化剂作用的两部分，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。从两反应式看出：Cu＋2HNO3(酸)～Cu(NO3)2，HNO3(氧化剂)～NO2(或 NO)，起酸用 的硝酸为 0.2 mol，生成的气体为 NO、NO2 的混合气体，溶液中有 a mol 的 HNO3，则被还原的 HNO3 为(0.4－a－ 0.2) mol，生成的气体的物质的量为(0.4－a－0.2)mol，反应后溶液中的 NO3－包括 HNO3 和 Cu(NO3)2 电离出的 NO3 －，其物质的量为(a＋0.2)mol。 14．D 【解析】利用离子方程式：3Cu＋8H++2NO3—(稀)===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O 求解，关键判断 Cu、8H+、2NO3—三 方的相对量，并以相对量较少的为基准进行计算。 二、填空题 1．（1）+3 （2）0.008 0.016 0.72 mol／L 【解析】根据图像可知反应结束后溶液中含有的溶质有 Fe(NO3)3，、Al(NO3)3、NH4NO3、HNO3。 （1）铁粉和铝粉组成的混合物跟 100 mL 稀硝酸充分反应，硝酸有利余，铁被硝酸氧化为 Fe3+。 （2）由 O 点到 C 点，氢氧化钠溶液和 HNO 3 反应生成水和 NaNO3；由 C 点到 D 点，氢氧化钠溶液和 Fe(NO3)3、Al(NO3)3，发生反应；由 D 点到 E 点，氢氧化钠溶液和 NH4NO3 反应生成硝酸钠、一水合氨；根据氮 原子守恒可知硝酸的物质的量=4 mol／L×0.015 L+2×4 mol／L×(0.0165 L－0.015 L)=0.072 mol，所以原硝酸的 物质的量浓度=0.072 mol／0.1 L=0.72 mol／L。EF 段沉淀减少，说明氧氧化铝溶解，所以氢氧化铝的物质的量=EF 段加入氢氧化钠的物质的量，即 n [Al(OH)3]=4 mol／L×(0.0185 L－0.0165 L)=0.008 mol，生成 0.008 mol 氢氧化 铝沉淀消耗氢氧化钠的物质的量=3×0.008 mol=0.024 mol，CD 段生成氢氧化铝和氢氧化铁，所以生成氢氧化铁 消耗氢氧化钠的物质的量=4 mol／L×(0.015 L－0.003 L)=0.024 mol=0.024 mol，则 n [Fe(OH)3]=0.008 mol，纵坐 标 A 点的数值即是氢氧化铁的物质的量的数值：纵坐标 B 点的数值即是氢氧化铁和氢氧化铝的总物质的量的数 值。 2．（1）①H2SO4 ②酸雨 （2）①N2 NO2 ②Cu+4HNO3 (浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 属于 【解析】（1）若 B 是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体，则 B 是 SO2，C 是 SO3，D 是 H2SO4；若大 量排放 SO2，则会形成酸雨。 （2）若 C 是红棕色气体，则 C 为 NO2，B 为 NO，A 为 N2，D 为 HNO3，浓 HNO3 可与 Cu 反应：4HNO3 (浓)+Cu==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 此反应有化合价升降变化，属于氧化还原反应。 三、实验题 1．(1) (作图时注意长进短出)15 (2)①Cu＋2H2SO4(浓) CuSO4＋SO2↑＋2H2O ②随着 H2SO4 的消耗，浓 H2SO4 的浓度不断变小，稀 H2SO4 与 Cu 不反应 ③AD (3)红色褪去　红色恢复 (4)用浸有 NaOH 溶液的棉团塞在试管口 【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 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 SO42－，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。 2．（1）分液漏斗品红试纸褪色，石蕊试纸变红 BaSO4 （2）C+2H2SO4 (浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O （3）③②④赶尽装置中的空气，防止空气中的 CO2 影响实验 （4）Fe+2H+==Fe2++H2↑ 【解析】（1）由装置图可知，仪器 b 为分液漏斗，生铁（含碳）与浓硫酸反应生成二氧化硫．二氧化硫可使 湿润的品红试纸褪色，二氧化硫溶于水后可使蓝色石蕊试纸变红。存酸性条件下 NO3－具有氧化性，把二氧化硫 通入硝酸钡溶液，会生成硫酸钡沉淀。（3）二氧化碳和二氧化硫都能使澄清石灰水变浑浊，因此应先用酸性高锰 酸钾溶液吸收二氧化硫，然后通入品红溶液检验二氧化硫是否除尽，最后通人澄清石灰水检验：二氧化碳，从左 到右的顺序为③②④。 3．（1）3Cu+2NO3－+8H+==3Cu2++2NO↑+4H2O （2）打开活塞，将稀硝酸从 U 形管 a 端（右端）注入 U 形管中，至溶液充满左管，关闭活塞 （3）防止反应生成的 NO 被 O2 氧化为 NO2 （4）用酒精灯在左管下加热 （5）能，随反应生成的气体增多，压强增大，液面下降，当液面脱离铜丝时，反应停止 （6）将分液漏斗的活塞打开，使无色气体进入分液漏斗中，若无色气体变为红棕色，证明无色气体为 NO （7）2NO2+2NaOH==NaNO2+NaNO3+H2O 四、计算题 1．（1）0.3 （2）n (NO2)=(0.045a－0.55) mol，n (NO)=(0.25－0.015a) mol。 【解析】 设生成气体中 NO2、NO 的物质的量分别为 x、y，则由题意得以下方程组： , 解之得：x=(0.045a―0.55) mol，y=(0.25―0.015a) mol。 （其他合理解法也对） 2．（1）5.8 5.4 （2）(a V×10－3+0.5) / 0.14 （3）57.8 【解析】该题题干给出了铜与一定浓度的硝酸反应的情况，要求计算反应后各相关的量，综合性强，有一定的难 度。因此抓住反应的实质，利用氧化还原反应中得失电子守恒来建立等式，是突破题中难点的关键。 对问题（1）由于 n(Cu) ＝（32.64/64） mol =0.51mol,n(NO,NO2) ＝0.5mol,又知 Cu－2e－＝Cu2+;HNO3＋3e －→NO;HNO3＋e－→NO2.若设 NO 的物质的量为 xmol,则 NO2 的物质的量为(0.5－x)mol，根据得失电子守恒得 0.51 ×2＝3x＋(0.5＋x)×1，则 x＝0.26,即 n(NO)＝0.26mol, n(NO2) ＝0.24mol,所以 V(NO) ＝(0.26×22.4)L＝5.8L， V(NO) ＝(22.4×0.24)L＝5.4L。 △ △ (0.03 0.3)mol 6.4g3 2 0.2mol64g / mol x y a x y + = − + = × =16 对问题（2），由题意知反应中部分硝酸参加氧化还原反应，其物质的量为 0.5mol，部分硝酸未参加氧化还 原反应，其物质的量根据最后溶液中的溶质只有 NaNO3 即可知 Na+=N(原子守恒)，则其物质的量为 aV×10－3mol； 所以原硝酸溶液的浓度为 c(HNO3)=( aV×10－3+0.5)/0.14 mol/L. 对问题（3），由于 NO 和 NO2 混合气体在 NaOH 溶液中全部转化为 NaNO3，即 HNO3-----NO，NO2-----NO3-相当 于氮元素的化合价未变，铜失去的电子被双氧水得到。即有 0.51×2=m（H2O2）×30%×2/34，m（H2O2）=57.8g.