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课时2　硫酸和硝酸的氧化性

目标与素养：1.了解浓硫酸和硝酸的主要性质，特别要掌握浓硫酸、HNO₃的强氧化性及其表现。(变化观念和科学探究)2.了解硫酸、硝酸的用途。(宏观辨识与社会责任)

一、硫酸的性质

硫酸是一种无色、高沸点的难挥发性液体，密度大于水的密度，易溶于水且放出大量热。

浓硫酸的稀释方法是将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中并不断用玻璃棒搅拌，及时散失热量，防止液体暴沸。

1．稀硫酸——具有酸的通性

(1)电离方程式为H₂SO₄===2H^＋＋SO。

(2)硫酸具有酸的通性，可与酸碱指示剂作用，也可与碱、活泼金属、碱性氧化物及某些盐反应。

2．浓硫酸的特性

(1)吸水性

浓硫酸能够吸收气体、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

浓硫酸能把有机物中的氢、氧元素按水的组成比脱去。如蔗糖中加入浓硫酸，一段时间后，固体变黑，体积膨胀，且有刺激性气味的气体放出，最后变成疏松多孔的海绵状的炭。

(3)强氧化性

①与金属的反应

a．除Au、Pt以外的绝大多数金属都能与浓硫酸作用，如与铜反应：Cu＋2H₂SO₄(浓)CuSO₄＋SO₂↑＋2H₂O。

b.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。

②与非金属的反应

与木炭反应：C＋2H₂SO₄(浓)CO₂↑＋2SO₂↑＋2H₂O。

③与还原性化合物如H₂S、HBr等反应。故浓硫酸不能干燥H₂S和HBr等。

　浓硫酸与Cu共热反应时，当Cu过量时，H₂SO₄完全反应吗？为什么？

提示：不能完全反应。因为浓硫酸反应过程逐渐变为稀硫酸时就不再反应。

二、硝酸的性质

硝酸是一元强酸，易挥发，具有酸的通性。

1．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(写出化学方程式)。

(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。

微点拨：浓、稀硝酸均有强氧化性，与金属反应均无H₂生成。

2．不稳定性(拓展了解)

(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。

　足量Cu与一定量浓硝酸充分反应，生成的气体成分主要是什么？

提示：NO₂和NO。

三、硫酸与硝酸的用途

1．都是重要的化工原料，也是实验室必备的重要试剂。

2．在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等。

3．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。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)稀硫酸和稀硝酸与Zn反应均生成H₂。       (　　)

(2)浓硫酸可以使蓝色胆矾变成白色粉末，体现了浓硫酸的脱水性。         (　　)

(3)Cu与浓硫酸共热反应时，被还原的H₂SO₄占参加反应的H₂SO₄的。        (　　)

(4)Fe与浓、稀硝酸在常温下均能剧烈反应生成Fe(NO₃)₃。(　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×

2．下列关于浓硫酸的叙述正确的是   (　　)

A．浓硫酸具有吸水性，因而能使蔗糖炭化

B．浓硫酸在常温下可迅速与铜片反应放出二氧化硫气体

C．浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氨气、氢气、氯气等气体

D．浓硫酸在常温下能够使铁、铝钝化，体现了浓硫酸的强氧化性

[答案]　D

3．一定量的浓硝酸与足量的铜充分反应，生成气体的成分有        ，写出反应的离子方程式：                      。

向反应后的溶液中加入稀硫酸，如果反应，写出反应的离子方程式：                                          。

[答案]　NO₂、NO　Cu＋4H^＋＋2NO===Cu^2＋＋2NO₂↑＋2H₂O、3Cu＋8H^＋＋2NO===3Cu^2＋＋2NO↑＋4H₂O　3Cu＋8H^＋＋2NO===3Cu^2＋＋2NO↑＋4H₂O

1.浓硫酸吸水性和脱水性的区别

由此看出：二者的根本区别在于物质本身是否存在水分子。

2．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)反应规律

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的规律

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。

1．下列叙述正确的是(　　)

A．浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氢气、氧气、二氧化硫、氨气等气体，但不能干燥有较强还原性的HI、H₂S等气体

B．浓硫酸与单质碳反应中，浓硫酸只表现了强氧化性

C．把足量铜粉投入含2 mol H₂SO₄的浓硫酸中，得到的气体在标准状况下的体积为22.4 L

D．常温下能够用铁容器盛放浓硫酸，是因为铁不与浓硫酸反应

B　[A项，浓硫酸吸收氨气，不能干燥NH₃；C项，浓硫酸变稀时，与Cu不再反应，生成的气体小于22.4 L；D项，浓硫酸遇Fe钝化，不是不反应。]

2．在化学课上，围绕浓硫酸的化学性质进行了如下实验探究：将适量的蔗糖放入烧杯中，加入几滴水，搅拌均匀。然后加入适量浓硫酸，迅速搅拌，放出大量的热，同时观察到蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，并放出有刺激性气味的气体。

请回答下列问题：

(1)生成的黑色(单质)物质是        (填化学式)。

(2)这种黑色物质继续与浓硫酸作用会产生两种气体，其中一种气体有刺激性气味，是大气的主要污染物之一，这种刺激性气味的气体成分是        (填名称)，实验室经常用        溶液进行吸收，这两个反应的化学方程式分别为                         、

                                                     。

(3)根据蔗糖与浓硫酸反应的实验现象，说明浓硫酸具有        (填序号)。

A．酸性　　　　　　　　           B．吸水性

C．脱水性                                      D．强氧化性

(4)将(2)中的刺激性气味气体通入品红溶液，可以看到品红溶液        ，加热后        。

[解析]　蔗糖遇浓硫酸发生脱水反应生成C，在脱水过程中放热，C又被浓硫酸氧化。

[答案]　(1)C　(2)二氧化硫　NaOH

C＋2H₂SO₄(浓)2SO₂↑＋CO₂↑＋2H₂O

SO₂＋2NaOH===Na₂SO₃＋H₂O

(3)CD　(4)褪色　恢复红色

1.硝酸的强氧化性

HNO₃中的＋5价氮元素具有很强的得电子能力。硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。

(1)硝酸与金属的反应

①除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属，如3Ag＋4HNO₃(稀)===3AgNO₃＋NO↑＋2H₂O。②活泼金属与硝酸反应不生成H₂，硝酸的浓度不同，还原产物不同。

③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化。

(2)硝酸与非金属的反应

①反应规律：非金属单质＋浓硝酸→最高价氧化物或其含氧酸＋NO₂↑＋H₂O。

②实例：C＋4HNO₃(浓)CO₂↑＋4NO₂↑＋2H₂O。

(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、Fe^2＋、FeO、I^－、S^2－、SO等均能被HNO₃氧化。

2．硝酸与金属反应的计算

(1)电子守恒法：硝酸与金属反应属于氧化还原反应，氮原子得到的电子总数等于金属原子失去的电子总数。

(2)原子守恒法：硝酸与金属反应时，反应前硝酸中的NO一部分仍以NO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硝酸中N的物质的量相等。

【典例】　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)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a mol·L^－1的NaOH溶液。恰好使溶液中的Cu^2＋全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为        mol·L^－1。

[解析]　(1)设生成NO、NO₂的物质的量分别为x、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)加入NaOH溶液使Cu^2＋全部转化成沉淀，此时溶液中溶质为NaNO₃，根据钠离子守恒有n(NaNO₃)＝n(NaOH)，由氮原子守恒得：n(原HNO₃)＝n(气体)＋n(NaOH)。

所以c(HNO₃)＝ mol·L^－1。

[答案]　(1)5.824　5.376

(2)

3．下列关于硝酸的说法中正确的是(　　)

A．稀硝酸能与Fe发生反应，浓硝酸不能

B．浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂

C．稀硝酸是弱酸，浓硝酸是强酸

D．稀硝酸与Cu反应生成NO，而浓硝酸与Cu反应生成NO₂，稀硝酸得电子更多，故稀硝酸的氧化性大于浓硝酸

B　[A项，加热条件下，浓硝酸也能与Fe发生反应；B项，浓、稀硝酸均具有强氧化性；C项，硝酸属于强酸，与浓度大小无关；D项，硝酸的氧化性强弱与其浓度大小有关，浓硝酸的氧化性大于稀硝酸的氧化性，这与HNO₃和Cu反应中HNO₃得电子数目多少无关。]

4．将相同质量的铜分别与过量浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是(　　)

A．反应速率：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

硝酸氧化性的深化归纳

(1)硝酸与金属反应时，一般既表现强氧化性，又表现酸性，参加反应的硝酸部分被还原，还有一部分仍以NO形式存在。

(2)浓硝酸与金属反应的过程中，浓度逐渐减小，还原产物有可能是NO₂和NO的混合物。

(3)在应用硝酸的氧化性分析离子是否共存时，要注意溶液中H^＋和NO的组合，它们相当于HNO₃，能够氧化具有强还原性的离子，而单纯的NO不能氧化这些离子。如NO可以与Fe^2＋共存，但在酸性条件下时NO与Fe^2＋不共存。

1．下列叙述或操作中正确的是  (　　)

A．浓硫酸能使硫酸铜晶体失去结晶水，体现了浓硫酸的脱水性

B．浓硫酸对有机物的腐蚀性是浓硫酸脱水性和强氧化性的综合体现

C．浓硫酸具有氧化性，稀硫酸无氧化性

D．浓硫酸不慎沾到皮肤上，应立即用大量水冲洗，再涂上稀NaOH溶液

B　[A项，浓硫酸吸收结晶水，体现了吸水性；C项，稀硫酸中H^＋表现氧化性；D项，浓硫酸沾到皮肤上，大量水冲洗后，不能涂稀的强碱溶液，可涂上小苏打溶液。]

2．关于浓硫酸与铜的反应，下列叙述正确的是(　　)

A．在反应中，浓硫酸只表现出氧化性

B．此反应属于复分解反应

C．在反应中，浓硫酸既表现出氧化性，又表现出酸性

D．每1 mol铜参加反应就有2 mol H₂SO₄被还原，同时生成1 mol二氧化硫

[答案]　C

3．下列关于硝酸的叙述正确的是(　　)

A．常温下，浓硝酸可以使金属镁钝化

B．稀硝酸与活泼金属反应主要放出氢气

C．浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂

D．室温下，铜能与浓硝酸反应，不能与稀硝酸反应

C　[A项，常温下，浓硝酸使Fe、Al钝化，Mg不钝化；B项，稀硝酸也具有强氧化性，与金属反应不能放出H₂；D项，Cu与稀硝酸在室温下也反应。]

4．在标准状况下将1.92 g铜粉投入一定量浓硝酸中，随着铜粉的溶解，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜粉完全溶解后共收集到由NO₂和NO组成的混合气体1.12 L(标准状况下)，则混合气体中NO的体积为    (　　)

A．112 mL　　　　　　                B．1 008 mL 

C．224 mL                                       D．448 mL

A　[混合气体的总物质的量为1.12 L÷22.4 L·mol^－1＝0.05 mol,1.92 g铜粉的物质的量为0.03 mol。设NO的物质的量为n₁ mol，则NO₂的物质的量为(0.05－n₁)mol，根据得失电子守恒得3n₁＋(0.05－n₁)×1＝0.03×2，解得n₁＝0.005，V(NO)＝0.005 mol×22.4 L·mol^－1＝0.112 L＝112 mL。]

5．盐酸、硫酸和硝酸是常见的“三大酸”。现就三大酸与金属铜反应的情况，回答问题：

(1)稀盐酸不与Cu反应，若在稀盐酸中加入H₂O₂后，则可使铜顺利溶解。该反应的化学方程式为                                                       

                                                     。

(2)在一定体积的10 mol·L^－1的浓硫酸中加入过量铜片，加热使之反应，被还原的硫酸为0.9 mol。则浓硫酸的实际体积        (填“大于”“等于”或“小于”)180 mL。若使剩余的铜片继续溶解，可在其中加入硝酸盐溶液(如KNO₃溶液)，则该反应的离子方程式为                                                       

                                                     。

(3)镁铁混合物4.8 g，溶解在过量的某浓度的稀硝酸中，完全反应后得到标准状况下2.24 L NO气体。若向反应后的溶液中加入足量的烧碱，则可生成沉淀的质量是        。

[解析]　(1)过氧化氢在酸性环境下能够氧化铜生成铜离子，化学方程式：Cu＋H₂O₂＋2HCl===CuCl₂＋2H₂O。

(2)铜只能和浓硫酸反应，和稀硫酸不反应，Cu＋2H₂SO₄(浓)CuSO₄＋SO₂↑＋2H₂O，随着铜和浓硫酸反应的进行，酸的浓度越来越小，至不再产生二氧化硫，当被还原的硫酸是0.9 mol，则10 mol·L^－1的浓硫酸的实际体积要大于180 mL；若使剩余的铜片继续溶解，可向其中加入硝酸盐，因为溶液中有H^＋，再加入硝酸盐引入NO，相当于存在了硝酸，硝酸能将铜溶解，反应实质为3Cu＋8H^＋＋2NO===3Cu^2＋＋2NO↑＋4H₂O。(3)n(NO)＝0.1 mol，生成0.1 mol NO，转移的电子的物质的量为n(e^－)＝0.1 mol×(5－2)＝0.3 mol，反应中存在Mg→Mg^2＋→Mg(OH)₂，Fe→Fe^3＋→Fe(OH)₃，得出n(e^－)＝n(OH^－)，又因m(沉淀)＝m(混合物)＋m(OH^－)，所以m(沉淀)＝4.8 g＋0.3 mol×17 g·mol^－1＝9.9 g。

[答案]　(1)H₂O₂＋Cu＋2HCl===CuCl₂＋2H₂O

(2)大于　3Cu＋8H^＋＋2NO===3Cu^2＋＋2NO↑＋4H₂O

(3)9.9 g