高中化学人教版 (新课标)必修1第四章 非金属及其化合物综合与测试导学案

硫酸和硝酸

编稿：房鑫 　　　审稿：曹玉婷

【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，C12H22O1112C+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

    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。
　　4HNO3O2↑+ 4NO2↑+ 2H2O

3．硝酸的强氧化性

要点诠释：

　　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

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。

【典型例题】

类型一、硫酸的性质

 例1、下列关于浓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

【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】下面的反应中，浓硫酸既表现出强氧化性又表现出酸性的是（    ）。

    A．2NaCl+H2SO4 (浓)Na2SO4+2HCl↑

    B．Na2SO3+H2SO4 (浓)Na2SO4+SO2↑+H2O

    C．C+2H2SO4 (浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O

    D．2FeO+4H2SO4 (浓)Fe2(SO4)3+SO2↑+4H2O

【答案】D

【变式2】在常温下，下列操作不能区别浓硫酸和稀硫酸的是（    ）。

    A．分别加入铁片         B．分别加入蔗糖

    C．分别加入铜片         D．分别加入硫酸铜晶体

【答案】C

例2、（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）：________→________→________→________。

    （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。

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（    ）。

    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(NO3)2+2NO2↑+2H2O和3Cu+8HNO3 (稀)==3Cu(NO3)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＋2HNO3S↓＋2NO2↑十2H2O
　　B．CuO＋2HNO3Cu（NO3）2十H2O
　　C．4HNO34NO2↑十O2↑十2H2O
　　D．3Cu＋8HNO33Cu（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】关于硝酸的说法正确的是
　　A．硝酸与金属反应时，主要是＋5价的氮得电子
　　B．浓HNO3与浓HCl按3∶1的体积比所得的混合物叫王水
　　C．硝酸电离出的H＋离子，能被Zn、Fe等金属还原成H2
　　D．常温下，向浓HNO3中投入Fe片，会产生大量的红棕色气体
    【答案】A
　  【解析】B项，王水指的是浓HNO3和浓盐酸按溶液体积之比为1:3所得的混合物。C项，硝酸与金属反应时，被还原的一般是指＋5价氮，得到的还原产物是NO2、NO、N2O或N2等。D项，常温下，浓HNO3可使Fe和Al等金属发生钝化现象，故B、C、D均是错误的说法。
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]

＝(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】38.4g铜与适量的浓硝酸发生氧化还原反应，铜全部反应后，在标准状况下收集到22.4L气体，则消耗硝酸的物质的量是
　　A．1.0mol　　　　 B．1.6mol　　　　 C．2.2mol　　　　 D．2.4mol
    【答案】C

【变式2】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________

                                                     。

【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：3Cu+8HNO3 (稀)==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O