高中化学 第3章 自然界中的元素章末系统总结 鲁科版必修1-鲁科版高一必修1化学学案

第3章自然界中的元素
一、重点知识梳理
二、实验专项探究
1．铜与浓硫酸反应的实验探究。

项目鲁科版教材实验设计人教版教材实验设计
苏教版教材实验设
计
实验原理鲁科版教材要求学生
自行设计该实验，通
过人教版和苏教版实
验，归纳设计该实验
时需要注意的几个问
题：
Cu＋2H2SO4(浓)=====
△
CuSO4＋SO2↑＋2H2O
Cu＋
2H2SO4(浓)=====
△
CuSO4＋SO2↑＋2H2O
SO2＋
2NaOH===Na2SO3＋
H2O
实验装置1．操作要方便，能随时控制反应的进行；2．为防止多余的SO2污染环境，要设置尾气吸收装置；
3．为加快反应速率，节省实验时间，要加大固体反应物的表面积
实验药品
铜丝、浓H2SO4、品红溶
液铜片、浓H2SO4、品红溶液、NaOH溶液
实验步骤1.在一个带导管的胶塞
侧面挖一个凹槽，并嵌
入下端卷成螺旋状的铜
丝；
2．在试管里加入 2 mL
浓硫酸，盖好胶塞，使
铜丝与浓硫酸接触，加
热；
3．把放出的气体通入品
红溶液或紫色石蕊溶液
中；
4．向上拉铜丝，终止反
应，冷却后，把试管里
的液体慢慢倒入盛有少
量水的另一支试管里，
观察溶液的颜色
1.将一小块铜片加
入试管中，然后加
入2 mL浓硫酸；
2．用如图所示的实
验装置进行实验
实验现象及结论铜片(丝)逐渐溶解，表面产生无色气泡——有SO2产生；
品红溶液由红色变浅至退色——SO2具有漂白性；
紫色石蕊溶液由紫色变红色——SO2与H2O结合成酸(亚硫酸)；
稀释冷却后的反应液呈蓝色——生成Cu2＋(或CuSO 4)
创新发掘1.实验中使用铜丝的作
用是什么？
2．铜丝为什么要卷成螺
旋状？
3．实验中多余的SO2能
否对环境造成污染？
4．稀释反应后的混合液
时，能否将水直接倒入
试管中？
1.实验中NaOH溶液
的作用是什么？
2．能否用石灰水代
替NaOH溶液？
3．盛有品红溶液的
试管中对进气管和
出气管有何要求？
个性评点设计元素化合物的性质实验要注意：①实验仪器要简单、操作要方便，如人教版用铜丝方便控制反应进行。

②要注意防污染，如苏教版用NaOH溶液吸收多余的SO2
2.铜与浓、稀硝酸反应的实验探究。

项目鲁科版教材实验设计苏教版教材实验设计
人教版教材
实验设计
实验原理
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 设计该实验时，需要注意以下几个方面：1．进行对照实验，对比Cu与浓、稀硝酸反应的现象；
2．控制反应的快慢，即控制有毒气体的产量；
实验装置
安全提示：在通风条
件下进行实验
实验药品
铜片、15 mol·L－1浓
硝酸、4 mol·L－1稀铜片、浓硝酸、蒸馏水
②要注意防污染；
③要注意节省药品，如苏教版用水稀释浓硝
酸；
④对照实验要同时进行，现象才更明显，如鲁
科版中铜与浓、稀硝酸反应同时进行
即时训练
1．铜与浓硝酸反应和铜与稀硝酸反应，产物不同，实验现象也不同。

Ⅰ.某课外活动小组为了证明并观察到铜与稀硝酸反应的产物为NO，设计了如图所示的实验装置，实验步骤如下：
①检查装置的气密性；
②向试管中加入一定量CaCO3固体；
③向试管中倒入过量的稀硝酸，并迅速盖上带铜丝和导管的橡皮塞；
④待反应完全后，将右边导管插入试管内接近液面；
⑤将铜丝插入到溶液中；
⑥用注射器向大试管内推入氧气(或空气)。

(1)设计步骤②、③的目的是什么？
(2)设计步骤⑥的目的是什么？
Ⅱ.分别将等质量的铜片与等体积均过量的浓硝酸、稀硝酸反应，所得到的溶液前者呈绿色，后者呈蓝色。

某同学提出这可能是Cu2＋浓度差异引起的，你同意这种看法吗？
答案：Ⅰ.(1)生成CO2排尽试管内的空气，防止NO被氧化。

(2)根据无色气体变为红棕色，证明铜与稀硝酸反应生成NO。

Ⅱ.不同意，原因是铜的质量相等，则Cu2＋的物质的量相等，而溶液的体积相等，故Cu2＋的
物质的量浓度相等，所以不可能是Cu 2＋
浓度差异引起的。

2．硝酸是一种强氧化性、腐蚀性的强酸，其还原产物因硝酸浓度的不同而有变化，从总体上说，硝酸浓度越高，平均每分子硝酸得到的电子数越少，浓硝酸的还原产物主要为NO 2，稀硝酸的还原产物主要为NO 。

实验室中常用Cu 与浓HNO 3反应制取NO 2，用Cu 与稀HNO 3反应制取NO 。

(1)请写出实验室中用Cu 与浓HNO 3反应制取NO 2的化学方程式：______________________________________________________。

(2)该反应中发生氧化反应的物质是________，1 mol 氧化剂________(填“得到”或“失去”)________mol 电子。

(3)48.0 g Cu 与适量的浓HNO 3反应，铜全部作用后，共收集到22.4 L 气体(标准状况下)，反应中消耗HNO 3的物质的量可能是( )
A ．1.5 mol
B ．2.0 mol
C ．2.5 mol
D ．3.0 mol
(4)实际上硝酸不仅可被还原为NO 2或NO ，浓度更稀时硝酸还可以被还原为N 2O 、N 2、NH 4NO 3等。

请将3种物质：FeSO 4、Fe(NO 3)3和Fe 2(SO 4)3分别填入下面对应的横线上，组成一个未配平的化学方程式。

HNO 3＋________―→________＋________＋N 2O ↑＋H 2O
并写出配平后的离子方程式：____________________________。

(5)硝酸的还原产物NO 、NO 2、N 2O 等对环境均有副作用，为了可待续发展，当今社会提出的一个新概念——“绿色化学”，它要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应，则下列单质铜制取硝酸铜的方法可行且符合“绿色化学”的是________。

A ．Cu ――→HNO 3Cu(NO 3)2 B ．Cu ――→O 2CuO ――→HNO 3Cu(NO 3)2
C ．Cu ――→O 2CuO ――→H 2O Cu(OH)2――→HNO 3Cu(NO 3)2
D ．Cu ――→H 2SO 4CuSO 4――→Ba （NO 3）2Cu(NO 3)2
解析：(1)Cu 与浓HNO 3反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，化学方程式为Cu ＋
4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O；(2)该反应中铜元素的化合价升高，发生氧化反应，硝酸中氮元素的化合价由＋5价降为＋4价，作氧化剂，1 mol氧化剂得到1 mol电子；(3)铜和硝酸反应，随着浓度的减小，硝酸的还原产物的价态越低，铜和浓硝酸反应生成NO2，而与稀硝酸反应时则生成NO，故生成的气体有NO2和NO，则n(NO2)＋n(NO)＝1 mol，即被还原的硝酸的物质的量为1 mol，48.0 g Cu的物质的量为0.75 mol，则生成n[Cu(NO3)2]＝0.75 mol，可知表现酸性的硝酸的物质的量为0.75 mol×2＝1.5 mol，则参加反应的硝酸的物质的量为1 mol＋1.5 mol＝2.5 mol，选C。

(4)所给的物质中，HNO3中氮元素化合价为最高价，具有氧化性，对应还原产物为N2O，能将还原性的FeSO4氧化为Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3，故发生的反应为HNO3＋FeSO4―→Fe(NO3)3＋Fe2(SO4)3＋N2O↑＋H2O；根据离子方程式的书写原则及氧化还原方程式配平原则写出配平后的离子方程式：8Fe2＋＋2NO－3＋10H＋===8Fe3＋＋N2O ↑＋5H2O；(5)A.铜与硝酸反应会产生一氧化氮、二氧化氮等大气污染物，错误；B.该途径符合绿色化学原理，正确；C.该流程中氧化铜与水不反应，不能制得硝酸铜，错误；D.该途径中铜与稀硫酸不反应，不能制得硫酸铜；铜与浓硫酸反应会产生二氧化硫气体，污染大气，错误，选B。

答案：(1)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O (2)Cu 得到 1 (3)C (4)HNO3＋FeSO4―→Fe(NO3)3＋Fe2(SO4)3＋N2O↑＋H2O 8Fe2＋＋2NO－3＋10H＋===8Fe3＋＋N2O↑＋5H2O (5)B。