第2课时 硫酸和硝酸的氧化性(知识点归纳及例题解析)

第2课时 硫酸和硝酸的氧化性
[学习目标定位] 1.通过浓硫酸、硝酸分别与不活泼金属、非金属的反应，认识浓硫酸、硝酸的强氧化性。

2.通过比较浓硫酸与稀硫酸，浓硝酸与稀硝酸性质的差异，认识浓度、反应条件对反应产物的影响。

一 浓硫酸的特性
1.将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中，其质量的变化是增大，变化的原因是浓硫酸能吸收空气中的水蒸气。

若将一瓶浓盐酸(或浓硝酸)敞口放置在空气中，其质量的变化是减小，原因是浓盐酸(或浓硝酸)易挥发，溶质减少。

2.将一定量的蔗糖放入小烧杯中，加入浓硫酸，观察到的现象是白色蔗糖变黑、体积膨胀，变成疏松多孔的海绵状的炭，并放出有刺激性气味的气体，发生反应的化学方程式是C 12H 22O 11――→浓硫酸
12C ＋11H 2O 。

3.按表中图示装置完成实验，将有关反应现象及实验结论填入表中：
浓硫酸的特性
(1)吸水性：浓硫酸可以吸收空气或其他气体中的水蒸气、混在固体中的湿存水、结晶水合
物中的结晶水。

在实验室里常用浓硫酸作干燥剂。

(2)脱水性：浓硫酸可以使有机化合物中的氢、氧元素按水的组成从有机物中“脱离”出来，结合生成水分子。

(3)强氧化性
①浓硫酸能与大多数金属反应，生成高价态金属的硫酸盐，本身一般被还原为SO2。

②常温下，浓硫酸能使铁、铝钝化。

③浓硫酸可将碳、磷等非金属单质氧化成高价态的氧化物或含氧酸，本身被还原为SO2。

1.浓硫酸具有A.强酸性，B.强氧化性，C.高沸点、难挥发性，D.脱水性，E.吸水性等性质。

以下过程主要表现了浓硫酸的哪些性质？请将答案的字母分别填入括号中。

(1)用NaCl固体和浓H2SO4在加热条件下制氯化氢气体()
(2)用磷矿物[主要成分是Ca3(PO4)2]和硫酸反应制磷酸()
(3)浓硫酸干燥H2、O2、Cl2、HCl和SO2等气体()
(4)常温下可以用铁或铝的容器贮存浓硫酸()
(5)胆矾放在盛浓硫酸的干燥器中变成白色粉末()
(6)不能用浓硫酸干燥HBr、HI和H2S等气体()
(7)浓硫酸使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后变黑()
答案(1)C(2)A(3)E(4)B(5)E(6)B
(7)AD
解析(1)浓硫酸具有高沸点、难挥发性，氯化氢气体易挥发。

(2)磷酸是高沸点的中强酸，利用强酸与弱酸盐反应制弱酸的原理制磷酸。

(3)浓硫酸吸收混在上述气体中的杂质水蒸气。

(4)常温下，浓硫酸和铝、铁反应，在金属表面生成一层薄而致密的氧化物薄膜，阻止内部的金属和浓硫酸继续反应。

(5)浓硫酸吸收胆矾晶体中的结晶水，使之变成无水硫酸铜白色粉末。

(6)浓硫酸具有强氧化性，而HBr、HI、H2S具有强还原性。

(7)浓硫酸既具有酸的通性，可使酸碱指示剂变色，又具有脱水性，可使有机物炭化。

2.实验证明铜在低温下不能和O2发生反应，也不能和稀硫酸共热发生反应，但工业上却是将废铜屑倒入热的稀硫酸中并不断地通入空气来制取CuSO4溶液的。

铜屑在此状态下发生
的一系列化学反应的方程式为
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

利用铜和浓H 2SO 4在加热条件下也能制备CuSO 4溶液，其化学方程式为
________________________________________________________________________。

以上两种方法哪种好？________，原因是
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

答案 2Cu ＋O 2=====△2CuO 、CuO ＋H 2SO 4(稀)===CuSO 4＋H 2O Cu ＋2H 2SO 4(浓)=====△
CuSO 4＋SO 2↑＋2H 2O
第一种方法好 ①制得相同质量的产品，第一种方法消耗的硫酸少，②第二种方法生成SO 2，会造成大气污染，③第一种方法节约能源
解析 在稀硫酸存在的条件下，Cu 与O 2反应后的生成物迅速溶解在热的稀硫酸中生成CuSO 4；第二种方法是在加热条件下铜与浓硫酸反应，浓H 2SO 4会被还原为SO 2，其利用率降低且生成的气体有毒。

二 硝酸的氧化性
1.硝酸中氮元素的化合价为＋5价，根据在化学反应中氮元素化合价可能的变化，分析判断硝酸具有强氧化性。

能与大多数金属反应，写出下列反应的化学方程式：
(1)浓硝酸与铜反应，被还原为NO 2：Cu ＋4HNO 3(浓)===Cu(NO 3)2＋2NO 2↑＋2H 2O 。

(2)稀硝酸与铜反应，被还原为NO ：3Cu ＋8HNO 3(稀)===3Cu(NO 3)2＋2NO↑＋4H 2O 。

2.硝酸能与非金属单质反应，写出下列反应的化学方程式：
(1)浓硝酸将木炭氧化成二氧化碳：C ＋4HNO 3(浓)=====△CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O 。

(2)浓硝酸将硫氧化成硫酸：S ＋6HNO 3(浓)===H 2SO 4＋6NO 2↑＋2H 2O 。

归纳总结
硝酸具有强氧化性
(1)能将大多数金属(如铜等)氧化成高价态金属的硝酸盐，浓硝酸生成NO 2，稀硝酸生成NO 。

(2)常温下，浓硝酸能使铁(铝)发生钝化，这是因为浓硝酸将铁、铝容器表面氧化，形成致密的氧化物薄膜。

若在加热条件下，可破坏氧化膜，从而使反应继续进行。

(3)王水是浓硝酸和浓盐酸按体积比1∶3的混合物，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。

(4)浓HNO 3与非金属反应，还原产物一般是NO 2，而非金属一般被氧化成最高价氧化物或相应的最高价含氧酸。

3.物质氧化性、还原性的强弱，不仅与物质的结构有关，还与物质的浓度和反应温度有关。

下列各组物质在反应中的产物与物质的浓度有关的是( )
①Cu 与HNO 3溶液 ②Cu 与FeCl 3溶液 ③Zn 与H 2SO 4溶液 ④Fe 与HCl 溶液
A.①③
B.③④
C.①②
D.①③④
答案 A
解析 本题考查物质氧化性和还原性的影响因素。

铜与浓硝酸反应生成NO 2，与稀硝酸反应生成NO ，硝酸氧化性的强弱与浓度有关；铜与氯化铁溶液反应，与浓度和温度无关，产物唯一；锌与硫酸反应：稀硫酸生成氢气，浓硫酸则生成二氧化硫，硫酸氧化性的强弱与其浓度有关；铁与盐酸反应只生成氯化亚铁和氢气。

4.在下列反应中，HNO 3既表现出氧化性，又表现出酸性的是( )
A.H 2S ＋2HNO 3===S↓＋2NO 2↑＋2H 2O
B.CuO ＋2HNO 3===Cu(NO 3)2＋H 2O
C.4HNO 3=====△4NO 2↑＋O 2↑＋2H 2O
D.3Cu ＋8HNO 3(稀)===3Cu(NO 3)2＋2NO↑＋4H 2O
答案 D
解析 A 中HNO 3只表现氧化性；B 中HNO 3只表现酸性；C 中HNO 3既表现氧化性，又表现还原性；D 中HNO 3既表现氧化性，又表现酸性。

1.关于浓硫酸与Cu 反应的叙述正确的是( )
A.在反应中，浓硫酸只表现出氧化性
B.该反应中还原剂与氧化剂物质的量之比为1∶2
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 浓硫酸被还原，同时生成2 mol SO 2
答案 C
解析 该反应的化学方程式为Cu ＋2H 2SO 4(浓)=====△
CuSO 4＋SO 2↑＋2H 2O ，分析反应前后元素化合价的变化可知，浓硫酸既表现出氧化性，又表现出酸性，该反应为氧化还原反应，在该反应中，每2 mol H 2SO 4参加反应只有1 mol H 2SO 4被还原，因此还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶1。

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.与金属反应时，稀硝酸可能被还原为更低价态，则稀硝酸氧化性强于浓硝酸
C.硝酸电离出H ＋离子，能被Zn 、Fe 等金属还原成H 2
D.常温下，向浓HNO 3中投入Fe 片，会产生大量红棕色气体
答案 A
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HNO 3比稀HNO 3氧化性强，根据Cu 与浓HNO 3和稀HNO 3的反应剧烈程度可以证明；常温下铁遇到浓硝酸发生钝化，不会生成大量红棕色气体。

3.下列对于硝酸的认识，不正确的是( )
A.浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性
B.铜与硝酸的反应属于置换反应
C.金属与硝酸反应不能制取氢气
D.可用铁或铝制容器盛装冷的浓硝酸
答案 B
解析硝酸是氧化性酸，且浓硝酸的氧化性强于稀硝酸，A正确；铜与浓、稀硝酸反应的还原产物分别是NO2和NO，没有单质生成，故不属于置换反应，B错误；硝酸是氧化性酸，金属与硝酸反应均不产生H2，而生成水，C正确；铁或铝遇冷浓硝酸钝化，故可用铁或铝制容器盛装冷的浓硝酸，D正确。

4.各取0.1 mol Cu分别投入足量的下列酸中(必要时可加热)：①浓硫酸、②浓硝酸、③稀硫酸、④稀硝酸，充分反应后在相同条件下得到的气体体积由大到小的顺序是()
A.②>④>①>③
B.②>①>④>③
C.①>②>④>③
D.③>④>①>②
答案 B
解析由于Cu的物质的量一定，则与足量的不同酸反应时失电子总量相等。

产生1 mol气体得电子数：浓硫酸→SO2,2 mol电子；浓硝酸→NO2,1 mol电子；Cu与稀硫酸不反应；稀硝酸→NO,3 mol电子，则产生气体体积由大到小的顺序为②>①>④>③。

5.某课外活动小组的同学，在实验室做锌与浓硫酸反应的实验中，甲同学认为产生的气体是二氧化硫，而乙同学认为除二氧化硫气体外，还可能产生氢气。

为了验证甲、乙两位同学的判断是否正确，丙同学设计了如图所示实验装置(锌与浓硫酸共热时产生的气体为X，且该装置略去)，试回答下列问题：
(1)上述反应中生成二氧化硫的化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(2)乙同学认为还可能产生氢气的理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(3)丙同学在安装好装置后，必须首先进行的一步操作是
________________________________________________________________________。

(4)A中加入的试剂可能是________，作用是
________________________________________________________________________；
B 中加入的试剂可能是________，作用是
________________________________________________________________________； E 中加入的试剂可能是________，作用是
________________________________________________________________________。

(5)可以证明气体X 中含有氢气的实验现象是
C 中：________________________，
D 中：
________________________________________________________________________。

如果去掉装置B ，还能否根据D 中的现象判断气体X 中有氢气？________(填“能”或“不能”)，原因是
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

答案 (1)Zn ＋2H 2SO 4(浓)=====△
ZnSO 4＋SO 2↑＋2H 2O
(2)当Zn 与浓H 2SO 4反应时，浓H 2SO 4浓度逐渐变稀，Zn 与稀H 2SO 4反应可产生H 2
(3)检查装置的气密性
(4)品红溶液 检验SO 2 浓H 2SO 4 吸收水蒸气 碱石灰
防止空气中水蒸气进入D 中
(5)黑色(CuO)变成红色(Cu) 白色粉末变成蓝色 不能 因为混合气体中含H 2O ，会干扰H 2的检验
解析 本题对Zn 与浓H 2SO 4反应的产物进行两种推测，而后设计装置进行验证。

设计时既要验证有无SO 2生成，又要验证有无H 2生成。

验证SO 2，可用品红溶液，验证H 2可利用它的还原性，在加热条件下让气体通过CuO ，再通过无水硫酸铜，同时必须注意验证H 2时，应考虑空气中的水蒸气和从洗气装置中带出的水蒸气对氢气检验的干扰。

6.(1)在浓硝酸中放入铜片：
①开始时反应的化学方程式为
________________________________________________________________________，
实验现象为
________________________________________________________________________。

②若铜有剩余，则反应将要结束时反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。

③待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，其原因是 ________________________________________________________________________。

(2)若1.92 g Cu 粉与一定量浓HNO 3反应，当Cu 完全反应时，收集到标准状况下1.12 L 气体，则消耗硝酸______ mol ，生成NO 2______ mol 。

(3)若向Cu 中加入硫酸和硝酸的混酸溶液制取CuSO 4溶液，则混酸中硫酸与硝酸的最佳物质的量之比为________。

答案 (1)①Cu ＋4HNO 3(浓)===Cu(NO 3)2＋2NO 2↑＋2H 2O 铜片逐渐消失，溶液逐渐变绿，有红棕色气体逸出
②3Cu ＋8HNO 3(稀)===3Cu(NO 3)2＋2NO↑＋4H 2O
③加入稀硫酸后，H ＋与原溶液中的NO －
3构成强氧化性的条件，又能与过量的Cu 反应
(2)0.11 0.015 (3)3∶2
解析 (1)随反应的进行，硝酸的浓度减小，停止反应时溶液中存在Cu(NO 3)2，再加稀H 2SO 4，则溶液中的NO －3在酸性条件下将剩余的铜氧化。

(2)参加反应的HNO 3包括被还原的HNO 3
和起酸性作用的HNO 3，表现酸性的HNO 3为 1.92 g 64 g·mol －1
×2＝0.06 mol ；被还原的HNO 3为1.12 L
22.4 L·mol －1
＝0.05 mol ，故参加反应的HNO 3为0.05 mol ＋0.06 mol ＝0.11 mol 。

设标准状况下1.12 L 气体中，含NO x mol 、NO 2y mol 则⎩⎨⎧ x mol ＋y mol ＝ 1.12 L 22.4 L·mol －13x mol ＋y mol ＝ 1.92 g 32 g·mol
－1电子守恒 解之得⎩⎪⎨⎪⎧
x ＝0.035y ＝0.015
(3)Cu 、H ＋、NO －3恰好完全反应时混酸中H 2SO 4和HNO 3的比例最佳。

3Cu ＋8H ＋＋2NO －3===3Cu 2＋＋2NO↑＋4H 2O 设H 2SO 4与HNO 3的物质的量分别为x 、y ， 则2x ＋y y ＝41
，x ∶y ＝3∶2。