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谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性

来源:未知作者:邬兆宇 点击:所属专题: 浓硝酸
在中学教科书中有这样两个化学方程式: Cu + 4HNO 3 (浓) === Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 ↑+ 2H 2 O 3Cu + 8HNO 3 (稀) === 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO↑+ 4H 2 O 可见,浓硝酸的还原产物是NO 2 ,稀硝酸的还原产物是NO。不少同学认为这两个反应的反应物相同,只是硝酸的浓度不同,

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在中学教科书中有这样两个化学方程式:

Cu + 4HNO3(浓) ===Cu(NO3)2+ 2NO2↑+ 2H2O

3Cu + 8HNO3(稀) ===3Cu(NO3)2+ 2NO↑+ 4H2O

可见,浓硝酸的还原产物是NO2,稀硝酸的还原产物是NO。不少同学认为这两个反应的反应物相同,只是硝酸的浓度不同,反应的结果:第一个反应中N(+5)被还原成了N(+4);而第二个反应中N(+5)被还原成了N(+2)。由此得出稀硝酸的氧化性比浓硝酸的氧化性强的错误结论。

一般说来,硝酸氧化性的强弱并不是根据硝酸(实际是N(+5))被还原的产物的化合价改变的大小来决定的,而是由硝酸的浓度来决定的,硝酸越浓,它的氧化能力就越强。例如:

(1)稀硝酸与硫化物反应时,只能将S2 离子氧化成单质硫,而浓硝酸与硫化物反应时,能将S2 离子进一步氧化成SO42离子。

3CdS + 8HNO3(稀) ===3Cd (NO3)2+ 2NO↑+ 4H2O + 3S↓

PbS + 8HNO3(浓) ===PbSO4 + 8NO2↑+ 4H2O

(2)稀硝酸只能把砷氧化成亚砷酸,而浓硝酸则进一步把亚砷酸氧化成砷酸。

As + HNO3(稀) + H2O ===H3AsO3+ NO↑

H3AsO3+ 2HNO3(浓) ===H3AsO4 + 2NO2↑+ H2O

(3)稀硝酸只能将氢碘酸氧化成单质碘,而浓硝酸则能把氢碘酸氧化成碘酸。

6HI + 2HNO3(稀) ===3I2+ 2NO↑+ 4H2

HI + 6HNO3(浓) ===HIO3+ 6NO2↑+ 3H2O

(4)铂、金等贵金属不易被浓硝酸氧化,但1体积浓硝酸和3体积浓盐酸组成的混合物溶液(俗称谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性王水)却能溶解铂和金。

Au + 4Cl+ NO3+ 4H+===[AuCl4]+ NO↑+ 2H2O

3Pt+ 18Cl+ 4NO3+ 16H+===3[PtCl6]2+ 4NO↑+ 8H2O

虽然铂、金不易被浓硝酸氧化,但当有Cl离子存在时,和产物Au3+离子(或Pt4+离子)结合,生成了络离子[AuCl4](或[PtCl6]2),从而降低了Au3+离子(或Pt4+离子)的浓度,金属就被继续氧化了。

(5)当硝酸与金属活动性顺序表中排在氢以前的活泼金属如镁、锌、铁等反应时,除可生成NO2或NO外,在更稀的硝酸中还可产生N2O、N2、NH3等。例如:

4Mg + 10HNO3(1 mol·L1) ===  4Mg (NO3)+ NH4NO3+ 3H2O

4Mg + 10HNO3(2 mol·L1) ===  4Mg (NO3)+ N2O↑+ 5H2O

3Mg + 8HNO3(6 mol·L1) ===  3Mg (NO3)2  + 2NO↑+ 4H2O

Mg + 4HNO3(16 mol·L1) === Mg (NO3)+ 2NO2↑+ 2H2O

可见,对于同一种还原剂来说,硝酸越稀被还原的程度越大。浓硝酸(12~16 mol·L1)被还原的主要产物是NO2,稀硝酸(6~8 mol·L1)被还原的产物主要是NO;再稀如2 mol·L1的硝酸还原产物主要是N2O,而更稀的硝酸(1 mol·L1)则被还原成NH3(NH3与HNO3反应生成NH4NO3)。

(6)铁、铝在冷的浓硝酸中发生钝化现象。

总之,硝酸的强氧化性来自硝酸根中的N(+5)元素,而不是硝酸电离出来的H+,这种氧化性的强弱还跟温度(温度越高氧化性越强)、酸度(如硝酸根在中性或弱酸性溶液中难以表现出氧化性,如硝酸亚铁中的Fe2+NO3可以稳定存在,但加盐酸时,Fe2+却被NO3氧化成了Fe3+)等有关。物质氧化性的强弱是指氧化其它物质的能力,浓硝酸与铜反应比稀硝酸与铜反应剧烈的多,说明浓硝酸的氧化性比稀硝酸的氧化能力强。而不能从其本身被还原的程度大小来比较例如:

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性例题(2009年北京高考27题)某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱,按下图装置进行试验(夹持仪器的装置已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性可选药品:浓硝酸、3mo/L稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性已知:氢氧化钠溶液不与NO反应,能与NO2反应

2NO2+ 2NaOH ===NaNO3+ NaNO2  + H2O谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(1)实验应避免有害气体排放到空气中,装置③、④、⑥中盛放的药品依次         

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(2)滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性,加入药品,打开弹簧夹后         

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(3)装置①中发生反应的化学方程式是          

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(4)装置②的作用是         ,发生反应的化学方程式是           

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(5)该小组得出的结论以据的试验现象是            

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(6)试验结束后,同学们发现装置①中溶液呈绿色,而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致,而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个试验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是(选填序号字母)

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性a.加热该绿色溶液,观察颜色变化

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性b.加水稀释绿色溶液,观察颜色变化

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性c.向该绿色溶液中通入氮气,观察颜色变化

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性d.向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体,观察颜色变化

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性【解析】本题主要考查HNO3的性质、化学基本实验设计和评价能力。(1)根据装置特点和实验目的,装置⑤是收集NO,装置⑥中盛放NaOH溶液吸收NO2,因为要验证稀HNO3不能氧化NO,所以装置③中应该盛放稀硝酸。

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(2)由于装置中残存的空气能氧化NO而对实验产生干扰,所以滴加浓HNO3之前需要通入一段时间CO2赶走装置中的空气,同时也需将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内防止反应产生的NO气体逸出。

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(3)Cu与浓HNO3反应生成Cu(NO3)2、NO2、H2O:

Cu + 4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+ 2NO2↑+2 H2O。

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(4)装置②中盛放H2O,使NO2与H2O反应生成NO:3NO2+ H2O ===2HNO3+ NO。

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(5)NO通过稀HNO3溶液后,若无红棕色NO2产生,说明稀HNO3不能氧化NO,所以盛放稀HNO3装置的液面上方没有颜色变化即可说明之。装置④中盛放的是浓HNO3,若浓HNO3能氧化NO则装置④液面的上方会产生红棕色气体。

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(6)要证明是Cu(NO3)2浓度过高或是溶解了NO2导致装置①中溶液呈绿色,可设计将溶解的NO2赶走(a、c方案)再观察颜色变化。也可在Cu(NO3)2的浓溶液中通入NO2进行比较观察反应后的颜色变化(d方案),确定是否是因为溶有NO2引起的。方案b由于Cu(NO3)2和溶解在其中的NO2浓度均可发生变化,故无法确定是哪一种因素引起的。

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性答案谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(1)3 mol/L稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(2)通入CO2一段时间,关闭弹簧夹,将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(3)Cu + 4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+ 2NO2↑ + 2H2O

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(4)将NO2转化为NO   3NO2 + H2===2HNO3 + NO

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(5)装置③中液面上方气体仍为无色,装置④中液面上方气体由无色变为红棕色

谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性谈谈稀硝酸与浓硝酸的氧化性(6)a   c   d

【练习1在100 mL浓HNO3中,加入足量的铜片产生a L气体,用排水法收集后得到b L气体(气体的体积都是在标准状况下测定的),则原浓硝酸的物质的量浓度是多少?

解析:依题意,a L气体是NO2NO的混合气体,b L气体全为NO气体。该题若根据化学方程式列式计算就显得很复杂,我们可作如下分析:起氧化剂作用的HNO3的物质的量=b/22.4 ,根据电子守恒,Cu所失去的电子的物质的量恰好为HNO3生成b L NO气体时所得电子的物质的量,即Cu失电子=(b/22.4)×3,反应的Cu的物质的量=3/2×b/22.4  mol。则起酸性作用的HNO3为3/2×b/22.4 mol×2 =3b/22.4 mol,所以HNO3的物质的量为b/22.4mol + 3b/22.4mol  b/5.6mol,浓度为25b/14 mol·L1.

答案:25b/14mol·L1

点拨:铜与浓硝酸的反应要考虑反应过程中硝酸浓度的变化,开始生成NO2,后来生成NO,最后得到的是NO2和NO的混合物。类似这样的反应还有:①锌与浓硫酸的反应,开始生成SO2,随着反应的不断进行,浓硫酸变稀,反应产物还有H2;②足量的二氧化锰和浓盐酸共热,开始生成Cl2,随着反应的不断进行,浓盐酸变稀,产生的Cl2越来越少,虽然还有HCl,由于浓度变小,反应不再进行。

【练习2在铁与铜的混合物中,加入一定量的稀HNO3,充分反应后剩余金属m1g,,再向其中加入一定量的稀H2SO4充分振荡后,剩余金属m2g,则m1和m2的关系是

A. m1一定大于m2     B. m1可能等于m2      C. m1一定等于m2     D. m1可能大于m2

解析:铁与铜的混合物与一定量的稀HNO3反应,当金属剩余时,硝酸耗尽,但生成物中含有Fe(NO3)2和Cu(NO3)2。若再加入稀H2SO4,则又继续发生3Cu + 8H++ 2NO3===3Cu2++ 2NO↑+ 4H2O或Fe + 4H++ NO3===Fe3++ NO↑+ 2H2O,使金属的质量减少。A选项符合题意。

答案:A

点拨:解答该题要注意,剩余的金属成分不可能只有铁,因为Fe + Cu2+===Fe2+ + Cu。当剩余金属只有铜时,加稀H2SO4,认为Cu与稀H2SO4不反应,若为Fe、Cu混合物时,Fe溶解,而错选B、D,因为这样是忽略了NO3在酸性条件下具有强氧化性的缘故。

(责任编辑:化学自习室)
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