金屬與硝酸反應(yīng)后產(chǎn)物的測(cè)定及其影響因素

綫蘭煉第三中學(xué)N0.3MIDDLESCHOOLOFLANLIAN化學(xué)學(xué)科研究性課題論文硝酸與金屬反應(yīng)后產(chǎn)物的測(cè)定及其影響因素作者：達(dá)逸文班級(jí)：高一一班2013年12月硝酸與金屬反應(yīng)后產(chǎn)物的測(cè)定及其影響因素達(dá)逸文（蘭煉三中高一一班，蘭州，730060）【摘要】硝酸屬于強(qiáng)酸但它又顯示出了強(qiáng)氧化性，所以金屬與硝酸的反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜，反應(yīng)產(chǎn)物豐富。通過(guò)理論分析以及在試驗(yàn)中用不同濃度的硝酸與鈉、鎂、鋁、鐵、銅反應(yīng)測(cè)定反應(yīng)后的產(chǎn)物并且研究影響反應(yīng)產(chǎn)物的若干因素?！娟P(guān)鍵詞】硝酸金屬氧化還原反應(yīng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)硝酸是常見(jiàn)的無(wú)機(jī)酸之一，無(wú)論在無(wú)機(jī)化學(xué)的理論與實(shí)驗(yàn)中都占有十分重要的地位。硝酸與金屬反應(yīng)的過(guò)程十分復(fù)雜，公認(rèn)為是無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)中最復(fù)雜的體系之一。硝酸與金屬的反應(yīng)涉及化學(xué)反應(yīng)速率，化學(xué)平衡，氧化還原反應(yīng)，電極電勢(shì)等方面。但是在一些中學(xué)化學(xué)教材中只強(qiáng)調(diào)了其氧化性而忽視了其酸性因此在金屬與硝酸的反應(yīng)生成物問(wèn)題上，說(shuō)法籠統(tǒng)。一般而言歸納起來(lái)有三種：1、 活潑金屬不能從硝酸中置換出氫氣；2、 同一種金屬與硝酸反應(yīng)時(shí)，濃硝酸主要還原為NO，稀硝酸主要還原為NO；23、 活潑金屬只有和極稀的硝酸反應(yīng)才能產(chǎn)生銨根離子。而且在課本中只寫(xiě)到濃硝酸或稀硝酸與金屬反應(yīng)的還原產(chǎn)物，并沒(méi)有一個(gè)濃稀的界定,我們想通過(guò)實(shí)驗(yàn),大致對(duì)濃稀有個(gè)大致的界定。那么要探究硝酸與金屬反應(yīng)后的產(chǎn)物及其影響因素就要解決以下幾個(gè)問(wèn)題1、 硝酸分子有什么結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與它的氧化性有何聯(lián)系？2、 硝酸與金屬是怎樣進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的？化學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，那么如何設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)來(lái)檢測(cè)硝酸與金屬反應(yīng)后的產(chǎn)物也是要解決的重要問(wèn)題之一。1NO—與硝酸分子的結(jié)構(gòu)3濃硝酸中以HNO分子形式存在，而稀硝酸中由于電離，以NO-存在，結(jié)構(gòu)如圖:從圖中可以看出，NO-的鍵角均為120°，鍵長(zhǎng)均為121pm，為等邊三角形，對(duì)稱性高，體系能量低,3故NO-很穩(wěn)定，N不易獲得電子，氧化性弱；而HNO分子中有3個(gè)N—O鍵，鍵角、鍵長(zhǎng)均不相等，對(duì)33稱性低。一個(gè)N—O鍵鍵長(zhǎng)140.6pm大于其他，故此鍵較弱，易斷裂而使N獲得電子。因此，HNO?的穩(wěn)定性弱，氧化性強(qiáng)。硝酸與金屬反應(yīng)的熱力學(xué)原因利用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)可以判斷一個(gè)反應(yīng)發(fā)生的方向。根據(jù)這一原理，我們可以判斷硝酸能否根金屬如銅鋅、鐵等發(fā)生反應(yīng)。NO—+2H++e=NO+HO申0=0.80V322NO—+4H+3+3e=NO+2HO2恥=0.96V2NO—+10H++3e=NO+5HO恥=1.11V3222NO—+12H++10e=N+6HO恥=1.24V322NO—+10H++8e=NH++3HO申0=0.87V342Cu2++2e=Cu申0=0.34VE-^0 二0.80-0.34二0.46VNO—NO2 Cu2+CuE0=^0 —*0 二0.96-0.34二0.62VNO—NO Cu2+CuE0=^0 —*0 =1.11-0.34=0.77VNO—N2O CU2+CUE0=^0 —*0 =0.87-0.34=0.53VNO—NH+4 Cu2+Cu由于大多數(shù)平行反應(yīng)的電勢(shì)差E0>0.5V，因此，各反應(yīng)都有可能向正方向進(jìn)行。同理，申0 =0.8V，p0 =-0.76V，p0 =-0.44V，它們與硝酸的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)比較，電動(dòng)勢(shì)Ag+Ag Zn2+Zn Fe2+FeE0>0，所以它們均能被硝酸氧化。硝酸與金屬反應(yīng)中的化學(xué)平衡硝酸與金屬反應(yīng)時(shí)，其還原產(chǎn)物存在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，如硝酸的還原產(chǎn)物NO2與NO之間存在著下列平衡：3NO+HOo2HNO+NO2 2 3若濃硝酸和金屬反應(yīng)時(shí)，即便生成NO，但由于硝酸濃度大，氧化性強(qiáng)，也可將氧化成NO使2平衡強(qiáng)烈向左移動(dòng)，使主要產(chǎn)物為NO；當(dāng)稀硝酸與金屬反應(yīng)時(shí)，由于硝酸濃度小，平衡相右移動(dòng)，主要2產(chǎn)物是NO。又由于稀硝酸氧化性弱，不能使生成的no氧化成NO，因此主要產(chǎn)物是NO.2硝酸與金屬反應(yīng)中的反應(yīng)速率眾所周知?dú)狻合喾磻?yīng)，氣體必須首先溶解于液體中才能進(jìn)行反應(yīng)。在一定溫度下，氣體在液體中有一相應(yīng)的溶解度，超過(guò)此溶解度氣體就會(huì)從液體中逸出而不參加反應(yīng)。武漢大學(xué)等《無(wú)機(jī)化學(xué)》第三版（下冊(cè)）談到硝酸還原過(guò)程中有中間體NO產(chǎn)生，并提出在這些反應(yīng)中NO有傳遞電子的能力，在氧化還原反應(yīng)中起22到催化的作用。那么當(dāng)HNO濃度大時(shí)，產(chǎn)生的NO速度也快，當(dāng)NO在溶液中積累到一定程度時(shí)，就會(huì)322超過(guò)其溶解度而逸出，故NO進(jìn)一步還原的產(chǎn)物較NO的量要少得多，反應(yīng)的主要產(chǎn)物是NO；如果222HNO濃度較稀，NO達(dá)到超過(guò)其溶解度的時(shí)間較長(zhǎng)，甚至超不過(guò)其溶解度，就會(huì)在溶液中進(jìn)一步被還原32為NO，由于NO在溶液中的溶解度比NO小,就會(huì)逸出溶液，故其主要產(chǎn)物為NO；如果HNO更23稀，生成的NO更少，超不過(guò)其在水中的溶解度，那么在溶液中被還原成NO的量也更少，這些溶解在水2中的NO進(jìn)一步被還原甚至產(chǎn)生nh+.4硝酸與金屬反應(yīng)后產(chǎn)物測(cè)定及影響因素的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)5.1實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)述1、 生成NO用肉眼觀察其紅棕色，并且用0.2mol/L的氫氧化鈉⑹吸收22NO+2NaOH=NaNO+NaNO+HO23222、 生成的NO用FeSO溶液來(lái)檢驗(yàn)：NO分子中存在孤對(duì)電子，易與金屬離子形成配合物，能與FeSO44溶液形成棕綠色可溶性的硫酸亞硝酰鐵（II）：FeSO+NO=[Fe（NO）]SO⑺44NO氣體還可以通過(guò)向該氣體通入空氣，氣體變成紅棕色來(lái)判斷：2NO+O=2NO223、 生成的NH和未反應(yīng)的硝酸形成NHNO用納氏試劑檢測(cè)3 4 3納氏試劑是絡(luò)鹽K2[Hg—】加koh的溶液，在無(wú)機(jī)化學(xué)定性分析中，用其檢驗(yàn)氨或銨鹽，可得到

黃色或紅色的溶液或沉淀。納氏試劑測(cè)水中銨根，靈敏度高，操作簡(jiǎn)便但是測(cè)定溶液中^CU2+,Fe3+等金屬離子對(duì)納氏試劑檢測(cè)銨根有干擾作用而且在檢測(cè)前先調(diào)整pH至中性，加入納氏試劑后體系pH值在11.8-12.4為宜[8]。我們?cè)谠囼?yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)如果反應(yīng)后的溶液不經(jīng)處理直接滴入納氏試劑，溶液中產(chǎn)生棕色沉淀，并有汽包產(chǎn)生。我們將有棕色沉淀的液體滴入淀粉溶液會(huì)發(fā)現(xiàn)淀粉溶液變藍(lán)，加入煤油發(fā)現(xiàn)煤油呈紫色，所以我們判斷，原溶液中過(guò)量的硝酸會(huì)將K2[Hg—l或者I—氧化成碘單質(zhì)：61-+2H++2NO-二3I+2NOT+HO3 2 2所以我們?cè)跈z測(cè)銨根時(shí)用氫氧化鈉溶液將金屬離子沉淀，溶液呈中性至堿性，然后去上層清液檢驗(yàn)（以下實(shí)驗(yàn)不加說(shuō)明均用此方法處理溶液），有黃色或者紅色沉淀即溶液中有NH+產(chǎn)生。4Hg2[HgI]+NH+3KOHoO/ \NHI+7KI+2HO4 3 \Hg/ 2 2（碘化氧二汞胺）而且在試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)：在用納氏試劑檢測(cè)銨根時(shí)，納氏試劑應(yīng)該過(guò)量，否則黃色的沉淀會(huì)被含銨根的溶液溶解，所以在點(diǎn)滴板上進(jìn)行檢測(cè)。4、 剩余氣體的檢驗(yàn)剩余氣體我們用排水法收集至一個(gè)小試管中，然后用燃燒的小木條檢驗(yàn)該氣體是否燃燒是否支持燃燒。如果有爆鳴聲則氣體中含有H，如果支持燃燒則氣體中含有大量的NO，若既不支持燃燒也不22燃燒認(rèn)為氣體中含有N?25.2反應(yīng)裝置硝酸與金屬反應(yīng)生氣的有毒氣體既污染空氣又對(duì)試驗(yàn)者的身體造成傷害，所以必須對(duì)尾氣精心處理，我們本著節(jié)約藥品綠色環(huán)保的理念，根據(jù)硝酸與金屬反應(yīng)的劇烈程度以及金屬的種類，設(shè)計(jì)了三種反應(yīng)裝置如下圖：裝置III裝置I裝置III裝置I裝置I用于濃硝酸與金屬反應(yīng)以及濃硝酸和中等濃度的硝酸與鎂的反應(yīng)。由于這一類反應(yīng)劇烈現(xiàn)象明顯，產(chǎn)生氣體較多而這些氣體需要大量的液體去吸收避免有毒氣體污染空氣，利用該裝置進(jìn)行反應(yīng)是首先用氮?dú)鈱⒀b置中的空氣排出,,第一個(gè)洗氣瓶裝有氫氧化鈉溶液用于吸收NO2氣體,第二個(gè)洗氣瓶裝有硫酸NO亞鐵溶液用于檢驗(yàn)和吸收 氣體,如果還有剩余氣體則用排水法收集于小試管中。裝置II用于稀硝酸以及極稀的硝酸與金屬反應(yīng)。由于這一類反應(yīng)較為緩慢，若像裝置I那樣產(chǎn)生大量的氣體則消耗硝酸的量很多而且反應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)。反應(yīng)在注射器內(nèi)發(fā)生隔絕了空氣氧氣與NO氣體發(fā)生反應(yīng)影響反應(yīng)結(jié)果。反應(yīng)結(jié)束或需要停止反應(yīng)時(shí)將反應(yīng)后的溶液推入燒杯進(jìn)一步檢驗(yàn)，產(chǎn)生的氣體亦可以通過(guò)依次抽取氫氧化鈉溶液與硫酸亞鐵溶液洗氣，觀察氣體體積的變化來(lái)判斷產(chǎn)氣量的多少，剩余的氣體可以通過(guò)排水集氣法收集于小試管中進(jìn)行檢測(cè)。裝置III用于硝酸與鋁的反應(yīng)，由于鋁表面有一層致密的氧化膜會(huì)阻止與硝酸的反應(yīng)，所以用J形管以四氯化碳打底，管口高的一端放入氯化汞溶液，管口低的一端放入硝酸，鋁箔從氯化汞溶液一端進(jìn)入出去氧化膜，進(jìn)入四氯化碳以阻止氧化膜的再次產(chǎn)生，除去氧化膜的鋁進(jìn)入硝酸中與硝酸反應(yīng)，反應(yīng)生成的氣體用針管抽出。5.3實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象與結(jié)果5.3.1鈉與不同濃度硝酸的反應(yīng)【實(shí)驗(yàn)1-1】鈉與水和鈉與0.5mol/L硝酸的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟：事先在兩個(gè)培養(yǎng)皿中滴入無(wú)色酚酞試劑，然后將綠豆大小的鈉分別投入水和硝酸中。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鈉在硝酸與鈉在水中的反應(yīng)類似，但是在硝酸中反應(yīng)更加劇烈。有火星出現(xiàn)，滴入無(wú)色酚酞的水溶液變?yōu)榧t色，滴入酚酞的硝酸中有紅色軌跡，但隨即消失，同時(shí)產(chǎn)生大量無(wú)色無(wú)味氣體。分析結(jié)論：鈉與硝酸反應(yīng)會(huì)生成NaOH,無(wú)色氣體中有氫氣產(chǎn)生，但由于實(shí)驗(yàn)條件所限，其余氣體無(wú)法檢測(cè)?！緦?shí)驗(yàn)1-2】鈉與2mol/L、4mol/L、6mol/L、10mol/L、15mol/L的硝酸的反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鈉與以上各濃度硝酸反應(yīng)相當(dāng)劇烈，均會(huì)燃燒或爆炸，產(chǎn)生NaOH會(huì)將玻璃培養(yǎng)皿腐蝕，在前三種濃度下產(chǎn)生的無(wú)色氣體中未聞到二氧化氮的味道，反應(yīng)后的溶液滴入奈氏試劑后均有棕黃色沉淀并隨硝酸濃度的升高，棕黃色沉淀顏色逐漸變淺；在與10mol/L的硝酸反應(yīng)后能聞到淡淡的二氧化氮的味道；在于15mol/L硝酸反應(yīng)后能聞到濃的二氧化氮的味道。稀釋與以上兩種濃度的硝酸反應(yīng)后的液體，在其中滴入奈氏試劑后無(wú)明顯現(xiàn)象。分析結(jié)論：（1）鈉與硝酸反應(yīng)生成氫氣。（2） 鈉與稀硝酸反應(yīng)生成銨根離子。與濃硝酸反應(yīng)不生成銨根離子。（3） 鈉與濃硝酸反應(yīng)生成一氧化氮或二氧化氮?？偨Y(jié)：鈉與硝酸的反應(yīng)十分劇烈，由于實(shí)驗(yàn)條件所限，生成氣體無(wú)法收集，故無(wú)法進(jìn)一步確證產(chǎn)生氣體的具體成分。5.3.2鎂與不同濃度硝酸的反應(yīng)【實(shí)驗(yàn)2-1】鎂與15mol/L的濃硝酸的反應(yīng)，采用裝置I實(shí)驗(yàn)步驟：首先用N2將裝置I中的空氣趕出，然后用注射器抽取10ml濃硝酸，緩慢注入具支試管中,觀察反應(yīng)現(xiàn)象。反應(yīng)結(jié)束后用吸有氫氧化鈉溶液的注射器代替裝有濃硝酸的注射器，將氫氧化鈉溶液注入具支試管中吸收NO，水槽中小試管收集未被吸收的氣體。2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鎂屑被迅速溶解，產(chǎn)生大量紅棕色的氣體，氣體經(jīng)NaOH溶液洗滌后仍有少量的無(wú)色氣體，該氣體能使FeSO4溶液變?yōu)樽鼐G色，反應(yīng)后的溶液經(jīng)處理后滴入納氏試劑，溶液呈淡黃色。4分析結(jié)論：鎂與15mol/L的濃硝酸反應(yīng)的主要產(chǎn)物是NO，次要產(chǎn)物NO，在反應(yīng)過(guò)程中硝酸逐漸2變稀產(chǎn)生了少量NH+4方程式：Mg+4HNO =Mg（NO）+2NOT+2HO3（濃） 32 2 2【實(shí)驗(yàn)2-2】鎂與6mol/L的稀硝酸的反應(yīng)，采用裝置I實(shí)驗(yàn)步驟：同【實(shí)驗(yàn)2-1】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鎂屑被迅速溶解，產(chǎn)生大量淡淡的棕色氣體，NaOH溶液洗滌后仍有大量的無(wú)色氣體，該氣體能使FeSO4溶液變?yōu)樽鼐G色，剩余少量的氣體用排水集氣法收集于10ml試管中，在酒精燈上點(diǎn)燃“嘭”4的一聲。反應(yīng)后的溶液滴入奈氏試劑后有黃色沉淀。分析結(jié)論：鎂與6mol/L的濃硝酸反應(yīng)的主要產(chǎn)物是NO，次要產(chǎn)物NO空，在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生了水硝酸逐漸變得很稀，很稀的硝酸呈現(xiàn)了強(qiáng)酸的性質(zhì)與鎂反應(yīng)生成H，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)看，中學(xué)的有些教科書(shū)、2教學(xué)參考書(shū)上寫(xiě)到硝酸與金屬反應(yīng)不產(chǎn)生的產(chǎn)生H的說(shuō)法是錯(cuò)誤的，當(dāng)然從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象看出少部分硝酸被2還原成了NH+4方程式：3Mg+8HNO =3Mg（NO）+2NOT+4HO3（6mol/L） 32 2【實(shí)驗(yàn)2-3】鎂與2mol/L的稀硝酸的反應(yīng)，采用裝置II實(shí)驗(yàn)步驟：鎂屑放入注射器，將注射器活塞盡量推入底部以趕走注射器中的空氣，然后吸入10m1硝酸將皮管用止水夾夾住，反應(yīng)結(jié)束后打開(kāi)止水夾將反應(yīng)后的溶液排出再將皮管夾住。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：反應(yīng)較為迅速，產(chǎn)生大量無(wú)色氣體，該氣體能使FeS?！比芤鹤?yōu)樽鼐G色，但是氣體體積減小4大概20%，用排水集氣法收集剩余氣體，在酒精燈上點(diǎn)燃有尖銳的爆鳴聲。分析結(jié)論：鎂與2mo1/L的濃硝酸反應(yīng)生產(chǎn)了NO、H和NH.但是H的爆炸極限是4%-74.2%所以232我們并不能判斷H量產(chǎn)生的多少，至于剩余的氣體我們只能根據(jù)理論推測(cè)為N.22方程式：4Mg+10HNO =4Mg（NO）+NOT+5HO3（2mol/L） 32 2 2【實(shí)驗(yàn)2-4】鎂與0.5mo1/L的稀硝酸的反應(yīng)，采用裝置II實(shí)驗(yàn)步驟：同【實(shí)驗(yàn)2-3】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：產(chǎn)生無(wú)色氣體，該氣體能使FeS°4溶液變?yōu)榈鼐G色，但是氣體體積減小大概不到5%,用排水集氣法收集剩余氣體，在酒精燈上點(diǎn)燃“有嘭”的一聲。反應(yīng)后的溶液滴入奈氏試劑后有黃色沉淀。分析結(jié)論：因?yàn)椴荒艽_定H與NH量產(chǎn)生的多少，所以我們認(rèn)為在該濃度下H與NH均為主要2323產(chǎn)物，而NO氣體為次要產(chǎn)物。方程式：4Mg+10HNO =4Mg（NO）+NHNO+5HO3（0.5mol/L） 32 43 2Mg+2HN0 =Mg（NO）+HT3（0.5mol/L） 32 2鎂與不同濃度硝酸反應(yīng)后的產(chǎn)物小結(jié)：濃度(mol/L)15620.5主要產(chǎn)物NO2NONO、H、2H2次要產(chǎn)物NONHNONHHNH、(NO)NH32 3 23 235.3.3鋁與硝酸的反應(yīng)鋁的重要化學(xué)特征是：活潑金屬；強(qiáng)烈的親氧性；顯著的酸堿兩性。它在空氣和水中都很穩(wěn)定能耐腐蝕,這和鋁的親氧性有關(guān)。鋁一旦與空氣或氧接觸,其表面立即形成一層致密的氧化物膜覆蓋著金屬,這層氧化物膜可阻止內(nèi)層的鋁被氧化,它也不溶于水,所以鋁在空氣和水中都很穩(wěn)定能耐腐蝕［14。］我們?cè)谠囼?yàn)中發(fā)現(xiàn)鋁與冷的硝酸反應(yīng)十分緩慢甚至不反應(yīng)，加熱后鋁能與硝酸反應(yīng)，但是一旦停止加熱反應(yīng)又逐漸減緩甚至停止。這都是與鋁的親氧性有關(guān)，所以我們將鋁片先與氫氧化鈉溶液反應(yīng)除去表面的氧化膜，然后再與氯化汞溶液反應(yīng)生成鋁汞齊，由于汞占據(jù)了鋁表面的一些位置，使鋁疏松，內(nèi)層的鋁就不斷與硝酸發(fā)生反應(yīng)。【實(shí)驗(yàn)3-1】鋁與15mol/L的濃硝酸的反應(yīng)。鋁與15mol/L的稀硝酸反應(yīng)無(wú)明顯現(xiàn)象，是因?yàn)槔涞臐庀跛嶂锈g化，阻止了反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生?！緦?shí)驗(yàn)3-2】鋁與10mol/L的濃硝酸的反應(yīng)，采用裝置III實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鋁與10mo1/濃硝酸反應(yīng)十分迅速，產(chǎn)生大量紅棕色氣體，并放出大量熱量，氣體經(jīng)過(guò)NaOH溶液洗滌后仍有少量的無(wú)色氣體，該氣體能使FeSO4溶液變?yōu)樽鼐G色；反應(yīng)后的溶液滴入奈氏試劑后變?yōu)榈S色。分析結(jié)論：鋁與10mo1/濃硝酸的反應(yīng)產(chǎn)物是NO，次要產(chǎn)物為NO，在反應(yīng)過(guò)程中硝酸逐漸變稀產(chǎn)生2了少量NH+.4方程式：Al+6HNO =Al（NO）+3NOT+3HO3（濃） 33 2 2【實(shí)驗(yàn)3-3】鋁與6mol/L的稀硝酸的反應(yīng)，采用裝置III實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鋁與6mol/L的稀硝酸反應(yīng)速度緩慢，產(chǎn)生無(wú)色氣體，該氣體經(jīng)硫酸亞鐵溶液洗滌后變?yōu)樽鼐G色，剩余無(wú)色氣體，由于氣體量太少無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)，反應(yīng)后的溶液滴入奈氏試劑后變?yōu)辄S色。分析結(jié)論：鋁與6mol/L的稀硝酸反應(yīng)的主要產(chǎn)物是NO，次要產(chǎn)物是NH+4方程式：Al+4HNO =Al（NO）+NOT+2HO3（6mol/L） 33 2【實(shí)驗(yàn)3-4】鋁與2mol/L的稀硝酸的反應(yīng)，采用裝置III實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鋁與2mol/L的稀硝酸反應(yīng)十分緩慢，產(chǎn)生無(wú)色氣體，該氣體經(jīng)硫酸亞鐵溶液洗滌后變?yōu)榈鼐G色，但氣體體積改變很小，用排水集氣法收集剩余氣體，在酒精燈上點(diǎn)燃有爆鳴聲，反應(yīng)后的溶液滴入奈氏試劑后變?yōu)辄S色沉淀。分析結(jié)論：鋁與2mol/L的稀硝酸反應(yīng)的產(chǎn)物是NH+、H和NO42方程式：8Al+30HNO =8Al（NO）+3NHNO+9HO3（2mol/L） 33 4 3 2在做鋁與稀硝酸的反應(yīng)時(shí)反應(yīng)速率從理論上分析應(yīng)該比鋅和鐵與同等濃度硝酸反應(yīng)迅速,但是實(shí)際的反應(yīng)速率卻很慢,我們認(rèn)真分析原因認(rèn)為：鋁與氯化汞溶液反應(yīng)后生成鋁汞齊,鋁溶于汞中，汞不與冷的稀硝酸反應(yīng),只有鋁汞齊表面的少量鋁原子與硝酸接觸，隨著表面的鋁原子反應(yīng)變成鋁離子進(jìn)入溶液，鋁汞齊里面的鋁原子才逐漸擴(kuò)散到表面繼續(xù)反應(yīng)，所以反應(yīng)較慢;而濃硝酸既與鋁反應(yīng)又與汞反應(yīng),在反應(yīng)初期直接將鋁汞齊溶解，而內(nèi)部的鋁還未來(lái)得及形成氧化膜就與硝酸發(fā)生反應(yīng)，這也是鋁與10mol/L的濃硝酸和6mol/L的稀硝酸反應(yīng)速度相差很大的原因。鋁與不同濃度硝酸反應(yīng)后的產(chǎn)物小結(jié)：濃度(mol/L)151062主要產(chǎn)物鈍化NO2NONH、H、NO3 2次要產(chǎn)物NONHH3 2NH35.3.4鋅與不同濃度硝酸的反應(yīng)【實(shí)驗(yàn)4-1】鋅與15mol/L的濃硝酸的反應(yīng)，采用裝置I實(shí)驗(yàn)步驟：同【實(shí)驗(yàn)2-1】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鋅粒迅速溶解，產(chǎn)生大量紅棕色氣體，氣體經(jīng)過(guò)NaOH溶液洗滌后能使FeSO4溶液變?yōu)樽鼐G色，水槽中小試管收集極少量的氣體，反應(yīng)后的溶液滴入納氏試劑有黃色沉淀。分析結(jié)論：鋅與15mol/L的濃硝酸反應(yīng)的主要產(chǎn)物是NO，次要產(chǎn)物NO，在反應(yīng)過(guò)程中硝酸逐漸2變稀產(chǎn)生了少量NH+4方程式：Zn+4HNO =Zn（NO）+2NOT+2HO3（濃） 32 2 2【實(shí)驗(yàn)4-2】鋅與6mol/L的稀硝酸的反應(yīng)，采用裝置II實(shí)驗(yàn)步驟：同【實(shí)驗(yàn)2-3】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：開(kāi)始反應(yīng)時(shí)緩慢但比銅要快，產(chǎn)生無(wú)色的氣體，水浴微熱后反應(yīng)明顯加快，仍產(chǎn)生無(wú)色的氣體。反應(yīng)結(jié)束后用氫氧化鈉溶液吸收后氣體體積略微減小，剩余氣體能使硫酸亞鐵溶液變?yōu)樽鼐G色，洗氣后剩余大約10%的無(wú)色氣體，用排水法收集剩余的氣體該氣體既不燃燒也不支持燃燒，但我們發(fā)現(xiàn)，帶火星的木條不會(huì)馬上熄滅，根據(jù)該現(xiàn)象以及理論分析［9我們認(rèn)為該氣體中可能含有N和N2O，反應(yīng)后的22溶液經(jīng)氫氧化鈉處理后，滴入納氏試劑，有棕黃色沉淀生成，分析結(jié)論：6mol/L的稀硝酸與鋅反應(yīng)的主要產(chǎn)物為NO，次要產(chǎn)物為NO、NH、N、N0，2322NH與未反應(yīng)的硝酸形成NHNO。343方程式：3Zn+8HN0 =3Zn（NO）+2NOT+4HO3（6mol/L） 32 2【實(shí)驗(yàn)4-3】鋅與lmol/L的硝酸的反應(yīng)，采用裝置II實(shí)驗(yàn)步驟：同【實(shí)驗(yàn)2-3】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：反應(yīng)緩慢，在微熱的條件下反應(yīng)1小時(shí)后鋅粒被溶解，產(chǎn)生少量的無(wú)色泡，無(wú)法收集檢測(cè),反應(yīng)后的溶液經(jīng)氫氧化鈉處理后，滴入納氏試劑，有棕色沉淀生成。分析結(jié)論：lmol/L的稀硝酸與鋅反應(yīng)的主要產(chǎn)物為NH，并且未反應(yīng)的硝酸形成NHNO。3 4 3方程式：4Zn+10HNO =4Zn（NO）+NHNO+5HO3（1mol/L） 32 43 2鋅與不同濃度硝酸反應(yīng)后的產(chǎn)物小結(jié)：濃度（mol/L）1561主要產(chǎn)物NO2NONH3次要產(chǎn)物NONO(NNO)222，未測(cè)出5.3.5鐵與不同濃度硝酸的反應(yīng)【實(shí)驗(yàn)5-1】鐵與15mol/L的濃硝酸的反應(yīng)15mol/L的濃硝酸與鐵反應(yīng)一開(kāi)始立即停止，鐵的表面變成黑色。濃硝酸對(duì)鐵有鈍化作用，在鐵的表面形成了一層致密的氧化膜阻止了鐵與硝酸的進(jìn)一步反應(yīng)?！緦?shí)驗(yàn)5-2】鐵與10mol/L的濃硝酸的反應(yīng)，采用裝置I實(shí)驗(yàn)步驟：同【實(shí)驗(yàn)2-1】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鐵絲迅速溶解，反應(yīng)劇烈，放出大量紅棕色的氣體，溶液變?yōu)樽厣?，不?jīng)過(guò)處理滴入硫氰化鉀溶液呈紅色，處理后的反應(yīng)溶液滴入納氏實(shí)際有棕色沉淀生。紅棕色氣體經(jīng)氫氧化鈉溶液洗氣后剩余少量無(wú)色氣體，又經(jīng)硫酸亞鐵溶液洗氣后溶液變?yōu)樽鼐G色，水槽中的試管內(nèi)幾乎未收集到氣體。分析結(jié)論：1、 濃硝酸與鐵反應(yīng)主要產(chǎn)物是NO，在硝酸過(guò)量的情況下鐵離子以+3價(jià)形式出現(xiàn)22、 次要產(chǎn)物有NO和NH+.4方程式：Fe+6HNO =Fe（NO）+3NOT+3HO3（濃） 33 2 2【實(shí)驗(yàn)5-3】鐵與6mol/L的稀硝酸的反應(yīng)，硝酸過(guò)量，采用裝置II實(shí)驗(yàn)步驟：同【實(shí)驗(yàn)2-3】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：反應(yīng)較為緩慢，溶液變?yōu)樽厣?，有無(wú)色氣體產(chǎn)生。反應(yīng)后的溶液滴入KSCN溶液成紅色，用NaOH溶液將Fe3+沉淀后滴入納氏試劑，有棕色沉淀生成。無(wú)色氣體用氫氧化鈉溶液洗滌后體積有所減小，剩余氣體能使硫酸亞鐵溶液變?yōu)樽鼐G色，經(jīng)硫酸亞鐵溶液洗氣后仍有少量無(wú)色氣體，但量少無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。分析結(jié)論：稀硝酸與鐵反應(yīng)主要產(chǎn)物是NO，在硝酸過(guò)量的情況下鐵離子以+3價(jià)形式出現(xiàn)，次要產(chǎn)物NO并有NH+生成。24方程式：Fe+4HNO =Fe（NO）+NOT+2HO3（6mol/L） 33 2【實(shí)驗(yàn)2-4】鐵與lmol/L的硝酸的反應(yīng)，采用裝置II實(shí)驗(yàn)步驟：同【實(shí)驗(yàn)1-2】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：反應(yīng)極為緩慢，在水浴微熱的條件下，反應(yīng)一小時(shí)，鐵絲被溶解，溶液呈淡棕色，有少量氣泡產(chǎn)生，反應(yīng)后溶液滴入KSCN溶液成紅色，用NaOH溶液將Fe3+沉淀后滴入納氏試劑，有棕色沉淀生成。分析結(jié)論：反應(yīng)的主要產(chǎn)物是NH+，無(wú)色的氣泡無(wú)法檢測(cè)4方程式：8Fe+30HNO =8Fe（NO）+3NHNO+9HO3（lmol/L） 33 43 2鐵與不同濃度硝酸反應(yīng)后的產(chǎn)物小結(jié)：濃度（mol/L）151061主要產(chǎn)物鈍化NO2NONH3次要產(chǎn)物NONH3NONH2 35.3.6銅與不同濃度硝酸的反應(yīng)【實(shí)驗(yàn)6-1】銅與15mol/L的濃硝酸的反應(yīng)，采用裝置I實(shí)驗(yàn)步驟：同【實(shí)驗(yàn)2-l】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：銅粒迅速溶解，錐形瓶中產(chǎn)生大量紅棕色的氣體，溶液變?yōu)榫G色，反應(yīng)放出大量熱量。紅

棕色氣體經(jīng)氫氧化鈉溶液洗氣后仍有少量無(wú)色氣體進(jìn)入硫酸亞鐵溶液中，經(jīng)硫酸亞鐵吸氣后，溶液變?yōu)樽?/p>

綠色，水槽中的小試管未收集到氣體。反應(yīng)后用氫氧化鈉溶液吸收NO時(shí)注射器活塞能自動(dòng)下行。反應(yīng)后2的溶液加入過(guò)量氫氧化鈉溶液將Cu2+沉淀后溶液呈堿性，滴入納氏試劑，無(wú)明顯現(xiàn)象。分析結(jié)論：1、 銅與15mol/L的濃硝酸反應(yīng)產(chǎn)物主要是NO，還有少量的NO，無(wú)NH+生成。242、 溶液呈綠色是因?yàn)镹O溶于水中使溶液變?yōu)辄S色，與硝酸銅溶液的藍(lán)色疊加而是溶液呈綠色。3、反應(yīng)放出大量的熱量后反應(yīng)速度加快，證明溫度能加快金屬與硝酸的反應(yīng)速度。方程式：Cu+4HN0 =Cu（NO）+2NOT+2HO3（濃） 3222【實(shí)驗(yàn)1-2】銅與10mol/L的濃硝酸的反應(yīng)，采用裝置II實(shí)驗(yàn)步驟：同【實(shí)驗(yàn)2-1】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：銅片迅速溶解，產(chǎn)生紅棕色的氣體將活塞頂起，溶液變?yōu)榫G色，用氫氧化鈉溶液吸收NO后2剩余少量無(wú)色氣體，再抽入硫酸亞鐵吸氣后，溶液變?yōu)樽鼐G色。反應(yīng)后的溶液滴入納氏試劑，無(wú)明顯現(xiàn)象結(jié)論與【實(shí)驗(yàn)6-1】相同?！緦?shí)驗(yàn)6-3】銅與6mol/L的稀硝酸的反應(yīng)，采用裝置II實(shí)驗(yàn)步驟：同【實(shí)驗(yàn)2-3】，在反應(yīng)5分鐘后對(duì)注射器水浴微熱實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：開(kāi)始反應(yīng)很慢，銅片的表面有很多細(xì)小的無(wú)色氣泡產(chǎn)生，隨著反應(yīng)的進(jìn)行反應(yīng)速度略變快產(chǎn)生無(wú)色氣體；水浴微熱后反應(yīng)明顯變快有紅棕色氣體產(chǎn)生。氣體經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后仍有將近一半的無(wú)色氣體，該無(wú)色氣體經(jīng)硫酸亞鐵吸氣后，溶液變?yōu)樽鼐G色。還剩余少量氣體，由于氣體量太少無(wú)法收集檢測(cè)。反應(yīng)后的溶液變?yōu)樗{(lán)色，滴入納氏試劑，溶液變?yōu)榈S色。分析結(jié)論：1、 6mol/L的稀硝酸與銅反應(yīng)的主要產(chǎn)物為NO與NO的混合氣體。22、 水浴微熱的條件下有紅棕色的NO產(chǎn)生，證明加熱能夠提高硝酸的氧化性影響到反應(yīng)產(chǎn)物的生成。23、 銅與稀硝酸反應(yīng)能產(chǎn)生少量NH+，那種“只有活潑金屬和稀硝酸反應(yīng)才能產(chǎn)生NH+”的說(shuō)法是44錯(cuò)誤的！方程式：2Cu+6HNO =2Cu（NO）+2NOT+NOT+3HO3（6mol/L） 32 2 2【實(shí)驗(yàn)6-4】銅與2mol/L的稀硝酸的反應(yīng)，采用裝置II實(shí)驗(yàn)步驟：同【實(shí)驗(yàn)2-3】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:反應(yīng)極其緩慢，在水浴微熱的條件下反應(yīng)1小時(shí)，產(chǎn)生了少量的無(wú)色氣體，該氣體能使FeSO4溶液變?yōu)樽鼐G色。反應(yīng)后溶液變?yōu)樗{(lán)色，滴入納氏試劑，有淡黃色沉淀。