董順??

摘要： NO-3在不同的條件下氧化性及還原產(chǎn)物不同，通過實(shí)驗(yàn)探究了NO-3在不同的條件下與不同金屬單質(zhì)的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)NO-3的氧化性受溶液的酸堿性和反應(yīng)溫度的影響。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)鋁粉與NO-3在中性和堿性條件下均可發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氨氣，這應(yīng)為鋁的特性，可用鋁的這一性質(zhì)檢驗(yàn)溶液中是否含有NO-3。

關(guān)鍵詞： 硝酸鈉溶液； 鋁粉： 鎂粉； 銅粉； 實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)： 10056629（2018）8007304 中圖分類號(hào)： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1 由一道模擬試題說起

題目 （北京市朝陽(yáng)區(qū)2018屆高三一模理綜第12題）某同學(xué)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)（溶液的濃度均為1mol/L）。

下列對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋或推測(cè)不合理的是

A ①中： 2Al+2OH-+2H2O2AlO-2+3H2↑

B 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)判斷，NaNO3的氧化性強(qiáng)于水

C ②中： Al+3NO-3+6H+Al3++3NO2↑+3H2O

D ③中使?jié)駶?rùn)pH試紙變藍(lán)的氣體是NH3

解析： ②中應(yīng)為Al在酸性條件下與NO-3反應(yīng)生成NO，NO與空氣中的O2反應(yīng)生成NO2，故C選項(xiàng)解釋不合理。

答案： 選C。

由以上試題可以看出，鋁粉與NO-3在中性和酸性條件下均可反應(yīng)，且NO-3的還原產(chǎn)物分別為NH3和NO，那么在堿性條件下NO-3能否氧化鋁粉，在不同條件下鋁的氧化產(chǎn)物分別是什么？其他金屬單質(zhì)與NaNO3溶液反應(yīng)嗎？

2 理論分析

查閱了武漢大學(xué)、吉林大學(xué)等校編著的《無機(jī)化學(xué)》[1]，有以下標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)。

由以上電極半反應(yīng)式知，當(dāng)溶液酸性增強(qiáng)時(shí)，NO-3的氧化性增強(qiáng)。從化學(xué)熱力學(xué)的角度看，在中性條件下NO-3能氧化鋁粉，而本身被還原為NH3。

另外，在高溫條件下Pb粉可與NaNO3發(fā)生下列反應(yīng)[2]：

3 實(shí)驗(yàn)探究

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

受參考文獻(xiàn)[3， 4]啟示，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)： 分別取等量鋁粉與NaNO3溶液在中性、酸性及堿性條件下反應(yīng)，比較異同。同時(shí)，設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)用KNO3溶液代替NaNO3溶液重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。對(duì)于其他金屬能否與NaNO3溶液反應(yīng)，選擇比鋁性質(zhì)活潑的鎂和比鋁性質(zhì)穩(wěn)定的銅以及與鋁性質(zhì)相似的鋅分別在酸性、堿性及中性條件下與NaNO3溶液反應(yīng)，比較異同。

3.2 實(shí)驗(yàn)藥品

鋁粉（AR）、鎂粉（AR）、銅粉（AR）、鋅粉（AR）、37%濃鹽酸（AR）、NaNO3（AR）、KNO3（AR）、NaOH（AR）、FeSO4·7H2O（AR）、5%H2O2溶液、KSCN溶液

3.3 實(shí)驗(yàn)用品

酒精燈、火柴、試管、試管夾、紅色石蕊試紙、廣泛pH試紙、淀粉KI試紙

3.4 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

（1） 用托盤天平稱量8.5g NaNO3固體于250mL燒杯中，加98mL蒸餾水，攪拌，溶解，得濃度約為1mol·L-1 NaNO3溶液，備用。

（2） 用托盤天平稱量10.1g KNO3固體于250mL燒杯中，加98mL蒸餾水，攪拌，溶解，得濃度約為1mol·L-1 KNO3溶液，備用。

（3） 用量筒量取98mL蒸餾水倒入盛有4.0g NaOH固體的燒杯中，攪拌，溶解，冷卻至室溫，得濃度約為1mol·L-1 NaOH溶液，備用。

（4） 用量筒量取8.4mL 37%濃鹽酸（濃度約為12mol·L-1）于250mL燒杯中，加入91.6mL蒸餾水，攪拌，混勻，得濃度約為1mol·L-1 HCl溶液[5]，備用。

3.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及現(xiàn)象

3.5.1 鋁粉與NO-3的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)1 取三支編號(hào)為①②③的小試管，各加入1藥匙（約2.5g）鋁粉，再向上述三支試管中分別加入2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，并向①號(hào)試管中滴加2滴1mol·L-1 NaOH溶液，向②號(hào)試管中滴加2滴1mol·L-1 HCl溶液，向③號(hào)試管中滴加2滴蒸餾水，三支試管中均看不到明顯的氣泡。分別加熱上述三支試管，①號(hào)試管和③號(hào)試管內(nèi)立即產(chǎn)生劇烈反應(yīng)，停止加熱，反應(yīng)仍劇烈進(jìn)行，產(chǎn)生大量刺激性氣味的氣體，用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙靠近管口，試紙變藍(lán)，同時(shí)固體表面有白色物質(zhì)生成。②號(hào)試管中仍看不到明顯的紅棕色氣體，將濕潤(rùn)的淀粉KI試紙靠近管口，試紙變藍(lán)，靠近試管口，能聞到淡淡的NO2的刺激性氣味。

實(shí)驗(yàn)2 取三支編號(hào)為④⑤⑥的小試管，分別加入1藥匙（約2.5g）鋁粉，向④號(hào)試管中加入2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液和1mL 1mol·L-1 NaOH溶液，向⑤號(hào)試管中加入2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，向⑥號(hào)試管中加入2mL 1mol·L-1 KNO3溶液。振蕩④號(hào)試管約3分鐘，劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的刺激性氣味的氣體。振蕩⑤號(hào)試管，現(xiàn)象不明顯，將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙置于管口，試紙不變藍(lán)。加熱⑥號(hào)試管，立即劇烈反應(yīng)并產(chǎn)生大量能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的刺激性氣味的氣體。

實(shí)驗(yàn)3 分別?、偬?hào)試管和③號(hào)試管內(nèi)的上層清液，滴加1mol·L-1 HCl溶液，產(chǎn)生大量白色膠狀沉淀，繼續(xù)滴加1mol·L-1 HCl溶液，沉淀溶解。

實(shí)驗(yàn)4 向試管中加入半小匙（約0.5g）鋁粉，然后再加入4mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，加熱，反應(yīng)開始后停止加熱，反應(yīng)停止。將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙置于管口，試紙不變藍(lán)，將濕潤(rùn)的pH試紙置于管口，試紙變藍(lán)。繼續(xù)加熱，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)5 向試管中加入1藥匙（約2.5g）鋁粉，滴加10滴1mol·L-1 NaNO3溶液，4mL蒸餾水和10滴1mol·L-1 NaOH溶液，振蕩，加熱，劇烈反應(yīng)產(chǎn)生能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的刺激性氣味的氣體。

實(shí)驗(yàn)6 向試管中加入1藥匙（約2.5g）鋁粉和1藥匙（約2g）NaNO3固體，加2mL蒸餾水，振蕩，加熱，靜置5分鐘，劇烈反應(yīng)產(chǎn)生大量能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的刺激性氣味的氣體。

實(shí)驗(yàn)7 向試管中加入1藥匙（約2.5g）鋁粉和1藥匙（約2g）NaNO3固體，加2mL 1mol·L-1 NaOH溶液，振蕩，試管變熱，劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣體，將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙置于管口，試紙變藍(lán)。

3.5.2 鎂粉與NO-3的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)8 取三支編號(hào)為⑦⑧⑨的小試管，各加入1藥匙（約1g）鎂粉，再向上述三支試管中分別加入2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，并向⑦號(hào)試管中滴加1mL 1mol·L-1 NaOH溶液，向⑧號(hào)試管中滴加2滴1mol·L-1 HCl溶液，向⑨號(hào)試管中滴加2滴蒸餾水，振蕩，⑧號(hào)試管中有明顯的無色無味的氣泡產(chǎn)生。分別加熱⑦號(hào)和⑨號(hào)試管，看不到明顯現(xiàn)象，用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙靠近管口，無變化，將濕潤(rùn)的pH試紙置于管口，無變化。

實(shí)驗(yàn)9 向小試管中加入1藥匙（約1g）鎂粉，再滴入2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液和1mL 1mol·L-1 HCl溶液，振蕩，立即產(chǎn)生大量的無色氣泡，用拇指堵住管口片刻，靠近酒精燈火焰，移開拇指，發(fā)出尖銳的爆鳴聲。將濕潤(rùn)的淀粉KI試紙靠近管口，試紙變藍(lán)，能聞到NO2的刺激性氣味。

3.5.3 銅粉與NO-3的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)10 向兩支試管中各加入1平匙（約2g）銅粉和2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，并分別加入1mL 1mol·L-1 NaOH溶液和1mL 1mol·L-1 HCl溶液，振蕩，看不到明顯現(xiàn)象，將濕潤(rùn)的淀粉KI試紙靠近管口，試紙不變色。加熱兩支試管至沸騰，將濕潤(rùn)的淀粉KI試紙靠近管口，滴有HCl溶液的試管口附近的淀粉KI試紙變藍(lán)。

實(shí)驗(yàn)11 向試管中加入1平匙（約2g）銅粉和1平匙（約1g）NaNO3固體，再加入2mL 1mol·L-1 HCl溶液，振蕩，看不到明顯現(xiàn)象，加熱至沸騰，劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量紅棕色氣體，將濕潤(rùn)的淀粉KI試紙靠近管口，試紙變藍(lán)，溶液呈藍(lán)綠色。

實(shí)驗(yàn)12 向試管中加入1平匙（約2g）銅粉和2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，再加入2mL 37%濃鹽酸，振蕩，加熱至沸騰，劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量紅棕色氣體，將濕潤(rùn)的淀粉KI試紙靠近管口，試紙變藍(lán)，溶液呈藍(lán)綠色。

3.5.4 FeSO4與NO-3的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)13 取1藥匙（約2g）FeSO4·7H2O晶體于試管中，加蒸餾水溶解，再加入適量還原鐵粉，充分振蕩，靜置，取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液不變紅，將上述溶液分成四等份，每份約0.5mL。一份滴加0.5mL 5%H2O2溶液，溶液立即變?yōu)檠t色。一份滴加1mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，溶液顏色無變化，加熱至沸，溶液顏色仍無變化。一份滴加1mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，溶液顏色無變化，再滴加1mL 1mol·L-1 HCl溶液，振蕩，溶液呈淡淡的紅色，加熱，溶液紅色略加深。一份滴加1mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，溶液顏色無變化，再滴加0.5mL 37%的濃鹽酸，振蕩，溶液變紅，加熱，溶液紅色加深。

3.5.5 鋅粉與NO-3的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)14 取兩支小試管，各加入1藥匙（約2.5g）鋅粉，再分別加入2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，一支試管滴加1mL 1mol·L-1 NaOH溶液，振蕩，兩支試管中均無明顯現(xiàn)象，加熱至沸，仍無明顯現(xiàn)象，將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙置于管口，試紙不變藍(lán)，將濕潤(rùn)的pH試紙置于管口，試紙不變藍(lán)。

4 結(jié)果與討論

4.1 鋁粉與NO-3的反應(yīng)

鋁粉在酸性條件下與NaNO3稀溶液的反應(yīng)主要是發(fā)生NO-3被還原為NO的反應(yīng)，而且常溫下反應(yīng)較慢。

鋁粉在中性及堿性條件下與NaNO3溶液的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，當(dāng)鋁粉量較多時(shí)，加熱引發(fā)反應(yīng)后由于反應(yīng)放出的熱量足以維持反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，所以能快速反應(yīng)。在中性條件下，當(dāng)鋁粉量較少時(shí)，由于放出的熱量較少，停止加熱，反應(yīng)接近停止。

堿性條件下，由于堿溶液能除去鋁粉表面的氧化膜，同時(shí)鋁與堿溶液反應(yīng)放熱，該反應(yīng)更容易發(fā)生。

由實(shí)驗(yàn)1～實(shí)驗(yàn)3可知，在中性及堿性條件下，Al與NO-3反應(yīng)的化學(xué)方程式可能為：

由實(shí)驗(yàn)5～實(shí)驗(yàn)7可知，能用鋁粉在堿性和加熱條件下檢驗(yàn)溶液中是否存在NO-3，若存在則能產(chǎn)生使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體。

4.2 鎂粉與NO-3的反應(yīng)

鎂雖然活潑性比鋁強(qiáng)，但鎂粉在中性及堿性條件下與NaNO3溶液不反應(yīng)。在酸性條件下，溶液中同時(shí)存在Mg+2H+Mg2++H2↑與3Mg+8H++2NO -33Mg2++2NO↑+4H2O的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。

4.3 銅粉與NO-3的反應(yīng)

銅粉在中性及堿性條件下與NaNO3溶液均不反應(yīng)。在酸性條件下，反應(yīng)受溫度、c（NO-3）和c（H+）的影響，若用該方法檢驗(yàn)溶液中的NO-3，應(yīng)加入濃酸并加熱，檢驗(yàn)結(jié)果方可靠。

4.4 FeSO4與NO-3的反應(yīng)

由實(shí)驗(yàn)13得知，在中性條件下，NO-3與Fe2+在溶液中可以大量共存，在酸性條件下NO-3可將Fe2+氧化為Fe3+，而且，酸性越強(qiáng)、溫度越高，反應(yīng)速率越快。

4.5 鋅粉與NO-3的反應(yīng)

鋅雖然和鋁的性質(zhì)有相似的地方，但鋅粉在中性及堿性條件下與NaNO3溶液不反應(yīng)。

由以上討論可知，比鋁性質(zhì)活潑的鎂、比鋁性質(zhì)穩(wěn)定的銅以及和鋁性質(zhì)相似的鋅均不能在中性及堿性條件下與NaNO3溶液反應(yīng)。因此，鋁粉在中性及堿性條件下與NaNO3溶液的反應(yīng)，可認(rèn)為是鋁的特性。

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