氧化性酸是指酸分子或酸根离子中正价态的非金属原子得电子而表现出氧化性的这一类酸。
简介
强氧化性酸
硝酸硫酸这两个是典型的强氧化性酸。硝酸是一种氧化性酸,几乎能与所有的金属(除 金,铂 等少量金属外)发生
氧化还原反应。这一类酸均具有极强氧化性,
化学上称之为氧化性酸。氧化性酸就是指酸
分子或酸根离子中正价态的非金属原子得电子而表现出氧化性的这一类酸。
强酸不一定有强氧化性,例如
盐酸;强氧化性酸也不一定是强酸,例如
次氯酸。
化学性质
◎可与多数金属(比铜活泼)
氧化物反应,生成相应的
硫酸盐和水;
◎可与所含酸根离子酸性比
硫酸根离子弱的盐反应,生成相应的硫酸盐和
弱酸;
◎可与碱反应生成相应的硫酸盐和水;
◎可与氢前金属在一定条件下反应,生成相应的硫酸盐和
氢气;
包含种类
浓、
硝酸,
浓硫酸,
硒酸,次
氯酸,氯酸,
亚氯酸,卤酸,高卤酸,
亚硝酸,高锰酸,
高氙酸等
但应注意,极稀的
高氯酸不是
氧化性酸,因为高氯酸在
水溶液中完全
电离,高氯酸跟离子结构稳定,故中心氯原子不显示氧化性。
强弱规律
氧化性酸的氧化性强弱,存在以下规律:
①对于同一种氧化性酸,浓度越大(或溶液中氢离子浓度越大)氧化性越强。例如,浓硝酸比稀硝酸氧化性强。从电极
电势上看,增大酸根或氢离子的浓度,氧化能力增强,例如:
硝酸根及氢离子浓度增大(尤其是氢离子浓度)电极电势的值变大。
②对于同一种元素形成的不同价态的
含氧酸,一般低价态的比高价态的氧化性强,例如:
HClO\u003eHClO2\u003eHClO4
③同周期主族元素形成的最高价含氧酸,从左到右,氧化性依次增强,例如,
高氯酸常温下氧化性很强,
硫酸浓度大加热时才表现出强氧化性,磷酸则几乎无氧化性。相应的低价态含氧酸也有类似的规律,例如,氯酸比亚硫酸氧化性强,溴酸比亚酸氧化性强。
④同主族元素形成的同价态含氧酸,氧化性强弱的规律复杂,常见各族元素含氧酸的氧化性强弱顺序:
HBrO4≈H5IO6\u003eHClO4
HBr
臭氧\u003eHClO3\u003eHIO3
HClO\u003eHBrO\u003eHIO
H2SeO4≈H6TeO6\u003eH2SO4
硝酸\u003eH3AsO4\u003eH3PO4
反应规律
①能与排在常见金属活动性顺序表中氢后面的部分金属单质反应,能将变价金属从零价氧化成较高的价态。
②能与不太活泼的非金属单质反应
③能与许多含较低价态元素的化合物反应
④与活泼金属反应主要不生成
氢气(也不是完全不生成)
谈铁与强氧化性酸 的反应
铁丝在
氯气中燃烧,生成物只能是
三氯化铁,即使铁过量,也不会生成
氯化亚铁。但铁与强氧化性酸的反应是在溶液中进行的,它们首先生成Fe3+,然后Fe3+再与Fe反应生成Fe2+,即:Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+。分述如下:
铁在常温下与浓硫酸会发生钝化,但在加热时会发生如下反应:
2Fe + 6H2SO4(浓)=Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O
当反应进行到一定程度后,浓硫酸变稀了,如果铁过量,又会分别与溶液中的Fe3+和H+反应,由于氧化性Fe3+\u003eH+,所以将先发生Fe2(SO4)3 + Fe → 3FeSO4,再发生Fe +
硫酸(稀)→FeSO4 + H2↑。
【例1】将a
摩尔 Fe与含b mol H2SO4的
浓硫酸共热,Fe与H2SO4均恰好完全反应,生成的气体是什么?各多少摩尔?
分析:反应将先生成
二氧化硫气体,既然Fe与H2SO4均恰好完全反应,当硫酸较稀时一定会有H2生成。所以气体是SO2和H2的混合气。
由于氧化性Fe3+\u003eH+,当H2SO4与铁反应产生H2时,Fe3+必定已反应完全,所以生成物中只有FeSO4一种盐。
n(SO2) = n(
硫酸)-n(FeSO4) = (b-a)mol
n(Fe)×2 = n(H2)×2 + n(
二氧化硫)×2
故n(H2) = (2a-b)mol
无论是浓硝酸还是稀硝酸,铁总是先生成Fe3+,然后Fe3+再与Fe反应生成Fe2+,反应过程中不可能产生H2。
【例2】将5.6gFe在一定量稀硝酸中恰好完全溶解后,往溶液中滴加
氢氧化钠溶液立即产生沉淀,滴加至沉淀量最大时止,再将所得溶液和沉淀一起加热蒸干并在空气中灼烧至恒重,所得固体成分和质量可能为
Fe2O3:8g NaNO2:16.56g
FeO:7.2 NaNO2:13.8g
Fe2O3:8g NaNO3:25.5g A B C D
分析:5.6g Fe即是0.1
摩尔 Fe,“Fe在一定量
硝酸中恰好完全溶解”指的是反应结束后二者都没有剩余。存在如下可能:
(1)铁与稀硝酸反应只生成Fe(NO3)3:Fe + 4HNO3(稀) → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O。滴加
氢氧化钠溶液后,将生成0.1 mol Fe(OH)3和0.3 molNaNO3;
(2)铁继续与Fe(NO3)3反应生成
硝酸亚铁,总反应方程式为:3Fe + 8HNO3(稀) → 3Fe(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O。滴加NaOH溶液后,将生成0.1
摩尔 Fe(OH)3和0.2 molNaNO3;
(3)介于上述两种情况之间,即生成的盐是
硝酸铁和Fe(NO3)2的
混合物,滴加
氢氧化钠溶液后,生成Fe(OH)3为0.1 mol,NaNO3为0.2 mol~0.3 mol。
当把Fe(OH)3和NaNO3灼烧时,分别生成
氧化铁和NaNO2,答案选A、B。
【例3】14 g铁粉全部溶于某
硝酸中均恰好完全反应,放出NO气体后,得到1升溶液,所得溶液比反应前的稀硝酸增重了8 g。计算:
(1)所得溶液中各金属离子的物质的量浓度;
(2)原稀硝酸的物质的量浓度(反应过程中溶液体积的变化忽略不计)。
分析:反应中生成的NO的质量为14-8 = 6克,即0.2
摩尔,转移电子为0.6摩尔。
14克铁的物质的量为0.25摩尔,所以生成物是Fe(NO3)3和
硝酸亚铁的
混合物。
n[Fe(NO3)3] + n[Fe(NO3)2] = 0.25 mol (质量守恒)
3n[Fe(NO3)3] + 2n[Fe(NO3)2] = 3×0.2 mol (电子守恒)
解得,n[Fe(NO3)3] = 0.10 mol,n[Fe(NO3)2]= 0.15 mol,
于是,c(Fe3+) = 0.10 mol/L,c(Fe2+)= 0.15 mol/L
c(
硝酸) = (3×0.10
摩尔 + 2×0.15 mol + 0.2 mol)/1L = 0.8 mol/L。
3、铁与隐含的强氧化性酸 反应
如果溶液中存在NO3-,当再加入酸时,就相当于有了HNO3,与Fe或Fe2+会发生
氧化还原反应。
【例4】在
硝酸亚铁溶液中存在如下平衡关系:Fe2+ + 2H2OFe(OH)2 + 2H+,若加入
盐酸,则溶液的颜色变化是
A.变黄 B.变浅 C.变绿 D.无明显变化
分析:此题易错选C,认为盐酸提供的H+会导致平衡向左移动。其实,盐酸提供了H+,Fe(NO3)2溶液中有NO3-,相当于有了
硝酸,会把Fe2+氧化成Fe3+,所以溶液的颜色将变黄,应选A。
[同步练习]
1.将
铁屑溶于过量盐酸后,再加入下列物质,会有三价铁生成的是
2.在铁和铜的
混合物中,加入一定量的稀硝酸,反应后剩余金属m1 g;再向其中加入一定量的稀硫酸,充分振荡后,剩余金属m2 g,则m1和m2之间的关系是
A.m1一定大于m2 B.m1可能等于m2
C.m1一定等于m2 C.m1可能大于m2
3.把20克铁粉投入到盛有一定量
硝酸的
烧杯中反应,HNO3被还原为NO,反应停止后,烧杯中溶液质量增加了12.27克,此时烧杯中的物质可能是
C.有HNO3和Fe(NO3)2 D.有Fe(NO3)2和Fe(NO3)3
4、将40克铁粉投入500克稀硝酸中,两物质恰好完全反应,硝酸的
还原产物全部是NO。求:
(1)此硝酸的质量分数;
(2)反应中放出气体的体积(标况下)。
[参考答案]1、BC 2、A 3、BD
4、①如果铁被氧化为三价铁,则
硝酸% = 36%,V(NO) = 16 L;
②如果铁被氧化为
二价铁,则HNO3% = 24%,V(NO) = 10.67 L;
③如果铁被氧化为二价铁和三价铁的
混合物,则24%\u003cHNO3%\u003c36%,10.67 L\u003cV(NO)\u003c16 L。
以上就是铁与强氧化性酸的一些典型题。
参考资料
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