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文檔簡(jiǎn)介

第19講氮及其氧化物硝酸

【復(fù)習(xí)目標(biāo)】1.了解氮元素的單質(zhì)及其重要化合物的制備方法,掌握其主要性質(zhì)和

應(yīng)用。2.了解氮的化合物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響。

考點(diǎn)一氮及其氧化物

必備知識(shí)廠整合、

1.氮元素的存在與氮的固定

,體積分?jǐn)?shù)約為78%)

氮元素固定—分為自然固氮和人工固氮

、土壤和海洋中

2.氮?dú)?/p>

離子化合物,

遇水強(qiáng)烈水解

共價(jià)

H氮

牢工業(yè)合成史條件:

r固

,高溫、高壓、催化劑

穩(wěn)

NO]-(條件:放電或疝

寫出下列有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式:

占燃

①N2+3Mg—Mg3N2;

高溫、高壓

②N2+3H?=........,2NHa;

催化劑

-s放電

③區(qū)2±。2示/2NO。

----------或高溫------

【微思考1】下列有關(guān)氮?dú)庥猛镜臄⑹鲋校謩e應(yīng)用了氮?dú)獾氖裁葱再|(zhì)?

①文物館將貴重文物保存在氮?dú)庵校篛

②氮?dú)馐呛铣傻I(yè)的重要原料:。

③雷電是自然界重要的固氮方式:O

④醫(yī)療上,液氮是常見的冷凍劑:O

提示:①N2的穩(wěn)定性②N2的氧化性③N2的還原性④N2的沸點(diǎn)低,液氮易汽

化,且汽化吸收熱量

3.氮的氧化物

⑴氮有多種價(jià)態(tài)的氧化物

氧化物的化學(xué)式N2ONON2O3NO2、N2O4N2O5

氮元素的價(jià)態(tài)+1+2+3+4+5

(2)N0、NO2的比較

物質(zhì)NONO2

物理性質(zhì)天色氣體,難溶于水通常為空底色、有刺激性氣味的氣體

與反應(yīng)

化學(xué)性質(zhì)

與H?O反應(yīng)

學(xué)生用書1第105頁

4.氮氧化物對(duì)環(huán)境的污染及其防治

⑴常見的污染類型

①光化學(xué)煙霧:NCX在紫外線作用下,與碳?xì)浠衔锇l(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生的

一種有毒的煙霧。

②酸雨:NO,排入大氣中后,與水反應(yīng)生成HNO3和HNCh,隨雨雪降到地面。

③破壞臭氧層:NCh可使平流層中的臭氧減少,導(dǎo)致地面紫外線輻射量增加。

④N。與人體血紅蛋白結(jié)合使人中毒。

⑵常見的NOx尾氣處理方法

①堿液吸收法

工業(yè)尾氣中的NO.、.常用堿液吸收處理,主要反應(yīng)為

NO+NO2+2OH^=2N0r+H2O

2NO+2OH-^=N07+NO7+HO

2乙J2

②催化轉(zhuǎn)化法

在催化劑、加熱條件下,氨可將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無毒氣體(N*或NO.r與CO在一定溫

度下催化轉(zhuǎn)化為無毒氣體(N?和CO2)o一般適用于汽車尾氣的處理。

【微思考2](l)NCh、NO的混合氣體能被足量燒堿溶液完全吸收的條件

是。

⑵在用堿液吸收時(shí),下列措施能提高尾氣中NO和NO?去除率的有(填字

母)。

A.加快通入尾氣的速率

B.采用氣、液逆流的方式吸收尾氣

C.吸收尾氣過程中定期補(bǔ)加適量NaOH溶液

⑶吸收后的溶液經(jīng)濃縮、結(jié)晶、過濾,得到NaNCh晶體,該晶體中的主要雜質(zhì)

是o

提示:(1)〃(NO2),〃(NO)(2)BC(3)NaNO3

關(guān)鍵能力

由①氮?dú)獾男再|(zhì)及氮元素在自然界中的循環(huán)

1.(2025?重慶長壽區(qū)模擬)下列關(guān)于N2的敘述正確的是()

A.N?是一種無色、無味且易溶于水的氣體

B.在雷雨天,空氣中的N2和。2可直接反應(yīng)生成NCh

C.在N2與Mg反應(yīng)生成Mg3N2的過程中,N2為還原劑

D.一定條件下,N2與H2合成N%屬于氮的固定

答案:D

解析:N2是一種無色、無味且難溶于水的氣體,故A錯(cuò)誤;放電條件下N2和02發(fā)生

氧化還原反應(yīng)生成NO,化學(xué)方程式為N2+O2=2NO,不能直接生成NCh,故B錯(cuò)

誤;在N2與Mg反應(yīng)生成Mg3N2的過程中,N2中N的化合價(jià)降低,為氧化劑,故C

錯(cuò)誤;N2與比合成NH3是將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮的過程,屬于氮的固定,

故D正確。

2.下列關(guān)于自然界中氮循環(huán)(如圖)的說法錯(cuò)誤的是()

A.①和②均屬于氮的固定

⑶將盛有12mLNCh和02的混合氣體的量筒倒立于水槽中,充分反應(yīng)后,還剩余2

mL無色氣體。

學(xué)生用書1第106頁

①若剩余的氣體是,則NO2、。2的體積分別是o

②若剩余的氣體是,則NO2、02的體積分別是。

答案:(1XD2NO+O2^-2NO2

②3NO2+H2O^=2HNO3+NO

(2)4NO+302+2H2O^4HNO34NO2+02+2H2O^4HNO3(3)①O28mL、4

mL

②NO10.8mL、1.2mL

解析:(3)依據(jù)NCh與H2O的反應(yīng)可知,剩余氣體只能是02或NO。①若剩余的氣體為

02,則按雙NO2):〃(。2)=4:1恰好反應(yīng)的氣體為10mL,V(NO)=10mLX=8mL,

25

V(O2)=12mL-8mL=4mL;②若剩余氣體為2mLNO,則按〃(NO2):〃(Ch)=4:1

恰好反應(yīng)的氣體為12mL—2mLX3=6mL,V(Ch)=6mLX2=1.2mL,V(NO)=12

52

mL—1.2mL=10.8mL。

氮氧化物溶于水的問題分析

無論是單一氣體(NCh),還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體,反應(yīng)的

實(shí)質(zhì)是3NCh+H2O^2HNO3+NO,2NO+O2^2NO2,故若有氣體剩余只能是NO

或6,不可能是NCh。

(1)若NO和02通入水中,總反應(yīng)式為4NO+3O2+2H2O^4HNO3(4:3)。

(2)若N02和通入水中,總反應(yīng)式為4NO2+Ch+2H2O^=4HNO3(4:1)。

(3)NO2>NO、O2三種混合氣體通入水中:

①可先將NO和02轉(zhuǎn)化為NO2,再按上述各種情況分別處理。

②也可先將NO?和H2O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NO,再按4NO+3Ch+2H2C)^=4HNO3情況處理。

氮氧化物對(duì)環(huán)境的污染及其防治

5.(2024.江蘇模擬)煤燃燒時(shí),煙氣中NO含量隨溫度和氧氣含量的變化如圖所示。下

列說法不正確的是()

A.燃煤過程中發(fā)生了氮的固定

B.燃煤溫度越高NO污染越重

C.含氧量越高越容易生成NO

D.煤燃燒不影響自然界氮循環(huán)

答案:D

解析:燃煤過程中氮?dú)廪D(zhuǎn)化為一氧化氮,發(fā)生了氮的固定,A正確;由題圖可知,隨

著溫度升高,NO的含量升高,污染加重,B正確;由題圖可知,隨02含量升高,NO

含量升高,故含氧量越高越容易生成NO,C正確;由題圖可知,煤燃燒將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為

一氧化氮,污染環(huán)境,影響了氮循環(huán),D錯(cuò)誤。

6.亞硝酸鈣[Ca(NO2)2]是水泥混凝土外加劑的主要原料,可配制成混凝土防凍劑、鋼

筋阻使劑等。利用石灰乳和硝酸工業(yè)的尾氣(含NO、NO”反應(yīng),既能凈化尾氣,又能

獲得應(yīng)用廣泛的Ca(N6)2,其部分工藝流程如圖:

氣體排放灌液

(1)等物質(zhì)的量的NO與NO?被Ca(OH”吸收,反應(yīng)的化學(xué)方程式為

⑵吸收時(shí),采用氣一液逆流接觸吸收(尾氣從塔底進(jìn)入,石灰乳從塔頂噴淋),其目的

是O

(3)該工藝需控制NO和NCh的物質(zhì)的量之比接近1:1,若〃(NO):H(NO2)<1:1,則

會(huì)導(dǎo)致;

若〃(NO):<NO2)>1:1,則會(huì)導(dǎo)致o

(4)生產(chǎn)中需保持弱堿性,在酸性溶液中Ca(NCh)2會(huì)發(fā)生分解,產(chǎn)物之一是NO,其反

應(yīng)的離子方程式為o

答案:(1)NO+NO2+Ca(OH)2^=Ca(NO2)2+H20

⑵使NO、NCh與石灰乳充分接觸,加快吸收速率,提高吸收率(3)產(chǎn)品中含有

Ca(NO3)2NO不能被完全吸收,污染空氣(4)3NOJ+2H-^NOJ+2NOT+H20

考點(diǎn)二硝酸

必備知識(shí)

1.物理性質(zhì)

有刺激性氣味一K/—無色,久置呈黃色

(HNOJ

易揮發(fā)一一與水互溶

2,化學(xué)性質(zhì)

(1)不穩(wěn)定性:4HNO3愛4N02T+O2T+2H2O。

⑵強(qiáng)氧化性:硝酸不論濃、稀都有強(qiáng)氧化性,而且濃度越大,氧化性越強(qiáng)。

按要求完成下列反應(yīng)的化學(xué)方程式:

①與金屬反應(yīng)

稀硝酸與銅反應(yīng):3Cu+8HNCh(稀)^3CU(NO3)2+2NOT+4H20;

濃硝酸與銅反應(yīng):Cu+4HNCh(濃)^=C+NCh)2+2N02T+2H2O。

②與非金屬反應(yīng)

濃硝酸與C的反應(yīng):C+4HNO.4濃)金(202T+4N02T+2H2。。

學(xué)生用書1第107頁

③與還原性化合物反應(yīng)

硝酸可氧化H2S、SO2、Na2so3、HI、FeSCU等還原性物質(zhì)。稀硝酸與FeSCU溶液反應(yīng)

的離子方程式:3Fe2++4H++NO[^=3Fe3++NOf+2H

(3)與有機(jī)物反應(yīng)

①硝化反應(yīng)(與0反應(yīng)):

濃硫酸4Y-NO2

+HNO3----->U+H2OO

0△

②顯色反應(yīng):含有苯環(huán)的蛋白質(zhì)遇到濃硝酸加熱后變黃色。

【微思考1】(1)市售濃硝酸呈黃色的原因是O

(2)濃硝酸的保存方法是o

提示:(1)HNO3分解生成的NO2溶于硝酸中

(2)保存在棕色帶有玻璃塞的細(xì)口試劑瓶中,置于冷暗處

【微思考2]用動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)理解Cu與濃HN03的反應(yīng),向一定量的濃硝酸中加入過量

的銅片。

(1)反應(yīng)開始階段產(chǎn)生色氣體,化學(xué)方程式為O

⑵反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后又產(chǎn)生無色氣體,此時(shí)的化學(xué)方程式為

(3)待反應(yīng)停止后,再加入少量的稀硫酸,這時(shí)Cu片上又有氣泡產(chǎn)生,原因是

提示:⑴紅棕Cu+4HNCh(濃)CU(NO3)2+2N02T+2H2O(2)3Cu+

8HNO3(#)^=3CU(NO3)2+2NOT+4H2O(3)加入稀硫酸后,氫離子與原溶液中的硝

酸根離子構(gòu)成強(qiáng)氧化性酸,又能與過量的銅反應(yīng)

3.工業(yè)制法

催化劑

(1)NH3在催化劑作用下與反應(yīng)生成NO:4NH3+5O2[4N0+6H20。

(2)N0進(jìn)一步氧化生成NCh:2NO+Ch^2NO2。

⑶用水吸收NO2生成HNO3:3NO?+2HNO3+NO°

關(guān)鍵能力廠提升、

由①硝酸性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究

1.有關(guān)實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象和解釋或結(jié)論都正確的是()

實(shí)驗(yàn)操作現(xiàn)象解釋或結(jié)論

過量的Fe粉中加入稀HNO3,充

①溶液呈紅色稀HNCh將Fe氧化為Fe3+

分反應(yīng)后,滴入KSCN溶液

濃HNO3久置或光照變黃色HN03不穩(wěn)定易分解

A1箔表面被HNO3氧化,

無現(xiàn)象

③A1箔插入稀HNO3中

形成致密的氧化膜

用玻璃棒蘸取濃HNO3點(diǎn)到藍(lán)色濃HNO3具有酸性和強(qiáng)氧

④試紙先變紅后褪色

石蕊試紙上化性

A.①②B.③④

C.②③④D.②④

答案:D

解析:過量的Fe粉加入稀HNO3最終生成Fe?+,加入KSCN溶液時(shí)顏色不變,故①錯(cuò)

誤;濃HNCh久置變黃是因?yàn)镠NO3分解產(chǎn)生的NO2溶于HN03,故②正確;A1箔遇

濃HNCh鈍化,稀HNCh會(huì)使A1箔溶解,故③錯(cuò)誤;濃硝酸具有酸性和強(qiáng)氧化性,可

使藍(lán)色石蕊試紙先變紅后褪氫,故④正確。

2.下述實(shí)驗(yàn)中均有紅棕色氣體產(chǎn)生,對(duì)比分析所得結(jié)論不正確的是()

/灼熱碎玻璃/紅熱木炭紅熱木炭

叱濃HN()3B濃HNO3

濃IINO?

①②③

A.由①中的紅棕色氣體,推斷產(chǎn)生的氣體一定是混合氣體

B.紅棕色氣體不能表明②中木炭與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng)

C.由③說明濃硝酸具有揮發(fā)性,生成的紅棕色氣體為還原產(chǎn)物

D.③的氣體產(chǎn)物中檢測(cè)出C02,由此說明木炭一定與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng)

答案:D

解析:①中濃HNCh受熱分解,發(fā)生反應(yīng)4HNCh(濃)W=4NChT+O2T+2H2。,產(chǎn)生的

氣體為混合氣體,故A正確;由①可知,濃硝酸受熱分解可生成紅棕色氣體NO2,所

以“產(chǎn)生紅棕色氣體”不能說明②中木炭與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng),故B正確;根據(jù)①和

②,濃硝酸分解產(chǎn)生紅棕色NO2時(shí)需要加熱,所以濃硝酸具有揮發(fā)性才可與上方紅熱

木炭接觸,同時(shí),N元素化合價(jià)降低,所以生成的Nth為還原產(chǎn)物,故C正確;紅熱

的木炭可與空氣中的。2反應(yīng)生成CCh,故D錯(cuò)誤。

金屬與硝酸反應(yīng)的計(jì)算

3.100mL稀HNCh和稀H2s。4組成的混合溶液中,兩種酸的物質(zhì)的量濃度之和為0.4

molL-'o向該溶液中加入足量的銅粉后加熱,充分反應(yīng)后,所得溶液中C/+的物質(zhì)的

量濃度最大值為(反應(yīng)前后溶液體積變化忽略不計(jì))()

A.0.15mol-L1B.0.24moLL1

C.0.30mol-L_1D.0.36mol-L-1

答案:B

解析:反應(yīng)的離子方程式為3CU+2N03"+8H+^3CU2++2NOT+4H20,銅足量,由

上述反應(yīng)方程式可知,N02和H'的物質(zhì)的量之比為1:4時(shí),反應(yīng)生成的銅離子物質(zhì)

的量最大,設(shè)HNO3、H2sCU各為xmol、ymol,則〃(NO:):〃(H')=x:Cr+2y)=l:

4,x+y=0Amol-L*1X0.1L,解得x=0.016mol、y=0.024mol,由方程式可知,生成

銅離子的物質(zhì)的量為0.016molX三=0.024mol,故銅離子的最大濃度為竺到色=0.24

20.1L

mol-L'o

4.向含xmolHNO3和),molH2sO4的混合稀溶液中緩慢加入鐵粉,其氧化產(chǎn)物與所加

鐵粉的物質(zhì)的量關(guān)系如圖所示:

o

E

.(、

o

N

學(xué)生用書1第108頁

回答下列問題:

(1)0〃段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為o

⑵北段表示的是(填“Fe2+”或“Fe3+”)物質(zhì)的量變化。

(3)x=,y=o

(4)反應(yīng)至c點(diǎn),可收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體為L。

答案:(l)Fe+NO「+4H+^Fe3++NOT+2H2。(2)Fe2+(3)0.10.2(4)3.36

解析:(3)在0〃段NO:完全轉(zhuǎn)化為NO,由離子方程式可得,〃(NO)=〃(Fe3+)=0.1

mol,即x=0.1;c點(diǎn)溶質(zhì)為FeSC)4,溶液中Fe?一為0.2mol,即〃(FeSC)4)=0.2mol,根

據(jù)硫酸根離子守恒得,〃(H2so4)=〃(FeSO4)=0.2moL即y=0.2。

3+

(4)Fe+NO;+4H^=Fe一NOf+2H2O

0.1mol0.1mol

r2+

Fe+2H^Fe+H2T

0.1mol0.05mol

所以V=(().lmol+0.05mol)X22.4L-mo「i=3.36Lo

匚金屬與硝酸反應(yīng)訐算的,思維模型

N原子守恒)

2.金屬與硝酸反應(yīng)的計(jì)算方法

(1)包于守恒法:金屬大電子數(shù)=〃(NO2)+3〃(NO)。

(2)原子守恒法:〃(HNO3)[M(NO3).J+〃(NO2)+〃(NO)(x代表金屬元素的化合價(jià))。

若向反應(yīng)后溶液中加入NaOH溶液恰好使M"十沉淀完全,此時(shí)溶質(zhì)為NaNCh,則存在:

〃(Na+)=〃(N0;)=〃(HNO3)-H(NO)一,?(NO2)。

(3)電荷守恒法:HNCh過量時(shí)反應(yīng)后溶液中(不考慮OFT)有c(NO;)=c(H')+

x+

xXc(M)o起酸性作用的HNCh的物質(zhì)的量是金屬的物質(zhì)的量和金屬所帶電荷數(shù)的乘

積,可表示為“(HNCh)陂性=M(1/+)=〃(。)(1^+代表金屬離子)。

(4)離子方程式計(jì)算法:金屬與硫酸、硝酸的混合酸反應(yīng)時(shí),由于硝酸鹽中N0?在硫酸提

供H*的條件下能繼續(xù)與金屬反應(yīng),故此類題目應(yīng)用離子方程式來計(jì)算3Cu+8H++

2+

2NOr^3Cu+2NOT+4H2Oo先作過量判斷,然后根據(jù)完全反應(yīng)的金屬或H.或NO、

進(jìn)行相關(guān)計(jì)算,且要符合電荷守恒。

5.實(shí)驗(yàn)小組對(duì)Cu(NO3)2的熱穩(wěn)定性進(jìn)行探究。如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置A中,用酒精噴

燈對(duì)Cu(NO3)2固體加熱,產(chǎn)生紅棕色氣體,在裝置C中收集到無色氣體,經(jīng)驗(yàn)證為

O2o當(dāng)反應(yīng)結(jié)束以后,試管中殘留固體為紅色。

圖1

(1)從實(shí)驗(yàn)安全角度考慮,需要在A、B間加入裝置。

⑵圖2為CU(NO3)2樣品加熱過程的熱重曲線(樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)卬%隨溫度變化的曲線)。

Cu(NO3)2力(1熱至IJ200℃的化學(xué)方程式為,

繼續(xù)加熱至1000℃生成(填化學(xué)式)固體。

w/%

100

42.6

38.3

圖2

答案:⑴防倒吸(2)2CU(NO3)2=2CUO+4NO2T+O2TCU2O

解析:(1)固體加熱產(chǎn)生氣體通入溶液中,從實(shí)驗(yàn)安全南度考慮,應(yīng)該在兩種裝置之間

加防倒吸裝置;(2)從熱重曲線上得出,加熱到200℃時(shí),固體質(zhì)量剩余42.6%,

:"?°);=當(dāng)242.6%,因此加熱到200℃時(shí)Cu(NCh)2分解為CuO、NO2、O2,反應(yīng)

m[Cu(N03)2]188

的化學(xué)方程式為2Cu(NO3)2d2CuO+4NO2T+O2T;繼續(xù)加熱至1000℃時(shí)CuO又分

解,固體只剩余CsO。

品高包考真時(shí)題感悟

1,正誤判斷

(1)(2024?浙江6月選考)HNCh見光易分解,應(yīng)保存在棕色試劑瓶中()

(2)(2024.湖北卷)王水溶解伯,是因?yàn)闈恹}酸增強(qiáng)了濃硝酸的氧化性()

催化劑

(3)(2024?江蘇卷)汽車尾氣處理:2NO+4cO^=N2+4CO2()

(4)(2024?江蘇卷)硝酸工業(yè)中NH3的氧化反應(yīng):4NH3+3O2催化劑2N2+6H2O()

學(xué)生用書1第109頁

(5)(2023?浙江卷)常溫下鐵與濃硝酸反應(yīng)制備NO2()

(6)(2022.重慶卷)1molSO3與1molNO2分別通入1L水中可產(chǎn)生相同濃度的H2s。4和

HNOa()

(7)(2022.江蘇卷)自然固氮、人工固氮都是將N2轉(zhuǎn)化為N%()

(8)(2022?浙江卷)將少量NCh通入NaOH溶液:2NO2+2OH-^=N0;"十NO1十FhO

()

(9)(2022.浙江卷)濃HNCh與鐵在常溫下不反應(yīng),所以可用鐵質(zhì)容器貯運(yùn)濃硝酸()

(10)(2021?河北卷)濃HNCh和稀HNCh與Cu反應(yīng)的還原產(chǎn)物分別為NCh卻NO,故稀

HNOa氧化性更強(qiáng)()

答案:(1)V(2)X(3)X(4)X(5)X

(6)X(7)X(8)V(9)X(10)X

2.(2022.天津卷)燃油汽車行駛中會(huì)產(chǎn)生CO、NO等多種污染物。下圖為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及

催化轉(zhuǎn)化器中發(fā)生的部分化學(xué)反應(yīng)。以下判斷錯(cuò)誤的是()

A.甲是空氣中體積分?jǐn)?shù)最大的成分

B.乙是引起溫室效應(yīng)的氣體之一

C.反應(yīng)(I)在常溫下容易發(fā)生

D.反應(yīng)(II)中NO是氧化劑

答案:C

解析:甲是氮?dú)?,氮?dú)馐强諝庵畜w積分?jǐn)?shù)最大的成分,故A正確;乙是二氧化碳,二

氧化碳是引起溫室效應(yīng)的氣體之一,故B正確;由于氨氣含有氮氮三鍵,因此反應(yīng)

(I)在常溫下不容易發(fā)生,在高溫或放電條件下發(fā)生,故C錯(cuò)誤;一氧化碳和一氧化

氮反應(yīng)生成氮?dú)夂投趸?,一氧化氮中氮元素化合價(jià)降低,因此反應(yīng)(H)中NO是氧

化劑,故D正確。

3.(2024.北京卷汨NO3是一種重要的工業(yè)原料。可采用不同的氮源制備HNO3O

(1)方法一:早期以硝石(含NaNCh)為氮源制備HNO3,反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2so4(濃)

+NaNO3^NaHSO4+HNO3〃該反應(yīng)利用了濃硫酸的性質(zhì)是酸性和。

(2)方法二:以N%為氮源催化氧化制備HNCh,反應(yīng)原理分三步。

1uin

NH]X麗

①第I步反應(yīng)的化學(xué)方程式為O

②針對(duì)第n步反應(yīng)進(jìn)行研究:在容積可變的密閉容器中,充入2〃molNO和及mol02

進(jìn)行反應(yīng)。在不同壓強(qiáng)下(/小曲),反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),測(cè)得NO轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如

圖所示。解釋y點(diǎn)的容器容積小于光點(diǎn)的容器容積的原因:

^0

10<

90

80

70

60

50一

.

40

2」

5

30035040077七

(3)方法三:研究表明可以用電解法以N2為氮源直接制備HNO3,其原理示意圖如下。

電源

質(zhì)

電解質(zhì)溶液

①電極a表面生成N0;的電極反應(yīng)為

②研究發(fā)現(xiàn):N2可能的轉(zhuǎn)化途徑為N2—NO-N07o電極a表面還發(fā)生

iii.HhO—Ch。iii的存在,有利于途徑工,原因是。

⑷人工固氮是高能耗的過程,結(jié)合N2分子結(jié)構(gòu)解釋原因:o

方法三為N2的直接利用提供了一種新的思路。

答案:(1)難揮發(fā)性(2)①4NH3+5O2坦絲=4N0+6H2。②2NO+O2=2NCh,該反

應(yīng)正向氣體分子總數(shù)減小,同溫時(shí),0條件下NO轉(zhuǎn)化率高于〃2,故“>〃2,同壓時(shí),

升溫NO轉(zhuǎn)化率減小,V增大,X、),點(diǎn)轉(zhuǎn)化率相同,此時(shí)壓強(qiáng)對(duì)容積的影響大于溫度

對(duì)容積的影響(3)①N2—10e—+6H2O^2N01+12H+②反應(yīng)iii生成O2,02將NO

氧化成N02,NCh更易轉(zhuǎn)化成NO;(4)N2中存在氮氮三鍵,鍵能高,斷鍵時(shí)需要較

大的能量,故人工固氮是高能耗的過程

解析:(1)濃硫酸難揮發(fā),產(chǎn)物HNO.3易揮發(fā),有利于復(fù)分解反應(yīng)進(jìn)行,體現(xiàn)了濃硫酸

的難揮發(fā)性和酸性。(2)①第I步反應(yīng)為氨氣的催化氧化,化學(xué)方程式為4NH3+

催化劑

504NO+6HO;②2NO+Ch=2NO2,該反應(yīng)正向氣體分子總數(shù)減小,同溫

2△2

時(shí),pi條件下NO轉(zhuǎn)化率高于p2,故p1>p2,同壓時(shí),升溫NO轉(zhuǎn)化率減小,V增大,

x、y點(diǎn)轉(zhuǎn)化率相同,此時(shí)壓強(qiáng)對(duì)容積的影響大于溫度對(duì)容積的影響,故),點(diǎn)的容器容

積小于大點(diǎn)的容器容積。(3)①由電極a上的物質(zhì)轉(zhuǎn)化可知,氮元素化合價(jià)升高,發(fā)生

氧化反應(yīng),電極a為陽極,電極反應(yīng)為N2—10e—+6H20^2NOJJ+12H+;②反應(yīng)iii

生成O2,Ch將NO氧化成NCh,NO2更易轉(zhuǎn)化成NOj。(4)N2中存在氮氮三鍵,鍵能

高,斷鍵時(shí)需要較大的能量,故人工固氮是高能耗的過程。

學(xué)生用書1第11()頁

考教銜接2高考真題溯源

在氮及其化合物的學(xué)習(xí)中,要重視銅與硝酸反應(yīng)的原理及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),挖掘其命題

點(diǎn)。

邏輯推理與論證

[考題](2024.湖南卷)某學(xué)生按圖示方法進(jìn)行

1.銅在稀HNO3中不會(huì)鈍

實(shí)驗(yàn),觀察到以下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:

化,速率較慢的原因是銅

①銅絲表面緩慢放出氣泡,錐形瓶?jī)?nèi)氣體呈

表面有CuO。

紅棕色;

2.由于系統(tǒng)內(nèi)有空氣,發(fā)

②銅絲表面氣泡釋放速度逐漸加快,氣體顏

生反應(yīng):2NO+

色逐漸變深;

O2^=2NO2O

③一段時(shí)間后氣體顏色逐漸變淺,至幾乎無

真題鏈接3.由于稀HNO中含有

色;3

——高考水,發(fā)生反應(yīng):3NO.+

④錐形瓶中液面下降,長頸漏斗中液面上

這樣考HO^=2HNO+NO,造

升,最終銅絲與液面脫離接觸,反應(yīng)停止。23

成氣體顏色變淺。

下列說法正確的是()

4.該裝置為密閉體系,產(chǎn)

A.開始階段銅絲表面氣泡釋放速度緩堤,原

生的氣體無法排出,壓強(qiáng)

因是銅絲在稀HNO3中表面鈍化

增大,把稀壓入長

B.錐形瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)了紅棕色氣體,表明銅和稀HNO3

頸漏斗,使銅絲與稀

HNCh反應(yīng)生成了NO2

HNCh脫離,反應(yīng)停止。

C.紅棕色逐漸變淺的主要原因是3NO2+

答案:C

H2O^2HNO3+NO

D.銅絲與液面脫離接觸,反應(yīng)停止,原因是

硝酸消耗完全

教材相關(guān)知識(shí)

[教材](人教版必修?第二冊(cè))如圖所示,在橡

溯本求源1.要用動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)理解銅

膠塞側(cè)面挖一個(gè)凹槽,并嵌入下端卷成螺旋

——教材與硝酸的反應(yīng):銅和濃

狀的銅絲。向兩支具支試管中分別加入2mL

這樣寫HNCh反應(yīng),產(chǎn)生NO,

濃硝酸和稀硝酸,用橡膠塞塞住試管口,使2

變稀后,銅和稀HNCh反

銅絲與硝酸接觸,觀察并比較實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。向應(yīng)產(chǎn)生NO,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)

上拉銅絲,終止反應(yīng)。中,系統(tǒng)內(nèi)有空氣,要注

意空氣對(duì)NO的影響,同

時(shí)還要注意NO?的溶解。

2.從三個(gè)方面描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)

硝酸與銅反應(yīng)

象:描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí),要

從“固體變化”、“溶液

變化”及“氣體變化”三

個(gè)方面描述。

對(duì)應(yīng)學(xué)生

課時(shí)測(cè)評(píng)19氮及其氧化物硝酸

用書P405

(時(shí)間:45分鐘滿分:60分)

(本欄目?jī)?nèi)容,在學(xué)生用書中以獨(dú)立形式分冊(cè)裝訂!)

選擇題1—8題,每小題4分,共32分。

1.氮及其化合物的轉(zhuǎn)化具有重要應(yīng)用,下列說法不正確的是()

A.工業(yè)上模擬自然界“雷雨發(fā)莊稼”的過程生產(chǎn)HNO3

B.自然固氮、人工固氮都是將N2轉(zhuǎn)化為含氮化合物

C.氨氣是重要的工業(yè)原料,可用于制備化肥和純堿等大宗化學(xué)品

D.多種形態(tài)的氮及其化合物間的轉(zhuǎn)化形成了自然界的“氮循環(huán)”

答案:A

解析:自然界“雷雨發(fā)莊稼”的第一步是將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為NO,而工業(yè)生產(chǎn)硝

酸的第一步是將氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)生成氮?dú)?,氮?dú)獯呋趸俚玫絅O,NO被氧化為

NO2,NCh和水反應(yīng)最后得到HNO3,A項(xiàng)錯(cuò)誤;氮的固定是將N2轉(zhuǎn)化為含氮化合物

的過程,其中氮的固定包括自然固氮、人工固氮,B項(xiàng)正確;氨氣作為重要的工業(yè)原

料可以制備化肥和純堿等大宗化學(xué)品,C項(xiàng)正確;氮元素在自然界中既有游離態(tài)又有

化合態(tài),多種形態(tài)的氮及其化合物間的轉(zhuǎn)化形成了自然界的“氮循環(huán)”,D項(xiàng)正確。

2.下列說法中正確的是()

A.氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不如磷活潑,故氮元素的非金屬性弱于磷元素

B.磷酸比硝酸穩(wěn)定,所以磷元素的非金屬性比氮元素強(qiáng)

C.“雷雨發(fā)莊稼”所包含的化學(xué)變化有:N2-NO-NO2-HN03一硝酸鹽

D.NO與Ch反應(yīng)生成NCh,屬于氮的固定

答案:C

解析:氮和磷同主族,氮原子半徑小、得電子能力強(qiáng),故氮元素的非金屬性強(qiáng)于磷元

素,而氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定是因?yàn)榈獨(dú)夥肿又写嬖诘I,斷開該化學(xué)鍵需要較

多的能量,與氮元素非金屬性強(qiáng)弱無關(guān),故A錯(cuò)誤;最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性

越強(qiáng),則該元素的非金屬性越強(qiáng),HNO3是強(qiáng)酸,而H3Po4是中強(qiáng)酸,硝酸比磷酸酸

性強(qiáng),所以氮元素的非金屬性比磷元素強(qiáng),不能依據(jù)含氧酸的穩(wěn)定性來比較元素的非

金屬性強(qiáng)弱,故B錯(cuò)誤;氮?dú)馀c空氣中的氧氣在雷電作用下反應(yīng)生成一氧化氮,一氧

化氮不穩(wěn)定,極易被空氣中的氧氣氧化為二氧化氮,二氧化氮與空氣中的水反應(yīng)生成

硝酸,硝酸與土壤中的礦物相互作用,生成可溶于水的硝酸鹽,即植物生長所需要的

氮肥,使植物生長得更好,故C正確;氮的固定是氮的游離態(tài)轉(zhuǎn)化為化合態(tài),即氮?dú)?/p>

轉(zhuǎn)化為氮的化合物,D錯(cuò)誤。

3,空氣中的氮?dú)饪赏ㄟ^人工固氮獲得氨氣,氨氣是重要的化工原料,通過氨氧化法可

制得稍酸,反應(yīng)過程如圖:

H--溫、一樂、催化劑一5、一化劑、△一

N2轉(zhuǎn)化①"NH3-轉(zhuǎn)化②*NO

O2H?O、O?

轉(zhuǎn)化③1rNO2轉(zhuǎn)化④”HN03

硝酸是一種強(qiáng)氧化性酸,制硝酸工業(yè)產(chǎn)生的尾氣中含有氮氧化物,應(yīng)處理后才能排

放。下列說法不正確的是()

A.常溫下,濃硝酸可盛放在鋁制或鐵制容器中

B.BaSCh固體能溶于稀硝酸,生成Ba(NCh)2,放出SO2氣體

C.工業(yè)上,當(dāng)轉(zhuǎn)化①的反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),需不斷地從混合氣體中分離出NH3,將未反

應(yīng)的原料氣送回合成塔以提高原料的利用率

D.轉(zhuǎn)化④中,當(dāng)V(NO2):V(O2)=4:1時(shí),理論上NO2全部轉(zhuǎn)化為HNO3

答案:B

解析:硝酸是強(qiáng)氧化性酸,BaSCh被氧化生成BaSCU,硝酸被還原生成NO,B錯(cuò)誤。

4.(2024?浙江省金華曙光中學(xué)質(zhì)檢)某化學(xué)反應(yīng)在催化劑條件下的轉(zhuǎn)化過程的微觀示意

圖如圖所示。下列有關(guān)說法不正確的是()

專戶催化劑鬟

?OC---'CB。氮原子

8“OSQ■碳原子

A.該反應(yīng)中,氧化性:NO>CO2

.一,催化劑

B.該反應(yīng)可表示為2NO+2CO^=N2+2CCh

C.該反應(yīng)中,被氧化與被還原的元素的質(zhì)量之比為7:6

D.標(biāo)準(zhǔn)狀況下每生成2.24LN2,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為Q4N八

答案:C

?,催化劑

解析:由題圖可知,該反應(yīng)為2N0+2cO^=N2+2CO2。該反應(yīng)中,NO為氧化劑,

CCh為氧化產(chǎn)物,則氧化性:NO>CO2,A、B正確;該反應(yīng)中,被氧化的元素是碳

元素,被還原的元素是氮元素,則被氧化與被還原的元素的質(zhì)量之比為6:7,C錯(cuò)

誤;標(biāo)準(zhǔn)狀況下每生成2.24LN2,轉(zhuǎn)移電子0.4mol,即轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.4NA,D正

確。

5.在通風(fēng)櫥中進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn):

步驟^8^稀硝酸弱^濃硝酸

In

Fe表面產(chǎn)生大量無色氣泡,液面上方變Fe表面產(chǎn)生少量紅棕色氣泡后,迅

現(xiàn)象

為紅棕色速停止

下列說法中不正確的是()

A.I中氣體由無色變紅棕色的化學(xué)方程式為2NO+O2『2NCh

B.n中的現(xiàn)象說明常溫下鐵在濃硝酸中發(fā)生鈍化

C.過量鐵與稀硝酸反應(yīng)生成亞鐵鹽

D.對(duì)比I、II中現(xiàn)象,說明稀HNOs的氧化性強(qiáng)于濃HNO3

答案:D

解析:無色NO遇氧氣生成紅棕色氣體NO2,I中氣體由無色變紅棕色的化學(xué)方程式

為2NO+O2^2NO2,A正確;II中現(xiàn)象說明常溫下Fe在濃HNO3中鈍化,B正確;

鐵與稀硝酸反應(yīng)生成硝酸鐵,過量鐵把硝酸鐵還原為硝酸亞鐵,C正確;硝酸的濃度

越大,其氧化性越強(qiáng),濃硝酸氧化性大于稀硝酸,D錯(cuò)誤。

6.一定溫度下探究銅與稀硝酸的反應(yīng),反應(yīng)過程如圖:

,

ma色

反應(yīng)速率而氣

T體

顯比I快-、

下列說法不正確的是()

過程中生成氣體的離子方程式為+2+

A.I3Cu+8H+2N0Jf^3Cu+2N0T+4H2O

B.過程in反應(yīng)速率比過程i反應(yīng)速率快的原因是反應(yīng)放熱,溫度升高使速率加快

c.當(dāng)活塞不再移動(dòng)時(shí),即使再抽入空氣,金屬銅屑也不繼續(xù)溶解

D.②振蕩時(shí),針管內(nèi)可能會(huì)發(fā)生的反應(yīng)有4NO2+02+2H2O^4HNO3

答案:C

解析:銅與稀硝酸反應(yīng)生成NO,反應(yīng)的離子方程式為3Cu+8H++2NOj^3Cu2++

2NOT+4H2O,故A正確;銅和稀硝酸的反應(yīng)放熱,隨反應(yīng)的進(jìn)行,體系內(nèi)的溫度升

高,溫度越高反應(yīng)速率越快,故B正確;活塞不再移動(dòng)時(shí),再抽入空氣,NO、氧氣和

水發(fā)生反應(yīng)生成硝酸,能繼續(xù)溶解銅,故C錯(cuò)誤;②振蕩時(shí),針管內(nèi)的二氧化氮、氧

氣和水可以發(fā)生反應(yīng)生成硝酸,反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NO2+02+2H2O^4HNO3,

故D正確。

7.(2024.湖南省名校聯(lián)考期中)將2.56gCu投入12mL10mo卜硝酸中,恰好完全反

應(yīng),向反應(yīng)后的溶液中加入40mL〃mol.L「NaOH溶液,Cu2+恰好完全沉淀,將生成

的氣體與bmolO2一起通入足量NaOH溶液中,氣體恰好被完全吸收生成cmol

NaN03o下列判斷正確的是()

A.生成的氣體中只有NO

B.。=3

C.8=0.02

D.c=0.08

答案:C

解析:2.56gCu的物質(zhì)的量為售]=()?()4mol,若生成的氣體中只含有NO,由方程

式3Cu+8HNO3^3CU(NO3)2+2NOT+4H2O可知,0.04molCu需要消耗些mol

HNO3,而12mLi0mol?L「硝酸中〃(HNO3)=0.12mol,mol<0.12mol,說明還發(fā)

生了反應(yīng)Cu+4HNO3^=CU(NO3)2+2NO2T+2H2O,生成的氣體有NO和NO2,A錯(cuò)

誤;2.56gCu的物質(zhì)的量為篇篇=0.04mol,投入12mLi0mol?「】硝酸中,恰好完

全反應(yīng),向反應(yīng)后的溶液中加入40mLamobL-'NaOH溶液,Ci?.恰好完全沉淀,則

/?[Cu(OH)2]=0.04mol,則〃(NaOH)=().()8mol,NaOH溶液的濃度為與鬻=〃mol/L=

2mol/L,〃=2,B錯(cuò)誤;將生成的氣體與/?molO?一起通入足量NaOH溶液中,氣體

恰好被完全吸收生成cmolNaNCh,由得失電子守恒可知,。2得到的電子數(shù)和Cu失去

的電子數(shù)相等,則匕molX4=0.04molX2,則。=0.02,C正確;Cu和HNCh溶液反

應(yīng)完全后,生成NO>NCh的混合氣體,向反應(yīng)后的溶液中加入NaOH溶液后溶液中

溶質(zhì)為NaNCh,則NO、NO2的總物質(zhì)的量為0.12mol—0.04X2mol=0.04mol,由N

元素守恒可知,氣體恰好被完全吸收生成〃(NaN03)=0.04mol,c=0.04,D錯(cuò)誤。

8.(2024?北京門頭溝一模)為吸收工業(yè)尾氣中的NO和SO2,設(shè)計(jì)如圖流程,同時(shí)還能

獲得連二亞硫酸鈉(Na2s2。4,其結(jié)晶水合物又稱保險(xiǎn)粉)和NH4NO3產(chǎn)品。(Ce為鈍元

素)

NaOH溶液Ce:NH3.O2

灰、一裝4iH裝.nj-』髓I二-M裝置M

NH4NO3

SzO:

下列說法不正確的是()

A.工業(yè)尾氣中的NO和SO2排放到大氣中會(huì)形成酸雨

B.裝置H的作用是吸收NO

C.Ce4t從陰極口流出回到裝置II循環(huán)使用

D.裝置IV中氧化1L2moiirNOj,至少需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4LO2

答案:C

4+

解析:裝置I中加入NaOH溶液吸收SO2,裝置U中加入Ce,酸性條件下,NO和

Ce4+發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成N01、NOf,裝置HI(電解槽)中陽極發(fā)生反應(yīng)Ce3+—e一

Ce4+,Ce4T從陽極口流出回到裝置H循環(huán)使用,陰極得到S2。;一,裝置IV中NO

2

被氧氣氧化為:與生成。工業(yè)尾氣中的可與氧氣反應(yīng)生成

NOJ1,NOONH3NH4NO3NO

NO2,NO2與水反應(yīng)得到硝酸,形成硝酸型酸雨,SO2與水反應(yīng)得到H2so3,H2s。3被

氧氣氧化為硫酸,會(huì)形成硫酸型酸雨,故A正確;由分析可知,裝置H中,NO和Ce4

+反應(yīng)生成NO;、NOf,故B正確;由分析可知,Ce4+從陽極口流出回到裝置H循環(huán)

使用,故C錯(cuò)誤;裝置IV中NO:4被氧氣氧化為NOJ;的離子方程式為2N04J+

02—2^0~fIL2moi1一田?!肝镔|(zhì)的量為1LX2moiL—1=2moL即消耗ImolCh,

標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為22

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