专题111氮的氧化物和硝酸

1、专题11.1 氮的氧化物和硝酸考纲解读1掌握氮及其化合物（NO、NO2、HNO3等）的物理和化学性质。2掌握HNO3的强氧化性及相关的计算。3. 了解氮及其重要化合物对环境质量的影响。知识梳理+典型例题1. 氮气性质和用途（1） 氮元素的存在既有游离态，又有化合态。是构成蛋白质和核酸不可缺少的元素，是农作物生长所必须的元素。（2） 氮气的分子结构电子式为NN 结构式为 NN ，氮氮三键的键能大，分子结构稳定，化学性质不活泼。（3） 化学性质通常情况下，N2化学性质很稳定，只在高温、放电、催化剂等条件下才能发生一些化学反应。催化剂高温高压压A与H2反应：N2 + 3H2 2NH3。 。B与O2反

2、应： N2+O2=2NO 。C与Mg反应：N2+3MgMg3N2。（4） 用途合成氨；制硝酸；用作保护气，保存农副产品；液氮可做冷冻剂。（5） 氮气的工业制法工业上从业态空气中，利用液态氮的沸点比液态氧的沸点低加以分离而炼制得氮气。（6） 氮的固定氮的固定含义：使空气中游离态的氮转化为化合态氮的过程。方法：自然固氮、人工固氮、生物固氮2. 氮氧化物的性质（1） 氮氧化物的种类在氮族元素中氮和其它元素比较，有很大的特殊性，它的主要化合价有3、+1、+2、+3、+4、+5，氮元素能以不同的价态与氧结合，可以形成多种氧化物：N2O、NO、N2O3、N2O4、NO2、N2O5。【特别提醒】NO是一种无

3、色无味难溶于水的气体，能与人血液中的血红蛋白结合而使人中毒；NO被称为“明星分子”或“信使分子”。 NO2是一种红棕色、具有剌激性气味、有毒的气体。 NO2和N2O4可以通过非氧化还原反应相互转化：2NO2 N2O4。 N2O3、N2O5分别是亚硝酸和硝酸的酸酐。（2） NO和NO2性质比较NONO2物理性质颜色无色红棕色毒性有毒有毒溶解性不溶能溶（反应）化学性质与O2反应2NO+O2=2NO2与H2O反应3NO2+H2O=2HNO3+NO实验室制法3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2OCu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O与人体环境的关系与血红蛋

4、白结合使人中毒转化成NO2形成酸雨、光化学烟雾形成酸雨、光化学烟雾【注意】 氮的氧化物都是大气污染物。空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等。NO2：既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。NO2能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝：2NO2+2KI= 2KNO2+I2。NO、NO2均能与NH3发生归中反应生成N2。NOx+NH3N2+H2O。 氮氧化合物与碱的反应2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2ONO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O【典型例题1】下列说法正确的是ACO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能

5、稳定存在BNO可用于某些疾病的治疗CNO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象D汽车尾气的主要污染成分包括NO、CO和N2【答案】B【迁移训练1】工业废气中氮的氧化物是重要的污染源，有一种治理污染的方法是通入适量氨气将其还原为无毒物质N2和H2O，现有含氮氧化物NO和NO2的混合气体3L，用相同条件下的NH3 3L恰好反应完全，则混合气中NO与NO2的体积分数比 Al:4 B1:3 Cl:2 Dl:l【答案】D3. 硝酸的性质纯净的硝酸是 无色 易 挥发 有 刺激性 气味的液体，密度为1.50gcm3，沸点83，凝固点42，能与水 以任意比例 互溶，有腐蚀性。常用浓硝酸质量分数为69左右，质量分

6、数为98以上的硝酸极易在潮湿的空气中形成 白 色酸雾，因此被称为 发烟硝酸 。（1）具有酸的通性，但考虑其酸性时需首先考虑到其强氧化性。【注意】浓、稀HNO3对紫色石蕊试液作用，前者使之先变红后褪色，后者只使之变红。金属与HNO3反应不产生H2。比较HNO3与Na2CO3和Na2SO3的反应。(前者为复分解反应，后者为氧化还原反应。（3） 不稳定性：浓硝酸显黄色，是因为HNO3分解产生的NO2溶解在硝酸中，说明浓硝酸具有不稳定性C4HNO3(浓)CO24NO22H2O（3）强氧化性与金属的反应A除Pt、Au外，大部分金属均能与HNO3反应。BCu与浓、稀HNO3发生反应的化学方程式分别为： C

7、u+4HNO3(浓） = Cu(NO3)2+2NO2+2H2O3Cu+8HNO3(稀）= 3Cu(NO3)2+2NO+4H2OCFe、Al遇冷的浓HNO3或浓H2SO4能发生钝化，故可以用铁、铝容器贮存冷的浓HNO3、浓H2SO4。与非金属反应与浓HNO3反应时，非金属单质一般被氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸，如碳与浓HNO3反应的化学方程式为：C+4HNO3（浓）= CO2+4NO2+2H2O 。与某些还原性化合物或离子的反应，例如：H2S、SO2、HBr、HI、FeCl2等。王水王水由浓硝酸与浓盐酸按体积比13混合所得，具有更强的氧化性，能使Au、Pt溶解。（4）与有机物的反应硝化反应（

8、如与苯反应）；酯化反应（如与纤维素反应）；颜色反应（如与蛋白质反应）。【典型例题2】在下列反应中，硝酸既表现氧化性又表现酸性的是AFeO和HNO3 BAl(OH)3与HNO3CH2S和HNO3 DNH3与HNO3【答案】A【迁移训练2】硝酸铜是制备CuZnAl系催化剂的重要原料，制取硝酸铜现有三种设计方案可供选用：Cu与稀硝酸反应制取：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2OCu与浓硝酸反应制取：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O通氧气于铜屑与稀硝酸的体系中制取：2Cu4HNO3O2=2Cu(NO3)22H2O下列说法正确的是A制取相同量的硝酸铜需硝酸的量最

9、多B制取相同量的硝酸铜产生的有毒气体比多C三种方案中硝酸的利用率D三种方案的反应都可以在铁制容器中进行【答案】C4. 氮的氧化物溶于水的计算规律（1）有关化学反应方程式3NO2H2O=2HNO3NO 4NO2O22H2O=4HNO3 4NO3O22H2O=4HNO3 2NOO2=2NO2 （2）不同情况及剩余气体的体积序号气体反应剩余气体剩余气体的量NO2NOV(NO2)NO2NONOV(NO)原V(NO2)NO2O241无041NOV(NO2)V(O2)NOO243无043NOV(NO)原V(O2)43O2V(O2)原V(NO)（3）NO2、NO、O2三者组成的混合气体溶于水先按反应后，再据

10、表进行计算。先按反应后，再据表进行计算。【典型例题3】用排水法收集12mLNO于试管中，然后向倒立于水槽中的该试管内间歇地通人O2共12mL，下面说法中正确的是A.剩余O2 B.剩余NO C.试管中气体为红棕色 D.试管内气体先变为红棕色，后红棕色消失，反复几次，最后剩余无色气体【答案】AD【典型例题4】定量的CuS和Cu2S的混合物投入足量的HNO3中，收集到气体VL（标准状况），向反应后的溶液中（存在Cu2+和SO42-）加入足量NaOH，产生蓝色沉淀，过滤，洗涤，灼烧，得到CuO12.0g，若上述气体为NO和NO2的混合物，且体积比为11，则V可能为A9.0L B13.5L C15.7L

11、 D16.8L【答案】A【迁移训练4】足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5 mol/L NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是A60 mL B45 mL C30 mL D15 mL【答案】A5. 金属与硝酸的反应的相关计算（1）金属与HNO3反应的一般通式金属+浓硝酸金属硝酸盐+NO2+H2O金属+稀硝酸金属硝酸盐+NO+H2O（2）反应规律金属与硝酸反应一般不生成H2。浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原

12、为NO。铁与稀硝酸反应，先生成Fe(NO3)3，若Fe过量，Fe(NO3)3再和Fe反应生成Fe(NO3)2。铜与浓HNO3反应，若Cu过量，开始时硝酸的还原产物为NO2，随着反应的进行，浓HNO3变稀，硝酸的还原产物为NO，最终应得到NO2和NO的混合气体。（3）计算方法原子守恒法 HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。得失电子守恒法 HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。电荷守恒法HNO3过量时反

13、应后溶液中（不考虑OH-）则有：c(NO3-)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)。离子方程式计算法金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO3-在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H+或NO进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。【典型例题5】把一定质量的铁完全溶解于某浓度的硝酸中收集到0.3 mol NO2和0.2 mol NO。向反应后的溶液中加入足量NaOH溶液充分反应，经过滤、洗涤后，把所得沉淀加热至质量不再减少为止。得到固体质量不可能为A18 gB24 gC30 gD36

14、g【答案】A【迁移训练5】某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL，平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉，最多能溶解9.6 g。向另一份中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析或结果错误的是A原混合酸中NO物质的量为0.1 molBOA段产生的是NO，AB段的反应为Fe2Fe3=3Fe2，BC段产生氢气C第二份溶液中最终溶质为FeSO4DH2SO4浓度为2.5 molL1【答案】A【典型例题6】一定量的Fe和Fe2O3混合物投入1 molL-1 300 mL的HNO3溶液中，反应完全后，无固体剩余，生成112 LNO气体（标准状况），再向

15、反应后溶液中加入1 molL-1的NaOH溶液，要使铁元素全部沉淀下来，所加NaOH溶液的体积最少是A200mL B245mL C250mL D300 mL【答案】C课堂练习考点基础练习1易误诊断(正确的打“”，错误的打“”)。(1)NO只能用排水法收集，不能用排空气法收集的理由是密度与空气接近()(2)NO2与H2O反应中，NO2只作氧化剂()(3)浓氨水与所有浓酸相遇均能形成白烟()(4)硝酸的还原产物一定为NO或NO2()(5)足量Cu与一定浓HNO3反应，生成的气体中含有NO2和NO气体()【答案】(1)(2)(3)(4)(5)2写出下列反应的离子方程式(1)NO2通入水中：_。(2)

16、Cu投入浓HNO3中：_。(3)Cu投入稀HNO3中：_。【答案】(1)3NO2H2O=2H2NONO (2)Cu4H2NO=Cu22NO22H2O(3)3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O习题训练 1下列各组气体，在常温常压下不能共存的是ASO2与O2BNO与O2CO2与N2 DNO2与O2【答案】B2下列有关环境污染的说法正确的是A燃煤时加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量B臭氧的体积分数超过104%的空气有利于人体健康CpH在5.67之间的降水通常称为酸雨D含磷洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染【答案】A3为了保护臭氧层，可采取的有效措施是A减少二氧化硫的排放量B减少氟氯代烃

17、的排放量C减少含铅废气的排放量D减少二氧化碳的排放量【答案】B4为除去混入NO中的少量NO2，应将气体通过ANa2CO3溶液 BNaHCO3溶液CH2O D浓硫酸【答案】C5下列反应中，起到氮的固定作用的是 ANH3经催化氧化生成NO BN2和H2在一定条件下合成NH3CNO与O2反应生成NO2 D由NH3制碳酸氢铵和尿素【答案】B6以下四组气体分别与对应的试纸接触，均能使试纸变蓝的是选项湿润的KI淀粉试纸湿润的红色石蕊试纸ANO2NH3BH2SHClCCl2CO2DSO2NH3【答案】A7将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是A反应生成气体的物质的量相等B消耗硝酸的物质

18、的量：前者多，后者少C反应生成气体的颜色：前者浅，后者深D反应中转移的电子总数：前者多，后者少【答案】B8从防止污染和减少用酸量的角度分析，下列制取Cu(NO3)2的方法中最好的是ACuCu(NO3)2BCuCu(NO3)2CCuCuOCu(NO3)2DCuCuSO4Cu(NO3)2【答案】C9下列说法错误的是A碳、硫单质在加热条件下都能与浓硝酸、浓硫酸发生反应B氮氧化物、二氧化硫是形成酸雨的主要物质C二氧化硫具有还原性，因此不能用浓硫酸干燥D硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在【答案】C10某研究性学习小组借助右图装置完成收集NO气体的实验。正确的操作是A从口进气，用排水法集气B从口进

19、气，用排气法集气C从口进气，用排水法集气D从口进气，用排气法集气【答案】C11现有以下几种措施：对燃烧煤时产生的尾气进行除硫处理，少用原煤作燃料，燃煤时鼓入足量空气，开发清洁能源。其中能减少酸雨产生的措施是_。A BC D【答案】C12某无色透明的混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将此混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色。下列对于原混合气体成分的判断中正确的是A肯定没有SO2和NO B肯定没有Cl2、O2和NO2C可能有Cl2和O2 D肯定只有NO【答案】B13 2010年2月10日中国经济网发布的第一次全国污染源普

20、查公报一文中有如下一组数据：工业废气中主要污染物SO2烟尘NOx粉尘污染物产生量(万吨/年)4 345.4248 927.221 223.9714 731.4污染物排放量(万吨/年)2 119.75982.011 188.44764.68下列有关说法中错误的是ASO2、NOx的大量排放会导致酸雨的发生B煤与石油的大量燃烧是造成SO2、NOx大量排放的主要因素C烟尘、粉尘属于固体污染物D人类活动产生的气态污染物能全部进入大气中【答案】D14等量镁铝合金粉末分别与下列4种过量的溶液充分反应，放出氢气最多的是A2 molL1 H2SO4溶液B18 molL1 H2SO4溶液C6 molL1 KOH溶

21、液D3 molL1 HNO3溶液【答案】A151 mo1Cu2S与2 mol FeO投入到足量稀硝酸溶液中，充分反应得到Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、CuSO4的混合溶液，并产生NO气体。则最终反应所得NO物质的量为A4 mo1 B5 mo1 C6 mo1 D7 mo1【答案】A16. 在一定温度下，某浓度的硝酸与金属锌反应生成NO2和NO的物质的量之比为13，则要使1 mol金属锌完全反应，需要硝酸的物质的量为A2.8 mol B2.6 mol C2.4 mol D0.8 mol【答案】A17. 有一含004molH2SO4和004molHNO3的混合稀溶液，加入足量的铜粉，加热充分反

22、应，最终可产生气体的物质的量是A001mol B003mol C004mol D001mol003mol【答案】C18某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL，平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉，最多能溶解9.6 g。向另一份中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析或结果错误的是A原混合酸中NO物质的量为0.1 molBOA段产生的是NO，AB段的反应为Fe2Fe33Fe2，BC段产生氢气C第二份溶液中最终溶质为FeSO4DH2SO4浓度为2.5 molL1【答案】A19酸雨的形成与大气中二氧化硫及氮氧化物的含量有关。（1）机动车所排放

23、的废气中主要含CO和氮氧化物。为使机动车达标排放，可在排气筒中安装一个催化净化装置，使尾气中的CO和NO转化为参与大气循环的两种无毒气体，写出反应的化学方程式：_。（2）某火力发电厂为除去有害气体SO2，并变废为宝，采用尾气脱硫新工艺，如图所示。写出尾气脱硫工艺中反应的化学方程式为_。【答案】(1) 2CO2NON22CO2(2) SO2CaO= CaSO3 CaSO3 O2= CaSO420如图装置是某种气体X的制取装置和收集装置(必要时可加热)。所用的试剂从下列试剂中选取23种：硫化亚铁、二氧化锰、铜屑、氯化铵、稀硝酸、浓盐酸、蒸馏水。请回答下列问题： （1）气体X的化学式是_。（2）所选

24、药品a是_，b是_，装置B的作用是_。（3）用所选的药品制取X的离子方程式是_。（4）在反应刚开始时A中的主要现象是_。【答案】(1)NO(2)稀硝酸铜屑洗去NO2及挥发出的HNO3 (3) 3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O (4)铜屑溶解，溶液变为浅蓝色，有气泡产生，瓶内上方出现红棕色气体21将V mL NO和NO2的混合气体通过水吸收后，得到a mL无色气体A。将此无色气体A与等体积的O2混合，通过水充分吸收后，得到5 mL无色气体B，试回答：（1）A气体是_，B气体是_。（2）A气体的体积是_mL。（3）V的取值范围是_。【答案】（1）NO O2 （2）20 （3）20V6022 a mol某单质M与含b mol HNO3的溶液恰好完全反应。（1）若M为Cu，则被还原的HNO3的物质的量一定是_mol。(用含a、b的式子表示)（2）若a0.6，M仍为Cu，充分反应后，共收集到标准状况下的气体22.4 L，则此时b