5.2.3硝酸-高一化学讲义（人教版2019）（原卷版）

第五章化工生产中的重要非金属元素第二节硝酸[学习目标]1.能从物质的类别和元素价态的视角研究氮及其重要化合物的性质，形成“结构决定性质”的观念，能从宏观和微观相结合的视角分析和解决实际问题。2.分析氮及其化合物的化学反应，预测在一定条件下氮及其化合物可能发生的化学变化。3.从实验现象中找证据进行推理，认识氮及其化合物的性质。4.发现或提出对氮及其化合物有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。5.关注氮及其化合物的社会热点问题，认识环境保护的重要性，形成可持续发展意识和绿色化学观念。课前预习课前预习知识点01硝酸的性质1．物理性质：色、挥发、具有气味的体，能与水以比混合。2．化学性质（1）酸性：硝酸是一元强酸，电离方程式：。（2）不稳定性：①不纯的HNO3呈黄色，是HNO3分解产生的NO2溶于其中形成的。②温度越高、光线越强、浓度越大，越分解。③保存：试剂瓶，并放置在处。（3）强氧化性【实验探究】实验物质稀硝酸浓硝酸实验现象试管内开始产生少量色气体，反应逐渐，气体在试管口变为色，溶液逐渐变，铜丝逐渐变试管内产生大量色气体，溶液逐渐变，铜丝逐渐变实验结论常温下，稀硝酸与铜缓慢反应生成常温下，浓硝酸与铜迅速剧烈反应生成①浓硝酸与Cu反应：②稀硝酸与Cu反应：③常温下，浓硝酸使、钝化。除、外几乎能氧化所有的金属。3．硝酸的工业制法（1）制备流程（2）相关反应①②③④4．应用（1）硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造化肥、农药、炸药、染料和硝酸盐等（2）硝酸在实验室里是一种重要的化学试剂。知识点02酸雨及防治1．SO2与NO2的主要来源、危害和防治2．酸雨知识点总结知识点总结知识点一：硝酸性质1．物理性质纯净的硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，与H2O以任意比互溶。2．化学性质(1)不稳定性①反应：4HNO3eq\o(=,\s\up14(△),\s\do5(或光照))2H2O＋4NO2↑＋O2↑。②市售浓硝酸呈黄色的原因是HNO3分解生成的NO2溶于硝酸中。③浓硝酸的保存方法是保存在棕色带有玻璃塞的细口试剂瓶中，置于冷暗处。(2)强氧化性①与不活泼金属反应稀硝酸与铜反应：3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。浓硝酸与铜反应：Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。②常温下，浓硝酸使Fe、Al钝化。③与非金属反应如浓硝酸与C的反应：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。④与还原性化合物反应硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋、FeO等还原性物质。写出稀硝酸与SO2、Fe2＋反应的离子方程式分别为3SO2＋2NOeq\o\al(－,3)＋2H2O=3SOeq\o\al(2－,4)＋2NO↑＋4H＋、3Fe2＋＋NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。知识点二：硝酸与金属反应的有关计算方法1．从反应的本质看：金属与硝酸反应的实质是金属与H+和NO3的共同作用。例如：铜与稀硝酸反应的实质是：3Cu+8H++2NO3===3Cu2++4H2O+2NO↑。Fe2+与稀硝酸反应的实质是：3Fe2++4H++NO3===3Fe3++2H2O+NO↑。2．从硝酸在反应中的作用看：参加反应的硝酸一部分显酸性，生成硝酸盐，另一部分作氧化剂，一般转化为氮的氧化物(NO或NO2)，根据氮元素守恒解题。3．从守恒的角度看：(1)电子守恒：硝酸与金属反应属于氧化还原反应，一般情况下金属失去的电子被+5价的氮得到，转化为NO或NO2(也可能会转化为N2O、N2和NH3)，N原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数，由此可求出氮元素被还原后的价态，根据价态确定反应产物。(2)原子守恒：硝酸与金属反应时，一部分以NO3的形式存在，一部分转化为还原产物，这两部分中N的物质的量与反应消耗的HNO3中N的物质的量相等。4．从反应始态和最终状态看：终态法的运用使许多复杂问题简单化，在化学计算中具有非常重要的地位。知识点三：制取硝酸的反应原理1．实验室制法：NaNO3+H2SO4(浓)NaHSO4+HNO3↑原理：难挥发性酸(高沸点)制易挥发性酸装置：曲颈甑(HNO3对橡胶有腐蚀性，不能用胶管)2．工业制HNO3的反应原理及流程其主要流程是将氨和空气的混合气(氧∶氮≈2∶1)通入灼热(760～840℃)的铂铑合金网，在合金网的催化作用下，氨被氧化成一氧化氮(NO)，生成的一氧化氮结合反应后残余的氧气继续被氧化为二氧化氮，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸。各步反应的化学方程式如下：(1)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO：4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up11(催化剂),\s\do4(△))4NO＋6H2O。(2)NO进一步氧化生成NO2：2NO＋O2=2NO2。(3)用水吸收NO2生成HNO3：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。知识点四：酸雨及防治1．SO2、NOx的主要来源(1)SO2：主要来源于煤、石油和某些含硫的金属矿物的燃烧或冶炼。(2)NOx：主要来源于机动车产生的尾气。2．SO2、NOx对人体的危害SO2与NOx会引起呼吸道疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡。3．酸雨4．酸雨防治(1)工业废气排放到大气中之前，必须进行适当处理，防止有害物质污染大气。(2)减少化石燃料的直接燃烧，如脱硫处理。【大招总结】1.①硝酸浓度越大，其还原产物的价态越高。还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO。②浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红，后褪色，该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性。③常温下，浓硝酸或浓硫酸可使铁、铝表面形成一层致密的氧化物薄膜，所以可以用铁制容器或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。“钝化”并非不反应。当加热时，Fe、Al会与浓硝酸或浓硫酸发生反应。2.氮元素价类二维图和氮元素物质之间的转化图3．硝酸的氧化性性质解释或化学方程式金属与Fe、Al浓硝酸常温时浓硝酸使铁、铝钝化,加热时可以反应与Fe稀硝酸铁少量Fe+4H++NO3－Fe3++NO↑+2H2O铁过量3Fe+8H++2NO3－3Fe2++2NO↑+4H2O与铜浓硝酸4HNO3（浓）+CuCu（NO3）2+2NO2↑+2H2O稀硝酸8HNO3（稀）+3Cu3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O非金属与碳反应4HNO3（浓）+CCO2↑+4NO2↑+2H2O还原性离子或物质HI、HBr、SO2、Fe2+、FeO、Br－、I－、S2－、SO32－等均能被HNO3氧化4．硝酸与非金属反应规律非金属单质+浓硝酸该非金属元素最高价氧化物或高价含氧酸+NO2↑+H2O5．硝酸与金属反应规律（1）除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属至高价态。（2）HNO3的浓度不同，还原产物不同。一般情况下，HNO3的还原产物如下：Cu、Ag——浓：NO2稀：NOMg、Zn——浓：NO2、较浓：NO，稀：N2O、极稀：NH4NO3（3）常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化，但加热时可以反应。6．原子守恒法在解题中的应用HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO3－的形式存在于溶液中，另一部分HNO3作为氧化剂转化为还原产物。这两部分HNO3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。n（HNO3）消耗＝x·n［M（NO3）x］+n（NO2）+n（NO）7．电子守恒法在解题中的应用HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得到的电子的物质的量等于金属失去的电子的物质的量，即金属失电子的物质的量x·n［M（NO3）x］＝n（NO2）+3n（NO）。8．“离子方程式法”在解题中的应用金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于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，先做少、过量判断，然后根据完全反应的金属或H+或NO3－进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。9．电荷守恒法在解题中的应用溶液呈电中性，离子符合电荷守恒。若HNO3过量，反应后溶液中（不考虑OH－）有：c（NO3－）＝c（H+）+nc（Mn+）（Mn+代表金属离子）。10.硝酸与金属反应的计算规律11．氮元素的价类图12．氮元素的化合价与氧化性、还原性的关系价态代表物性质－3NH3、Mg3N2、NH4Cl只有还原性0N2既有氧化性，又有还原性+1N2O+2NO+3N2O3、HNO2、NaNO2+4NO2、N2O4+5N2O5、HNO3、NaNO3只有氧化性13.硝酸与金属、非金属的反应规律(1)硝酸与金属反应的规律①HNO3与金属反应不能产生H2。②还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。③硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。(2)硝酸与非金属反应的规律①浓硝酸能与碳、硫、磷等非金属单质反应，一般生成最高价含氧酸或最高价氧化物，二氧化氮和水。②与非金属反应，硝酸表现强氧化性，不表现酸性。14.HNO3与金属反应的计算的思维模型{典型例题典型例题【例1】下列有关硝酸化学性质的叙述正确的是A．稀硝酸使红色石蕊试纸变蓝B．硝酸能与Na2CO3反应，但不生成CO2C．硝酸可与Na2S反应制得H2S气体D．浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色【解析】A．稀硝酸显酸性，不可能使红色石蕊试纸变蓝，故A错误；B．发生复分解反应，可以生成CO2，故B错误；C．HNO3有强氧化性，可以氧化H2S气体，不能用于制取H2S，故C错误；D．NO2呈红棕色，浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色，故D正确；故选D。【答案】D【例2】向200mL某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中逐渐加入铁粉，产生气体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)。下列说法正确的是A．OA段发生反应的离子方程式为B．OA段和BC段生成气体的物质的量之比为2∶1C．溶液中H2SO4与HNO3的物质的量浓度之比为2∶1D．C点时溶液的溶质为FeSO4和Fe(NO3)2【解析】A．根据图示OA段发生反应，AB段发生反应，BC段发生反应，A项错误；B．OA段，生成气体的物质的量为0.2mol，BC段，生成气体的物质的量为0.1mol，OA段和BC段生成气体的物质的量之比为2∶1，B项正确；C．溶液中，则，溶液中，则，，溶液中，H2SO4与HNO3的物质的量浓度之比为2∶1，C项正确；D．C点时溶液的溶质为FeSO4，D项错误；故答案为：BC。【答案】BC【例3】已知A、B、C为化合物，X为单质。其中，A是一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体；X为双原子分子，其原子的最外层电子数为内层的3倍。A、B、C、X之间存在如下转化关系：请回答：（1）X的化学式为______________。（2）实验室制取A气体的化学方程式为________________________________，可用于干燥A气体的试剂是____________（填“浓硫酸”或“碱石灰”）。（3）B转化为C的化学方程式为__________________。C是一种______色气体。【解析】根据题意可知，A、B、C、X四种物质分别为NH3、NO、NO2、O2。（1）X的化学式为O2。（2）实验室制取A气体的化学方程式为2NH4Cl+Ca（OH）2CaCl2+2NH3↑+2H2O，可用碱石灰干燥NH3，不能用浓硫酸。（3）NO转化为NO2的化学方程式为2NO+O22NO2。NO2是一种红棕色气体。【答案】（1）O2（2）2NH4Cl+Ca（OH）2CaCl2+2NH3↑+2H2O；碱石灰（3）2NO+O22NO2；红棕【例4】科学家研究发现含氮化合物和含硫化合物在形成雾霾时与大气中的氨有关，转化关系如图所示。回答下列问题：（1）从物质分类的角度看，图中的物质属于酸性氧化物的有______________（写化学式）。（2）图中物质溶于水溶液呈碱性的是_______。（3）写出SO2转化为SO3的化学方程式：____________________________。（4）工业上利用氨气制备一氧化氮，反应的化学方程式为__________________。（5）氨气与一氧化氮（NO）在一定条件下反应可生成对空气无污染的物质，该反应的化学方程式为_____________________。【解析】（1）酸性氧化物是指与碱反应只生成一种盐和水的氧化物，SO2、SO3和N2O5都是酸性氧化物。（4）NH3在催化剂作用下被O2氧化生成NO和H2O，结合得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式并配平。（5）氨气与一氧化氮（NO）在一定条件下反应可生成对空气无污染的物质，结合原子守恒推知，产物为N2和H2O，结合得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式并配平。【答案】（1）N2O5、SO2、SO3（2）NH3（3）2SO2+O22SO3（4）4NH3+5O24NO+6H2O（5）4NH3+6NO5N2+6H2O【例5】氮元素形成的化合物种类十分丰富。请根据以下工业制硝酸的原理示意图回答含氮化合物相关的问题：(1)下列有关NH3的说法中，不正确的是________(填字母)。A．工业合成NH3需要在高温、高压、催化剂下进行B．NH3可用来生产碳铵和尿素等化肥C．NH3可用浓硫酸或无水氯化钙干燥D．NH3受热易分解，须置于冷暗处保存(2)NH3易溶于水，标准状况下，用充满NH3的烧瓶做喷泉实验，水充满整个烧瓶后所形成溶液的物质的量浓度为________mol·L－1。(3)氨气燃烧的化学方程式为_________________________________________________。(4)HNO3是一种重要的化工原料，工厂生产出的浓硝酸可用铝槽车或铁槽车来运输。在常温下能使铝、铁钝化，说明浓硝酸具有很强的__________性。(5)“吸收塔”尾部会有含NO、NO2等氮氧化物的尾气排出，为消除它们对环境的破坏作用，通常用以下两种方法处理：①纯碱溶液吸收法。纯碱溶液与NO2反应的原理为Na2CO3＋2NO2=NaNO3＋________＋CO2(请填写完成化学方程式)。②氨转化法。已知7mol氨恰好能将含NO和NO2共6mol的混合气体完全转化为N2，则混合气体中NO和NO2的物质的量之比为________，若用通式NOx表示氮氧化物，则每摩尔氨可将________mol的NOx转化为N2。【解析】(1)A项，工业合成NH3的反应条件是高温、高压、催化剂，正确；B项，NH3可与碳酸等反应生成碳铵等，也可以与二氧化碳反应生成尿素，正确；C项，NH3可与硫酸或氯化钙发生化合反应，不正确；D项，NH3不易分解，不正确。(2)水充满整个烧瓶后所形成溶液的物质的量浓度为eq\f(1,22.4)mol·L－1≈0.045mol·L－1。(3)氨气燃烧的化学方程式为4NH3＋3O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2N2＋6H2O。(4)在常温下浓硝酸能使铝、铁钝化，说明其具有很强的氧化性。(5)①纯碱溶液与NO2反应的原理为Na2CO3＋2NO2=NaNO3＋NaNO2＋CO2。根据质量守恒定律可知，除NaNO3和CO2外，另一种产物为NaNO2。②7mol氨失去21mol电子，根据题意和得失电子守恒可得n(NO)＋n(NO2)＝6mol,2n(NO)＋4n(NO2)＝21mol，解得n(NO)＝1.5mol，n(NO2)＝4.5mol，则混合气体中NO和NO2的物质的量之比为1∶3，若用通式NOx表示氮氧化物，反应过程中NOx分子得到2xe－，则每摩尔氨可将eq\f(3,2x)mol的NOx转化为N2。【答案】(1)CD(2)eq\f(1,22.4)(或0.045)(3)4NH3＋3O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2N2＋6H2O(4)氧化(5)①NaNO2②1∶3eq\f(3,2x)强化训练强化训练1．下列反应中，起了氮的固定作用的是A．N2和H2在一定条件下合成氨 B．由氨制成碳酸氢铵或硫酸铵C．NO和O2反应生成NO2 D．NO2与H2O反应生成HNO32．NH3、NH4Cl、NO、NO2、HNO3等是氮重要的化合物，NO2与N2O4能相互转化，热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g)ΔH=+57kJ•mol1。已知2NO2+2OH=NO+NO+H2O。下列装置不能达到相应实验目的的是A．装置甲生成NO2 B．装置乙收集NO2C．装置丙吸收NO2尾气 D．装置丁使NO2充分转化为HNO33．下列说法正确的是A．锂质量轻、比能量大，可用作电池正极材料B．常温下铁不能和浓硝酸反应，可用铁制容器盛装浓硝酸C．钠、钾这些活泼金属着火时不能使用泡沫灭火器灭火D．当火焰呈黄色的焰色反应发生时说明该药品是钠盐4．下列说法正确的是A．植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料，实现氮的固定B．H2SO4和CuCl2均可通过化合反应得到C．将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒相互靠近，有白烟产生D．浓H2SO4具有强吸水性，能吸收糖类化合物中的水分，因此使其炭化5．下列说法正确的是A．Cl2可用于自来水的消毒B．钠燃烧时生成氧化钠C．二氧化硫能漂白某些物质，能使紫色石蕊试液先变红后褪色D．氨气能使湿润的蓝色石蕊试纸变红6．在给定的条件下，下列选项所示的物质间转化均能一步实现的是A．FeFe2O3Fe2(SO4)3B．CaCl2(aq)CaCO3(s)CaO(s)C．NH3NO2HNO3D．SSO2H2SO47．下列物质可由单质直接化合生成的是A．Fe2O3 B．Na2O2 C．NO2 D．SO38．用下列实验装置，能达到实验目的的是ABCD去除乙烯中混有的SO2气体制备并收集少量的NO加热CuSO4溶液，得到白色固体配制0.10mol/LNaOH溶液A．A B．B C．C D．D9．下列实验能达到实验目的且符合实验要求的是A．煅烧石灰石B．制备二氧化碳C．制备氨气D．观察胆矾的焰色反应A．A B．B C．C D．D10．在含有1molHNO3和4molH2SO4的混合稀溶液中，加入1.5mol铜粉，充分反应后，生成气体(假设全部为NO)在标准状况下的体积约为A．5.6L B．22.4L C．4.48L D．无法计算11．已知a、b、c是中学常见的含有同种元素的三种物质，具有的转化关系(“→”表示在一定条件下可一步完成)，下列各组物质中，不符合上述转化关系的是选项对应物质ABCDaCu(OH)2SO2FeNObCuCl2SO3FeCl3NO2cCuH2SO4FeCl2HNO3A．A B．B C．C D．D12．有甲、乙、丙、丁四位同学分别对四种溶液中所含的离子进行检验，所得结果如下，其中一定错误的结果是甲：、、、乙：、、、丙：、、、丁：、、、A．甲 B．乙 C．丙 D．丁13．同温同压下，在2支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2。现将2支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中充满水的体积分别为V1、V2，则下列关系正确的是A．V1＞V2 B．V1=V2 C．V2＞V1 D．无法确定14．设为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是A．足量与充分燃烧反应，转移电子数目为B．常温常压下，含有的共用电子对数目为C．密闭容器中与充分反应，得到的分子数为D．的氨水中有15．某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体．现将此无色透明的混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色．对于原混合气体成分的判断中正确的是A．肯定有SO2、NO、O2 B．肯定没有C12、O2和NO2C．可能有Cl2和O2 D．肯定只有NO16．将1.92g铜粉与一定量的浓硝酸反应，当铜粉完全反应时收