鲁科版高中化学必修第一册第3章物质的性质与转化第3节第3课时硝酸氮氧化物的污染与治理练习含答案

第3章物质的性质与转化第3节氮的循环第3课时硝酸氮氧化物的污染与治理基础过关练题组一硝酸的性质1.(教材习题改编)下列关于硝酸的说法不正确的是()A.浓硝酸通常储存在棕色试剂瓶中B.铁与稀硝酸的反应属于置换反应C.浓硝酸易挥发,打开瓶塞,瓶口有白雾产生D.可用铁质或铝质容器盛装冷的浓硝酸2.(2024河南南阳六校期末)某同学按图示装置进行实验,欲使试剂瓶中少量铜粉最终消失并得到澄清溶液,下列气体不符合要求的是()A.NO2B.NH3C.HClD.Cl23.(2024北京顺义一中月考)下述实验中均有红棕色气体产生,对比分析所得结论错误的是()①②③A.红棕色气体均为还原产物B.由实验①可推断浓硝酸不稳定,受热易分解C.实验②中产生了红棕色气体不能说明木炭与浓硝酸发生了反应D.若实验③的产物中检测出CO2,可说明木炭与浓硝酸发生了反应4.(2024山东高密一中化学竞赛)某同学设计如图所示实验,探究Fe与稀硝酸、稀硫酸的反应。实验过程中发现①、③中产生的气体在试管口处变为红棕色。下列说法正确的是()A.②对应的溶液中大量存在的离子有Fe2+、NO3-B.①、③产生的气体组成可能不同C.③对应溶液中一定既含有Fe2+,又含有Fe3+D.实验结论:稀硫酸的氧化性大于稀硝酸5.(2023北京清华大学附中期末)某兴趣小组设计出如图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”实验,以探究化学实验的绿色化。(1)实验前,关闭b,试管d中加水至浸没长导管口,塞紧试管c和d的胶塞,加热c,其目的是。

(2)在d中加适量NaOH溶液,c中放一小块铜片,由a向c中加入2mL浓硝酸(浓度为12mol·L-1)。c中的现象是。再由a向c中加2mL蒸馏水,c中的实验现象是,反应的离子方程式是。

(3)用以下三种途径来制取等质量的硝酸铜。①铜与稀硝酸反应②铜与浓硝酸反应③铜先与氧气反应生成氧化铜,氧化铜再跟稀硝酸反应ⅰ.以下叙述不正确的是(填字母)。

A.三种途径所消耗铜的质量相等B.三种途径所消耗硝酸的物质的量:①>②>③C.途径①中被氧化的铜与被还原的硝酸的物质的量之比是3∶2ⅱ.制取硝酸铜的三种途径,能体现绿色化学理念的最佳途径是,理由是。

题组二金属单质与硝酸反应的有关计算6.(2024安徽桐城中学质检)将2.56gCu和200mL某浓度的浓HNO3混合,随着反应的进行生成气体的颜色逐渐变浅,当Cu反应完全时,共收集到气体1.12L(标准状况)。下列关于该过程的分析错误的是()A.该过程生成的NO2与NO的体积比为7∶3B.该过程转移电子数为0.08NA(NA为阿伏加德罗常数的值)C.该过程消耗HNO3的物质的量为0.13molD.反应结束后所得溶液中(忽略反应前后溶液体积的变化)c(NO3-)=0.4mol·7.(2023山东泰安实验中学期末)向500mL稀硝酸中加入一定质量的铁粉,使铁粉完全溶解,放出NO气体5.6L(标准状况),同时溶液质量增加9.3g。经检验溶液中含有Fe2+和Fe3+。下列判断正确的是()A.原溶液中投入铁粉的物质的量是0.25molB.原溶液中HNO3的浓度是2mol/LC.反应后的溶液中还可溶解9.6g铜D.反应后的溶液中c(Fe2+)∶c(Fe3+)=1∶28.(不定项)(2024山东烟台期末)将15.2g铜镁合金完全溶解于100mL某浓度的硝酸中,得到标准状况下6.72LNO和NO2的混合气体,向反应后的溶液中加入1.0mol·L-1NaOH溶液1.0L,此时溶液呈中性,金属离子已完全沉淀,沉淀质量为25.4g。下列说法错误的是()A.该硝酸的物质的量浓度为13.0mol·L-1B.合金中铜与镁的物质的量之比为1∶2C.混合气体中NO和NO2的体积之比为2∶1D.铜镁合金溶解后,溶液中剩余HNO3的物质的量为0.4mol题组三氮氧化物的污染与治理9.(2024河南南阳一中月考)硝酸厂烟气中含有大量氮氧化物(NOx)。常温下,将烟气与H2的混合气体通入Ce(SO4)2与Ce2(SO4)3[Ce中文名为“铈”]的混合溶液中可实现无害化处理,其转化过程如图所示(以NO为例)。下列说法正确的是()A.反应Ⅰ中氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1B.反应Ⅱ的离子方程式为Ce3++4H++2NON2+2H2O+Ce4+C.该转化过程的实质是NO被H2氧化D.反应过程中混合溶液内Ce3+和Ce4+总数保持不变10.(2023福建泉州期中)用石灰乳吸收硝酸工业的尾气(含NO、NO2)可获得Ca(NO2)2,其部分工艺流程如下:下列说法不正确的是()A.用石灰乳比用澄清石灰水吸收效果好B.采用气液逆流接触有利于尾气中NO、NO2的充分吸收C.吸收时主要反应的离子方程式为NO+NO2+2OH-2NO2-+H2D.若尾气中n(NO2)∶n(NO)<1∶1,吸收后排放的气体中NO含量升高能力提升练题组一硝酸性质的综合应用与实验探究1.(经典题)(2024北京十二中月考)用下图装置探究铜与硝酸的反应,实验记录如下:步骤操作现象①打开止水夹,挤压胶头,使浓硝酸滴入试管产生红棕色气体,溶液变为绿色②一段时间后,关闭止水夹,推动注射器活塞使部分水进入试管注射器内剩余的水被“吸入”试管;铜表面产生无色气泡,溶液变蓝,试管内气体逐渐变为无色③一段时间后,打开止水夹,拉动注射器活塞吸取少量无色气体;拔下注射器,再拉动活塞吸入少量空气注射器中无色气体变红棕色下列说法正确的是()A.①中反应的化学方程式是3Cu+8HNO3(浓)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OB.②中注射器内剩余的水被“吸入”试管的原因可能是NO2与H2O反应导致试管内压强增大C.③中的实验现象能证明②中Cu与硝酸反应生成了NOD.待②中反应停止后,向试管内滴加少量稀硫酸,铜片继续溶解2.(易错题)(2024山东菏泽曹县一中月考)探究氮元素及其化合物的性质,下列实验操作、现象和结论都正确的是()实验操作现象结论A取少量溶液于试管,滴加NaOH溶液,将湿润的红色石蕊试纸置于试管口试纸不变蓝原溶液中不含NHB取少量Fe(NO3)2溶液,滴入硫酸酸化的H2O2溶液溶液变黄色氧化性:H2O2比Fe3+强C将Mg投入一定浓度的硝酸中Mg完全溶解,未出现气泡可能有Mg(NO3)2和NH4NO3生成D向浓HNO3中插入红热的木炭产生红棕色气体碳可与浓HNO3反应生成NO23.(2024河南百师联盟期末联考)某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱,按如图装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。可选药品:浓硝酸、稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳。已知:氢氧化钠溶液不与NO反应,能与NO2反应,2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O。(1)实验应避免有害气体排放到空气中。装置③④⑥中盛放的药品依次是、、。

(2)滴加浓硝酸之前的一系列操作依次是检验装置的气密性,加入药品,打开弹簧夹后。

(3)装置①中发生反应的化学方程式为。

(4)该小组得出的结论所依据的实验现象是。

4.(2024北京海淀阶段练习)硫氰化钾(KSCN)在有机合成中具有重要应用,但会污染环境。预测浓硝酸能与KSCN反应以消除其污染,现通过如下实验进行探究。已知:SCN-能被氧化为黄色的(SCN)2,(SCN)2可聚合为红色的(SCN)x。【实验一】取2mL浓硝酸于试管中,向其中滴加5滴1mol·L-1KSCN溶液,溶液立即变红,静置一段时间后,试管内突然剧烈反应,红色褪去,放出大量红棕色气体。(1)向浓硝酸中滴加KSCN溶液,溶液立即变红是因为生成了(填化学式)。KSCN中S元素的化合价为-2价,预测剧烈反应后含硫产物可能是。

【实验二】将实验一放出的气体通入Ba(OH)2和NaOH的混合溶液中,有白色沉淀生成。将过滤、洗涤后的白色沉淀置于试管中,加入过量稀硝酸,沉淀完全溶解。(2)该实验证实了红棕色气体中不含SO2,理由是,白色沉淀为。

【实验三】(3)另取少量实验一最终所得溶液,(填操作和现象),证明溶液中含有SO4(4)经检验实验一放出的红棕色气体中含NO2,但NO2不一定是SCN-的氧化产物,理由是。

【实验四】(5)某同学向待测溶液中加入KSCN溶液,再加入浓硝酸,最终未得红色溶液,由此得出结论:待测液中不含Fe2+。你认为该同学的结论是否正确:(填“是”或“否”),理由是。

题组二与图像有关的金属与硝酸反应的计算5.(不定项)(2024浙江杭州期末)向含有1molHNO3和1molH2SO4的混合稀溶液中逐渐加入铁粉至过量,溶液中金属阳离子a、b与所加铁粉的物质的量的关系如图所示(已知稀硝酸的还原产物只有NO)。下列有关判断不正确的是()A.a表示Fe3+B.n1=0.75C.P点时,n(Fe2+)=0.5625molD.向P点溶液中加入铜粉,最多可溶解12.8g6.(不定项)(2024山东菏泽一中月考)向200mL某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中逐渐加入铁粉,产生气体的量随加入铁粉的质量的变化如图所示(已知稀硝酸只被还原为NO气体)。下列说法正确的是()A.O~A段发生反应的离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑B.O~A段和B~C段生成气体的物质的量之比为2∶1C.原溶液中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)27.(教材深研拓展)加热条件下,一定量铁与硝酸反应。如图表示硝酸浓度不同时,其还原产物分布分数与硝酸浓度的关系,下列说法不正确的是()A.浓硝酸的氧化性强于稀硝酸B.一般来说,硝酸的浓度越大,其还原产物中高价态的成分越多C.一定量铁粉与足量的12.2mol·L-1硝酸反应的化学方程式为4Fe+18HNO34Fe(NO3)3+3NO↑+3NO2↑+9H2OD.一定量的铁粉与足量的9.75mol·L-1硝酸反应得到标准状况下气体2.24L,则被还原的硝酸的物质的量为0.1mol题组三含氮化合物的转化及推断8.(2024山东济南期末)如图为氮及其化合物的“价—类”二维图,下列说法不正确的是()A.b转化为f的过程属于氮的固定B.从化合价角度预测,g可能通过分解反应转化为bC.工业上以a为原料制取e需要经历四步氧化还原反应D.排放到大气中的c、d是形成光化学烟雾、酸雨的重要原因9.(2024山东烟台莱州一中月考)如图是无机物A~F在一定条件下的转化关系(部分产物及反应条件未标出)。已知:A为气体,A~F都含有相同的元素。试回答下列问题:(1)写出下列物质的化学式:C,F。

(2)在①②③④中属于氮的固定的是(填序号)。

(3)D易溶于水。常温常压下(Vm≈24.5L·mol-1),将容积为VmL的试管充满D后倒扣在水中。①最终试管中所得E的物质的量浓度为(不考虑E的扩散)mol·L-1。

②为了消除D的污染,可将它与B在加热、催化剂作用下反应,生成水和一种无污染物质,该反应的化学方程式为。

③若C、D按物质的量之比1∶1被Na2CO3溶液吸收,只生成一种盐和一种气体,则该反应的离子方程式为。为提高吸收速率与效率,最好选用装置(填字母)。

(4)工业上可用反应①②③由B制取E,为了提高原料的利用率并尽量减轻对环境的污染,C必须循环使用。若消耗1molB制取E,在该过程中至少消耗O2的物质的量为mol。

答案与分层梯度式解析第3章物质的性质与转化第3节氮的循环第3课时硝酸氮氧化物的污染与治理基础过关练1.B浓硝酸不稳定,HNO3受热或见光分解生成二氧化氮、氧气和水,故浓硝酸通常储存在棕色试剂瓶中,A正确;稀硝酸有强氧化性,和铁的反应不属于置换反应,B不正确;浓硝酸易挥发,打开瓶塞,挥发的硝酸蒸气与空气中水蒸气结合形成硝酸小液滴,瓶口有白雾产生,C正确;常温下,Fe、Al遇浓硝酸发生钝化,所以可用铁质或铝质容器盛装冷的浓硝酸,D正确。名师点睛浓硝酸和稀硝酸都具有强氧化性,活泼金属与硝酸反应时,不生成氢气,硝酸被还原为含氮物质。2.BA项,二氧化氮溶于水生成硝酸,硝酸和铜反应生成硝酸铜;B项,氨气溶于水得到氨水,不能和铜反应;C项,HCl通入硝酸钾溶液中,NO3-在酸性条件下和铜反应生成硝酸铜;D项,氯气溶于水生成HCl,N3.D红棕色气体为NO2,由硝酸生成NO2,硝酸中N元素的化合价由+5价降为+4价,NO2为还原产物,A正确;实验①中硝酸分解得到NO2,说明浓硝酸不稳定,受热易分解,B正确;实验②中红棕色气体有可能是浓硝酸分解产生的,C正确;实验③中CO2有可能是C与空气中的氧气反应生成的,D错误。4.B①→②过程中,铁过量,发生反应:Fe+4H++NO3-Fe3++NO↑+2H2O、2Fe3++Fe3Fe2+,②对应的溶液中不含大量的H+,故A错误;①产生的气体为NO,加入稀硫酸,硝酸根离子在酸性条件下能继续氧化Fe和Fe2+,若NO3-足量,只生成气体NO,若铁过量,过量的铁与稀硫酸反应会生成H2,①、③产生的气体组成可能不同,故B正确;若②对应溶液中NO3-足量,滴加稀硫酸后能将Fe和Fe2+都氧化成Fe3+,所以5.答案(1)检查装置气密性(2)产生红棕色气体,溶液变成蓝色反应变缓,气体颜色变浅3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O(3)ⅰ.Bⅱ.③解析(1)实验前,关闭b,试管d中加水至浸没长导管口,塞紧试管c和d的胶塞,加热c,其目的是检查装置气密性。(2)c中反应的化学方程式是Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,所以观察到的现象是产生红棕色气体,溶液变成蓝色;再由a向c中加2mL蒸馏水,反应速率减慢,且浓硝酸被稀释为稀硝酸,反应生成NO,故c中的实验现象是反应变缓,气体颜色变浅,离子方程式为3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O。(3)ⅰ.根据原子守恒,铜单质最终转化为硝酸铜,所以三种途径制取相同质量的硝酸铜,所消耗的铜的物质的量相等,则所消耗的铜的质量相等,故A正确;用三种途径来制取等质量的硝酸铜,①涉及的反应为3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,②涉及的反应为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,③涉及的反应为2Cu+O22CuO、CuO+2HNO3Cu(NO3)2+H2O,所以生成相同质量的Cu(NO3)2,消耗硝酸的物质的量不相同,途径②消耗HNO3最多,途径①次之,途径③消耗HNO3最少,故B不正确;根据化学方程式3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,可知被氧化的铜与被还原的硝酸的物质的量之比为3∶2,故C正确。ⅱ.途径①是稀硝酸和铜反应生成硝酸铜、一氧化氮和水,有污染性气体生成,不能体现绿色化学理念;途径②是铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,有污染性气体生成,不能体现绿色化学理念;途径③是利用铜和氧气反应生成氧化铜,氧化铜和硝酸反应生成硝酸铜和水,反应过程中无污染性气体生成,能体现绿色化学理念。6.D铜和浓硝酸反应生成NO2,随着反应进行,硝酸浓度减小,铜与稀硝酸反应生成NO,由反应生成的气体颜色逐渐变浅可知,生成的气体有NO2和NO,n(NO2)+n(NO)=1.12L22.4L·mol-1=0.05mol,根据氮原子守恒,被还原的硝酸的物质的量为0.05mol;n(Cu)=2.56g64g·mol-1=0.04mol,所以生成0.04molCu(NO3)方法点津7.B生成NO的物质的量为5.6L22.4L/mol=0.25mol,设反应生成Fe2+、Fe3+的物质的量分别为xmol、ymol,由溶液质量增加9.3g,得(x+y)mol×56g/mol-0.25mol×30g/mol=9.3g,由得失电子守恒,得2xmol+3ymol=0.25mol×3,两式联立,解得x=0.15、y=0.15;根据铁原子守恒,原溶液中投入铁粉的物质的量是0.15mol+0.15mol=0.3mol,故A错误;根据N原子守恒得:n(HNO3)=2n(Fe2+)+3n(Fe3+)+n(NO)=2×0.15mol+3×0.15mol+0.25mol=1mol,c(HNO3)=1mol0.5L=2mol/L,故B正确;由反应2Fe3+8.BC向反应后的溶液中加入1.0mol·L-1NaOH溶液1.0L,此时溶液呈中性,金属离子已完全沉淀,所得溶液为NaNO3溶液,NO和NO2的物质的量为6.72L22.4L·mol-1=0.3mol,根据氮原子守恒可知,100mL硝酸溶液中硝酸的物质的量为1.0mol·L-1×1L+0.3mol=1.3mol,所以硝酸的浓度为13.0mol·L-1,A正确;生成Mg(OH)2和Cu(OH)2沉淀的质量比原合金的质量增加25.4g-15.2g=10.2g,氢氧根离子的物质的量为10.2g9.D根据转化关系图可知,反应Ⅰ为H2+2Ce4+2H++2Ce3+,氧化产物(H+)与还原产物(Ce3+)的物质的量之比为1∶1,故A错误;反应Ⅱ是4Ce3++2NO+4H+N2+2H2O+4Ce4+,故B错误;总反应为2NO+2H22H2O+N2,实质是NO被H2还原,故C错误;Ce3+与Ce4+在该反应过程中循环使用,二者在整个过程中总物质的量不变,故D正确。10.C澄清石灰水中氢氧化钙溶解量小,吸收气体量少,不如石灰乳吸收效果好,故A正确;采用气液逆流接触能增大反应物的接触面积,有利于尾气中NO、NO2和石灰乳充分反应,使气体吸收充分,故B正确;吸收时,NO、NO2与氢氧化钙发生氧化还原反应生成Ca(NO2)2,由得失电子守恒和原子守恒可得化学方程式为NO+NO2+Ca(OH)2Ca(NO2)2+H2O,Ca(OH)2以石灰乳形式存在,不可拆,离子方程式为NO+NO2+Ca(OH)2Ca2++2NO2-+H2O,故C错误;若尾气中n(NO2)∶n(NO)<1∶1,NO过量,过量的NO不与碱反应也不溶于水,吸收后排放的气体中NO含量升高,故D正确。能力提升练1.D铜与浓硝酸反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,A错误;3NO2+H2O2HNO3+NO,反应后试管内气体的压强减小,引起②中注射器内剩余的水被“吸入”试管,B错误;注射器中无色气体变红棕色发生反应2NO+O22NO2,NO可能是由铜和稀硝酸反应生成的,也可能是NO2与H2O反应产生的,故③中的实验现象不能证明②中Cu与硝酸反应生成了NO,C错误;NO3-在酸性条件下会将Cu氧化,铜片继续溶解,D正确。2.C氨气极易溶于水,滴加NaOH溶液后,由于没有加热,可能导致氨气没有逸出,试纸不变蓝,不能说明原溶液中不含NH4+,A项错误;NO3-在酸性条件下具有强氧化性,可将Fe2+氧化为Fe3+而使溶液变黄色,故此实验操作和现象不能证明H2O2的氧化性强于Fe3+,B项错误;Mg和硝酸可能发生氧化还原反应:4Mg+10HNO34Mg(NO3)2+NH4NO3+3H2O,可使Mg完全溶解,不产生气泡,C项正确;浓硝酸在红热的木炭作用下受热分解也可以产生NO23.答案(1)稀硝酸浓硝酸氢氧化钠溶液(2)通入CO2一段时间,关闭弹簧夹,将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内(3)Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O(4)装置③中液面上方无色,装置④中液面上方为红棕色解析(1)浓硝酸与铜发生反应生成二氧化氮,通入水中后生成一氧化氮,根据装置特点和实验目的可知,将生成的NO分别通过浓硝酸和稀硝酸,若通过浓硝酸的无色气体变成红棕色气体,证明浓硝酸能将NO氧化成NO2,若通过稀硝酸的无色气体没有明显变化,证明稀硝酸不能氧化NO;NO、NO2有毒,污染环境,不能直接排放到空气中,要进行尾气处理,故装置⑤是收集NO,装置③中应该盛放稀硝酸;装置④中盛放浓硝酸,装置⑥中盛放NaOH溶液。(2)由于装置中残存的空气中的O2能氧化NO而对实验产生干扰,所以滴加浓HNO3之前需要通入一段时间CO2排出装置中的空气,然后将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内防止反应产生的NO气体逸出。4.答案(1)(SCN)xSO42-或SO2(2)若含SO2,则沉淀不能完全溶解BaCO3(3)加入BaCl2溶液,产生白色沉淀(4)NO2解析(1)取2mL浓硝酸于试管中,滴加5滴1mol·L-1KSCN溶液,SCN-能被氧化为(SCN)2,(SCN)2迅速聚合为红色的(SCN)x,所以溶液立即变红是因为生成了(SCN)x;硫元素被氧化,化合价升高,可能生成SO2或SO42-。(2)若气体中含有SO2,得到的白色沉淀中加入过量稀硝酸,会生成BaSO4沉淀,但加入硝酸沉淀完全溶解,说明该沉淀为BaCO3。(3)实验一中有过量HNO3,若加入BaCl2溶液,生成白色沉淀,则说明溶液中含有SO42-。(4)NO5.CD该过程涉及2个反应:①NO3-过量,H+不足:Fe+4H++NO3-Fe3++NO↑+2H2O;②铁过量:2Fe3++Fe3Fe2+,所以a表示Fe3+,A正确;溶液中共有3molH+参加反应,消耗铁为0.75mol,故n1=0.75,B正确;P点n(Fe2+)=n(Fe3+),二者均为0.45mol,C不正确;P点剩余0.45molFe3+,根据反应2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+可知,最多可消耗0.225molCu,质量为0.225mol×64g·mol-16.BCO~A段发生反应Fe+4H++NO3-Fe3++NO↑+2H2O,A~B段发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+,B~C段发生反应Fe+2H+Fe2++H2↑,故A错误;O~A段消耗n(Fe)=0.2mol,生成气体的物质的量为0.2mol,B~C段消耗n(Fe)=0.1mol,生成气体的物质的量为0.1mol,O~A段和B~C段生成气体的物质的量之比为2∶1,故B正确;原混合溶液中n(NO3-)=0.2mol,所以c(HNO3)=0.2mol0.2L=1mol·L-1,溶液中n(H+)=0.8mol+0.2mol=1mol,所以H2SO4电离产生的H+为0.8mol,n(H2SO4)=0.4mol,c(