高中化学 第三章 自然界中的元素 第2节 氮的循环学案 鲁科版必修1.doc

第2节氮的循环1自然界中氮的循环(1)氮元素的存在：氮是地球上含量丰富的元素，存在形式：一种是以游离态存在于空气中，另一种是以化合态的形式存在于动植物体中、土壤中和水体中。化合态的氮元素主要以no、nh的形式存在，在有机物中以蛋白质形式存在。(2)氮的循环在自然界中，把空气中的氮气转化为氮的化合物实现氮的循环有两种途径：一是豆科植物根部的根瘤菌，把氮气转化为硝酸盐等含氮化合物；二是在放电条件下，氮气与氧气结合为氮氧化物，并随雨水进入水体中。人类在氮循环方面是通过化学方法把氮气转化为氨，再进一步转化成各种含氮的化合物。化石燃料燃烧、森林和农作物枝叶燃烧所产生的氮氧化物通过大气进入陆地和海洋，进入氮循环。【例1】 某生态系统的氮循环如图所示。(1)哪一类生物能将蛋白质转化为氨()a微生物b藻类(2)该生态系统的豆科植物不施氮肥，仍能表现出良好的长势，原因是_。解析：在氮的循环过程中，豆科植物的根瘤菌能将空气中游离态的氮转化为硝酸盐等含氮化合物，从而满足自身营养的需要。no被吸收后最终可转化为蛋白质，蛋白质被微生物分解成氨、硝酸根、铵根离子，而氨又可被硝化细菌氧化为no。答案：(1)a(2)豆科植物的根瘤菌能将游离态的氮转化为硝酸盐等含氮的化合物，满足自身营养的需要2氮气(1)氮气的物理性质纯净的氮气通常状态下是无色的气体，没有味道，没有毒性，密度与空气的密度接近且略小。氮气在水中的溶解度很小，通常状态下，1体积水中只能溶解大约0.02体积的氮气。当压强为1个大气压时，氮气在195.8 变为无色液体，在209.9 变为雪花状固体。析规律 巧比气体密度：比较两种气体的密度大小时，可利用“同温、同压下，两气体的密度之比等于其相对分子质量之比”，只需比校相对分子质量(或平均相对分子质量)的大小即可。如n2的相对分子质量为28，空气的平均相对分子质量为29，故n2的密度比空气略小。(2)氮气的化学性质通常情况下，n2的化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应。但是在一定条件下，氮气能与氧气、氢气等物质发生反应。释疑点 n2为什么稳定氮分子是由氮原子构成的双原子分子，两个氮原子之间共用三对电子，使每个原子均达到稳定结构，所以，要破坏这种牢固的结合需要很高的能量。n2和o2的反应在电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气与氧气可以直接化合生成一氧化氮气体。n2o22no(无色气体)生成的一氧化氮气体在常温下很容易被空气中的氧气氧化生成二氧化氮气体。2noo2=2no2(红棕色)生成的二氧化氮气体溶于水时与水反应生成硝酸和一氧化氮。3no2h2o=2hno3no生成的硝酸随雨水淋洒到地面上，与土壤中的矿物作用，形成能被植物吸收的硝酸盐，促进植物生长。俗话说的“雷雨发庄稼”“一场雷雨一场肥”就是这个道理。另外，汽车发动机中也有n2与o2的反应，因此，汽车尾气中一般含有氮的氧化物。n2与h2的反应在高温、高压和有催化剂存在的条件下，n2和h2可以直接化合，生成氨气，并放出热量，反应方程式如下：n23h22nh3实际上氮气和氢气反应生成氨气的同时，氨气也分解生成氮气和氢气，这样的反应称为可逆反应。因此，氮气和氢气不可能完全转化为氨气，在反应后的体系中氮气、氢气、氨气三种气体同时存在。谈重点 可逆反应的特点：可逆反应指的是在相同条件下能同时向正、反两个方向进行的反应。可逆反应特点：“两同”：同一条件下，正、逆反应同时进行。“共存”：反应物和生成物必须同时存在于同一反应体系中，即反应不能进行到底。表示方法：在可逆反应的化学方程式中用“”表示，不用“=”表示。n2与mg等金属反应n23mgmg3n2(3)n2的主要用途a氮气是合成氨制硝酸的重要材料；b氮气常用作保护气，用于焊接金属，填充灯泡、保存农副产品等；c液氨可作冷冻剂，应用于医学、高科技领域。(4)氮的固定使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫氮的固定，简称固氮。氮的固定大体有两种方法：【例2】 下列过程属于氮的固定的是()a空气液化得到液态的氮bnh4hco3nh3h2oco2cnh3hcl=nh4cldn23h22nh3解析：在理解氮的固定时，一定要弄清楚是游离态氮到化合态氮，其他由化合态氮到化合态氮(例如：nh3nh4no3，nono2等)，化合态氮到游离态氮(例如nh3n2等)的过程都不是氮的固定。答案：d3一氧化氮和二氧化氮氮在循环过程中有许多氮的氧化物产生，现将no和no2的性质总结如下：物质一氧化氮二氧化氮化学式nono2物理性质无色、不溶于水的气体、有毒、用排水法收集红棕色、易溶于水、有刺激性气味的气体，有毒，用向上排空气法收集化学性质常温下容易与o2化合2noo2=2no23no2h2o=2hno3no2no2n2o4日常联系no使人中毒的原理与co相似，其更易与血红蛋白结合，造成人体缺氧；no在生物学方面有着独特的作用，它作为传递神经信息的“信使分子”，在使血管扩张、免疫、增强记忆力等方面有着极其重要的作用no2有较强的氧化性，可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。能使多种纺织物退色，对金属和非金属有腐蚀作用。no2是形成光化学烟雾和酸雨的成分(1)由于no极易被氧化为红棕色的no2，因此收集no时用排水集气法，不能用排空气法。no2易溶于水，收集no2用向上排空气法，不能用排水法。(2)no2溶于水生成hno3，但no2不是hno3的酸酐(因二者中氮元素化合价不同)。【例3】 发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是co2、h2o、n2、no，这些气体均无色，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红色气体。产生红色气体的原因是()a高温下n2遇空气生成no2bno遇空气生成no2cco2与no反应生成co与no2dno和h2o反应生成h2和no2解析：no是一种无色无味的气体，但是这种气体化学性质非常活泼，在空气中很容易被氧化为红棕色的no2气体，因而看到火箭喷出的大量红色气体是生成的no被氧化成no2的缘故。答案：b4.氨与铵态氮肥(1)氨气的物理性质氨气是无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化，且极易溶于水，常温、常压下1体积水能溶解约700体积的氨气。(2)氨气的化学性质氨气与水的反应思考：氨溶解于水仅仅是简单的溶解吗？氨气溶于水形成的溶液的酸碱性怎样？实验用品：干燥的烧瓶、胶头滴管、烧杯、酚酞试液、铁架台(带铁夹)、长玻璃管。实验步骤：在干燥的烧瓶里充满氨气，用带有玻璃管和胶头滴管(滴管里预先吸入水)的塞子塞紧瓶口；倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧杯里(事先滴入少量酚酞试液)，按图所示安装好装置。打开橡皮管上的止水夹，挤压胶头滴管的胶头，使少量水进入烧瓶，观察现象。实验现象：烧杯里的水沿玻璃管进入烧瓶，形成喷泉，烧瓶中的液体呈红色。解释及结论：氨气极易溶于水，胶头滴管中少量的水使烧瓶中的氨迅速溶解，至使烧瓶内气体压强迅速减小。大气压将烧杯中的水通过玻璃管压到烧瓶中，于是形成了喷泉。烧瓶内液体呈红色说明氨气溶于水所得溶液呈碱性。喷泉实验关键：a.装置气密性要好，否则不能形成喷泉。b.所用烧瓶要干燥，否则现象不明显。c.圆底烧瓶内要充满氨气，否则实验不易成功。氨气的水溶液叫氨水。溶解于水的氨气与水发生如下可逆反应：h2onh3nh3h2onhoh，所以氨水显弱碱性。一水合氨(nh3h2o)是一种弱碱，不稳定，受热易分解放出有刺激性气味的氨气：nh3h2onh3h2o。谈重点 液氨与氨水的比较名称液氨氨水物质分类纯净物(非电解质)混合物(nh3h2o)粒子种类nh3分子分子：h2o、nh3h2o、nh3离子：nh、oh、h存在条件常温、常压下不能存在常温常压下可以存在，一般情况下，氨水盛装在橡皮袋、陶瓷坛里。氨水易挥发，因此，氨水应密封保存，且置于低温处注意：氨水的密度比水的小，越浓，其密度越小。氨水中氮元素主要以nh3h2o的形式存在，但氨水的溶质是nh3而非nh3h2o，计算氨水的浓度时按nh3计算。氨气与酸的反应氨气是中学阶段学到的唯一显碱性的气体，因而可以与酸反应。实验方法：分别在两个集气瓶中滴入几滴浓氨水和浓盐酸，盖上玻璃片，然后抽去中间的玻璃片，如下图所示，观察现象。实验现象：两个试剂瓶内都产生了大量的白烟。实验结论及解释：浓氨水中挥发出氨气，浓盐酸中挥发出氯化氢气体，两种气体在集气瓶内相遇发生化学反应生成细小的氯化铵固体颗粒，现象为有大量白烟生成。反应的化学方程式为nh3hcl=nh4cl。在通常状况下，氨除了跟浓盐酸反应以外，还易跟许多酸发生反应生成铵盐，例如：2nh3h2so4=(nh4)2so4nh3hno3=nh4no3nh3ch3cooh=ch3coonh4nh3co2h2o=nh4hco3注意：a.若用玻璃棒分别蘸取浓氨水和浓盐酸，当玻璃棒靠近时，会产生大量白烟。(因为浓氨水、浓盐酸都易挥发，挥发出来的nh3和hcl相遇生成nh4cl固体小颗粒)b若换成浓硝酸，同样有白烟生成(浓硝酸易挥发)。而换成浓硫酸，不会有白烟生成(浓硫酸难挥发)。氨与氯化氢的反应析规律 nh3的检验：用玻璃棒蘸浓盐酸靠近集气瓶口时，若产生大量白烟，可以作为检验nh3的一种方法。另外一种检验氨气的方法是用湿润的红色石蕊试纸靠近试管口或集气瓶口，利用石蕊试纸变蓝色来判断。氨气的催化氧化反应nh3中氮元素为3价，是最低价态，具有还原性，可与具有氧化性的物质反应。通常状况下氨与氧气不反应，但一定条件(pt作催化剂)下可与氧气反应：4nh35o24no6h2o，此反应是工业制hno3的基础。(3)铵盐的性质氨气与酸反应可以生成铵盐，铵态氮肥的主要成分就是铵盐，铵态氮肥包括硫酸铵(nh4)2so4、碳酸氢铵(nh4hco3)、氯化铵(nh4cl)等。铵盐都是易溶于水的晶体，因而在贮存、使用铵态氮肥时，要注意防止雨水的淋湿。铵盐的不稳定性a氯化铵加热氯化铵固体的实验实验步骤：取少量氯化铵固体放在试管中加热，观察发生的现象。实验现象：试管底部的白色固体渐渐减少，在试管上部的内壁上生成了白色固体。实验结论：氯化铵不稳定，受热易分解。结论解释：氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢气体，这两种气体遇冷又重新化合为氯化铵。nh4clnh3hclnh3hcl=nh4clb碳酸氢铵实验步骤：取少量碳酸氢铵固体放入试管中加热，并将生成的气体通入新制的澄清石灰水中，观察发生的现象。加热碳酸氢铵固体的实验实验现象：试管底部的白色固体渐渐减少，澄清石灰水变浑浊。实验结论：碳酸氢铵不稳定，受热易分解。结论解释：碳酸氢铵受热分解生成氨气、二氧化碳和水。nh4hco3nh3co2h2o析规律 铵盐分解规律：多数铵盐受热易分解，多数分解放出nh3，生成相应的酸或酸性氧化物，但也有的铵盐受热分解，不放出nh3。例如，nh4no3受热分解情况较复杂(发生氧化还原反应)：2nh4no32n2o24h2o铵盐与碱的反应实验步骤：在试管中加入少量氯化铵固体，再滴加适量的10% naoh溶液，加热，并将湿润的红色石蕊试纸贴在玻璃棒上靠近试管口，观察发生的现象。氯化铵固体与naoh溶液反应的实验实验现象：湿润的红色石蕊试纸变为蓝色。实验结论：氯化铵跟氢氧化钠反应生成了氨气。结论解释：氯化铵跟氢氧化钠溶液反应的化学反应方程式为nh4clnaohnh3h2onacl，离子方程式为nhohnh3h2o。铵盐与碱反应均能放出氨气，利用这一性质可以制取氨气，也可以检验铵盐的存在。a氯化铵的受热分解与碘的升华相比有着本质的区别。前者是化学变化，后者是物理变化，但都可用于分离或提纯。bnh与oh反应的离子方程式书写中，应注意条件对产物的影响。若溶液是浓溶液且加热，产物为氨气；若溶液为稀溶液且不加热，产物应为nh3h2o。cnh的检验方法：向待测液中加入naoh溶液，加热。若放出能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则证明溶液中含有nh。nhohnh3h2o(4)氨气的实验室制法铵盐与碱反应可生成氨气，在实验室里常利用这一原理来制备氨气。实验原理：固体氯化铵与氢氧化钙混合加热制得。2nh4clca(oh)2cacl22nh32h2o实验装置：利用固体与固体加热制气体的装置(见下图)(与实验室制备氧气的装置相同)。收集：用向下排空气法(因为氨气的密度小于空气密度)干燥：碱石灰(cao和naoh的混合物)检验是否收集满的两种方法：一种是将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，若试纸变蓝，则说明已收集满。另一种方法是用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟产生，则说明已收集满。注意事项：制氨气所用的铵盐不能用硝铵、碳铵。因为加热过程中nh4no3可能发生爆炸性分解反应(2nh4no32n2o24h2o)，发生危险；而碳铵受热易分解产生co2，使生成的氨气中有较多co2杂质。ca(oh)2不能用naoh、koh代替，原因是：anaoh、koh具有吸湿性，易结块，不利于产生nh3。bnaoh、koh在高温下均能腐蚀试管。干燥剂可用碱石灰或cao固体或naoh固体，不能用酸性干燥剂(如浓硫酸、p2o5)、无水cacl2等，因为它们均能与nh3发生反应。nh3极易溶于水，制备时尽可能使其不与水接触以减少损失和防止倒吸现象发生。管口塞棉花的目的是为了防止氨与空气发生对流而使收集的氨气不纯。解技巧 快速制nh3：若在实验室中快速制备氨气，可将氨水滴入naoh固体(或生石灰)中，如下图。原因是naoh(或生石灰)在溶于水时不但吸水而且放出大量的热，这都有利于氨气的逸出。【例4】 实验室制氨常用以下两种方法：用固体ca(oh)2和nh4cl晶体反应制取；用固体生石灰与浓氨水混合制取。请回答下列问题：(1)写出用方法制取氨气的化学方程式_。(2)方法能够制取氨气的原因是_(用化学方程式表示)。(3)检验氨气是否收集满的方法是_。(4)通常用于证明氨气极易溶于水的实验是_；氨气溶于水显碱性，其原理是(用化学方程式表示)_。(5)上述制氨气的方法中，有下列装置，如图所示，方法应选用_，方法应选用_(填装置标号)。解析：a装置适合于固体与固体需要加热的反应；b装置适合于固体与液体(或液体与液体)不需要加热的反应；c装置适合于固体与固体需要加热的反应，但管口应略向下倾斜。d装置适合于固体与液体(或液体与液体)需要加热的反应。答案：(1)2nh4clca(oh)2cacl22nh32h2o(2)caonh3h2o=nh3ca(oh)2(3)用玻璃棒蘸取湿润的红色石蕊试纸靠近瓶口，试纸变蓝(4)喷泉实验nh3h2onh3h2onhoh(5)ab5硝酸(1)硝酸的物理性质纯硝酸：通常为液体，无色、易挥发(沸点83 )、有刺激性气味，密度为1.502 7 gcm3，易溶于水，可以与水以任意比混合。发烟硝酸：含hno3质量分数在98%以上的浓溶液，挥发出的hno3在空气中产生“发烟”现象，“发烟硝酸”因此而得名。浓硝酸：含hno3质量分数约69%，易挥发出hno3，通常为无色或黄色。发烟硝酸发出的烟实质上是雾，组成雾的是hno3遇空气中的水后形成的小液滴。但人们已习惯把这样的硝酸叫做“发烟硝酸”。硫酸中也有发烟硫酸，它是由h2so4溶解so3而形成的。发烟硫酸发出的烟实质上也是雾。浓盐酸(含hcl质量分数约37%38%)挥发出的hcl也在空气中形成雾。(2)硝酸的化学性质酸的通性硝酸作为一种酸，具有酸的通性。表现在它能与以下物质反应：a.能使酸碱指示剂变色。b.能与金属单质反应。c.能与碱性氧化物反应，生成盐和水。d.能与碱反应，生成盐和水。e.能与某些盐溶液反应，生成新盐和新酸。硝酸的特性硝酸除了具有酸的通性外，还具有以下特性。a不稳定性硝酸不稳定，见光或受热很容易分解生成no2、o2和h2o。4hno34no2o22h2o为了防止硝酸见光分解，一般将它保存在棕色试剂瓶中并放置在阴凉处。由于硝酸分解产生的no2溶于硝酸，所以浓硝酸往往呈黄色。b强氧化性()硝酸与金属铜的反应实验步骤：在两支试管中各放入一小块铜片，分别加入少量稀硝酸(4 moll1)和浓硝酸(12 moll1)，立即用蘸有naoh溶液的棉花封住试管口，观察试管中发生的现象。实验现象：加稀硝酸的试管中，化学反应较慢；液体由无色变为蓝色；生成无色气体，该气体在试管口外变成了红棕色。加浓硝酸的试管，化学反应较快；液体由无色变为蓝色；直接生成了红棕色气体。实验结论：稀硝酸、浓硝酸都跟铜发生化学反应，但浓硝酸跟铜的反应更快一些。反应的化学方程式为：cu4hno3(浓)=cu(no3)22no22h2o3cu8hno3(稀)=3cu(no3)22no4h2o上述反应中铜作还原剂，hno3作氧化剂，但是hno3的强氧化性与盐酸、稀硫酸表现出的氧化性不同，盐酸、稀硫酸表现出的氧化性是由h体现出来的，而hno3的氧化性是5价的n元素表现出来的。在第1个反应中有4 mol hno3参加反应，但只有2 mol hno3中的氮元素化合价降低，因而参加反应的hno3既体现氧化性又体现酸性。在第2个反应中有8 mol hno3参加反应，但只有2 mol hno3中的氮元素化合价降低，因而参加反应的hno3也既体现氧化性又体现酸性。谈重点 钝化现象：常温下，fe、al在浓硝酸中发生钝化反应，该现象属于化学反应，是因为浓硝酸具有强氧化性，在金属表面形成一层致密的氧化物薄膜，阻止了反应的进一步进行。因而可用铝制或铁制容器来盛浓硝酸。()浓硝酸与非金属的反应加热条件下，浓硝酸还能将c、p、s等非金属氧化到最高价态：c4hno3(浓)co24no22h2o在该反应中碳作还原剂，浓硝酸作氧化剂，由于参加反应的硝酸中氮元素的化合价全部降低，因而浓硝酸只体现强氧化性。同样原理可写出浓硝酸与s、p等非金属反应的方程式：s6hno3(浓)h2so46no22h2o2p10hno3(浓)2h3po410no22h2o【例5】 将1.92 g cu粉与一定量的浓硝酸反应，当cu粉完全作用时收集到气体1.12 l(标准状况)，则所消耗的hno3的物质的量是()a0.12 mol b0.11 mol c0.09 mol d0.08 mol解析：若1.12 l气体全部为no2，则由化学方程式cu4hno3(浓)=cu(no3)22no22h2o求解，但所得结果与选项矛盾，说明随着反应进行，浓硝酸不断变稀，又发生了cu与稀硝酸的反应：3cu8hno3(稀)=3cu(no3)22no4h2o。解此题最基本的方法是运用两个方程式列方程组求解，也可用氮原子守恒法解此题，这样灵活简捷快速。2hno3cu(no3)2,1 hno31 no,1 hno31 no2现有ncu(no3)20.03 moln(no)n(no2)0.05 mol所以消耗的hno3的物质的量为0.03 mol20.05 mol0.11 mol。答案：b6人类活动对氮循环和环境的影响(1)正面影响进入工业化社会以后，随着科学技术的进步和工农业生产的发展，人类开发和利用自然资源的规模越来越大，化石燃料的消耗量急剧增加，化学合成氮肥的数量迅速上升，豆科植物的栽种面积也在陆续扩大，人类的固氮活动使活化氮(nh和no)的数量大大增加。科学家们预测，从现在到2020年，人工固氮活动所产生活化氮的年均数量将增加60%，达到年均2.241011 kg。(2)负面影响全球人工固氮虽然有助于农产品产量的提高，但也给全球生态环境带来压力，使与氮循环有关的生态环境问题进一步加剧。光化学烟雾：氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。汽车尾气中的氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的一种有毒的烟雾，称为光化学烟雾。光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛，伤害植物，并使大气能见度低。另外，氮氧化物跟空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。水体富营养化：大量使用氮肥、磷肥、含磷洗涤剂，生活污水中常含有过量的n、p等营养物质。这些物质流入湖泊、海湾，使海水中富集n、p等植物营养物质，称为水体富营养化。水体富营养化引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖。这些生物集中在水层表面进行光合作用释放氧气，使表层海水溶o2达饱和，从而阻止了大气中的o2溶入海水。而大量死亡的海藻在分解时却要消耗水中的溶解氧，使水中溶氧急剧减少，致使鱼类死亡。死亡的藻类分解时会放出ch4、h2s等气体，使水体变得腥臭。这种情况在海洋中发生称“赤潮”，在淡水中发生称“水华”。(3)氮污染的防治：为了减少人类活动对自然界中氮循环和环境的影响，一方面应控制进入大气、陆地和海洋的有害物质的数量，另一方面应增强生态系统对有害物质的吸收能力。因此，应保护森林、植树造林，促进全球氮的良性循环。【例6】 为了解决粮食生产和环境保护问题，实现农业可持续发展，当前科学、有效的途径是()合理开发海洋资源，寻找新的能源控制人口增长，协调人与自然和谐发展增加化肥和农药的使用，提高作物产量开荒辟地，围湖造田，扩大粮食种植面积利用现代生物技术，培育具有较高光合效率的作物品种a bc d解析：可持续发展是生态、经济、社会三位一体的发展，是指生态、经济和社会三者的协调发展。包括减少化肥和农药的使用，不得随意改造、破坏生态环境，还包括控制环境污染和改善环境质量，保护生物多样性，保证以可持续的方式使用可再生资源。答案：b7no、no2、o2与水反应的有关计算有关反应：3no2h2o=2hno3no2noo2=2no2(1)no2溶于水的计算3no2h2o=2hno3nov3 12v(no2) v(no)vv(no2)v(no)(2)no、no2混合气体溶于水的计算由3no2h2o=2hno3nov3 2v(no2) vv(no2)(3)no2和o2的混合气体溶于水，发生反应为3no2h2o=2hno3no,2noo2=2no2合并得4no2o22h2o=4hno3由此可得：(4)no和o2的混合气体同时通入水中时，发生如下反应：2noo2=2no2,3no2h2o=2hno3no合并得4no3o22h2o=4hno3根据以上方程式可知no、no2、o2三种混合气体通入水中，可先按(1)求出no2与h2o反应生成no的体积，再加上原混合气体中的no的体积即为no的总体积，再按(4)方法进行计算。【例71】 现有no2、o2的混合气体12 ml，通入足量水中，充分反应后逸出气体2 ml(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积是()a2.2 mlb2.4 mlc3 mld4 ml解析：(总反应式法)根据有关的反应：4no2o22h2o=4hno33no2h2o=2hno3no设原混合气体中o2的体积为v(o2)，剩余气体可能是o2，也可能是no。若剩余o2，则v剩v(o2)12 mlv(o2)2 ml。解得v(o2)4 ml，d正确。若剩余no，则v剩12 mlv(o2)4v(o2)2 ml。解得v(o2)1.2 ml。答案：d【例72】 将充满no2和o2的混合气体10 ml的量筒，倒立在盛有水的水槽中，充分反应后，最后剩余1 ml气体，问原混合气体中no2和o2的体积各是多少？解析：no2和o2混合物溶于水后发生如下反应：4no2o22h2o=4hno3当v(no2)v(o2)41时恰好反应完全。现剩余1 ml气体，可能是o2也可能是no，no是发生如下反应3no2h2o=2hno3no所生成的，所以有两种可能的情况：若o2剩余，则参加反应的no2和o2为9 ml。根据4no2o22h2o=4hno3，得v(no2)9 ml7.2 ml，v(o2)9 ml1 ml2.8 ml。若no剩余，即no2过量，则由3no2h2o=2hno3no知，过量的no2为3 ml，则4no2o22h2o=4hno3中反应的no2和o2共7 ml。v(no2)7 ml3 ml8.6 mlv(o2)7 ml1.4 ml答案：若o2过量，则v(no2)7.2 ml，v(o2)2.8 ml；若no2过量，则v(no2)8.6 ml，v(o2)1.4 ml。8硝酸与金属反应的讨论(1)硝酸与金属的反应产物除少数几种极不活泼的金属(如金、铂)，其他金属都能被硝酸氧化，如果金属有可变化合价(如铁、铜)，则都能被氧化成较高价态，铁、铝等少数几种金属在冷的浓硝酸中因表面被迅速氧化成致密的氧化膜而钝化(因此可用铁或铝制容器贮运冷的浓硝酸)，在受热或稀释时钝化作用会消失。硝酸的还原产物与硝酸的浓度有关，一般硝酸越浓，还原产物中氮元素的价态越高(no2)，随着硝酸浓度的降低，氮元素的化合价逐渐降低。例如：zn4hno3(浓)=zn(no3)22no22h2o3zn8hno3(较稀)=3zn(no3)22no4h2o4zn10hno3(很稀)=4zn(no3)2n2o5h2o4zn10hno3(极稀)=4zn(no3)2nh4no33h2o因此实际上，当金属与一定量的浓硝酸发生反应时，随着反应的进行硝酸浓度逐渐降低，所得还原产物不是单一物质。总之，浓硝酸一般被还原为no2，稀硝酸一般被还原为no，极稀硝酸可被还原成nh3，生成nh4no3。(2)硝酸与金属反应时，既表现强氧化性又表现强酸性，可由金属与硝酸反应的关系，求还原产物的化学式或物质的量。(3)硝酸与铁反应时，由于存在反应fe2fe3=3fe2，当hno3过量时，产物为fe(no3)3；当fe过量时，产物为fe(no3)2；当fe与hno3恰好耗尽时，产物可能是fe(no3)3或fe(no3)2或fe(no3)3、fe(no3)2的混合物。(4)浓硝酸与cu反应时，若cu过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为no2，但随着反应的进行，硝酸变稀，其还原产物将为no，最终应得到no2与no的混合气体，可利用氧化还原过程中化合价升降总数相等的守恒规律求解有关cu、hno3和混合气体之间的量的关系。硝酸与其他金属(过量)反应的情况与此类似。(5)注意no在离子共存问题的判断中的特殊性。在水溶液中，no本无氧化性，但当水溶液中有大量h存在时，no就表现出强氧化性，如在有h、no存在的溶液中就不能存在fe2、s2、i、so、br等还原性离子。另外在利用hno3的酸性时，要注意考虑它的强氧化性。如feo与稀硝酸反应时的方程式应是3feo10hno3(稀)=3fe(no3)3no5h2o，而不是feo2hno3=fe(no3)2h2o。(6)解决与硝酸有关问题的指导思想由浓变稀的思想由上述可知，金属与一定量浓硝酸的反应，会随着硝酸浓度的降低，而得到不一样的产物。所以一定要注意：当题目中浓硝酸是定量或适量时，应考虑酸的浓度由浓变稀的问题，这很可能是题目设置的一个陷阱。氮元素守恒的思想硝酸和不活泼金属反应一般生成硝酸盐和氮氧化物，在此硝酸担当了两个角色，一是酸，二是氧化剂。如果分别知道了二者的物质的量，也就知道了消耗硝酸的总的物质的量。如：3cu8hno3=3cu(no3)22no4h2o反应中，当3 mol铜和8 mol硝酸反应时，起酸性作用的硝酸的物质的量为6