高考化学一轮复习 专题4_4 氮的氧化物和硝酸（讲）（含解析）1.doc

专题4.4 氮的氧化物和硝酸1、掌握氮元素单质及其化合物（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， 掌握守恒法的计算技巧。3、了解氮及其重要化合物对环境质量的影响一、氮气及氮的氧化物1、氮气（1）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（2）氮气的性质物理性质纯净的N2是一种无色无味的气体，难溶于水，在空气中约占总体积的 78% 。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。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。A与H2反应：N2+3H22NH3 。B与O2反应： N2+O2=2NO 。C与Mg反应：N2+3MgMg3N2。2、氮的氧化物氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。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（填化学方程式）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+H2O3、氮氧化物对环境的污染及防治（1）常见的污染类型光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生的一种有毒的烟雾。酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。（2）常见的NOx尾气处理方法碱液吸收法2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONO2NO2NaOH=2NaNO2H2ONO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是：n(NO2)n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。催化转化：在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。【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【解析】A、NO易被空气中氧气氧化为NO2，错误；B、NO起着信使分子的作用，在医学领域有一些应用，正确；C、NO2通入溶液中生成HNO3，能把Fe2氧化成Fe3，溶液由浅绿色变成棕黄色，错误；D、N2不是污染物，错误。【点评】本题考查到氮及其化合物对环境的影响以及其化学性质，特别是NO2的氧化性，在分析问题过程中不能忽略。【迁移训练1】【浙江绍兴一中2016届上期中】把少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，最后收集到的气体是 （ ）A氧气 B 二氧化氮 C 二氧化氮和氧气 D 二氧化氮和一氧化氮【答案】C考点： 氮的氧化物的计算二、硝酸1、硝酸的物理性质 色味态：无色有刺激性气味的液体 ；挥发性：易挥发 ；水溶性：与水以任意比互溶；发烟硝酸：质量分数大于98%的硝酸。2、硝酸的化学性质（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。)（2）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，化学方程式为 4HNO3(浓） O2+4NO2+2H2O 。（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： Cu+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。【规律总结】硝酸与金属反应的规律a.HNO3与金属反应一般不能产生H2。b.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。c.硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。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（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】【2015-2016学年湖南衡阳一中下第一次月考】某硫酸和硝酸的混合溶液20 mL，其中含有硫酸的浓度为2 mol/L，含有硝酸的浓度为1 mol/L，现向其中加入096 g铜粉，充分反应后(假设只生成NO气体)，最多可收集到标准状况下的气体的体积为 （ ）A896 mL B112 mL C168 mL D224 mL【答案】D【考点定位】考查硝酸的化学性质；离子方程式的有关计算【点评】本题主要考查硝酸的化学性质、化学方程式的过量计算、溶液中隐含条件的判断，主要考查了硝酸根在溶液中有氢离子存在时，仍是稀硝酸具有强氧化性，铜与硝酸的反应生成的硝酸盐，如果有酸存在时，NO3-和H+仍是稀硝酸环境中，铜可以继续被稀硝酸氧化，稀硝酸被还原为NO气体，所以可利用Cu和H+、NO3-离子之间的反应实质来解决。【迁移训练2】下列关于浓硝酸的叙述正确的是 （ ）A浓硝酸有氧化性，稀硝酸无氧化性B常温下能用铝制容器盛放浓硝酸C浓硝酸在常温下可迅速与铜片反应放出一氧化氮气体D浓硝酸不需要用棕色试剂瓶保存【答案】B【解析】试题分析：A.HNO3中的N是+5价，发生氧化还原反应时，化合价只能降低，故不管是浓硝酸还是稀硝酸，都具有氧化性，故A错误；B.浓硝酸会使金属铝钝化，在金属铝的表面形成一层致密的氧化膜，从而阻止了反应的进一步进行，故可以用铝制容器盛装浓硝酸，故B正确；C.浓硝酸常温下与金属铜反应生成NO2气体，故C错误；D.硝酸不稳定，易挥发易分解，故需要用棕色试剂瓶盛装，故D错误，此题选B。考点：考查硝酸的性质相关知识点考点一：氮的氧化物溶于水的有关计算1、解答氮氧化物溶于水的计算问题首先应明确原理无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2H2O=2HNO3NO ，2NOO2=2NO2 ，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。（1）若NO和O2通入水中，总关系式为4NO3O22H2O=4HNO3 （2）若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2O22H2O=4HNO3 。2、注意原子守恒和得失电子守恒的运用有关氮的氧化物的计算，从反应实质看都是氧化还原反应。可以从得失电子数相等或原子守恒的角度分析，简化计算过程。如NOx与O2、H2O转化为硝酸的计算，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。3、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041NONOO243无043NOV(NO)原V(O2)43O2V(O2)原V(NO)4、NO2、NO、O2三者组成的混合气体溶于水（1）先按反应后，再据表进行计算。（2）先按反应后，再据表进行计算。【注意】因为水溶液中发生反应3NO2H2O=2HNO3NO，所以无论何种情况下水溶液中不会剩余NO2。当NO2和N2O4的混合气体作用于H2O时，不要忽视由于NO2的消耗，N2O4会转化为NO2。【典型例题3】【2017届黑龙江省双鸭山一中高三上学期第一次质检】如图，相同条件下，两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体，分别倒置于水槽中，然后通过导管缓慢通入氧气，边通边慢慢摇动试管，直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散，则两个试管内溶液物质的量浓度之比为 （ ）A57 B 11 C75 D43【答案】B考点：考查化学方程式的书写和计算【点评】本题考查化学方程式的计算，侧重于氮氧化物的考查，注意把握反应的方程式，根据方程式可快速判断浓度关系，通入氧气分别发生：4NO2+O2+2H2O=4HNO3、4NO+3O2+2H2O=4HNO3，结合反应的方程式解答即可。根据化学方程式的计算，多以物质的量为核心，考查物质的量、阿伏伽德罗常数、物质的量浓度、物质的质量、摩尔质量、气体的体积、气体摩尔体积等相关物理量的转化关系，以及反应物的转化率或产物的产率的计算，同时还可以融入多种化学解题思想，比如极值法、差量法、守恒法、讨论法、特殊值法等，是历来高考的重点内容。 日常学习中要注意相关知识的积累，以便快速准确作答，题目难度中等。【迁移训练3】0.06 mol Cu投入到一定量的浓HNO3中，Cu完全溶解，将生成的NO2和NO气体全部收集到一试管中，然后将此试管倒扣装有水的水槽中，向此试管中缓慢通入标准状况下一定体积的O2，最终恰好使溶液充满整个试管，则通入O2的体积为 （ ）A896 mL B672 mL C560 mL D448 mL【答案】B考点：考查氧化还原反应的计算考点二：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（1）金属+浓硝酸金属硝酸盐+NO2+H2O（2）金属+稀硝酸金属硝酸盐+NO+H2O2、反应规律（1）金属与硝酸反应一般不生成H2。浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原为NO。（2）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。（3）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（1）思维模型（2）计算中的守恒思想的应用原子守恒法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过量时反应后溶液中（不考虑OH-）则有：c(NO3-)=c(H+)+nc(Mn+) (Mn+代表金属离子)。（4）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4】【百强校2016届长沙一中第五次月考】将一定量的铜粉加入到100mL某浓度的稀硝酸中充分反应后，容器中剩有m1g 铜粉，此时共收集到NO气体448mL（标准状况）。然后向上述混合物中加入足量稀硫酸至不再反应为止，容器剩有铜粉m2g ，则(m1-m2)为 （ ）A5.76 B2.88 C1.92 D0【答案】A【考点定位】考查物质的量在离子反应中的应用的知识。【点评】先根据NO的体积计算其物质的量，利用氧化还原反应中电子得失数目相等确定溶液中含有的Cu2+的物质的量，进而可得到溶液中NO3-的物质的量，当向该溶液中加入足量的稀硫酸时，由于溶液中H+足量，铜粉有剩余，溶液中的NO3-完全发生反应，根据离子方程式3Cu8H2NO3=3Cu22NO4H2O中Cu与NO3-的物质的量关系，就可以确定反应的Cu的物质的量和质量。即(m1 -m2)的质量。利用氧化还原反应中的电子守恒、原子守恒，是本题的关键，正确利用离子反应方