2012-2013化学一轮复习导学案学案20 氮的氧化物和硝酸

1、学案20 氮的氧化物和硝酸考纲要求1.了解氮元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解氮元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.氮元素单质及其化合物知识的综合应用。知识点一氮气及氮的氧化物1氮气(1)氮的固定使空气中_的氮转化为_的过程。(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_。结构：电子式为_，结构式为_，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：_。b与O2反应：_。问题思考1N2的稳定性和氮元素的活泼性是否矛盾？ 2氮的

2、氧化物NONO2物理性质颜色毒性溶解性化学性质与O2反应2NOO2=2NO2与H2O反应3NO2H2O=2HNO3NO实验室制法(填化学方程式)3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2OCu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O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、光化学烟雾特别提示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。问题思考2如何鉴别NO2

3、与溴蒸气？ 知识点二硝酸1硝酸的物理性质色味态：_；挥发性：_；水溶性：_；发烟硝酸：_。2硝酸的化学性质(1)强酸性稀硝酸能使紫色石蕊试液变_色，浓硝酸能使石蕊试液先变_色，微热后褪色。(2)不稳定性：浓硝酸显黄色，是因为_，说明浓硝酸具有_性，化学方程式为_。(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：_，_。cFe、Al遇冷的浓HNO3或浓H2SO4能发生_，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

4、应的化学方程式为：_。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_与_按体积比13混合所得，具有更强的氧化性，能使Au、Pt溶解。问题思考3酸的挥发性和不稳定性有何区别？ 4如何除去浓HNO3的黄色？ 一、氮的氧化物与O2、H2O混合的计算方法1关系式法(1)NO、O2、H2O之间的综合反应式是4NO3O22H2O=4HNO3由此可知当体积比V(NO)：V(O2)(2)NO2、O2、H2O之间的综合反应式是4NO2O22H2O=4HNO3由此可知，当体积比V(NO2)：V(O2)2电子守恒法NO和NO2转化为硝酸时是氧化还原反应，必然遵循电子得

5、失守恒。典例导悟1将容积为50 mL的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体，倒置量筒在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为5 mL。则原混合气体中NO2和O2体积比可能是_或_。变式演练1将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2 mL无色气体，则原混合气体中O2的体积是()1.2 mL 2.4 mL 3.6 mL 4 mLA B C D二、金属与硝酸反应中的有关计算1金属与硝酸反应一般不产生_，且浓HNO3一般被还原为_，稀HNO3被还原为_，随着反应的进行很稀的HNO3有可能被还原为N2O，甚至NH4NO3。硝酸在反应中体现氧化性和酸性。2铁与

6、硝酸反应要考虑Fe的用量，若Fe不足则生成_，若Fe过量则生成_。3铜与浓HNO3反应，若Cu过量，开始时HNO3的还原产物为_，随着反应进行浓HNO3变稀，HNO3的还原产物为_，最终应得到_的混合气体。4离子共存判断中的NO若在酸性条件下NO会表现出强氧化性，不能与Fe2、S2、I、SO、Br等离子共存。5金属与HNO3的反应运用“守恒法”求解，一般类型有(1)电子守恒金属失电子数_。(2)物料守恒耗HNO3的量盐中NO的量(表现酸性的HNO3)_。(3)电荷守恒HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH)有：c(NO)c(H)_。典例导悟2(2011·东莞统考)足量铜与一定量浓硝酸

7、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·L1 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听课记录：变式演练2将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2 L。请回答：(1)NO的体积为_ L，NO2的体积为_ L。(2)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a mol·L1的NaOH溶

8、液，恰好使溶液中的Cu2全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为_mol·L1。(3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，至少需要30%的双氧水_g。三、浓、稀硝酸氧化性的比较典例导悟3(2009·北京理综，27)某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验(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、3 mol·L1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。2NO22NaOH=Na

9、NO3NaNO2H2O(1)实验应避免有害气体排放到空气中。装置、中盛放的药品依次是_。(2)滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后_。(3)装置中发生反应的化学方程式是_。(4)装置的作用是_，发生反应的化学方程式是_。(5)该小组得出的结论依据的实验现象是_。(6)实验结束后，同学们发现装置中溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个试验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是(选填序号字母)_。a加热该绿色溶液，观察颜色变化b加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化c向该绿色溶液

10、中通入氮气，观察颜色变化d向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化题组一氮的氧化物1判断正误(1)CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在()(2010·山东理综13C)(2)NO可用于某些疾病的治疗()(2010·上海4D)(3)NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象()(2010·上海13A)(4)在pH0的溶液中，Na、NO、SO、K可以大量共存()(2010·福建理综10B)(5)用稀氢氧化钠溶液吸收NO2的离子方程式是2OH2NO2=NONOH2O()(2010·江苏3C)2(2009·

11、宁夏理综，7)将22.4 L某气态氮氧化合物与足量的灼热铜粉完全反应后，气体体积变为11.2 L(体积均在相同条件下测定)，则该氮氧化合物的化学式为()ANO2 BN2O3 CN2O DN2O4题组二硝酸3(2010·北京理综，10)下列解释实验事实的方程式不准确的是()A0.1 mol·L1 CH3COOH溶液的pH>1：CH3COOHCH3COOHB“NO2球”浸泡在冷水中，颜色变浅：2NO2(g)N2O4(g)H<0(红棕色) (无色)C铁溶于稀硝酸，溶液变黄：3Fe8H2NO=3Fe22NO4H2OD向Na2CO3溶液中滴入酚酞溶液，溶液变红：COH2O

12、HCOOH4(2009·北京理综，8)下列叙述正确的是()A将CO2通入BaCl2溶液中至饱和，无沉淀产生；再通入SO2，产生沉淀B在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解；再加入Cu(NO3)2固体，铜粉仍不溶解C向AlCl3溶液中滴加氨水，产生白色沉淀；再加入过量NaHSO4溶液，沉淀消失D纯锌与稀硫酸反应产生氢气的速率较慢；再加入少量CuSO4固体，速率不改变题组一氮的氧化物1某集气瓶内装有红棕色气体，加入足量蒸馏水后盖上玻璃片振荡，得棕色溶液，气体颜色消失；再打开玻璃片后，瓶中气体又变为红棕色，则该气体可能是()AN2、NO(g)、Br2 BNO2、NO、N2CNO2、NO、O2 DN

13、2、O2、Br2(g)2(2011·河南南阳联考)研究发现，空气中少量的NO2能参与硫酸型酸雨的形成，反应过程如下：SO2NO2=SO3NOSO3H2O=H2SO4 2NOO2=2NO2NO2在上述过程中的作用与H2SO4在下述变化中的作用相似的是()A.潮湿的氯气通过盛有浓H2SO4的洗气瓶B.硫化氢通入浓H2SO4中C.浓H2SO4滴入萤石中，加热D.加入少量H2SO4使乙酸乙酯水解3将3体积的NO2，依次通过下列3个分别装有过量NaHCO3饱和溶液浓硫酸Na2O2的装置后，用排水法把残留的气体收集到集气瓶中，集气瓶内气体体积应为(同温同压下测定)()A1体积NOB2体积NO2和

14、0.5体积O2C2体积O2D0.25体积O24(2011·四川西昌模拟)无色的混合气体甲，可能含有NO、CO2、NO2、NH3、N2中的某几种。将100 mL甲气体经过右图实验的处理，结果得到酸性溶液，且最终几乎无气体剩余。则甲气体的组成为()ANH3、NO2、N2 BNH3、NO、CO2CNH3、NO、CO2、N2 DNO、CO2、N25常温下，将充满等体积混合气体的试管倒立在水槽中，试管内气体体积不会明显减少的一组是（双选）()A. C2H4、H2 B. Cl2、SO2 C. NH3、O2 D. CO、O2 题组二硝酸6硝酸被称为“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。下列

15、实验事实与硝酸性质相对应的一组是（双选）()A浓硝酸使紫色石蕊试液先变红后褪色酸性和强氧化性B不能用稀硝酸与锌反应制氢气酸性C要用棕色瓶盛装浓硝酸不稳定性D能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去强氧化性7能正确表示下列反应的离子方程式是()A向Fe(NO3)2稀溶液中加入盐酸：Fe24HNO=3Fe3NO2H2OB铜片与浓HNO3：CuNO4H=Cu2NO2H2OC碳酸氢铵溶液与足量的NaOH溶液混合后加热：NHOHNH3H2ODAlCl3溶液中滴加足量氨水：Al34NH3·H2O=AlO4NH2H2O8碳跟浓硫酸共热产生的气体X和铜跟浓硝酸反应产生的气体Y同时通入盛有足量氯化钡溶液的洗

16、气瓶中(如图装置)，下列有关说法正确的是() A洗气瓶中产生的沉淀中有碳酸钡B在Z导管出来的气体中无二氧化碳C洗气瓶中产生的沉淀是硫酸钡D洗气瓶中无沉淀产生9(2010·常州高三期末)1.92 g铜和一定量的浓硝酸反应，随着铜的不断减少，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当Cu全部反应时，共收集到标准状况下气体1.12 L，则反应中消耗HNO3的物质的量是()A0.12 mol B0.1 molC0.11 mol D0.2 mol10.已知硝酸铜溶液呈蓝色。但在铜与浓硝酸、稀硝酸反应的实验中，同学们发现除了生成的气体颜色不相同外，最终溶液的颜色也不相同：前者呈绿色，而后者呈蓝色。甲、乙同学

17、为此进行了实验探究。甲：在、两支试管中分别加入等体积的浓HNO3和稀HNO3，再向两支试管中分别投入等质量的铜片，充分反应后铜均无剩余。结果：中溶液呈绿色，中溶液呈蓝色。乙：分别取中的绿色溶液于两支试管、中，对试管进行多次振荡、静置，最终溶液颜色由绿色转变为深蓝色；向试管中缓缓加水并不停振荡，观察到溶液由绿色变为深蓝色，最后变为淡蓝色。请回答下列问题：(1)分别写出Cu与浓HNO3、稀HNO3反应的化学方程式：_、_。(2)甲的实验_(“能”或“不能”)说明溶液呈现不同的颜色与其物质的量浓度无关，这是因为充分反应后，、两试管中Cu(NO3)2溶液的物质的量浓度_(填“相等”或“不相等”)。(3

18、)请你根据乙的实验，推测Cu与浓HNO3反应后溶液呈绿色的原因是_。(4)请设计一个方案，验证你所得到的上述结论：_。11.(固定装置略去)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”的实验，以探究化学实验的绿色化。(1)实验前，关闭活塞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，由分液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸。c中反应的化学方程式是_。再由a向c中加2 mL蒸馏水，c中的实验现象是_。(3)表中是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是_。理由是_。方案反应物甲Cu、浓HNO3乙Cu

19、、稀HNO3丙Cu、O2、稀HNO3(4)该兴趣小组还用上述装置进行实验证明氧化性KMnO4>Cl2>Br2，操作步骤为_，实验现象为_；但此实验的不足之处是_。答案【课前准备区】知识点一1(1)游离态化合态氮(2)4/5NNNNa.N23H2高温 高压催化剂2NH3bN2O22NO2.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知识点二1无色有刺激性气味的液体易挥发与水以任意比互溶质量分数大于98%的硝酸2(1)红红(2)HNO3分解产生的NO2溶解在硝酸中不稳定4HNO34NO2O22H2O(3)b.Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O3Cu8H

20、NO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2Oc钝化C4HNO3(浓)CO24NO22H2O浓硝酸浓盐酸问题思考1不矛盾，氮元素的活泼性是指氮原子的活泼性，而氮气的性质不仅与原子结构有关，还与氮分子的构成有关；氮气中的NN键能很大，故分子很稳定。2由于NO2和Br2在性质上有不少相似性：均具有氧化性；溶于水均有酸生成；均可与碱反应；均为红棕色等。所以不能用淀粉KI试纸、pH试纸、NaOH溶液来鉴别，但二者性质又有差别，可以用下列方法鉴别：AgNO3溶液；CCl4；用水洗法。3二者有着本质区别。酸的挥发性是一种物理性质，指的是酸以分子状态离开溶液逸出。一般低沸点酸挥发性强。而不稳定性指化学性质，

21、指的是酸分子分解生成新的物质。4浓硝酸常呈黄色是因为HNO3分解生成NO2溶于HNO3中，去掉黄色的方法是通入少量O2(空气)，使其发生反应：4NO2O22H2O=4HNO3。【课堂活动区】二、1.H2NO2NO2Fe(NO3)3Fe(NO3)23NO2NONO2和NO5(1)生成气体时HNO3得电子数(2)气体中的N原子(被还原的HNO3)的量(3)n×c(Mn)(Mn代表金属离子)典例导悟1187437解析NO或NO2与O2混合气体与水的反应计算关系式可由下列化学方程式推导出来。2NOO2=2NO2 3NO2H2O=2HNO3NO 由×2得4NO2O22H2O=4HNO

22、3 由××4NO3O22H2O=4HNO3 、两式就是平时计算经常用到的关系式。设剩余的5 mL为O2，则参加反应的NO2和O2的总体积为：50 mL5 mL45 mL则原混合气体里，NO2的体积为：45 mL×4/536 mL。O2的体积为：50 mL36 mL14 mL即NO2与O2的体积比为：3614187。设剩余的5 mL为NO，由式得过量的NO2体积为15 mL，则发生反应的NO2和O2的总体积为50 mL15 mL35 mL则原混合气体里，O2的体积为：35 mL×1/57 mL，NO2的体积为：50 mL7 mL43 mL即NO2与O2的体

23、积为：437。2AO2为氧化剂，Cu为还原剂，HNO3相当于仅仅发生了复分解反应n(Cu)2n(O2)0.15 mol，n(NaOH)2n(Cu)0.3 mol，V(NaOH)0.06 L60 mL，故选A。3(1)3 mol·L1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，将装置中导管末端伸入倒置的烧瓶内(3)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O(4)将NO2转化为NO3NO2H2O=2HNO3NO(5)装置中液面上方气体仍为无色，装置中液面上方气体由无色变为红棕色(6)acd解析实验题要先看目的，即要验证什么，由此再来理解或设计实验。“目的

24、决定过程！”本题要证明浓HNO3能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。产生NO2，而非NO，所以中盛水与NO2反应生成NO。而NO极易与O2反应产生NO2，故反应前应用CO2将装置中的空气排尽。(6)的思路是从溶液中赶出NO2，或在Cu(NO3)2溶液中通入NO2，不能采用稀释绿色溶液的方案，是因为Cu(NO3)2溶液稀释后，颜色也会发生相应的变化，而不能得出正确的结论。变式演练1A解题依据的化学反应原理为4NO2O22H2O=4HNO33NO2H2O=2HNO3NO设O2的体积为x mL，剩余的气体有两种可能：若剩O2，则V剩x(12x)2得x4，正确；若剩NO，则V剩(12x)4x2

25、，得x1.2，正确。2(1)5.8245.376 (2)(3)57.8解析(1)设反应得到的NO和NO2的物质的量分别为x和y。解题思路为化合价升降相等(铜元素化合价的升高等于N元素化合价的降低)(2)参加反应的硝酸的物质的量为n(NaOH)n(NOx)，所以c(HNO3)(aV×1030.5)/0.14 mol·L1(3)加入双氧水的目的是将氮氧化合物氧化成5价的硝酸盐，根据氧化还原反应的电子得失相等(电子守恒)，双氧水得到的电子数和铜失去的电子数相等，即：2×n(Cu)2×n(H2O2)×2n(H2O2)×2n(H2O2)0.51

26、 mol30%的双氧水的质量为0.51 mol×34 g·mol1÷0.357.8 g。【课后练习区】高考集训1(1)×(2)(3)×解析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。(4)×(5)×解析电荷不守恒，应为2OH3NO2=2NONOH2O。2A氮氧化合物与灼热铜粉反应的化学方程式为2NOx2xCu2xCuON2。根据题目给定的数据可判断氮氧化合物为NO2。3C铁溶于稀硝酸，溶液变黄，应该生成Fe3，C错误。4C本题考查元素及其化合物知识。选项A，CO2、SO2均不能与BaCl2溶

27、液反应，所以再通入SO2时也无沉淀产生。选项B，Cu不能与稀硫酸反应，但加入Cu(NO3)2后，溶液中存在HNO3，Cu能与HNO3反应。选项C，Al3与NH3·H2O反应生成Al(OH)3沉淀，加入NaHSO4溶液时，NaHSO4电离出的H使Al(OH)3溶解。选项D，加入CuSO4溶液后，Zn与CuSO4反应生成Cu，覆盖在Zn片表面，Cu与Zn、H2SO4形成原电池，加快了产生H2的速率。考点集训1A2.BD3. D 4B5AD6ACD项中“滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去”，其褪色的原因可能是因为硝酸的强氧化性把酚酞氧化而褪色，但也有可能是硝酸与氢氧化钠发生中和反应，究竟是哪个原因，还需要实验验证，D项不准确。7AA项，向Fe(NO3)2稀溶液中滴加盐酸后，Fe2被氧化为Fe3，正确；B项，铜片与浓硝酸反应时应该生成NO2，正确的离子方程式为Cu2NO4H=Cu22NO22H2O；C项，HCO也能与OH反应，正确的离子方程式为NHHCO2OHNH3CO2H2O；D项，Al(OH)3不能溶于过量的氨水，正确的离子方程式为Al33NH3·H2O=Al(OH)33NH。8C9C如果机械地运用Cu与HNO3反应的方程式，依据Cu或NO2的量求消耗硝酸的物质的量，就会得出A或B的错误答案。实际上，随着Cu与HNO3反应，HNO3浓度逐渐