2025高考化学总复习 第4章　第14讲　硝酸　含氮化合物的转化关系

第四章非金属及其化合物第14讲硝酸含氮化合物的转化关系课标解读1.掌握硝酸的性质及用途。2．了解氮及其化合物的性质及转化关系。考点2提能训练练案[14]考点1考点1硝酸知识梳理1．硝酸的物理性质(1)纯硝酸为________、有__________气味的液体，与水以任意的比例互溶，熔点：_________、沸点：________、密度：____________。(2)硝酸沸点较低，______挥发，在空气中遇水蒸气形成________。(3)质量分数为69%，物质的量浓度约为16mol·L－1以上的硝酸称为__________。95%以上的浓硝酸叫做________硝酸。无色刺激性－42℃83℃1.5g·cm－3易白雾浓硝酸发烟2．硝酸的化学性质(1)强酸性稀硝酸使紫色石蕊试液__________。浓硝酸使紫色石蕊试液________________，反应过程中浓硝酸表现强酸性和强氧化性。变红色先变红后褪色(2)不稳定性硝酸见光或受热会分解产生NO2气体：__________________________________________________。硝酸应用棕色瓶放置在阴凉处，不能用橡胶塞。市售浓硝酸呈黄色，是因为硝酸分解生成的NO2溶解在硝酸里。(3)强氧化性①与金属反应A．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：________________________________________________。硝酸几乎能与所有金属(Au、Pt除外)反应，一般情况下，金属与浓HNO3反应生成NO2，与稀HNO3反应生成NO，与极稀的HNO3反应生成N2O或NH3。Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2OB．常温下，浓硝酸使铁、铝钝化。C．王水及王水的溶解原理：浓硝酸与浓盐酸按体积比1∶3形成的混合物叫做王水。王水同时具有硝酸的氧化性和氯离子的强配位能力，因此可溶解金铂等不活泼金属。反应原理：Au＋HNO3＋4HCl===H[AuCl4]＋NO↑＋2H2O。②与非金属反应硝酸能把许多非金属单质(如：C、S、P等)氧化，生成最高价含氧酸或最高价非金属氧化物。如与C的反应：________________________________________________________。③与其他还原性化合物反应硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、FeSO4、KI、NaBr等还原性物质。如稀HNO3与FeSO4溶液反应的离子方程式为_________________

_______________________________________________。黄[微点归纳]

(1)浓、稀硝酸均具有强氧化性，浓度越大，氧化性越强，其还原产物的价态越高。还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO。(2)常温下，铁、铝遇浓硝酸能发生“钝化”并非不反应，故常温下浓硝酸可以用铁桶盛放。3．硝酸工业制法的反应原理(1)N2为原料合成NH3__________________________。(2)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO______________________________________。(3)NO进一步氧化生成NO2______________________________。(4)用水吸收NO2生成HNO3__________________________________________。2NO＋O2===2NO23NO2＋H2O===2HNO3＋NO自主小练1．易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。(1)常温下，铁、铝在浓硝酸中的钝化为化学变化。(

)[提示]

浓硝酸使铁铝表面生成致密的氧化膜，属于化学变化。(2)可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S。(

)[提示]

硝酸可氧化Fe2＋和S2－。(3)过量的铜与浓硝酸反应，产物中一定有NO。(

)[提示]

随着反应进行，硝酸变稀，还原产物中有NO。√×√(4)硝酸电离出的H＋能被Zn、Fe等金属还原成H2。(

)[提示]

硝酸是氧化性酸，与金属反应还原产物是氮氧化物。(5)铜、碳单质均能与浓硝酸发生反应，都体现了浓硝酸的酸性和强氧化性。(

)(7)硝酸与活泼金属Mg、Al等反应产生H2，而与Cu反应产生NO或者NO2。(

)(8)稀硝酸与Fe反应可以生成Fe(NO3)2也可以生成Fe(NO3)3。(

)××√×√(9)Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应。(

)(11)浓硝酸的还原产物一般是NO2，而稀硝酸的还原产物一般是NO，并且硝酸的浓度越大，氧化性越强。(

)(12)将稀硝酸加入过量铁粉中，充分反应后滴加KSCN溶液，有气体生成，溶液呈红色，稀硝酸将Fe氧化为Fe3＋。(

)(13)将可调高度的铜丝伸入到稀硝酸中溶液变蓝，所以Cu与稀硝酸发生置换反应。(

)××√××(14)常温下，将浓硝酸滴加到用砂纸打磨过的铝条上，会产生红棕色气体。(

)(15)常温下，可用铁制或铝制容器盛放浓HNO3，说明Fe、Al与浓HNO3不反应。(

)(16)Cu在KNO3溶液和稀H2SO4中均不溶解，能溶解在其混合液中。(

)(18)浓硝酸中滴加紫色石蕊溶液，最终变为红色。(

)(19)稀硝酸可除去试管内壁的银镜。(

)××√××√2．在浓硝酸中放入铜片，回答下列问题。(1)反应开始时的化学方程式为________________________________________________，实验现象为__________________________________________________。(2)若铜有剩余，则反应将要结束时的化学方程式为___________________________________________________。(3)待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，其原因是____________________________________________________________________________________。 Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O

铜片逐渐溶解，溶液逐渐变蓝色，有红棕色气体逸出 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O3．(1)久置的浓硝酸呈黄色，如何除去？怎样保存浓硝酸？(不能用橡胶塞)[提示]

浓硝酸显黄色的原因是HNO3见光或受热发生分解，生成的NO2溶于其中所致；消除的方法是向浓硝酸通入O2(或空气)，使其发生反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。浓硝酸应保存在棕色试剂瓶中，并置于阴凉处。(2)常温下，铝和铁在浓硝酸中“钝化”是化学变化吗？[提示]

是。“钝化”是在铁、铝的表面形成一层致密的氧化物保护膜，阻止了金属与硝酸的进一步反应。(3)足量的铜投入少量浓硝酸中，会看到什么现象？[提示]

立即有红棕色气体产生，溶液变为绿色或蓝绿色。1．(2024·河北衡水高三检测)某同学进行如下实验：微考点1实验探究硝酸与金属的反应序号实验过程实验现象及部分结论Ⅰ将铜粉加入试管中，再加入稀硝酸溶液变蓝，液面上方呈浅红棕色；至不再产生气泡时，铜粉有剩余，剩余溶液呈酸性序号实验过程实验现象及部分结论Ⅱ继续向Ⅰ中试管加入少量NaNO3固体又产生气泡，铜粉减少，液面上方呈浅红棕色Ⅲ取饱和Cu(NO3)2溶液，加入少量固体NaNO3和铜粉无明显变化下列说法不正确的是(

)A．HNO3氧化性的强弱与其浓度大小有关B．Ⅰ、Ⅱ中铜粉减少的原因能用相同的离子反应解释D．用一定浓度的H2SO4与NaNO3溶液也能使铜粉溶解C[解析]

将铜粉加入试管中，再加入稀硝酸，稀硝酸与铜反应生成NO、硝酸铜和H2O，溶液变蓝，NO为无色气体，NO遇O2又变为红棕色的NO2；继续向Ⅰ中试管加入少量固体NaNO3，由于铜粉剩余，溶液为酸性，加入硝酸钠，等同于加入了一定量的硝酸，则稀硝酸与铜又反应生成NO、硝酸铜和水，NO气体遇O2又变为红棕色的NO2，同时可知Ⅰ中剩余溶液呈酸性是硝酸有剩余。向饱和Cu(NO3)2溶液加入少量固体NaNO3和铜粉，三者不反应，无明显变化。I中有硝酸剩余，但不能将铜全部溶解，故硝酸的氧化性与浓度有关，A正确；Ⅰ、Ⅱ中铜粉减2．(2024·山东临沂模拟)下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论正确的是()①②③A．由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定都是氮的氧化物B．②中产生红棕色气体说明②中木炭与浓硝酸发生了反应C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物D．③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应C[解析]

浓硝酸不稳定受热分解生成二氧化氮和氧气、水，所以由①中的红棕色气体，可推知反应还有氧气产生，故A错误；C与浓硝酸反应生成二氧化氮或浓硝酸受热分解生成二氧化氮，所以通过红棕色气体产生不能说明木炭与浓硝酸发生了反应，故B错误；由浓硝酸得到二氧化氮，氮元素化合价降低，发生还原反应，故C正确；碳加热至红热，可与空气中氧气反应生成二氧化碳，不一定是与浓硝酸发生了反应，所以不能说明木炭一定与浓硝酸发生了反应，故D错误。硝酸与金属反应的3个易错点【对点训练】1．(2024·山东青岛高三检测)某同学设计实验探究金属与硝酸的反应如下：步骤现象Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止Fe、Cu接触后，其表面均产生红棕色气泡下列说法不正确的是(

)A．Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式：2NO＋O2===2NO2B．Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应C．对比Ⅰ、Ⅱ中现象，说明稀硝酸的氧化性强于浓硝酸D．针对Ⅲ中现象，在Fe、Cu之间连接电流表，可判断Fe是否被氧化C[解析]

铁放入稀硝酸中首先发生反应Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，NO逸出，NO遇到O2生成NO2，气体由无色变为红棕色，A正确；铁放入浓硝酸中，在常温下会发生钝化，即在Fe表面形成致密的氧化膜，阻止Fe进一步反应，B正确；浓硝酸的氧化性强于稀硝酸，C错误；在铁、铜之间加一个电流表，根据电子的流向，可判断铁是否被氧化，若电子由铁移动到铜，则说明铁被氧化，D正确。2．(2024·福建师大附中期中)某实验小组欲探究浓硝酸的性质。Ⅰ.木炭与浓硝酸反应：(1)甲同学设计了图1装置(夹持装置省略)，认为若有红棕色气体产生就说明木炭与浓硝酸发生了反应。写出木炭与浓硝酸反应的化学方程式：________________________________________________________。(2)乙同学认为红棕色气体不能作为木炭与浓硝酸反应的证据，其理由是____________________________________。(3)乙同学设计了图2装置实验(夹持装置省略)，木炭能燃烧，并产生红棕色气体。针对该实验现象，乙同学做出如下假设：假设a：______________________________；假设b：红热木炭使HNO3分解产生NO2，NO2可能具有助燃性，木炭燃烧；假设c：红热木炭使HNO3分解产生O2，木炭在O2中燃烧；假设d：红热木炭使HNO3分解产生NO2和O2，共同作用使木炭燃烧；……硝酸分解也能产生红棕色NO2气体红热木炭直接和硝酸蒸气反应(4)设计实验证明假设b成立，请将实验方案补充完整。A．实验方法：___________________________________________。实验现象：木炭在该气体中持续燃烧，火焰迅速变亮，集气瓶中气体颜色变浅直至无色，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊，且遇空气不变色。B．根据实验现象写出木炭与此气体反应的化学方程式：__________________________________。将红热的木炭伸入盛有NO2气体的集气瓶中Ⅱ.设计硝酸在不同条件下分解的实验，方案见下表：装置操作及现象先点燃ⅰ处酒精灯，溶液沸腾后没有观察到红棕色气体产生。然后撤走ⅰ处酒精灯，点燃ⅱ处酒精灯并加热试管中部，很快看到大量红棕色气体产生光照8小时，溶液不变黄光照几分钟后看到液面上方出现红棕色，溶液变黄(5)分析上述现象，得出使硝酸成功分解的关键是__________________________________________。光照或加热使硝酸蒸气(或硝酸分子)分解Ⅱ.(5)对充满浓硝酸的试管光照8小时，溶液不变黄，浓硝酸几乎不分解；对充有少量浓硝酸的试管光照几分钟后看到液面上方出现红棕色，溶液变黄，说明硝酸已经分解；先点燃ⅰ处酒精灯，溶液沸腾后没有观察到红棕色气体产生，其目的是使硝酸形成蒸气，点燃ⅱ处酒精灯并加热试管中部，很快看到大量红棕色气体产生，说明硝酸分子分解。由此可判断使硝酸成功分解的关键是光照或加热使硝酸蒸气(或硝酸分子)分解。硝酸强氧化性的反应规律1．(2024·山东济宁模拟)将12.8gCu投入50mL某浓度的浓HNO3中，随着Cu的不断减少，反应生成气体的颜色逐渐变浅，当Cu全部溶解时，硝酸恰好完全消耗，共收集到气体3.36L(标准状况)。下列分析正确的是(

)A．参加反应的硝酸的物质的量为0.15molB．气体为NO和NO2的混合气，二者体积比1∶5C．生成的溶液中滴加1mol·L－1的NaOH溶液使Cu2＋完全沉淀，至少需要55mLNaOH溶液D．将生成的气体和一定量的氧气混合，然后倒扣在水中，若试管中最后充满液体，则通入氧气的质量3.2g微考点2硝酸与金属反应的计算D2．(2024·河北衡水高三检测)向200mL2mol·L－1HNO3溶液中逐渐加入铁粉至过量(假设生成的气体只有一种)，在此过程中，n(Fe2＋)随n(Fe)变化如图所示。下列有关说法正确的是(

)A．该过程中产生标准状况下的氢气4.48LB．向c点处的反应液中加入稀盐酸后无明显现象C．图中a＝1.5、b＝1.5D．当加入铁粉nmol时(0.1<n<0.15)，溶液中n(Fe3＋)＝(0.3－2n)molD[思路点拨]

向稀硝酸中加入铁粉至过量，发生反应分析如下：O→bFe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，反应生成Fe3＋b→c2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)2，Fe3＋转化为Fe2＋[解析]

硝酸与铁反应先生成硝酸铁、NO和水，不生成氢气，A错误；c点处的溶液是硝酸亚铁溶液，若加入盐酸，H＋、NO和Fe2＋发生氧化还原反应生成Fe3＋，溶液变为棕黄色，B错误；向硝酸中加入铁粉首先发生的反应为Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，硝酸的物质的量为0.4mol，则消耗铁的物质的量为0.1mol，b＝0.1，生成硝酸铁0.1mol，Fe过量时又发生反应2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)2，生成硝酸亚铁为0.15mol，则a＝0.15，C错误；根据上述分析，当加入铁粉nmol时(0.1<n<0.15)，参加反应2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)2的铁为(n－0.1)mol，消耗硝酸铁为2(n－0.1)mol，则溶液中n(Fe3＋)＝0.1mol－2(n－0.1)mol＝(0.3－2n)mol，D正确。金属与硝酸反应的计算方法

原子守恒法

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。1234【对点训练】1．(2024·北京模拟)铁与不同浓度的硝酸溶液反应时各种还原产物的相对含量与硝酸溶液浓度的关系如图所示。下列说法错误的是(

)DA．硝酸溶液的浓度越小，其还原产物中氮的价态越低的成分越多B．硝酸溶液与铁反应往往同时生成多种还原产物C．当硝酸溶液浓度为9.75mol·L－1时，氧化剂与还原剂的物质的量之比可为15∶13D．铁能与大于12.2mol·L－1HNO3溶液反应，说明不存在“钝化”现象[思路点拨]

2．(2024·河北衡水高三检测)将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸溶液反应，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11.2L。请回答下列问题。(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VmLamol·L－1的NaOH溶液，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·L－1。(3)欲使铜与HNO3反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，至少需要30%的H2O2溶液____________g。5.8245.37657.8(3)根据(1)中计算可得n(NO)＝0.26mol，n(NO2)＝0.24mol。从反应的始终态分析，即要将NO中＋2价的N元素和NO2中＋4价的N元素完全转化为NaNO3中＋5价的N元素。根据得失电子守恒得n(NO)×3＋n(NO2)×1＝n(H2O2)×2，即0.26mol×3＋0.24mol＝n(H2O2)×2，求得n(H2O2)＝0.51mol。m(H2O2)＝0.51mol×34g·mol－1＝17.34g，需要30%的H2O2溶液的质量为17.34g÷30%＝57.8g。考点2含氮物质之间的转化知识梳理1．氮及其重要化合物的“价—类”二维图从物质类别和氮元素化合价两个维度，总结、归纳氮及其重要化合物的性质与转化关系是掌握该部分内容的重要方法之一。2．图示应用根据上图中物质的转化关系，写出相应的离子(或化学)方程式。(1)NH3→NO：______________________________________(化学方程式)；自主小练1．氮及其化合物的转化关系如图所示。则下列说法不正确的是(

)A．路线①②③是工业生产硝酸的主要途径B．路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径C．上述所有标号的反应都是氧化还原反应D．氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2[提示]

氮气和氧气在放电或高温条件下反应生成NO，NO与O2反应生成NO2，氮气与氧气不能直接生成NO2。D2．海洋氮循环是海洋生物多样性和稳定性的重要保证，海洋中无机氮的循环过程如图所示。下列关于海洋氮循环的说法错误的是(

)A．过程①和过程②均属于氮的固定B．过程④中可能有氧气参与C．海洋中的硝化作用和反硝化作用分别存在氮元素的氧化和还原D．向海洋中排放大量含硝酸根的废水会造成水体的富营养化A(2024·广东广州模拟)依据图中氮元素及其化合物的转化关系，判断下列说法不正确的是(

)微考点1含氮物质的价—类二维图A．X是N2O5B．可用排空气法收集NOC．工业上可以以NH3、空气、水为原料生产硝酸D．可由NO2与NH3反应实现NH3转化为N2B[解析]

图中氮元素及其化合物的转化关系可知，X为＋5价对应的氮的氧化物是N2O5，故A正确；一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮气体，不可用排空气法收集NO气体，故B错误；氨气催化氧化生成一氧化氮和水，一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮溶于水生成硝酸，工业上以NH3、空气、水为原料生产硝酸，故C正确；NH3可与NO2反应生成氮气，8NH3＋6NO2===7N2＋12H2O，故D正确。[拓展延伸]

NO2与水反应生成硝酸，NO2是硝酸的酸酐吗？[提示]

酸酐与碱反应生成(一种)盐和水，NO2不满足条件，硝酸的酸酐是N2O5。【对点训练】(2024·广东茂名五校联考)部分含氮物质的分类与相应氮元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是(

)A．从氮元素的化合价角度考虑，a有还原性B．b、c都是大气污染物，可引起光化学烟雾C．d的溶液与金属银反应可生成b、cD．a与d形成的化合物对水的电离没有影响D[解析]

由题干“价—类”二维图可知，a为NH3，b为NO，c为NO2或N2O4，d为HNO3。a为NH3，NH3中N元素的化合价为－3价，处于最低价，故从氮元素的化合价角度考虑，a有还原性，A正确；b、c分别为NO、N2O4或NO2，都是大气污染物，可引起光化学烟雾，B正确；d为HNO3，则Ag与浓硝酸反应生成NO2，Ag与稀硝酸反应生成NO，故d的溶液与金属银反应可生成b、c，C正确；a为NH3，d为HNO3，a与d形成的化合物(NH4NO3)为强酸弱碱盐，其中弱碱阳离子能够发生水解，故对水的电离有促进作用，D错误。(2024·广东揭阳模拟)下图是某元素常见物质的“价—类”二维图，其中d为红棕色气体，f和g均为正盐且焰色试验的火焰为黄色。下列说法不正确的是(

)微考点2含氮物质之间的相互转化BA．e的浓溶液可以用铝槽车运输B．气体a、c均可用浓硫酸干燥C．常温下，将充满d的密闭烧瓶置于冰水中，烧瓶内红棕色变浅D．d可与NaOH溶液反应生成f和g【对点训练】1．(2024·江苏高三检测)在指定条件下，下列选项所示的物质间转化能实现的是(

)C2．(2024·经典习题汇编)某化合物X由三种元素组成，某学习小组进行了如下实验：(1)化合物X的化学式为_____________。(2)混合气体N通入足量的NaOH溶液中，恰好完全反应生成一种盐，其离子反应方程式为_____________________________________。(3)黑色固体Y与NH3反应的化学方程式为____________________________________。Cu(NO3)23Cu＋N2＋3H2O(4)若以X·3H2O进行实验，在170℃时可以生成一种中间产物W。0.1mol化合物W能与0.6molHCl刚好完全反应，若0.1mol化合物W再继续加热生成黑色固体Y的质量为32.0g。则化合物W的化学式为______________________________________________________________________________________________。(5)混合气体N有毒，为保护环境，可以用保险粉(Na2S2O4)吸收。请说明混合气体N能用保险粉吸收的理由________________________________________________________________________________。Cu4(OH)6(NO3)2或Cu(NO3)2·3Cu(OH)2或Cu(NO3)2·CuO·2Cu(OH)2或Cu(NO3)2·2CuO·Cu(OH)2 NO2有氧化性，Na2S2O4中＋3价的硫元素具有还原性，能发生氧化还原反应(4)由于Cu2＋易水解成Cu(OH)2，故Cu(NO3)2·3H2O加热分解的