第五章 第20讲 氮及其氧化物 硝酸（原卷版及解析版）

第五章非金属及其化合物第20讲氮及其氧化物硝酸【高考考向预测】氮及其氧化物与硝酸以氮元素多价态转化为核心，涵盖氮气、一氧化氮、二氧化氮及硝酸的性质、相互转化、制备与尾气处理，兼具氧化性、还原性与酸性特征；近三年为高考高频必考内容，常出现在选择题、实验综合题和化工流程题中，侧重反应原理、现象判断与方程式书写，分值占比稳定；预测2027年命题将侧重氮氧化物循环转化、硝酸强弱氧化性差异探究、工业制硝酸流程及大气脱硝环保应用，结合图像计算与实验探究设问，强化价态变化分析与实际应用能力考查。【双基自测●明考向】1.固氮反应一定属于氧化还原反应()2.N2与O2在放电条件下直接化合成NO2()3.可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物()4.NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象()5.NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂()6.NO易溶于水，所以只能用排空气法收集()7.将NH3在一定条件下转化为尿素属于氮的固定()【核心梳理●明考点】考点一氮及其氧化物1.氮的存在与氮的固定(1)氮元素的存在形态①游离态——N2(空气中含量最多的气体)。②化合态——动植物体内、土壤、岩石和水体中。(2)氮的固定：将游离态氮转化为化合态氮的过程。①自然固氮：通过闪电释放的能量将空气中的N2转化为含氮的化合物，主要反应为N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NO。②人工固氮：人类通过控制条件，将氮气转化为氮的化合物，主要反应为N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3。③生物固氮：豆科植物根瘤菌将N2转化成氨。2.氮气(1)氮气的结构电子式：，结构式：N≡N，N2分子中有1个σ键、2个π键。(2)物理性质：氮气是无色、无味、难溶于水的气体。(3)氮气的化学性质①氮氮三键的键能大，氮气化学性质较稳定。②在一定条件下发生化合反应1)与O2反应：N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NO2)与H2反应：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3(工业合成氨)3)与Mg反应：N2＋3Mgeq\o(=,\s\up7(点燃))Mg3N2(4)氮气的用途①工业上合成氨、制硝酸。②灯泡填充气。③保存粮食、水果等食品。④医学上用液氮作冷冻剂。⑤代替稀有气体作焊接金属的保护气。3.氮的氧化物(1)氮有多种价态的氧化物，氮元素从+1→+5价都有对应的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。(2)NO和NO2的比较性质NONO2物理性质颜色无色红棕色溶解性难溶于水能溶于水化学性质毒性有毒有毒与O2反应2NO＋O2=2NO2—与H2O反应—3NO2＋H2O=2HNO3＋NO(歧化反应)与O2和H2O反应4NO＋3O2＋2H2O=4HNO34NO2＋O2＋2H2O=4HNO3与NH3反应4NH3＋6NOeq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))5N2＋6H2O8NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))7N2＋12H2O(归中反应)(3)NO和NO2的实验室制法实验原理铜与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O(NO用排水法收集，不能用排空气法收集)铜与浓硝酸反应的离子方程式：Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O(NO2用向上排空气法收集，不能用排水法收集)尾气处理通氧气，用NaOH溶液吸收：①2NO＋O2=2NO2②NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O用NaOH溶液吸收：2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O思考已知液溴极易汽化成红棕色的溴蒸气，你能设计哪些简单的实验鉴别二氧化氮和溴蒸气。4.氮氧化物对环境的影响【考点突破●明方向】考向一、氮气的性质及应用1.下列有关氮气的说法错误的是()A.在氮气与氢气合成氨的反应中，氮气是氧化剂B.氮气和氧气在放电条件下发生的反应中，氮气是还原剂C.氮气性质稳定，可以作保护气D.点燃的镁条在氮气中不反应考向二、NO、NO2的性质2.在一支50mL注射器里充入20mLNO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，静置后观察现象①。打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象②。振荡注射器，静置后再观察现象③。下列关于该过程的分析不正确的是()A.现象①②，主要体现了NO难溶于水、具有还原性B.现象②③，针筒示数：③<②C.过程中若将空气10mL改成15mL，③能观察到针筒内无气体剩余D.此实验启示工业上制硝酸时充入适量O2可以提高氮原子利用率3.NO、NO2产生酸雨的过程可表示为(1)写出该循环中两步反应的化学方程式：①；②。(2)分别写出NO或NO2与O2、H2O恰好反应完全转化为HNO3的总化学方程式：__________，__________。(3)将盛有12mLNO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2mL无色气体。①若剩余的气体是O2，则NO2、O2的体积分别是。②若剩余的气体是NO，则NO2、O2的体积分别是。考向三、废气中氮氧化物的治理4.(1)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式：。(2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。如4NH3+6NO5N2+6H2O，写出氨气转化NO2的化学方程式：，该反应中氧化产物与还原产物的质量之比为。(3)工业尾气中氮氧化物常采用碱液吸收法处理。①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：。②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是。③NO2、NO的混合气体能被足量的烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)n(NO)，若不能完全吸收，你认为可以采取哪种最简单的措施确保有害气体被完全吸收：。废气中氮氧化物的脱硝方法(1)汽车尾气一般用催化转化法，在催化剂等条件下，将氮的氧化物转化为N2。(2)硝酸工业尾气一般采用碱液吸收法，将氮的氧化物转化为硝酸盐或亚硝酸盐。考点二硝酸1.物理性质硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。2.化学性质(1)不稳定性反应：4HNO32H2O+4NO2↑+O2↑。(2)强氧化性硝酸无论浓、稀都具有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。①与金属反应稀硝酸与铜反应的化学方程式：3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O；浓硝酸与铜反应的化学方程式：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。②与非金属反应浓硝酸与C反应的化学方程式：C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。③与还原性化合物反应硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2+等还原性物质。稀硝酸与H2S反应的离子方程式：3H2S＋2H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3S↓＋2NO＋4H2O；稀硝酸与SO2反应的离子方程式：3SO2＋2NOeq\o\al(－,3)＋2H2O=3SOeq\o\al(2－,4)＋2NO＋4H＋；稀硝酸与Na2SO3反应的离子方程式：3SOeq\o\al(2－,3)＋2NOeq\o\al(－,3)＋2H＋=3SOeq\o\al(2－,4)＋2NO↑＋H2O；稀硝酸与氢碘酸反应的离子方程式：6I－＋2NOeq\o\al(－,3)＋8H＋=3I2＋2NO↑＋4H2O；稀硝酸与Fe2＋反应的离子方程式：3Fe2＋＋4H＋＋NOeq\o\al(－,3)=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。(3)与有机物反应①硝化反应(与反应)：+HNO3+H2O。②显色反应：含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸加热后变黄色。3.硝酸的工业制法(1)转化关系：NH3→NO→NO2→HNO3。(2)主要原料：氨气、空气、水。(3)主要原理(写化学方程式)①4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(Pt),\s\do5(△))4NO＋6H2O；②2NO＋O2=2NO2；③3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。(4)尾气处理：用NaOH、Na2CO3等碱性溶液吸收。1.铜、碳分别与浓HNO3反应，都体现了浓硝酸的强氧化性和酸性()2.在酸性条件下，NO3−与I-、Fe2+、SO33.Cu在KNO3溶液和稀H2SO4中均不溶解，但能溶解在其混合液中()4.试管内壁上的银镜可用稀HNO3除去，也可用氨水除去()5.浓HNO3和氯水均用棕色试剂瓶保存，其原理相同()6.浓HNO3溅到皮肤上，皮肤会变黄()7.浓HNO3和稀HNO3与Cu反应的还原产物分别为NO2和NO，故稀HNO3氧化性更强(2021·河北，10D)()8.向浓HNO3中插入红热的炭，产生红棕色气体，证明炭可与浓HNO3反应生成NO2(2021·山东，5C)()【考点突破●明方向】考向一、硝酸性质的实验探究1.铜与足量浓硝酸反应的装置如图所示，下列说法错误的是()A.具支试管A中会出现红棕色气体，溶液呈绿色B.装置B的作用是缓冲气流并收集NO2C.该反应体现了浓硝酸的强氧化性和酸性D.烧杯中反应的离子方程式为2NO2+2OH-=NO3−+NO22.下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是()实验操作现象解释或结论①向过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液溶液呈红色稀HNO3将Fe氧化为Fe3+②浓HNO3久置或光照变黄色HNO3不稳定易分解③Al箔插入稀HNO3中无现象Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的薄膜④用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上试纸先变红后褪色浓HNO3具有酸性和强氧化性A.①② B.③④ C.②③④ D.②④考向二、硝酸与金属反应分析3.向一定量的浓硝酸中加入过量的铜片。(1)反应开始阶段产生色气体，化学方程式为。(2)反应进行一段时间后又产生无色气体，此时的化学方程式为。(3)当溶解1.92gCu时，若只得到NO2、NO两种气体共1.12L(已换算标准状况)，计算反应消耗HNO3的物质的量(写出计算过程)：。(4)等反应停止后，再加入少量的稀硫酸，这时Cu片上又有气泡产生，原因是。金属与硝酸反应的规律1.本质：HNO3中＋5价氮元素具有很强的得电子能力。2.规律：硝酸的浓度越大，反应温度越高，氧化性越强。3.与金属反应除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有金属。活泼金属(如Mg、Zn等)与HNO3反应不生成H2，HNO3的浓度不同，还原产物不同：完成下列反应的化学方程式。(1)银与稀硝酸反应：3Ag＋4HNO3(稀)=3AgNO3＋NO↑＋2H2O；(2)少量Fe与稀硝酸反应：Fe＋4HNO3(稀)=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；(3)过量Fe与稀硝酸反应：3Fe＋8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；(4)锌与较稀硝酸反应(生成N2O)：4Zn＋10HNO3(较稀)=4Zn(NO3)2＋N2O↑＋5H2O；(5)锌与极稀硝酸反应(生成NH4NO3)：4Zn＋10HNO3(极稀)=4Zn(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O。【真题再现●明考向】1.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)王水溶解铂，原因是浓盐酸增强了浓硝酸的氧化性(2024·湖北，8B)()(2)HNO3见光易分解，应保存在棕色试剂瓶中(2024·浙江6月选考，2D)()(3)将铜丝插入浓硝酸中，制备NO(2021·广东，12A)()2.(2025·广东，15)按如图组装装置并进行实验：将铜丝插入溶液中，当c中红色褪去时，将铜丝拔离液面。下列叙述错误的是()A.a中有化合反应发生，并有颜色变化B.b中气体变红棕色时，所含氮氧化物至少有两种C.c中溶液红色刚好褪去时，HCO3D.若将a中稀硝酸换为浓硫酸并加热，则c中溶液颜色会褪去3.(2024·湖南，7)某学生按图示方法进行实验，观察到以下实验现象：①铜丝表面缓慢放出气泡，锥形瓶内气体呈红棕色；②铜丝表面气泡释放速度逐渐加快，气体颜色逐渐变深；③一段时间后气体颜色逐渐变浅，至几乎无色；④锥形瓶中液面下降，长颈漏斗中液面上升，最终铜丝与液面脱离接触，反应停止。下列说法正确的是()A.开始阶段铜丝表面气泡释放速度缓慢，原因是铜丝在稀HNO3中表面钝化B.锥形瓶内出现了红棕色气体，表明铜和稀HNO3反应生成了NO2C.红棕色逐渐变浅的主要原因是3NO2+H2O=2HNO3+NOD.铜丝与液面脱离接触，反应停止，原因是硝酸消耗完全4.[2024·北京，16(1)(4)](1)早期以硝石(含NaNO3)为氮源制备HNO3，反应的化学方程式为：H2SO4(浓)+NaNO3=NaHSO4+HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和。(4)人工固氮是高能耗的过程，结合N2分子结构解释原因：。【限时训练】（40分钟）(1～11题，每小题7分)1.(2025·温州模拟)下列关于N2的叙述不正确的是()A.雷雨天，空气中的N2与O2可反应生成NOB.N2与H2在一定条件下合成氨属于氮的固定C.N2分子中σ键与π键的比值为2∶1D.N2既可作氧化剂又可作还原剂2.1998年，三位科学家因发现NO在心血管系统中起信号分子的作用而获得诺贝尔生理学或医学奖，使得NO成为保健药物的“明星”分子。下列关于NO的说法正确的是()A.NO是酸性氧化物B.NO具有还原性，在空气中极易被氧化C.NO为红棕色有毒气体D.人工合成是产生NO的唯一途径3.大气中NO达到一定浓度时，会对人体造成损害。NO在大气中转化过程如下所示，下列说法正确的是()NONO2N2O5HNO3A.O3在转化过程中表现出强氧化性，与O2互为同位素B.NOx是大气污染物，在大气中有可能形成硝酸型酸雨或光化学烟雾C.N2O5是一种酸性氧化物，酸性氧化物都可以和水反应生成相应的酸D.H2O是一种直线形分子，电子式为4.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。下列实验事实与硝酸性质对应不准确的一组是()A.硝酸能与FeO反应——酸性和氧化性B.不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性C.要用棕色试剂瓶盛装浓硝酸——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5.下列关于氮及其化合物的探究，结论和解释正确的是()选项操作和现象结论和解释A铜丝溶解于稀HNO3，生成无色气体金属能与强酸反应置换出氢气BNH3能使热的氧化铜产生红色物质NH3有还原性CN2与H2混合加热不反应N的非金属性弱DNO2被NaOH溶液吸收NO2是酸性氧化物6.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列有关氮的氧化物的说法正确的是()A.含NO和NO2混合气体的尾气可以用水吸收B.4.6gNO2和N2O4混合气体中含有的氧原子数目小于0.2NAC.用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别Br2(g)和NO2D.除去NO中混有少量NO2气体时，可以用水洗涤后再干燥7.(2025·深圳模拟)下列有关NO制备及性质验证的实验装置不正确的是()A.制备NOB.提纯NOC.验证NO和氧气反应D.收集NO8.(2025·银川一中高三月考)硝酸可用于制化肥、农药、染料等。工业制备硝酸的过程如图所示，下列说法正确的是()A.合成氨塔中采用高温有利于提高反应物的平衡转化率B.图中A和B分别为氧气和水C.常温下，铝与浓硝酸不反应，可用铝罐盛装浓硝酸D.尾气不需要净化处理，可以直接排放9.下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是()①②③A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体B.红棕色气体不能表明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10.一定温度下，探究铜与稀HNO3反应过程如图。下列说法不正确的是()A.过程Ⅰ中生成无色气体的离子方程式是3Cu+2NO3−+8H+=3Cu2++2NO↑+4HB.步骤Ⅲ反应速率比Ⅰ快的原因是NO2溶于水，使c(HNO3)增大C.由实验可知，NO2对该反应具有催化作用D.当活塞不再移动时，再抽入空气，铜可以继续溶解11.(2025·东北师范大学附属中学高三摸底考试)某学习小组设计如图所示实验装置(装置中空气已排尽)探究氮的氧化物的性质。下列说法不正确的是()A.装置Ⅰ中产生红棕色气体，体现浓硝酸的强氧化性B.将装置Ⅱ浸入热水浴中，气体颜色变深，说明2NO2(g)⥬N2O4(g)是放热反应C.装置Ⅲ中的溶液变蓝，说明NO2氧化了金属铜D.向装置Ⅴ中加入蒸馏水，无色气体变为红棕色12.(9分)科学家研究发现含氮化合物和含硫化合物在形成雾霾时与大气中氨有关，转化关系如图所示：(1)从物质分类的角度看，图中的物质属于酸性氧化物的有(写化学式)。(2)写出SO2转化为SO3的化学方程式：。(3)工业上合成氨的化学方程式为。(4)实验室长期保存浓硝酸需使用棕色试剂瓶，并放置在阴凉处，其原因为(用化学方程式表示)。(5)氨与一氧化氮在一定条件下反应可生成对空气无污染的物质，该反应的化学方程式为。13.(14分)某学习小组为探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按如图所示装置进行实验(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、3mol·L-1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+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O。请回答下列问题：(1)实验应避免有害气体排放到空气中。装置③、④、⑥中盛放的药品依次是。(2)实验的具体操作：先检查装置的气密性，再加入药品，然后，最后滴加浓硝酸。(3)装置①中发生反应的化学方程式是。(4)装置②的作用是，发生反应的化学方程式是。(5)该小组得出的结论所依据的实验现象是。(6)实验结束后，同学们发现装置①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个实验方案来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是(填字母)。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

第五章非金属及其化合物第20讲氮及其氧化物硝酸【高考考向预测】氮及其氧化物与硝酸以氮元素多价态转化为核心，涵盖氮气、一氧化氮、二氧化氮及硝酸的性质、相互转化、制备与尾气处理，兼具氧化性、还原性与酸性特征；近三年为高考高频必考内容，常出现在选择题、实验综合题和化工流程题中，侧重反应原理、现象判断与方程式书写，分值占比稳定；预测2027年命题将侧重氮氧化物循环转化、硝酸强弱氧化性差异探究、工业制硝酸流程及大气脱硝环保应用，结合图像计算与实验探究设问，强化价态变化分析与实际应用能力考查。【双基自测●明考向】1.固氮反应一定属于氧化还原反应()2.N2与O2在放电条件下直接化合成NO2()3.可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物()4.NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象()5.NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂()6.NO易溶于水，所以只能用排空气法收集()7.将NH3在一定条件下转化为尿素属于氮的固定()【答案】1.√2.×3.×4.×5.×6.×7.×【核心梳理●明考点】考点一氮及其氧化物1.氮的存在与氮的固定(1)氮元素的存在形态①游离态——N2(空气中含量最多的气体)。②化合态——动植物体内、土壤、岩石和水体中。(2)氮的固定：将游离态氮转化为化合态氮的过程。①自然固氮：通过闪电释放的能量将空气中的N2转化为含氮的化合物，主要反应为N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NO。②人工固氮：人类通过控制条件，将氮气转化为氮的化合物，主要反应为N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3。③生物固氮：豆科植物根瘤菌将N2转化成氨。2.氮气(1)氮气的结构电子式：，结构式：N≡N，N2分子中有1个σ键、2个π键。(2)物理性质：氮气是无色、无味、难溶于水的气体。(3)氮气的化学性质①氮氮三键的键能大，氮气化学性质较稳定。②在一定条件下发生化合反应1)与O2反应：N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NO2)与H2反应：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3(工业合成氨)3)与Mg反应：N2＋3Mgeq\o(=,\s\up7(点燃))Mg3N2(4)氮气的用途①工业上合成氨、制硝酸。②灯泡填充气。③保存粮食、水果等食品。④医学上用液氮作冷冻剂。⑤代替稀有气体作焊接金属的保护气。3.氮的氧化物(1)氮有多种价态的氧化物，氮元素从+1→+5价都有对应的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。(2)NO和NO2的比较性质NONO2物理性质颜色无色红棕色溶解性难溶于水能溶于水化学性质毒性有毒有毒与O2反应2NO＋O2=2NO2—与H2O反应—3NO2＋H2O=2HNO3＋NO(歧化反应)与O2和H2O反应4NO＋3O2＋2H2O=4HNO34NO2＋O2＋2H2O=4HNO3与NH3反应4NH3＋6NOeq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))5N2＋6H2O8NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))7N2＋12H2O(归中反应)(3)NO和NO2的实验室制法实验原理铜与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O(NO用排水法收集，不能用排空气法收集)铜与浓硝酸反应的离子方程式：Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O(NO2用向上排空气法收集，不能用排水法收集)尾气处理通氧气，用NaOH溶液吸收：①2NO＋O2=2NO2②NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O用NaOH溶液吸收：2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O思考已知液溴极易汽化成红棕色的溴蒸气，你能设计哪些简单的实验鉴别二氧化氮和溴蒸气。提示：方案一将气体分别通入盛有少量有机溶剂(如苯、四氯化碳)的试管中，溶液变橙红色的是溴蒸气，无变化的是NO2。方案二将气体分别通入盛有少量水的试管中，溶液变黄的是溴蒸气，无明显现象的是NO2。方案三将气体分别通入盛有少量硝酸银溶液的试管中，产生淡黄色沉淀的是溴蒸气，无明显现象的是NO2。4.氮氧化物对环境的影响【考点突破●明方向】考向一、氮气的性质及应用1.下列有关氮气的说法错误的是()A.在氮气与氢气合成氨的反应中，氮气是氧化剂B.氮气和氧气在放电条件下发生的反应中，氮气是还原剂C.氮气性质稳定，可以作保护气D.点燃的镁条在氮气中不反应【答案】D【解析】镁条可在N2中燃烧，生成Mg3N2。考向二、NO、NO2的性质2.在一支50mL注射器里充入20mLNO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，静置后观察现象①。打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象②。振荡注射器，静置后再观察现象③。下列关于该过程的分析不正确的是()A.现象①②，主要体现了NO难溶于水、具有还原性B.现象②③，针筒示数：③<②C.过程中若将空气10mL改成15mL，③能观察到针筒内无气体剩余D.此实验启示工业上制硝酸时充入适量O2可以提高氮原子利用率【答案】C【解析】在一支50mL注射器里充入20mLNO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，静置后观察现象①为注射器中气体无色，注射器活塞几乎不发生移动，说明NO难溶于水；打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象②为注射器内气体变为红棕色，气体体积减小，注射器活塞向里移动，说明NO具有还原性，被氧化为NO2；振荡注射器，静置后再观察现象③为气体由红棕色变为无色，气体体积减小，注射器活塞向里移动。过程中若将空气10mL改成15mL，则氧气约有3mL，20mLNO和3mL氧气反应时，NO过量，故③能观察到针筒内有气体剩余，C错误。3.NO、NO2产生酸雨的过程可表示为(1)写出该循环中两步反应的化学方程式：①；②。(2)分别写出NO或NO2与O2、H2O恰好反应完全转化为HNO3的总化学方程式：__________，__________。(3)将盛有12mLNO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2mL无色气体。①若剩余的气体是O2，则NO2、O2的体积分别是。②若剩余的气体是NO，则NO2、O2的体积分别是。【答案】(1)①2NO+O2=2NO2②3NO2+H2O=2HNO3+NO(2)4NO+3O2+2H2O=4HNO34NO2+O2+2H2O=4HNO3(3)①8mL、4mL②10.8mL、1.2mL【解析】(3)依据NO2与H2O的反应可知，剩余气体只能是O2或NO。①若剩余O2，则按n(NO2)∶n(O2)=4∶1恰好反应的气体为10mL，V(NO2)=10mL×45=8mL，V(O2)=12mL-8mL=4mL；②若剩余气体为2mLNO，则按n(NO2)∶n(O2)=4∶1恰好反应的气体为12mL-2mL×3=6mL，V(O2)=6mL×15=1.2mL，V(NO2)=12mL-1.2mL=10.8考向三、废气中氮氧化物的治理4.(1)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式：。(2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。如4NH3+6NO5N2+6H2O，写出氨气转化NO2的化学方程式：，该反应中氧化产物与还原产物的质量之比为。(3)工业尾气中氮氧化物常采用碱液吸收法处理。①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：。②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是。③NO2、NO的混合气体能被足量的烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)n(NO)，若不能完全吸收，你认为可以采取哪种最简单的措施确保有害气体被完全吸收：。【答案】(1)2CO+2NON2+2CO2(2)8NH3+6NO27N2+12H2O4∶3(3)①2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O②NaNO2③≥补充适量空气废气中氮氧化物的脱硝方法(1)汽车尾气一般用催化转化法，在催化剂等条件下，将氮的氧化物转化为N2。(2)硝酸工业尾气一般采用碱液吸收法，将氮的氧化物转化为硝酸盐或亚硝酸盐。考点二硝酸1.物理性质硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。2.化学性质(1)不稳定性反应：4HNO32H2O+4NO2↑+O2↑。(2)强氧化性硝酸无论浓、稀都具有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。①与金属反应稀硝酸与铜反应的化学方程式：3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O；浓硝酸与铜反应的化学方程式：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。②与非金属反应浓硝酸与C反应的化学方程式：C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。③与还原性化合物反应硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2+等还原性物质。稀硝酸与H2S反应的离子方程式：3H2S＋2H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3S↓＋2NO＋4H2O；稀硝酸与SO2反应的离子方程式：3SO2＋2NOeq\o\al(－,3)＋2H2O=3SOeq\o\al(2－,4)＋2NO＋4H＋；稀硝酸与Na2SO3反应的离子方程式：3SOeq\o\al(2－,3)＋2NOeq\o\al(－,3)＋2H＋=3SOeq\o\al(2－,4)＋2NO↑＋H2O；稀硝酸与氢碘酸反应的离子方程式：6I－＋2NOeq\o\al(－,3)＋8H＋=3I2＋2NO↑＋4H2O；稀硝酸与Fe2＋反应的离子方程式：3Fe2＋＋4H＋＋NOeq\o\al(－,3)=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。(3)与有机物反应①硝化反应(与反应)：+HNO3+H2O。②显色反应：含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸加热后变黄色。3.硝酸的工业制法(1)转化关系：NH3→NO→NO2→HNO3。(2)主要原料：氨气、空气、水。(3)主要原理(写化学方程式)①4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(Pt),\s\do5(△))4NO＋6H2O；②2NO＋O2=2NO2；③3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。(4)尾气处理：用NaOH、Na2CO3等碱性溶液吸收。1.铜、碳分别与浓HNO3反应，都体现了浓硝酸的强氧化性和酸性()2.在酸性条件下，NO3−与I-、Fe2+、SO33.Cu在KNO3溶液和稀H2SO4中均不溶解，但能溶解在其混合液中()4.试管内壁上的银镜可用稀HNO3除去，也可用氨水除去()5.浓HNO3和氯水均用棕色试剂瓶保存，其原理相同()6.浓HNO3溅到皮肤上，皮肤会变黄()7.浓HNO3和稀HNO3与Cu反应的还原产物分别为NO2和NO，故稀HNO3氧化性更强(2021·河北，10D)()8.向浓HNO3中插入红热的炭，产生红棕色气体，证明炭可与浓HNO3反应生成NO2(2021·山东，5C)()【答案】1.×2.√3.√4.×5.√6.√7.×8.×【考点突破●明方向】考向一、硝酸性质的实验探究1.铜与足量浓硝酸反应的装置如图所示，下列说法错误的是()A.具支试管A中会出现红棕色气体，溶液呈绿色B.装置B的作用是缓冲气流并收集NO2C.该反应体现了浓硝酸的强氧化性和酸性D.烧杯中反应的离子方程式为2NO2+2OH-=NO3−+NO2【答案】B【解析】具支试管A中发生反应：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，NO2为红棕色气体，NO2溶于Cu(NO3)2溶液使溶液呈绿色，故A正确；NO2的密度比空气大，装置B不能收集NO2，故B错误；生成Cu(NO3)2体现浓硝酸的酸性，生成NO2体现浓硝酸的强氧化性，故C正确；烧杯中NO2与氢氧化钠反应生成NaNO3和NaNO2，反应的离子方程式为2NO2+2OH-=NO3−+NO2−+H22.下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是()实验操作现象解释或结论①向过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液溶液呈红色稀HNO3将Fe氧化为Fe3+②浓HNO3久置或光照变黄色HNO3不稳定易分解③Al箔插入稀HNO3中无现象Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的薄膜④用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上试纸先变红后褪色浓HNO3具有酸性和强氧化性A.①② B.③④ C.②③④ D.②④【答案】D【解析】向过量的Fe粉中加入稀HNO3生成Fe2+，加入KSCN溶液时不变成红色，故①错误；浓HNO3久置变黄是因为HNO3分解产生的NO2溶于HNO3，故②正确；Al箔遇浓HNO3钝化，稀HNO3会使Al箔溶解，故③错误；使蓝色石蕊试纸先变红后褪色，说明浓硝酸具有酸性和强氧化性，故④正确。考向二、硝酸与金属反应分析3.向一定量的浓硝酸中加入过量的铜片。(1)反应开始阶段产生色气体，化学方程式为。(2)反应进行一段时间后又产生无色气体，此时的化学方程式为。(3)当溶解1.92gCu时，若只得到NO2、NO两种气体共1.12L(已换算标准状况)，计算反应消耗HNO3的物质的量(写出计算过程)：。(4)等反应停止后，再加入少量的稀硫酸，这时Cu片上又有气泡产生，原因是。【答案】(1)红棕Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O(2)3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O(3)被还原的n(HNO3)=1.12L22.4L·mol−1=0.05mol；反应生成n[Cu(NO3)2]=1.92g64g·mol金属与硝酸反应的规律1.本质：HNO3中＋5价氮元素具有很强的得电子能力。2.规律：硝酸的浓度越大，反应温度越高，氧化性越强。3.与金属反应除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有金属。活泼金属(如Mg、Zn等)与HNO3反应不生成H2，HNO3的浓度不同，还原产物不同：完成下列反应的化学方程式。(1)银与稀硝酸反应：3Ag＋4HNO3(稀)=3AgNO3＋NO↑＋2H2O；(2)少量Fe与稀硝酸反应：Fe＋4HNO3(稀)=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；(3)过量Fe与稀硝酸反应：3Fe＋8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；(4)锌与较稀硝酸反应(生成N2O)：4Zn＋10HNO3(较稀)=4Zn(NO3)2＋N2O↑＋5H2O；(5)锌与极稀硝酸反应(生成NH4NO3)：4Zn＋10HNO3(极稀)=4Zn(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O。【真题再现●明考向】1.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)王水溶解铂，原因是浓盐酸增强了浓硝酸的氧化性(2024·湖北，8B)()(2)HNO3见光易分解，应保存在棕色试剂瓶中(2024·浙江6月选考，2D)()(3)将铜丝插入浓硝酸中，制备NO(2021·广东，12A)()【答案】(1)×(2)√(3)×2.(2025·广东，15)按如图组装装置并进行实验：将铜丝插入溶液中，当c中红色褪去时，将铜丝拔离液面。下列叙述错误的是()A.a中有化合反应发生，并有颜色变化B.b中气体变红棕色时，所含氮氧化物至少有两种C.c中溶液红色刚好褪去时，HCO3D.若将a中稀硝酸换为浓硫酸并加热，则c中溶液颜色会褪去【答案】C【解析】铜与稀硝酸反应产生蓝色的硝酸铜溶液，同时生成的无色NO与装置中空气中的氧气发生化合反应生成红棕色的NO2：2NO+O2=2NO2，故A正确；a中产生的NO可与b中空气中的氧气反应生成NO2，同时NO2存在平衡转化：2NO2⥬N2O4，若NO未反应完全，则b中存在三种氮氧化物，若NO完全转化为NO2，则b中存在两种氮氧化物，B正确；酚酞的变色范围为8.2~10.0，则c中溶液红色刚好褪去时，溶液仍显碱性，碳酸氢根离子并未完全反应，C错误；将a中稀硝酸换为浓硫酸并加热，生成酸性氧化物SO2，过量的SO2可与NaHCO3发生反应：SO2+NaHCO3=NaHSO3+CO2而使溶液呈酸性，故c中溶液颜色会褪去，D正确。3.(2024·湖南，7)某学生按图示方法进行实验，观察到以下实验现象：①铜丝表面缓慢放出气泡，锥形瓶内气体呈红棕色；②铜丝表面气泡释放速度逐渐加快，气体颜色逐渐变深；③一段时间后气体颜色逐渐变浅，至几乎无色；④锥形瓶中液面下降，长颈漏斗中液面上升，最终铜丝与液面脱离接触，反应停止。下列说法正确的是()A.开始阶段铜丝表面气泡释放速度缓慢，原因是铜丝在稀HNO3中表面钝化B.锥形瓶内出现了红棕色气体，表明铜和稀HNO3反应生成了NO2C.红棕色逐渐变浅的主要原因是3NO2+H2O=2HNO3+NOD.铜丝与液面脱离接触，反应停止，原因是硝酸消耗完全【答案】C【解析】金属铜在稀硝酸中不会发生钝化，开始铜丝表面气泡释放速度缓慢，可能的原因是铜丝表面有氧化铜，故A错误；铜和稀HNO3反应生成的NO迅速被氧气氧化为红棕色的NO2，NO2浓度逐渐增加，气体颜色逐渐变深，故B错误；装置内氧气逐渐被消耗，生成的NO2量逐渐达到最大值，同时装置内的NO2能与H2O反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，气体颜色变浅，故C正确；生成的NO无法排出，逐渐将锥形瓶内液体压入长颈漏斗，铜丝与液面脱离，反应停止，故D错误。4.[2024·北京，16(1)(4)](1)早期以硝石(含NaNO3)为氮源制备HNO3，反应的化学方程式为：H2SO4(浓)+NaNO3=NaHSO4+HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和。(4)人工固氮是高能耗的过程，结合N2分子结构解释原因：。【答案】(1)难挥发性(4)N2中存在氮氮三键，键能高，断键时需要较大的能量，故人工固氮是高能耗的过程【限时训练】（40分钟）(1～11题，每小题7分)1.(2025·温州模拟)下列关于N2的叙述不正确的是()A.雷雨天，空气中的N2与O2可反应生成NOB.N2与H2在一定条件下合成氨属于氮的固定C.N2分子中σ键与π键的比值为2∶1D.N2既可作氧化剂又可作还原剂【答案】C【解析】雷雨天时发生自然固氮，空气中N2和O2可反应生成NO，A正确；氮的固定是将空气中游离态的氮(N2)转化为含氮化合物的过程，N2与H2在一定条件下合成氨属于氮的固定，B正确；N2分子中σ键与π键的比值为1∶2，C错误；N2中N元素的化合价可以降低生成NH3或铵根离子等，也可以升高生成NO等，故N2既可作氧化剂又可作还原剂，D正确。2.1998年，三位科学家因发现NO在心血管系统中起信号分子的作用而获得诺贝尔生理学或医学奖，使得NO成为保健药物的“明星”分子。下列关于NO的说法正确的是()A.NO是酸性氧化物B.NO具有还原性，在空气中极易被氧化C.NO为红棕色有毒气体D.人工合成是产生NO的唯一途径【答案】B【解析】NO不能与碱反应生成盐和水，属于不成盐氧化物，故A错误；NO具有还原性，在空气中极易被氧化为二氧化氮，故B正确；NO是无色有毒气体，故C错误；自然界中的雷电也会使氮气和氧气反应生成NO，故D错误。3.大气中NO达到一定浓度时，会对人体造成损害。NO在大气中转化过程如下所示，下列说法正确的是()NONO2N2O5HNO3A.O3在转化过程中表现出强氧化性，与O2互为同位素B.NOx是大气污染物，在大气中有可能形成硝酸型酸雨或光化学烟雾C.N2O5是一种酸性氧化物，酸性氧化物都可以和水反应生成相应的酸D.H2O是一种直线形分子，电子式为【答案】B【解析】O3与O2是同种元素组成的不同单质，二者互为同素异形体，A错误；N2O5是一种酸性氧化物，但不是所有酸性氧化物都可以和水反应生成相应的酸，如SiO2不和水反应，C错误；H2O是一种V形分子，D错误。4.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。下列实验事实与硝酸性质对应不准确的一组是()A.硝酸能与FeO反应——酸性和氧化性B.不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性C.要用棕色试剂瓶盛装浓硝酸——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【答案】D【解析】D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硝酸的强氧化性把酚酞氧化而褪色，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。5.下列关于氮及其化合物的探究，结论和解释正确的是()选项操作和现象结论和解释A铜丝溶解于稀HNO3，生成无色气体金属能与强酸反应置换出氢气BNH3能使热的氧化铜产生红色物质NH3有还原性CN2与H2混合加热不反应N的非金属性弱DNO2被NaOH溶液吸收NO2是酸性氧化物【答案】B【解析】铜丝溶于稀HNO3，生成硝酸铜、NO和水，无色气体为NO，不会生成氢气，故A错误；NH3能使热的氧化铜产生红色物质，原理是3CuO+2NH3N2+3Cu+3H2O，说明氨气具有还原性，故B正确；N2与H2混合，在催化剂、高温、高压的条件下反应生成氨气，没有催化剂时加热反应速率慢，生成物的含量少，但不能说明N的非金属性弱，故C错误；NO2被NaOH溶液吸收，生成硝酸钠、亚硝酸钠和水，发生歧化反应，体现NO2的氧化性和还原性，故D错误。6.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列有关氮的氧化物的说法正确的是()A.含NO和NO2混合气体的尾气可以用水吸收B.4.6gNO2和N2O4混合气体中含有的氧原子数目小于0.2NAC.用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别Br2(g)和NO2D.除去NO中混有少量NO2气体时，可以用水洗涤后再干燥【答案】D【解析】NO与水不反应，A错误；根据原子守恒，4.6g混合气体中含有的氧原子数目为0.2NA，B错误；NO2和Br2(g)均能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，无法鉴别，C错误；二氧化氮与水反应生成NO，用水洗涤后再干燥可除杂，D正确。7.(2025·深圳模拟)下列有关NO制备及性质验证的实验装置不正确的是()A.制备NOB.提纯NOC.验证NO和氧气反应D.收集NO【答案】D【解析】NO可与氧气反应，先用碳酸钙与硝酸反应生成二氧化碳排出空气，再将铜与稀硝酸反应得到NO，A正确；气体通过水，除去挥发的硝酸蒸气和可能存在的NO2，再用浓硫酸干燥，可以得到干燥纯净的NO，B正确；NO为无色气体，遇到氧气生成红棕色的二氧化氮，C正确；NO与氧气反应，不能用排空气法收集NO，D错误。8.(2025·银川一中高三月考)硝酸可用于制化肥、农药、染料等。工业制备硝酸的过程如图所示，下列说法正确的是()A.合成氨塔中采用高温有利于提高反应物的平衡转化率B.图中A和B分别为氧气和水C.常温下，铝与浓硝酸不反应，可用铝罐盛装浓硝酸D.尾气不需要净化处理，可以直接排放【答案】B【解析】由题给流程可知，高温、高压和催化剂作用下氮气和氢气在合成塔中反应生成氨气，向经氨分离器得到的氨气中通入氧气，氨气在氧化炉中与氧气共热发生催化氧化反应生成一氧化氮，在吸收塔内一氧化氮与氧气和水反应生成硝酸和一氧化氮。合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，反应物的转化率减小，故A错误；常温下，铝在浓硝酸中钝化，致密的氧化膜阻碍反应继续进行，所以可用铝罐盛装浓硝酸，故C错误；制备硝酸得到的尾气中含有能形成光化学烟雾和酸雨的氮的氧化物，所以尾气需要净化处理，不能直接排放，否则会污染环境，故D错误。9.下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是()①②③A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体B.红棕色气体不能表明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【答案】D【解析】①中浓HNO3受热分解，发生反应：4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O，产生的气体为混合气体，故A正确；由①可知，浓硝酸受热分解可生成红棕色气体NO2，所以“产生红棕色气体”不能说明②中木炭与浓硝酸发生了反应，故B正确；根据①和②，浓硝酸分解产生红棕色NO2时需要加热，所以浓硝酸具有挥发性才可与上方红热木炭接触，同时，N元素化合价降低，所以生成的NO2为还原产物，故C正确；红热的木炭可与空气中的O2反应生成CO2，故D错误。10.一定温度下，探究铜与稀HNO3反应过程如图。下列说法不正确的是()A.过程Ⅰ中生成无色气体的离子方程式是3Cu+2NO3−+8H+=3Cu2++2NO↑+4HB.步骤Ⅲ反应速率比Ⅰ快的原因是NO2溶于水，使c(HNO3)增大C.由实验可知，NO2对该反应具有催化作用D.当活塞不再移动时，再抽入空气，铜可以继续溶解【答案】B【解析】B项，步骤Ⅲ中硝酸的浓度没有Ⅰ中大，因为部分硝酸转化成了一氧化氮，因此反应速率比Ⅰ快的原因不可能是c(HNO3)增大，错误；C项，由实验可知，步骤Ⅲ反应速率比Ⅰ快，说明NO2对该反应具有催化作用，