大单元二　第五章　第19讲　氮及其氧化物　硝酸

第19讲氮及其氧化物硝酸[复习目标]1.了解氮及其氧化物的主要性质及应用；了解氮氧化物对环境的影响。2.掌握硝酸的性质及应用。考点一氮及其氧化物1.氮的存在与氮的固定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(4)氮气的用途下列氮气的用途分别应用了氮气的什么性质？(填字母)①博物馆将贵重文物保存在氮气中：。

②氮气是合成氨工业的重要原料：。

③雷电是自然界重要的固氮方式：。

④医疗上，液氮是常见的冷冻剂：。

A.N2的氧化性B.N2的稳定性C.N2的还原性D.N2的沸点低，液氮易汽化，且汽化吸收大量热量答案BACD3.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色、味、态无色气体红棕色、有刺激性气味的气体水溶性不溶于水易溶于水毒性有毒，大气污染物之一有毒，大气污染物之一与水反应不反应3NO2+H2O=2HNO3+NO与氧气反应2NO+O2=2NO2不反应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.×一、NO、NO2的性质1.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。2.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=10.8二、废气中氮氧化物的治理3.(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FeSO4溶液反应的离子方程式：3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2(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。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+、SO32-3.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.×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。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-1=0.03mol，所以反应消耗n(HNO金属与硝酸反应计算的思维流程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·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课时精练[分值：100分](1~11题，每小题8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.自然界中的氮循环部分转化关系如图所示。下列说法错误的是()A.氮气分子结构稳定，常温很难和其他物质发生反应B.Ⅰ过程属于氮的固定C.工业上也是利用图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个转化来生产硝酸D.图中Ⅱ、Ⅲ为硝化过程，均可通过加入氧化剂实现答案C解析工业上是通过氨的催化氧化生成NO、NO被氧化为NO2、NO2和水反应三个转化来生产硝酸，故C错误；Ⅱ中氮元素从-3价升高到+3价、Ⅲ中氮元素从+3价升高到+5价，都为硝化过程，均可通过加入氧化剂实现，故D正确。3.(2024·金华十校高三模拟)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.(2025·嘉兴模拟)下列有关硝酸的反应说法正确的是()A.在反应3NO2+H2O=2HNO3+NO中，NO2是还原剂，H2O是氧化剂B.实验室用HNO3与Na2S反应制取H2S气体C.用HNO3制备Cu(NO3)2：方案①CuCu(NO3)2，方案②CuCu(ND.浓硝酸被Cu还原为NO2，若反应消耗1molHNO3，则转移1mol电子答案C解析NO2中N元素化合价有升有降，既作氧化剂又作还原剂，故A错误；硝酸具有氧化性，S2-具有还原性，二者会发生氧化还原反应，制备H2S应使用非氧化性酸，故B错误；方案①中铜与浓硝酸或稀硝酸反应生成硝酸铜的同时会放出NO2或NO，而方案②铜先被氧化为氧化铜，氧化铜与硝酸反应只生成硝酸铜和水，硝酸利用率更高，故C正确；Cu与浓硝酸反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，消耗1molHNO3，转移0.5mol电子，故D错误。5.汽车尾气中的氮氧化合物(NOx)与大气中的NH3发生如下作用，形成一种雾霾。NOxN2O5HNO3烟(一种雾霾)下列有关该雾霾的叙述错误的是()A.该雾霾中含硝酸铵固体B.反应②是非氧化还原反应C.NH3是形成该雾霾的催化剂D.NH3可能来自过度施用氮肥答案C解析硝酸与氨气反应生成硝酸铵固体，故A正确；反应②是五氧化二氮与水反应生成硝酸，反应中元素没有化合价变化，属于非氧化还原反应，故B正确；硝酸与氨气反应生成硝酸铵固体，氨气是反应物，不是催化剂，故C错误；铵盐不稳定，易分解产生氨气，则NH3可能来自过度施用氮肥，故D正确。6.(2024·浙江模拟预测)利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO2、NO)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，反应原理为NO2+NO+Ca(OH)2=Ca(NO2)2+H2O，下列说法不正确的是()A.氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1B.NO2-C.每生成1molCa(NO2)2，转移1mol电子D.当NO2与NO的物质的量之比为2∶1时，反应所得的Ca(NO2)2的纯度最高答案D解析NO2中N元素化合价降低，NO2是氧化剂，NO中N元素化合价升高，NO是还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1，故A正确；NO2-中N原子价层电子对数为3，有1个孤电子对，空间结构为V形，故B正确；NO2中N元素化合价由+4价降低为+3价，NO中N元素化合价由+2价升高为+3价，每生成1molCa(NO2)2，转移1mol电子，故C正确；根据化学方程式可知，当NO2与NO的物质的量之比为1∶1时，反应所得的Ca(NO2)27.实验室通过反应：2NO+Na2O2=2NaNO2制备NaNO2。下列实验装置不能达到实验目的的是()A.用装置甲制备NOB.用装置乙干燥NOC.用装置丙制备NaNO2D.用装置丁处理尾气答案D解析甲中利用稀硝酸和碳酸钙反应生成的二氧化碳先排尽装置中的空气，然后用Cu与稀硝酸反应制备NO，故A正确；装置乙中碱石灰可干燥NO，故B正确；丙中发生反应：2NO+Na2O2=2NaNO2，故C正确；丁中吸收尾气的导气管需插入液面以下，而且NO与氧气反应的用量不好控制，多余的NO可能会从支管口逸出，不能达到尾气处理的目的，故D错误。8.(2024·杭州西湖高级中学高三模拟)明代《徐光启手迹》记载了制备王水的方法，其主要流程如图所示(水蒸气等部分产物已省略)，下列说法正确的是()A.X不能使酸性KMnO4溶液褪色B.操作1的名称为蒸馏C.流程中涉及的均为非氧化还原反应D.步骤ⅱ能在铁制容器中进行答案B解析由题意，Fe元素化合价升高，故部分硫元素化合价降低，X的化学式应为SO2，SO2具有还原性，能使酸性KMnO4溶液褪色，故A错误；操作1后得到硝酸，该过程中制取硝酸是利用了硝酸易挥发的性质，则操作1的名称为蒸馏，故B正确；步骤ⅰ中煅烧绿矾生成SO2过程中，S、Fe的化合价发生变化，属于氧化还原反应，故C错误；王水是浓硝酸和浓盐酸按体积比1∶3形成的混合物，会腐蚀铁制容器，则步骤ⅱ不能在铁制容器中进行，故D错误。9.一定温度下，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，正确；D项，当活塞不再移动时，再抽入空气，一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮溶于水生成硝酸，能够与铜继续反应，正确。10.某同学做“FeSO4被HNO3氧化”的实验，发现溶液变为深棕色。猜想可能是生成的NO2或NO与Fe2+或Fe3+反应，使溶液变为深棕色，设计如图装置探究。下列说法错误的是()A.先检查装置气密性，加入药品后，关闭c，打开a和b，再通入一段时间N2B.关闭a、c，打开b及分液漏斗活塞，反应后丙中溶液变为深棕色，丁中溶液无明显变化，证明NO与Fe2+反应C.甲中反应一段时间后，更新丙、丁中试剂，关闭a和b，打开c，反应后丙中溶液变为深棕色，丁中溶液无明显变化，证明NO2也可与Fe2+反应D.该实验的缺陷是缺少尾气处理装置答案C解析先检查装置气密性，加入药品后，为防止装置中的氧气影响实验结果，需关闭c，打开a和b，通入一段时间氮气，将装置内的空气排尽，故A正确；关闭a、c，打开b及分液漏斗活塞，浓硝酸与Cu反应生成