第42讲　氮及其氧化物　硝酸的工业制法

大单元四元素及其化合物第二单元非金属及其化合物第42讲氮及其氧化物硝酸的工业制法1.了解氮及其氧化物主要性质及应用；2.认识氮及其氧化物在生产中的应用和对生态环境的影响；3.了解硝酸的工业制法。复习要求考点一氮及其氧化物考点二硝酸的工业制法氮氧化物的

危害与治理目录CONTENTS体验真题感知高考分层训练提升考能考点一氮及其氧化物知识梳理知能通关1.自然界中氮元素的存在和氮的固定游离化合判断正误。①固氮反应一定属于氧化还原反应。(

)②N2与O2在放电条件下直接化合成NO2是氮的固定。(

)③将NH3在一定条件下转化为尿素属于氮的固定。(

)④将空气加压降温分离出液态N2和O2，不是氮的固定。(

)√小题对点过××√2.氮气 (1)氮气的结构

电子式:________________，结构式_______，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。︰N︙︙N︰N≡N(3)化学性质氮氮三键的键能大、氮气化学性质较稳定。(1)写出标号反应的化学方程式:①____________________________________；

②____________________________________；

③____________________________________。小题对点过(2)下列氮气的用途叙述中，分别应用了氮气的什么性质?①文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________________________________________。N2的稳定性N2的氧化性N2的还原性N2的沸点低，液氮易汽化，且汽化吸收热量3.氮的氧化物

HNO2HNO3(4)NO与NO2的比较红棕

NONO2颜色无色______色毒性有毒有毒溶解性不溶于水易溶于水与O2或与H2O反应_______________________________________________________收集方法___________________________与人体、环境的关系①与____________结合，使人中毒；②转化成NO2，形成酸雨、光化学烟雾形成酸雨、光化学烟雾，破坏臭氧层2NO+O2===2NO23NO2+H2O===2HNO3+NO排水法向上排空气法血红蛋白(1)简述验证某无色气体是NO的方法:______________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)鉴别NO2与溴蒸气的方法有:____________________________________________________________________。向盛无色气体的试剂瓶中通入少量空气，无色气体变为红棕色(或打开试剂瓶口，在瓶口处无色气体变为红棕色)，可证明该气体为NO小题对点过鉴别方法有:①AgNO3溶液、②CCl4、③水洗法(一)氮气的性质与应用1.下列说法错误的是(

)B(二)NO、NO2的性质2.NO分子会污染空气。近年来，科学家发现少量的NO在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、提高免疫、增强记忆力的功能，而成为当前生命科学的研究热点。下列关于一氧化氮的叙述正确的是(

)A.一氧化氮是酸性氧化物，会形成酸雨B.常温、常压下，一氧化氮只能通过人工合成C.一氧化氮为无色气体，在与O2反应中体现还原性D.一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集C3.下列装置或操作不能达到相应实验目的的是(

)BABCD

生成NO2收集NO2吸收NO2尾气使NO2充分转化为HNO3

考点二硝酸的工业制法氮氧化物的危害与治理知识梳理知能通关1.硝酸工业制法

工业制硝酸的原理如图:俗话说“雷雨发庄稼”，试说出其中的原理，写出反应的化学方程式。______________________________________________________________________________________________________________________________________。小题对点过2.NOx的危害及治理(1)来源:氮氧化物主要为一氧化氮和二氧化氮，并以二氧化氮为主。氮氧化物都具有不同程度的毒性，是大气污染的主要成分之一，主要来源于汽车尾气、工业废气等。(2)危害:二氧化氮不但会形成酸雨，在日光照射下还能使氧气经过复杂的反应生成臭氧(O3)。臭氧与空气中的氮氧化物和一些碳氢化合物在紫外线的照射下发生作用后，产生了一种有毒的烟雾，人们称它为光化学烟雾，光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛，对人体健康、植物生长等都有很大的危害。(3)治理方法: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化工原料或产品。尾气处理通常用碱液吸收:(1)NO2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:______________________________________________________。(2)NO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，写出化学方程式______________________________________________________。(3)NO2、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:____________________________________________________________。2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O小题对点过NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O≥补充适量空气(一)硝酸工业生产流程与NO2的吸收问题1.氮的转化关系如下所示:下列说法中，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.上述所有反应都是氧化还原反应D.上述反应中只有③属于氮的固定D2.按如图所示装置进行实验，起始时试管中装有24

mL

NO2，然后间歇缓慢地通入x

mL

O2，充分反应后，试管内剩余6

mL气体，则在该条件下，下列说法正确的是(

)①x可能等于1.5②x可能等于4.5③x可能等于12④剩余气体为红棕色气体⑤剩余气体为无色气体A.①③⑤ B.①②④C.①②⑤ D.②③⑤A解析

起始时NO2与水反应化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO，24

mL

NO2反应生成8

mL

NO，通入O2，若NO和氧气恰好完全反应生成硝酸的化学方程式为4NO+3O2+2H2O===4HNO3，若试管剩余6

mL气体为O2，完全消耗8

mL

NO需要6

mL

O2，充分反应后，试管内剩余6

mL

O2，则x＝12；若试管内剩余6

mL气体为NO，则2

mL

NO与氧气反应了，通入氧气1.5

mL，则x＝1.5；则x可能等于1.5或12，剩余气体为NO或氧气均为无色气体，①③⑤正确。氮的氧化物与氧气、水反应定量计算的常用化学方程式(1)3NO2+H2O===2HNO3+NO；(2)4NO2+O2+2H2O===4HNO3；(3)4NO+3O2+2H2O===4HNO3。(二)NOx尾气处理问题3.(2025·广东高三期中)汽车尾气中主要含有CO2、CO、NO等物质，在汽车尾气的排气管上安装“催化转化器”，可以实现尾气净化。下列说法正确的是(

)A.尾气净化反应中，CO为氧化剂B.尾气净化反应中，N2为还原产物C.CO和NO为酸性氧化物D.氮氧化物形成酸雨时没有发生氧化还原反应B解析

A.CO转化为二氧化碳过程中，碳元素化合价升高，CO作还原剂，A错误；B.N2是氮元素化合价降低过程中得到的，NO为氧化剂，N2为还原产物，B正确；C.CO、NO与碱均不反应，都不属于酸性氧化物，C错误；D.氮氧化物可形成硝酸型酸雨，该过程涉及反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO，属于氧化还原反应，D错误。4.利用石灰乳处理硝酸工业的尾气(含NO、NO2)，既能净化空气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如图:(1)等物质的量的NO与NO2被Ca(OH)2吸收，反应的化学方程式为________________________________________________________。(2)吸收时，采用气—液逆流接触吸收(尾气从塔底进入，石灰乳从塔顶喷淋)，其目的是_________________________________________________________。NO+NO2+Ca(OH)2===Ca(NO2)2+H2O使NO、NO2与石灰乳充分接触，加快吸收速率，提高吸收效率(3)该工艺需控制NO和NO2的物质的量之比接近1∶1，若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，则会导致_____________________；若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，则会导致________________________________。(4)生产中需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为______________________________。产品中含有Ca(NO3)2NO不能完全吸收，污染空气

体验真题感知高考1.(2022·江苏卷)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是(

)A.自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3B.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4ClC.工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3D.多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”A2.(2022·天津卷)燃油汽车行驶中会产生CO、NO等多种污染物。如图为汽车发动机及催化转化器中发生的部分化学反应。以下判断错误的是(

)A.甲是空气中体积分数最大的成分B.乙是引起温室效应的气体之一C.反应(Ⅰ)在常温下容易发生D.反应(Ⅱ)中NO是氧化剂C3.(2024·北京卷)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。(1)方法一: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____________。(2)方法二:以NH3为氮源催化氧化制备HNO3，反应原理分三步进行。第Ⅰ步反应的化学方程式为_______________________________。难挥发性(3)方法三:研究表明可以用电解法以N2为氮源直接制备HNO3，其原理示意图如图。

(4)人工固氮是高能耗的过程，结合N2分子结构解释原因__________________________________________________________。方法三为N2的直接利用提供了一种新的思路。N2中存在氮氮三键，键能高，断裂时需要较大的能量

分层训练提升考能基础落实1.(2025·湖南长沙检测)自然界中的氮循环如图所示，下列说法正确的是(

)A.①中N2与O2反应生成NO2是自然固氮B.②中合成氨属于人工固氮C.③中的氮元素被氧化D.氮循环过程中没有氧元素参加B解析

①中N2与O2反应生成NO是自然固氮，A错误；②中N2与H2在高温、高压、催化剂条件下反应产生NH3，属于人工固氮，B正确；③中细菌还原硝酸根离子中+5价的N，生成无污染的0价的N2，所以③中氮元素被还原，C错误；如N2在放电条件下与O2直接化合生成无色且不溶于水的NO气体，氧元素参与了反应，D错误。2.氮气在一定条件下会变为超临界流体，超临界氮气具有极强的扩散能力和溶解能力。下列说法不正确的是(

)A.超临界氮气可能在某些特定的条件下作溶剂使用B.超临界氮气中氮气分子不再运动C.超临界氮气中氮气分子与空气中氮气分子大小相同D.超临界氮气与氮气的化学性质相同B解析

A.超临界氮气溶解能力强，题干明确其可能作为溶剂，A正确；B.分子始终处于运动状态，超临界流体中分子运动不会停止，B错误；C.同种物质的分子大小不变，超临界氮气与普通氮气分子大小相同，C正确；D.化学性质由分子种类决定，超临界氮气与普通氮气分子相同，D正确。3.下列关于NO和NO2的说法正确的是(

)A.NO2是红棕色气体，属于酸性氧化物B.NO和NO2均可以用排空气法收集C.NO2可由N2和O2直接化合得到D.NO和NO2在一定条件下可以相互转化D解析

A.NO2是红棕色气体，但其与水反应生成HNO3和NO，反应中氮的化合价发生变化，不符合酸性氧化物的定义(与碱反应只生成对应盐和水)，因此不属于酸性氧化物，A错误；B.NO2密度大于空气且与水反应，可用向上排空气法收集，但NO会与空气中的O2反应生成NO2，不能用排空气法收集，B错误；C.N2和O2直接化合生成的是NO，而非NO2；NO2需通过NO与O2进一步反应生成，C错误；D.NO与O2反应生成NO2(如2NO+O2===2NO2)，而NO2与水反应生成HNO3和NO(如3NO2+H2O===2HNO3+NO)，两者在一定条件下可相互转化，D正确。4.下列说法正确的是(

)A.氮气性质稳定，不能与金属发生反应B.氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应，氧气过量直接生成NO2C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料，实现氮的固定D.通常情况下氮气性质很稳定，可以在电焊时作保护气D解析

氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应生成NO，NO进一步被氧气氧化生成NO2，B错误；氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程，C错误。5.下列有关氮的氧化物的说法正确的是(

)A.NO和NO2混合气体的尾气可以用水吸收B.4.6

g

NO2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-KI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D解析

NO与水不反应，A错误；根据原子守恒，可按NO2计算，含有的氧原子数目为0.2NA，不受平衡影响，B错误；Br2(g)和NO2都能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝，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。6.氮元素在大自然中的循环如图所示，下列说法错误的是(

)A.豆科类植物的根瘤可直接固氮B.“雷雨发庄稼”与历程③有关C.历程②涉及方程式:4NO+3O2+2H2O===4HNO3D.循环图的转化说明含氮有机物和含氮无机物可以相互转化B

7.以氮气为主要原料制备硝酸的转化过程如图所示，下列说法正确的是(

)A.反应①和②均属于氮的固定B.反应②和③中氮元素均被氧化C.NO和NO2均为酸性氧化物D.反应④中氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1B

8.如图所示，在注射器里吸入20

mL

NO，然后吸入5

mL水。若再吸入6

mL

O2，夹住弹簧夹，直到内外大气压相同，观察整个过程。下列叙述正确的是(

)A.可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色B.可观察到注射器的活塞缓缓向右移动C.最终剩余气体体积约为14

mLD.所得硝酸溶液的浓度约为0.07

mol·L-1A解析

A.NO遇氧气生成NO2，NO2为红棕色气体，NO2溶于水生成NO，气体由红棕色变为无色，A正确；B.4NO+3O2+2H2O===4HNO3，该反应消耗掉全部的氧气和部分NO，注射器内气体被消耗，压强减小，活塞缓缓向左移动，B错误；C.由4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知O2完全反应，NO有剩余，剩余体积约为20

mL-8

mL＝12

mL，C错误；D.题干中并未说明气体所处状态，无法根据其体积计算其物质的量，故无法计算出生成硝酸的浓度，D错误。9.以下是氮循环的一部分:(1)通常状况下，NO2的颜色是________。

(2)反应①的化学方程式是________________。

(3)NO2易溶于水，并和水发生化学反应。该反应中，氧化剂是________。

(4)化合物A的化学式是___________。

红棕色NO2HNO34解析

(3)NO2易溶于水，发生的化学反应是3NO2+H2O===2HNO3+NO。该反应中NO2中氮元素的化合价既有降低又有升高，NO2既是氧化剂又是还原剂。(5)从反应化学方程式看出NO和N2的物质的量之比为2∶1，则生成2

mol

N2时被还原的NO为4

mol。

A.3∶2 B.2∶3C.8∶3 D.3∶8C

11.(2022·北京卷)某MOFs的多孔材料刚好可将N2O4“固定”，实现了NO2与N2O4分离并制备HNO3，如图所示:A.气体温度升高后，不利于N2O4的固定B.N2O4被固定后，平衡正移，有利于NO2的去除C.制备HNO3的原理为2N2O4+O2+2H2O===4HNO3D.每制备0.4

mol

HNO3，转移电子数约为6.02×1022D解析

A.二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，四氧化二氮的浓度减小，所以气体温度升高后，不利于四氧化二氮的固定，故A正确；B.四氧化二氮被固定后，四氧化二氮的浓度减小，二氧化氮转化为四氧化二氮的平衡向正反应方向移动，二氧化氮的浓度减小，所以四氧化二氮被固定后，有利于二氧化氮的去除，故B正确；C.由题意可知，被固定后的四氧化二氮与氧气和水反应生成硝酸，反应的化学方程式为2N2O4+O2+2H2O===4HNO3，故C正确；D.四氧化二氮转化为硝酸时，生成1

mol硝酸，反应转移1

mol电子，则每制备0.4

mol硝酸，转移电子数约为0.4

mol×6.02×1023

mol-1＝2.408×1023，故D错误。12.某化学兴趣小组在实验室模拟汽车尾气处理，设计了如图所示装置(部分夹持装置已略去)。(1)装置Ⅲ的主要作用为_______________________。(2)停止加热，打开活塞K，通入适量氧气时，装置Ⅱ中可观察到的现象是__________________。检验CO是否转化为CO2出现红棕色气体解析

(1)一氧化碳和一氧化氮在催化剂和加热的条件下转化为氮气和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，所以装置Ⅲ的主要作用是检验CO是否转化为CO2。(2)由于有部分一氧化氮没有转化为氮气，向装置中通入氧气时，装置Ⅱ中一氧化氮与氧气反应生成红棕色的二氧化氮，因此装置Ⅱ中的现象为出现红棕色气体。(3)该套装置的不完善之处是________________。(4)汽车尾气中含有CO和NOx，消除它们对大气污染的方法是安装催化转化器，使它们发生反应生成两种无毒的气体，其中一种是单质，该反应的化学方程式为_____________________________。(5)工业上常用纯碱液来吸收NOx，有关反应的化学方程式为2NO2+Na2CO3===NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO3===2NaNO2+CO2。现有标准状况下a

L

NO2和b

L

NO的混合气体恰好被200

mL

Na2CO3溶液完全吸收，则a、b应满足的关系为__________________。Na2CO3溶液的物质的量浓度为_______

mol·L-1。无尾气处理装置a∶b≥1∶1(或a≥b)

13.氮的氧化物(NO、NO2等)是主要的大气污染物，必须脱除才能排放。(1)臭氧脱硝法:O3氧化

NO

结合水洗，可产生HNO3，该反应的化学方程式为_______________________________。(2)氨气催化吸收法处理尾气法:已知

7

mol氨气恰好能将含NO和NO2共

6

mol的混合气体完全转化为N2，则混合气体中NO和NO2的物质的量之比________。3O3+2NO+H2O===2HNO3+3O21∶3解析

(1)O3

氧化

NO

结合水洗，可产生HNO3，即臭氧和NO、水反应生成硝酸和氧气，其反应的化学方程式为3O3+2NO+H2O===2HNO3+3O2。(2)已知7

m