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第24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．氮的固定
2．氮气
(1)物理性质：____色____味的气体，密度比空气略小，____溶于水。
(2)化学性质
写出有关化学方程式：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
(3)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______________________________________________。
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、____、N2O3、NO2(或______)、N2O5，其中属于酸性氧化物的是N2O3、________。
(2)NO和NO2的比较
性质 NO NO2
色、味、态
水溶性 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 不反应
提醒　①NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2??N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。②验证某无色气体为NO的方法是向该无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。
4．氮氧化物对环境的污染及防治
(1)常见的污染类型
①光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。
②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。
③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。
④NO与血红蛋白结合使人中毒。
(2)常见的NOx尾气处理方法
①碱液吸收法
工业尾气中的NOx常用碱液吸收处理，NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是 n(NO2)≥n(NO)。
②催化转化法
在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)，或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。
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．利用AgNO3、CCl4和蒸馏水均可鉴别NO2和溴蒸气(　　)
5．NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象(　　)
一、氮气、NO和NO2的性质
1．(2023·南京调研)氮是生命活动不可缺少的重要元素。下列叙述错误的是(　　)
A．液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境
B．点燃的镁条在氮气中不反应
C．氮气是工业合成氨的原料之一
D．氮的固定是将大气中的氮气转化成氮的化合物
2．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0.2NA
C．用湿润的淀粉-KI试纸鉴别Br2(g)和NO2
D．除去NO中混有少量NO2气体时，可以用水洗涤后再干燥
二、氮的氧化物与O2、H2O反应定量关系应用
3．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。
(1)若剩余的气体是________，则NO2、O2的体积分别是________。
(2)若剩余的气体是________，则NO2、O2的体积分别是________。
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)工业尾气中氮的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________________。
考点二　硝酸
1．物理性质
硝酸是____色、____挥发、________气味的液体。
2．化学性质
(1)不稳定性
反应：________________________________________________________________________。
(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：_____________________________________________
________________________________________________________________________；
浓硝酸与铜反应的化学方程式：____________________________________________
________________________________________________________________________。
②与非金属反应
浓硝酸与C反应的化学方程式：_____________________________________________
________________________________________________________________________。
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：____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)与有机物反应
①硝化反应(与反应)：
________________________________________________________________________；
②颜色反应：含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸加热后变____色。
1．常温下，铁、铝在浓硝酸中的钝化为化学变化(　　)
2．可用稀HNO3与FeS固体反应制取H2S(　　)
3．铜、碳分别与浓HNO3反应，都体现了浓硝酸的强氧化性和酸性(　　)
4．在酸性条件下，NO与I－、Fe2＋、SO等离子均不能大量共存(　　)
5．Cu在KNO3溶液和稀H2SO4中均不溶解，但能溶解在其混合液中(　　)
6．试管内壁上的银镜可用稀HNO3除去，也可用氨水除去(　　)
7．浓HNO3和氯水均用棕色试剂瓶保存，其原理相同(　　)
8．浓HNO3溅到皮肤上，皮肤会变黄(　　)
一、金属与硝酸反应的定性分析
1．用动态观点理解Cu与浓HNO3的反应
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)待反应停止后，再加入少量的稀硫酸，这时Cu片上又有气泡产生，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
二、金属与硝酸反应的定量计算
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。请回答下列问题：
(1)NO的体积为____L，NO2的体积为______L。
(2)参加反应的HNO3的物质的量是_____________________________________________。
(3)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a mol·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。
(4)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。
3．(2022·河北唐山高三期末)向含x mol HNO3和y mol H2SO4的混合稀溶液中缓慢加入铁粉，其氧化产物与所加铁粉的物质的量关系如图所示：
回答下列问题：
(1)Oa段发生反应的离子方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)dc段表示的是________(填“Fe2＋”或“Fe3＋”)物质的量变化。
(3)x＝________，y＝________。
(4)反应至c点，可收集到标准状况下的气体为________L。
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)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)(　　)
(2)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)(　　)
2．(2022·江苏，8)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NH3
B．侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl
C．工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3
D．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”
3．(2022·北京，12)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：
　　
已知：2NO2(g)??N2O4(g)　ΔH＜0
下列说法不正确的是(　　)
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===4HNO3
D．每制备0.4 mol HNO3，转移电子数约为6.02×1022
4．(2017·北京，12)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(　　)
① ② ③
A.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中木炭与浓硝酸产生了反应
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
第24讲　氮及其氧化物　硝酸
考点一
归纳整合
1．游离　化合　人工
2．(1)无　无　难　(2)①3Mg＋N2Mg3N2　②N2＋3H22NH3　③N2＋O22NO　(3)①N2的稳定性　②N2的氧化性　③N2的还原性　④N2的沸点低，液氮易汽化，且汽化吸收热量
3．(1)NO　N2O4　N2O5　(2)无色的气体　红棕色、有刺激性气味的气体　不溶于水　2NO＋O2===2NO2
易错辨析
1．√　2.×　3.×　4.√　5.×
专项突破
1．B　2.D
3．(1)O2　8 mL、4 mL
(2)NO　10.8 mL、1.2 mL
解析　解题依据的化学方程式：
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3；
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
设O2的体积为x，剩余的气体有两种可能：
(1)若剩余O2，则V剩＝x－×(12 mL－x)＝2 mL，解得x＝4 mL，则NO2的体积是8 mL；
(2)若剩余NO，则V剩＝×[(12 mL－x)－4x]＝2 mL，解得x＝1.2 mL，则NO2的体积是10.8 mL。
4．(1)2CO＋2NON2＋2CO2
(2)8NH3＋6NO27N2＋12H2O　4∶3
(3)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
②NaNO2
考点二
归纳整合
1．无　易　有刺激性
2．(1)4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑　(2)①3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　②C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O　③3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O
(3)①＋HNO3＋H2O　②黄
易错辨析
1．√　2.×　3.×　4.√　5.√　6.×　7.√　8.√
专项突破
1．(1)红棕　Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　(2)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　(3)加入稀硫酸后，氢离子与原溶液中的硝酸根离子构成强氧化性酸，又能与过量的铜反应
2．(1)5.824　5.376　(2)1.52 mol
(3)　(4)57.8
解析　(1)n(Cu)＝＝0.51 mol，设混合气体中NO的物质的量为x，NO2的物质的量为y。根据气体在标准状况下的总体积为11.2 L，有x＋y＝0.5 mol，根据得失电子守恒，有3x＋y＝0.51×2 mol。解得x＝0.26 mol，y＝0.24 mol。则V(NO)＝0.26 mol×22.4 L·mol－1＝5.824 L，V(NO2)＝11.2 L－5.824 L＝5.376 L。(2)参加反应的HNO3分两部分：一部分没有被还原，显酸性，生成Cu(NO3)2；另一部分被还原成NO2和NO，所以参加反应的HNO3的物质的量为0.51 mol×2＋0.5 mol＝1.52 mol。(3)HNO3在反应中一部分变成气体，一部分以NO的形式留在溶液中。变成气体的HNO3的物质的量为0.5 mol。加入NaOH溶液至恰好使溶液中的Cu2＋全部转化为沉淀，则溶液中只有NaNO3，其物质的量为10－3aV mol，也就是以NO形式留在溶液中的HNO3的物质的量为10－3aV mol。所以，c(HNO3)＝ mol·
L－1。(4)由得失电子守恒得2×n(Cu)＝2×n(H2O2)，×2＝n(H2O2)×2，n(H2O2)＝0.51 mol，则m(H2O2)＝17.34 g。需30%的双氧水：＝57.8 g。
3．(1)Fe＋NO＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O　(2)Fe2＋　(3)0.1　0.2　(4)3.36
解析　(3)在Oa段NO完全转化为NO，由离子方程式可得，n(NO)＝n(Fe3＋)＝0.1 mol，即x＝0.1；c点溶质为FeSO4，溶液中Fe2＋为0.2 mol，即n(FeSO4)＝0.2 mol，根据硫酸根离子守恒得，n(H2SO4)＝n(FeSO4)＝0.2 mol，即y＝0.2。
(4)Fe＋NO＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O
　　　0.1 mol　　　　　　0.1 mol
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
　0.1 mol　　　　0.05 mol
所以V＝(0.1 mol＋0.05 mol)×22.4 L·mol－1＝3.36 L。
真题演练　明确考向
1．(1)×　(2)×　
2．A　3.D
4．D　[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中木炭能与浓硝酸发生反应，故B正确；根据①和②，浓硝酸反应产生红棕色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。]

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