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第20讲　氮及其氧化物　硝酸
1.了解氮气和氮氧化物的性质,并能从物质类别和元素化合价角度预测物质性质。2.了解氮元素的单质及重要化合物在生产中的应用和对生态环境的影响。3.掌握硝酸的性质及应用。
考点一　氮气及氮的氧化物
1.氮的固定
2.氮气
(1)物理性质:无色、无味的气体,密度比空气略小,难溶于水。
(2)化学性质
写出有关反应的化学方程式:
①3Mg+N2Mg3N2;
②N2+3H22NH3;
③N2+O22NO。
下列关于氮气的用途叙述中,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:N2的稳定性。
(2)氮气是合成氨工业的重要原料:N2的氧化性。
(3)雷电是自然界重要的固氮方式:N2的还原性。
(4)医疗上,液氮是常见的冷冻剂:N2的沸点低,液氮易汽化,且汽化吸收热量。
3.氮的氧化物
(1)氮有多种价态的氧化物,如N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等,其中属于酸性氧化物的是N2O3和N2O5。
(2)NO和NO2性质的比较
氮的氧化物 NO NO2
物理性质 无色、无味、不溶于水的气体 红棕色、有刺激性气味的气体,易液化,易溶于水
化学 性质 O2 2NO+O2===2NO2 不反应
H2O 不反应 3NO2+H2O===2HNO3+NO
H2O、O2 4NO+2H2O+3O2===4HNO3 4NO2+2H2O+O2===4HNO3
NaOH NO单独存在不反应(NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O) 2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O
NH3 4NH3+6NO5N2+6H2O 8NH3+6NO27N2+12H2O
氧化性 有氧化性,但通常情况下表现出还原性 强氧化性,在溶液中能氧化S2-、I-、Fe2+等离子
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
方法一: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。方法二: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。
1.自然界的氮循环如图所示。下列说法中,不正确的是(　C　)
A.工业合成氨属于人工固氮
B.雷电作用下N2与O2发生化学反应
C.在氮循环过程中不涉及氧化还原反应
D.含氮无机物与含氮有机物可相互转化
解析:工业合成氨是将N2与H2在一定条件下反应生成NH3,属于人工固氮,A正确;雷电作用下N2与O2发生化学反应生成NO,B正确;N2与O2生成NO的反应是氧化还原反应,所以在氮循环过程中涉及氧化还原反应,C错误;由氮循环的示意图可知,通过生物体可以将铵盐和蛋白质相互转化,实现了含氮无机物与含氮有机物的相互转化,D正确。
2.(2025·辽宁大连一模)下列关于氮及其氧化物的说法不正确的是(　C　)
A.氮的固定是将N2转化成含氮化合物
B.氮元素在自然界中既有游离态又有化合态
C.NO和NO2都可稳定存在于空气中
D.N2既可作氧化剂又可作还原剂
解析:氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程,如与豆类植物共生的根瘤菌,能吸收大气中的氮气,将其转化成含氮化合物,A正确;自然界中氮元素有游离态,如N2,也有化合态,如铵盐、硝酸盐等,B正确;NO不稳定,易与O2反应生成NO2,C错误;N2中N元素为0价,处于氮的中间价态,化合价既可以升高又可以降低,N2既可以作氧化剂又可以作还原剂,D正确。
3.在一支50 mL注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL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10 mL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(　C　)
A.现象①②,主要体现了NO不溶于水、具有还原性
B.现象②③,针筒示数:③<②
C.过程中若将空气10 mL改成15 mL,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
解析:在一支50 mL注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL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不溶于水;打开弹簧夹,快速吸入10 mL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10 mL改成15 mL,则氧气约有3 mL,20 mL NO和3 mL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。
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
化学方程式:4HNO32H2O+4NO2↑+O2↑。
为什么市售浓硝酸呈黄色 实验室保存浓硝酸的方法是什么
浓硝酸分解生成的NO2(红棕色)溶于浓硝酸中,使浓硝酸呈黄色;实验室将浓硝酸保存在棕色带有玻璃塞的细口试剂瓶中,并置于阴凉处。
(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(填化学方程式,下同)
稀硝酸与铜反应:3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
浓硝酸与铜反应:Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
②与非金属反应
浓硝酸与C反应:C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。
③与还原性物质反应
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、F等还原性物质。
稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式:3Fe2++4H++N===3Fe3++NO↑+2H2O。
向一定量的浓硝酸中加入过量的铜片。
(1)反应开始阶段产生红棕色气体,反应进行一段时间后又产生无色气体,为什么
随着反应的进行,浓硝酸变为稀硝酸,发生的反应依次为Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,反应一段时间后生成无色的NO。
(2)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,原因是什么
加入稀硫酸后,H+与原溶液中的N构成HNO3,又能与过量的铜反应。
(3)与有机化合物反应
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时变黄色。
一、硝酸的性质
1.(2026·山东青岛二中月考)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(　D　)
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
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,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。
2.(2026·辽宁沈阳期末)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(　D　)
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
解析:①中浓硝酸受热分解,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;③中红热木炭没有与浓硝酸接触,浓硝酸没有被加热,生成的红棕色气体NO2只能是挥发出的硝酸蒸气与红热木炭反应或受热分解,从生成的NO2看,都是来源于HNO3中+5价氮元素,所以红棕色气体是还原产物,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。
二、金属与硝酸反应的定量计算
3.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混合气体折算为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5.824 L,NO2的体积为5.376 L。
(2)参加反应的HNO3的物质的量是1.52 mol。
(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,原HNO3溶液中HNO3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H2O2溶液57.8 g。
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。根据气体折算为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,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N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,溶液中只有NaNO3,其物质的量为10-3aV mol,即以N形式留在溶液中的HNO3的物质的量为10-3aV mol,故c(HNO3)= mol·L-1。(4)由得失电子守恒得2×n(Cu)=2×n(H2O2),n(H2O2)=n(Cu)=0.51 mol,m(H2O2)=17.34 g,故需30%的H2O2溶液的质量为=57.8 g。
4.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Fe+N+4H+===Fe3++NO↑+2H2O。
(2)dc段表示的是Fe2+(填“Fe2+”或“Fe3+”)物质的量变化。
(3)x=0.1,y=0.2。
(4)反应至c点,可收集到标准状况下的气体为3.36 L。
解析:(3)在Oa段N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S元素守恒得n(H2SO4)=n(FeSO4)=0.2 mol,即y=0.2。
(4)Fe+N+4H+===Fe3++NO↑+2H2O
　　　0.1 mol　　　　　0.1 mol
Fe+2H+===Fe2++H2↑
　0.1 mol　　　0.05 mol
所以可收集到标准状况下的气体体积为(0.1 mol+0.05 mol)×22.4 L·mol-1=3.36 L。
金属与硝酸反应的思维模型
硝酸与铜的反应
【考题】　(2025·广东卷)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,HC恰好完全反应 D.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 (1)a中反应生成物有哪些 是否有颜色变化 (2)b中红棕色气体是什么 存在的反应有哪些 (3)气体通入c中会发生哪些反应 能否使溶液的颜色发生变化 (4)a中稀硝酸换为浓硫酸并加热,生成的气体能否与c中溶液反应 【答案】　C
【教材】　(人教版必修第二册P15)如图所示,在橡胶塞侧面挖一个凹槽,并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。向两支具支试管中分别加入2 mL浓硝酸和稀硝酸,用橡胶塞塞住试管口,使铜丝与硝酸接触,观察并比较实验现现象。向上拉铜丝,终止反应。 浓硝酸、稀硝酸与铜反应的化学方程式分别为: 4HNO3(浓)+Cu===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 8HNO3(稀)+3Cu===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O (1)铜与浓、稀硝酸反应生成的产物不同。 (2)用NaOH溶液可吸收反应后的尾气。 (3)铜与稀硝酸反应,开始时试管中液面会出现少量红棕色气体。
1.(2025·四川成都一模)某学生按图示方法进行实验,一段时间后,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。下列相应的推理或说法错误的是(　B　)
A.常温下3NO2+H2O===2HNO3+NO能自发进行,说明该反应ΔH<0
B.铜位于周期表第四周期第ⅠA族
C.锥形瓶内气体颜色先变深后变浅,说明铜与稀硝酸反应生成NO
D.锥形瓶中液面下降,最终铜丝与液面脱离接触,说明体系压强增大
解析:铜丝与稀硝酸反应生成一氧化氮气体,气体不断在锥形瓶中聚集,压强不断增大,把液体压到长颈漏斗,使长颈漏斗液面上升,最终铜丝与液体脱离接触,反应停止。常温下3NO2+H2O===2HNO3+NO为熵减反应,其能自发进行,说明该反应放热,故ΔH<0,A正确;铜为29号元素,位于周期表第四周期第ⅠB族,B错误;NO2为红棕色气体,NO为无色气体,锥形瓶内气体颜色先变深后变浅,说明铜与稀硝酸反应生成NO,C正确;根据分析,锥形瓶中液面下降,最终铜丝与液面脱离接触,说明体系压强增大,D正确。
2.(2025·河南安阳三模)为研究浓硝酸与Cu的反应,进行如图所示实验。下列说法不正确的是(　D　)
A.浓硝酸需存放在棕色试剂瓶中,滴入浓硝酸后,无须加热即可反应
B.反应开始后,试管中产生红棕色气体,说明浓硝酸具有氧化性
C.反应消耗0.05 mol Cu时,转移电子数为6.02×1022
D.若将铜片换成铝片,反应更剧烈,产生大量气体
解析:浓硝酸见光会分解,因此需存放在棕色试剂瓶中,浓硝酸具有强氧化性,与铜片接触后无须加热即可发生反应Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,A正确;反应开始后,试管中产生红棕色气体,即生成NO2,说明HNO3被还原生成NO2,HNO3为氧化剂,说明浓硝酸具有氧化性,B正确;铜与浓硝酸发生反应Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,铜元素化合价从0价升高到+2价,每消耗1 mol铜,转移2 mol电子,则当反应消耗0.05 mol Cu时,转移电子数为0.05 mol×2×6.02×1023 mol-1=6.02×1022,C正确;若将铜片换成铝片,将无明显现象,因为常温下铝会被浓硝酸氧化,在铝表面生成一层致密的薄膜,阻止反应进一步进行,D错误。
3.将铜丝插入浓硝酸中进行如图所示的实验,下列说法正确的是(　B　)
A.装置a中发生的反应属于置换反应
B.一段时间后抽出铜丝,向装置b注入水,b中气体红棕色变浅
C.注入水后装置b中铜片表面产生气泡,说明Cu与硝酸反应生成H2
D.装置c用NaOH溶液吸收尾气,说明NO和NO2均是酸性氧化物
解析:铜与浓硝酸反应无单质生成,不符合置换反应特点,A错误;一段时间后抽出铜丝,向装置b注入水,b中气体红棕色变浅,是因为二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮,B正确;注入水后装置b中铜片表面产生气泡,Cu与稀硝酸反应生成NO,C错误;酸性氧化物是和碱反应只能生成一种盐和水的氧化物,NO和NO2均不是酸性氧化物,D错误。
1.(2025·江苏卷)大气中的氮是取之不尽的天然资源。下列工业生产中以氮气作反应物的是(　A　)
A.工业合成氨 B.湿法炼铜
C.高炉炼铁 D.接触法制硫酸
解析:工业合成氨的原理为N2和H2反应生成NH3,氮气是直接反应物,A符合题意;湿法炼铜是通过Fe置换CuSO4中的Cu,反应不涉及氮气,B不符合题意;高炉炼铁中氮气作为空气成分进入高炉,但未参与还原铁矿石的主要反应,C不符合题意;接触法制硫酸时物质的转化过程均为含硫物质间的转化,氮气未参与反应,D不符合题意。
2.(2025·贵州卷)NaOH溶液可吸收硝酸工业尾气中的NOx,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　C　)
A.NaOH的电子式:Na+[︰︰H]-
B.NO和NO2在一定条件下可以相互转化
C.标准状况下,11.2 L NO2和N2O4混合物中原子总数为1.5NA
D.尾气处理中涉及的反应有:NO+NO2+2OH-===2N+H2O
解析:NaOH是离子化合物,由Na+和OH-构成,OH-内部O与H以共价键结合,电子式为Na+[︰︰H]-,书写正确,A正确;NO可被O2氧化为NO2,NO2与H2O反应可生成NO和HNO3,二者在一定条件下可相互转化,B正确;标准状况下,NO2和N2O4均不是气体,无法计算该混合物中的原子总数,C错误;NO与NO2在碱性环境中发生归中反应,生成N,题给离子方程式符合反应原理和守恒原则,D正确。
3.(2024·湖南卷)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率逐渐加快,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(　C　)
A.开始阶段铜丝表面气泡释放速率缓慢,原因是铜丝在稀硝酸中表面钝化
B.锥形瓶内出现了红棕色气体,表明铜和稀硝酸反应生成了NO2
C.红棕色逐渐变浅的主要原因是3NO2+H2O===2HNO3+NO
D.铜丝与液面脱离接触,反应停止,原因是硝酸消耗完全
解析:金属铜与稀硝酸不会发生钝化,开始阶段铜丝表面气泡释放速率缓慢,可能的原因是铜表面有氧化铜等,故A错误;由于装置内有空气,铜和稀硝酸反应生成的NO迅速被氧气氧化为红棕色的NO2,故B错误;装置内氧气逐渐被消耗,生成NO2的量逐渐达到最大值,同时装置内的NO2能与溶液中的H2O反应,化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO,气体颜色变浅,故C正确;由于该装置为密闭体系,锥形瓶内空气中氧气被完全消耗,铜和稀硝酸反应生成的NO无法排出,压强增大,逐渐将锥形瓶内液体压入长颈漏斗中,铜丝与液面脱离接触,反应停止,故D错误。
4.(2024·北京卷节选)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难挥发性。
(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4NH3+5O24NO+6H2O。
课时作业20(总分:60分)
1.(3分)(2026·山东泰安期中)氮及其化合物在生产生活中应用广泛。下列有关说法错误的是(　B　)
A.粮食储存中,N2可用作粮食的保护气
B.工业上把氨气转化成氮肥属于氮的固定
C.汽车尾气中排放的氮氧化物主要是由游离态氮转化来的
D.城市大气中碳氢化合物和氮氧化物等在阳光的作用下可能产生光化学烟雾
2.(3分)汽车尾气中的氮氧化物(NOx)与大气中的NH3发生如下作用,形成一种雾霾。下列有关该雾霾的叙述错误的是(　C　)
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
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,反应中元素的化合价没有发生变化,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。
3.(3分)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(　D　)
A.用装置甲制备NO
B.用装置乙干燥NO
C.用装置丙制备NaNO2
D.用装置丁处理尾气
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不符合题意;装置乙中碱石灰可干燥NO,故B不符合题意;丙中发生反应:2NO+Na2O2===2NaNO2,故C不符合题意;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符合题意。
4.(3分)(2025·内蒙古呼铁一中一模)如图所示,将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内,充分反应后,试管内残留体积的气体,该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为(　C　)
A.3︰2 B.2︰3
C.8︰3 D.3︰8
解析:该过程中涉及的反应有2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO,可将两个方程式“合并”为4NO+3O2+2H2O===4HNO3。剩余气体与空气接触立即变为红棕色,说明剩余气体为NO,则可知23,则m︰n=8︰3。
5.(3分)实验室可用KNO3固体与酸反应制取硝酸,其实验装置如图所示(加热装置已省略)。
下列说法错误的是(　B　)
A.该装置不用橡皮塞和橡皮管,可避免被酸腐蚀
B.制取硝酸时曲颈甑中盛放的是硝酸钾和稀硫酸
C.用流水冷却,可促进硝酸蒸气冷凝,避免形成酸雾
D.该装置用于制取液溴时,可在曲颈甑中加入NaBr、MnO2及浓硫酸
解析:硝酸具有强氧化性,会腐蚀橡皮塞和橡皮管,A项正确;该反应的原理是利用高沸点浓硫酸制备低沸点的硝酸,则曲颈甑中盛放的是硝酸钾和浓硫酸,B项错误;硝酸沸点低,用流水冷却,可促进硝酸蒸气冷凝,避免形成酸雾,C项正确;NaBr、MnO2及浓硫酸发生氧化还原反应生成硫酸钠、溴单质、硫酸锰和水,溴单质易挥发,故可用该装置制取液溴,D项正确。
6.(3分)(2025·黑龙江鹤岗一模)结合氮及其化合物“价—类”二维图及氧化还原反应的规律,下列分析或预测正确的是(　C　)
A.N2O3、NO2、N2O5均能与水反应生成酸,三者均为酸性氧化物
B.HNO3、HNO2、NaNO3、NH3的水溶液均可以导电,四者均属于电解质
C.联氨(N2H4)可能被亚硝酸(HNO2)氧化成氢叠氮酸(HN3)
D.硝酸具有较强的氧化性,可用稀硝酸溶解Au、Pt
解析:N2O3、N2O5为酸性氧化物,NO2溶于水生成硝酸和一氧化氮,NO2不是酸性氧化物,A错误;NH3溶于水后生成的一水合氨电离出阴、阳离子导电,一水合氨为电解质,氨气为非电解质,B错误;联氨(N2H4)中氮为-2价,从元素价态规律分析,可能被含有+3价氮的亚硝酸(HNO2)氧化成氢叠氮酸(HN3),C正确;硝酸具有较强的氧化性,但Au、Pt需要浓硝酸与浓盐酸配成的王水才可以溶解,D错误。
7.(3分)(2025·山东聊城期中)某同学为探究Al和N反应情况,做如下实验:
实验
现象 产生气泡,试管上方呈浅红棕色 产生大量气泡,能使湿润红色石蕊试纸变蓝 产生气泡,能使湿润红色石蕊试纸变蓝
下列说法正确的是(　D　)
A.实验Ⅰ中氧化剂与还原剂物质的量之比为3︰1
B.实验Ⅱ、Ⅲ说明铝粉只有在碱性或中性时才能将N还原到最低价
C.实验Ⅲ的离子反应为8Al+3N+5OH-+18H2O===3NH3↑+8[Al(OH)4]-
D.实验Ⅰ、Ⅱ消耗等量铝粉时,所得还原产物的物质的量之比为8︰3
解析:实验Ⅰ发生的反应为Al+4HNO3===Al(NO3)3+NO↑+2H2O,氧化剂为1个HNO3,还原剂为1个Al,物质的量之比为1︰1,A错误;实验Ⅱ为碱性条件下,实验Ⅲ为中性条件下,均生成能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体,该气体为NH3,只能说明N在碱性或中性时被还原到最低价,不能说明N只有在碱性或中性时才被还原到最低价,B错误;实验Ⅲ在中性条件下没有OH-的参与,离子反应为8Al+3N+18H2O===3NH3↑+3[Al(OH)4]-+5Al(OH)3↓,C错误;实验Ⅰ的还原产物为NO,实验Ⅱ的还原产物为NH3,消耗等量铝粉时,转移电子的物质的量相同,设转移a mol电子,所得还原产物的物质的量之比为 mol=8︰3,D正确。
8.(3分)下列有关实验操作、现象、解释或结论不正确的是(　A　)
选项 实验操作 现象 解释或结论
A 向过量的Fe粉中加入稀硝酸,充分反应后,滴入KSCN溶液 溶液呈红色 稀硝酸将Fe氧化为Fe3+
B 浓硝酸久置或光照 变黄色 HNO3不稳定,易分解
C Al箔插入浓硝酸中 无现象 Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的薄膜
D 用玻璃棒蘸取浓硝酸点到蓝色石蕊试纸上 试纸先变红色后褪色 浓硝酸具有酸性和强氧化性
解析:向过量的铁粉中加入稀硝酸反应生成Fe2+,加入KSCN溶液时,溶液颜色不变,故A错误;浓硝酸久置变黄是因为HNO3分解产生的NO2溶于浓硝酸,故B正确;Al箔遇浓硝酸发生钝化,故C正确;浓硝酸具有酸性和强氧化性,可使蓝色石蕊试纸先变红色后褪色,故D正确。
9.(3分)(2025·湖南衡阳模拟)铁与不同浓度HNO3溶液反应时各种还原产物的相对含量与HNO3浓度的关系如图所示,下列说法错误的是(　D　)
A.HNO3的浓度越小,其还原产物氮的价态越低的成分越多
B.硝酸与铁反应往往同时生成多种还原产物
C.当HNO3浓度为9.75 mol·L-1时,氧化剂与还原剂的物质的量之比可为15︰13
D.铁能与大于12.2 mol·L-1 HNO3溶液反应说明不存在“钝化”现象
解析:由题图可知,HNO3的浓度越小,N含量越高,这说明其还原产物氮的价态越低的成分越多,故A正确;由题图可知硝酸与铁反应往往同时生成多种还原产物,故B正确;当HNO3浓度为9.75 mol·L-1时,还原产物有NO、NO2和N2O,物质的量之比为其相对含量之比=10︰6︰2=5︰3︰1,假设NO是5 mol、NO2是3 mol、N2O是1 mol,则反应中转移电子的物质的量是26 mol,假设氧化产物是铁离子,则根据得失电子守恒可知还原剂的物质的量是 mol,所以根据原子守恒可知,氧化剂与还原剂的物质的量之比可为10 mol︰ mol=15︰13,故C正确;常温时,铁遇浓硝酸要发生钝化,铁能与大于12.2 mol·L-1 HNO3溶液反应,不能说明不存在“钝化”现象,故D错误。
10.(3分)(2025·安徽合肥模拟)某稀溶液中含有4 mol KNO3和2 mol H2SO4,向其中加入1.2 mol Fe,充分反应(已知N被还原为NO),最终溶液体积为1 L,下列说法正确的是(　B　)
A.所得溶液中c(N)=2.75 mol·L-1
B.所得溶液中c(Fe2+)︰c(Fe3+)=1︰1
C.反应后生成NO的体积为28 L(标准状况下)
D.所得溶液中的溶质只有FeSO4
解析:铁与稀硝酸完全反应生成硝酸铁、一氧化氮和水,反应的离子方程式为Fe+4H++N===Fe3++NO↑+2H2O,由离子方程式可知,4 mol H+完全反应消耗1 mol N,生成1 mol Fe3+、1 mol NO;则过量的Fe与反应生成的Fe3+反应生成Fe2+,反应的离子方程式为Fe+2Fe3+===3Fe2+,由离子方程式可知,过量的0.2 mol Fe消耗0.4 mol Fe3+、生成0.6 mol Fe2+,则反应后溶液中K+的物质的量为4 mol、Fe3+的物质的量为0.6 mol、Fe2+的物质的量为0.6 mol、N的物质的量为3 mol,浓度为=3 mol/L,故A错误;反应后溶液中Fe3+的物质的量为0.6 mol、Fe2+的物质的量为0.6 mol,则溶液中Fe3+和Fe2+的浓度之比为1︰1,故B正确;反应生成NO的物质的量为1 mol,则标准状况下NO的体积为1 mol×22.4 L/mol=22.4 L,故C错误;反应所得溶液中含有Fe3+、Fe2+、K+、S,则所得溶液中的溶质不可能只含有FeSO4,故D错误。
11.(14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的氨有关,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SO2、SO3、N2O5(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N2+3H22NH3。
(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4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O(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6NO+4NH35N2+6H2O。
12.(16分)(2025·河南周口模拟)某兴趣小组设计实验验证铜与浓硝酸、稀硝酸的反应,装置如图所示(夹持装置未画出):
实验一:验证铜与浓硝酸的反应
按图示连接好装置,　　　　后,装入试剂,关闭K2、K3,打开K1,一段时间后,再关闭K1,打开K2,加入足量的浓硝酸。
实验二:验证铜与稀硝酸的反应
待装置B中反应完全后……
回答下列有关问题:
(1)实验一中的横线上应填入的内容是检验装置的气密性;装置B中装浓硝酸的仪器名称是分液漏斗。
(2)实验一中“关闭K2、K3,打开K1”的目的是排尽装置内的空气,防止Cu与稀硝酸反应生成的NO被氧化。
(3)装置B中发生反应的离子方程式为Cu+2N+4H+===Cu2++2NO2↑+2H2O。
(4)实验二的后续操作顺序为bceda(填字母),打开止水夹后装置C的具支试管中的现象为液面上方出现红棕色气体。
a.打开止水夹　b.打开K1　c.打开K3,加入蒸馏水　
d.关闭K1　e.插入铜丝
(5)实验结束后,有同学观察到装置B中溶液呈绿色,装置C中溶液呈蓝色。小组同学认为颜色不同的原因可能如下:
猜想1:硝酸铜溶液的物质的量浓度不同,溶液颜色不同,浓度小时呈蓝色,浓度大时呈绿色。
猜想2:NO2溶解在硝酸铜溶液中,导致溶液颜色不同。
继续实验,打开K1,一段时间后,装置B中溶液变为蓝色,说明猜想2可能成立,请设计实验验证另一猜想的可能性:取装置C中的溶液适量于试管中,加入Cu(NO3)2固体,若溶液变为绿色,说明猜想1成立。
解析:研究铜与浓、稀硝酸反应的差异,先利用二氧化碳将装置中的空气排出,防止Cu与稀硝酸反应生成的NO被氧化,装置B中滴加浓硝酸时Cu与浓硝酸反应生成二氧化氮,在装置C中验证铜和稀硝酸的反应,最后进行尾气处理,以此来解答。(2)由于装置中含有空气,会干扰NO检验,所以实验一中“关闭K2、K3,打开K1”的目的是排尽装置内的空气,防止Cu与稀硝酸反应生成的NO被氧化。(3)装置B中浓硝酸和铜反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,发生反应的离子方程式为Cu+2N+4H+===Cu2++2NO2↑+2H2O。(4)实验二是验证铜与稀硝酸的反应,因此首先把生成的二氧化氮转化为稀硝酸,所以后续操作顺序为待装置B中反应完全后打开K1、K3,加入蒸馏水、插入铜丝、关闭K1、打开止水夹,即bceda,打开止水夹后氧气把NO氧化为二氧化氮,则装置C的具支试管中的现象为液面上方出现红棕色气体。(共83张PPT)
第五章　非金属及其化合物
第20讲　氮及其氧化物　硝酸
目
录
考点二　硝酸
课时作业
考点一　氮气及氮的氧化物
真题演练 感悟高考
复习目标
1.了解氮气和氮氧化物的性质,并能从物质类别和元素化合价角度预测物质性质。2.了解氮元素的单质及重要化合物在生产中的应用和对生态环境的影响。3.掌握硝酸的性质及应用。
一
考点一 氮气及氮的氧化物
1.氮的固定
游离
自然
人工
化合
2.氮气
(1)物理性质:无色、无味的气体,密度比空气略小,____溶于水。
(2)化学性质
写出有关反应的化学方程式:
①______________________;
②______________________;
③______________________。
难
3Mg+N2
Mg3N2
N2+3H2
2NH3
N2+O2
2NO
下列关于氮气的用途叙述中,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:_________________________________
_____。
微点助学
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
(1)氮有多种价态的氧化物,如N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等,其中属于酸性氧化物的是______和______。
(2)NO和NO2性质的比较
氮的氧化物 NO NO2
物理性质 ____色、无味、____溶于水的气体 ______色、有刺激性气味的气体,易液化,____溶于水
N2O3
N2O5
无
不
红棕
易
氮的氧化物 NO NO2
化 学 性 质 O2 2NO+O2===2NO2 不反应
H2O 不反应 _________________________
H2O、O2 _________________________ ___________________________
NaOH NO单独存在不反应 (NO2+NO+2NaOH=== 2NaNO2+H2O) 2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O
NH3 4NH3+6NO 　　　 5N2+ 6H2O 8NH3+6NO2 　　 　7N2+
12H2O
氧化性 有氧化性,但通常情况下表 现出还原性 强氧化性,在溶液中能氧化S2-、I-、Fe2+等离子
3NO2+H2O===2HNO3+NO
4NO+2H2O+3O2===4HNO3
4NO2+2H2O+O2===4HNO3
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
方法一: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。方法二: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。
微点助学
1.自然界的氮循环如图所示。下列说法中,不正确的是(　　)
A.工业合成氨属于人工固氮
B.雷电作用下N2与O2发生化
学反应
C.在氮循环过程中不涉及氧
化还原反应
D.含氮无机物与含氮有机物
可相互转化
C
解析:工业合成氨是将N2与H2在一定条件下反应生成NH3,属于人工固氮,A正确;雷电作用下N2与O2发生化学反应生成NO,B正确;N2与O2生成NO的反应是氧化还原反应,所以在氮循环过程中涉及氧化还原反应,C错误;由氮循环的示意图可知,通过生物体可以将铵盐和蛋白质相互转化,实现了含氮无机物与含氮有机物的相互转化,D正确。
2.(2025·辽宁大连一模)下列关于氮及其氧化物的说法不正确的是(　　)
A.氮的固定是将N2转化成含氮化合物
B.氮元素在自然界中既有游离态又有化合态
C.NO和NO2都可稳定存在于空气中
D.N2既可作氧化剂又可作还原剂
C
解析:氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程,如与豆类植物共生的根瘤菌,能吸收大气中的氮气,将其转化成含氮化合物,A正确;自然界中氮元素有游离态,如N2,也有化合态,如铵盐、硝酸盐等,B正确;NO不稳定,易与O2反应生成NO2,C错误;N2中N元素为0价,处于氮的中间价态,化合价既可以升高又可以降低,N2既可以作氧化剂又可以作还原剂,D正确。
3.在一支50 mL注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL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10 mL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不溶于水、具有还原性
B.现象②③,针筒示数:③<②
C.过程中若将空气10 mL改成15 mL,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
C
解析:在一支50 mL注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL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不溶于水;打开弹簧夹,快速吸入10 mL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10 mL改成15 mL,则氧气约有3 mL,20 mL NO和3 mL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。
二
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
化学方程式:________________________________。
4HNO3
2H2O+4NO2↑+O2↑
为什么市售浓硝酸呈黄色 实验室保存浓硝酸的方法是什么
浓硝酸分解生成的NO2(红棕色)溶于浓硝酸中,使浓硝酸呈黄色;实验室将浓硝酸保存在棕色带有玻璃塞的细口试剂瓶中,并置于阴凉处。
微点助学
(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(填化学方程式,下同)
稀硝酸与铜反应:___________________________________________。
浓硝酸与铜反应:__________________________________________。
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
②与非金属反应
浓硝酸与C反应:__________________________________________。
③与还原性物质反应
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、F等还原性物质。
稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式:_________________________
______________。
C+4HNO3(浓)
CO2↑+4NO2↑+2H2O
3Fe2++4H++N===3Fe3+
+NO↑+2H2O
向一定量的浓硝酸中加入过量的铜片。
(1)反应开始阶段产生红棕色气体,反应进行一段时间后又产生无色气体,为什么
随着反应的进行,浓硝酸变为稀硝酸,发生的反应依次为Cu+4HNO3(浓)
===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,反应一段时间后生成无色的NO。
(2)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,原因是什么
加入稀硫酸后,H+与原溶液中的N构成HNO3,又能与过量的铜反应。
微点助学
(3)与有机化合物反应
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时变黄色。
一、硝酸的性质
1.(2026·山东青岛二中月考)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
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,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。
D
2.(2026·辽宁沈阳期末)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
D
解析:①中浓硝酸受热分解,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;③中红热木炭没有与浓硝酸接触,浓硝酸没有被加热,生成的红棕色气体NO2只能是挥发出的硝酸蒸气与红热木炭反应或受热分解,从生成的NO2看,都是来源于HNO3中+5价氮元素,所以红棕色气体是还原产物,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。
二、金属与硝酸反应的定量计算
3.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混合气体折算为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。
解析: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。根据气体折算为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,V(NO)=0.26 mol×22.4 L·mol-1=5.824 L,V(NO2)=11.2 L-5.824 L=5.376 L。
5.824
5.376
(2)参加反应的HNO3的物质的量是___________。
解析:参加反应的HNO3分两部分:一部分显酸性,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。
1.52 mol
(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,原HNO3溶液中HNO3的浓度为
mol·L-1。
解析:HNO3在反应中一部分变成气体,一部分以N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,溶液中只有NaNO3,其物质的量为10-3aV mol,即以N形式留在溶液中的HNO3的物质的量为10-3aV mol,故c(HNO3)= 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H2O2溶液______ g。
解析:由得失电子守恒得2×n(Cu)=2×n(H2O2),n(H2O2)=n(Cu)=0.51 mol,m(H2O2)=17.34 g,故需30%的H2O2溶液的质量为=57.8 g。
57.8
4.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=_____。
Fe+N+4H+===Fe3++NO↑+2H2O
Fe2+
0.1
0.2
解析:在Oa段N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S元素守恒得n(H2SO4)=n(FeSO4)=0.2 mol,即y=0.2。
(4)反应至c点,可收集到标准状况下的气体为_______ L。
解析:Fe+N+4H+===Fe3++NO↑+2H2O
　　 　0.1 mol　　　　 　0.1 mol
Fe+2H+===Fe2++H2↑
　0.1 mol　 　0.05 mol
所以可收集到标准状况下的气体体积为(0.1 mol+0.05 mol)×22.4 L·mol-1
=3.36 L。
3.36
金属与硝酸反应的思维模型
思维建模
【考题】　(2025·广东卷)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,HC恰
好完全反应
D.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
真题展示
硝酸与铜的反应
(1)a中反应生成物有哪些 是否有颜色变化
(2)b中红棕色气体是什么 存在的反应有哪些
(3)气体通入c中会发生哪些反应 能否使溶液的颜色发生变化
(4)a中稀硝酸换为浓硫酸并加热,生成的气体能否与c中溶液反应
【答案】　C
【教材】　(人教版必修第二册P15)如图所示,在橡胶塞侧面挖一个凹槽,并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。向两支具支试管中分别加入2 mL浓硝酸和稀硝酸,用橡胶塞塞住试管口,使铜丝与硝酸接触,观察并比较实验现现象。向上拉铜丝,终止反应。
浓硝酸、稀硝酸与铜反应的化学方程式分别为:
4HNO3(浓)+Cu===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
8HNO3(稀)+3Cu===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
真题溯源
(1)铜与浓、稀硝酸反应生成的产物不同。
(2)用NaOH溶液可吸收反应后的尾气。
(3)铜与稀硝酸反应,开始时试管中液面会出现少量红棕色气体。
1.(2025·四川成都一模)某学生按图示方法进行实验,一段时间后,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。下列相应的推理或说法错误的是(　　)
A.常温下3NO2+H2O===2HNO3+NO能自发进行,
说明该反应ΔH<0
B.铜位于周期表第四周期第ⅠA族
C.锥形瓶内气体颜色先变深后变浅,说明铜与稀硝酸反应生成NO
D.锥形瓶中液面下降,最终铜丝与液面脱离接触,说明体系压强增大
B
解析:铜丝与稀硝酸反应生成一氧化氮气体,气体不断在锥形瓶中聚集,压强不断增大,把液体压到长颈漏斗,使长颈漏斗液面上升,最终铜丝与液体脱离接触,反应停止。常温下3NO2+H2O===2HNO3+NO为熵减反应,其能自发进行,说明该反应放热,故ΔH<0,A正确;铜为29号元素,位于周期表第四周期第ⅠB族,B错误;NO2为红棕色气体,NO为无色气体,锥形瓶内气体颜色先变深后变浅,说明铜与稀硝酸反应生成NO,C正确;根据分析,锥形瓶中液面下降,最终铜丝与液面脱离接触,说明体系压强增大,D正确。
2.(2025·河南安阳三模)为研究浓硝酸与Cu的反应,进行如图所示实验。下列说法不正确的是(　　)
A.浓硝酸需存放在棕色试剂瓶中,滴入浓硝酸后,无须
加热即可反应
B.反应开始后,试管中产生红棕色气体,说明浓硝酸
具有氧化性
C.反应消耗0.05 mol Cu时,转移电子数为6.02×1022
D.若将铜片换成铝片,反应更剧烈,产生大量气体
D
解析:浓硝酸见光会分解,因此需存放在棕色试剂瓶中,浓硝酸具有强氧化性,与铜片接触后无须加热即可发生反应Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+
2NO2↑+2H2O,A正确;反应开始后,试管中产生红棕色气体,即生成NO2,说明HNO3被还原生成NO2,HNO3为氧化剂,说明浓硝酸具有氧化性,B正确;铜与浓硝酸发生反应Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,铜元素化合价从0价升高到+2价,每消耗1 mol铜,转移2 mol电子,则当反应消耗0.05 mol Cu时,转移电子数为0.05 mol×2×6.02×1023 mol-1=6.02×
1022,C正确;若将铜片换成铝片,将无明显现象,因为常温下铝会被浓硝酸氧化,在铝表面生成一层致密的薄膜,阻止反应进一步进行,D错误。
3.将铜丝插入浓硝酸中进行如图所示的实验,下列说法正确的是(　　)
A.装置a中发生的反应属于置换反应
B.一段时间后抽出铜丝,向装置b注入水,b中气体红棕色变浅
C.注入水后装置b中铜片表面产生气泡,说明Cu与硝酸反应生成H2
D.装置c用NaOH溶液吸收尾气,说明NO和NO2均是酸性氧化物
B
解析:铜与浓硝酸反应无单质生成,不符合置换反应特点,A错误;一段时间后抽出铜丝,向装置b注入水,b中气体红棕色变浅,是因为二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮,B正确;注入水后装置b中铜片表面产生气泡,Cu与稀硝酸反应生成NO,C错误;酸性氧化物是和碱反应只能生成一种盐和水的氧化物,NO和NO2均不是酸性氧化物,D错误。
三
真题演练 感悟高考
1.(2025·江苏卷)大气中的氮是取之不尽的天然资源。下列工业生产中以氮气作反应物的是(　　)
A.工业合成氨 B.湿法炼铜
C.高炉炼铁 D.接触法制硫酸
解析:工业合成氨的原理为N2和H2反应生成NH3,氮气是直接反应物,A符合题意;湿法炼铜是通过Fe置换CuSO4中的Cu,反应不涉及氮气,B不符合题意;高炉炼铁中氮气作为空气成分进入高炉,但未参与还原铁矿石的主要反应,C不符合题意;接触法制硫酸时物质的转化过程均为含硫物质间的转化,氮气未参与反应,D不符合题意。
A
2.(2025·贵州卷)NaOH溶液可吸收硝酸工业尾气中的NOx,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　)
A.NaOH的电子式:Na+[︰︰H]-
B.NO和NO2在一定条件下可以相互转化
C.标准状况下,11.2 L NO2和N2O4混合物中原子总数为1.5NA
D.尾气处理中涉及的反应有:NO+NO2+2OH-===2N+H2O
C
解析:NaOH是离子化合物,由Na+和OH-构成,OH-内部O与H以共价键结合,电子式为Na+[︰︰H]-,书写正确,A正确;NO可被O2氧化为NO2,NO2与H2O反应可生成NO和HNO3,二者在一定条件下可相互转化,B正确;标准状况下,NO2和N2O4均不是气体,无法计算该混合物中的原子总数,C错误;NO与NO2在碱性环境中发生归中反应,生成N,题给离子方程式符合反应原理和守恒原则,D正确。
3.(2024·湖南卷)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率逐渐加快,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率缓慢,原因是铜丝在稀硝酸中表面钝化
B.锥形瓶内出现了红棕色气体,表明铜和稀硝酸反应生成了NO2
C.红棕色逐渐变浅的主要原因是3NO2+H2O===2HNO3+NO
D.铜丝与液面脱离接触,反应停止,原因是硝酸消耗完全
C
解析:金属铜与稀硝酸不会发生钝化,开始阶段铜丝表面气泡释放速率缓慢,可能的原因是铜表面有氧化铜等,故A错误;由于装置内有空气,铜和稀硝酸反应生成的NO迅速被氧气氧化为红棕色的NO2,故B错误;装置内氧气逐渐被消耗,生成NO2的量逐渐达到最大值,同时装置内的NO2能与溶液中的H2O反应,化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO,气体颜色变浅,故C正确;由于该装置为密闭体系,锥形瓶内空气中氧气被完全消耗,铜和稀硝酸反应生成的NO无法排出,压强增大,逐渐将锥形瓶内液体压入长颈漏斗中,铜丝与液面脱离接触,反应停止,故D错误。
4.(2024·北京卷节选)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
4NH3+5O2
4NO+6H2O
四
课时作业20
1.(3分)(2026·山东泰安期中)氮及其化合物在生产生活中应用广泛。下列有关说法错误的是(　　)
A.粮食储存中,N2可用作粮食的保护气
B.工业上把氨气转化成氮肥属于氮的固定
C.汽车尾气中排放的氮氧化物主要是由游离态氮转化来的
D.城市大气中碳氢化合物和氮氧化物等在阳光的作用下可能产生光化学烟雾
B
2.(3分)汽车尾气中的氮氧化物(NOx)与大气中的NH3发生如下作用,形成一种雾霾。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
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,反应中元素的化合价没有发生变化,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。
3.(3分)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NO
B.用装置乙干燥NO
C.用装置丙制备NaNO2
D.用装置丁处理尾气
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不符合题意;装置乙中碱石灰可干燥NO,故B不符合题意;丙中发生反应:2NO+Na2O2===2NaNO2,故C不符合题意;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符合题意。
4.(3分)(2025·内蒙古呼铁一中一模)如图所示,将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内,充分反应后,试管内残留体积的气体,该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为(　　)
A.3︰2 B.2︰3
C.8︰3 D.3︰8
C
解析:该过程中涉及的反应有2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+
NO,可将两个方程式“合并”为4NO+3O2+2H2O===4HNO3。剩余气体与空气接触立即变为红棕色,说明剩余气体为NO,则可知
23,则m︰n=
8︰3。
5.(3分)实验室可用KNO3固体与酸反应制取硝酸,其实验装置如图所示(加热装置已省略)。
下列说法错误的是(　　)
A.该装置不用橡皮塞和橡皮管,可避免被酸腐蚀
B.制取硝酸时曲颈甑中盛放的是硝酸钾和稀硫酸
C.用流水冷却,可促进硝酸蒸气冷凝,避免形成酸雾
D.该装置用于制取液溴时,可在曲颈甑中加入NaBr、MnO2及浓硫酸
B
解析:硝酸具有强氧化性,会腐蚀橡皮塞和橡皮管,A项正确;该反应的原理是利用高沸点浓硫酸制备低沸点的硝酸,则曲颈甑中盛放的是硝酸钾和浓硫酸,B项错误;硝酸沸点低,用流水冷却,可促进硝酸蒸气冷凝,避免形成酸雾,C项正确;NaBr、MnO2及浓硫酸发生氧化还原反应生成硫酸钠、溴单质、硫酸锰和水,溴单质易挥发,故可用该装置制取液溴,D项正确。
6.(3分)(2025·黑龙江鹤岗一模)结合氮及其化合物“价—类”二维图及氧化还原反应的规律,下列分析或预测正确的是(　　)
A.N2O3、NO2、N2O5均能与水反应生成
酸,三者均为酸性氧化物
B.HNO3、HNO2、NaNO3、NH3的水溶
液均可以导电,四者均属于电解质
C.联氨(N2H4)可能被亚硝酸(HNO2)氧化
成氢叠氮酸(HN3)
D.硝酸具有较强的氧化性,可用稀硝酸溶解Au、Pt
C
解析:N2O3、N2O5为酸性氧化物,NO2溶于水生成硝酸和一氧化氮,NO2不是酸性氧化物,A错误;NH3溶于水后生成的一水合氨电离出阴、阳离子导电,一水合氨为电解质,氨气为非电解质,B错误;联氨(N2H4)中氮为-2价,从元素价态规律分析,可能被含有+3价氮的亚硝酸(HNO2)氧化成氢叠氮酸(HN3),C正确;硝酸具有较强的氧化性,但Au、Pt需要浓硝酸与浓盐酸配成的王水才可以溶解,D错误。
7.(3分)(2025·山东聊城期中)某同学为探究Al和N反应情况,做如下实验:
实验
现象 产生气泡,试管上方呈浅红棕色 产生大量气泡,能使湿润红色石蕊试纸变蓝 产生气泡,能使湿润红色石蕊试纸变蓝
下列说法正确的是(　　)
A.实验Ⅰ中氧化剂与还原剂物质的量之比为3︰1
B.实验Ⅱ、Ⅲ说明铝粉只有在碱性或中性时才能将N还原到最低价
C.实验Ⅲ的离子反应为8Al+3N+5OH-+18H2O===3NH3↑+8[Al(OH)4]-
D.实验Ⅰ、Ⅱ消耗等量铝粉时,所得还原产物的物质的量之比为8︰3
D
解析:实验Ⅰ发生的反应为Al+4HNO3===Al(NO3)3+NO↑+2H2O,氧化剂为1个HNO3,还原剂为1个Al,物质的量之比为1︰1,A错误;实验Ⅱ为碱性条件下,实验Ⅲ为中性条件下,均生成能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体,该气体为NH3,只能说明N在碱性或中性时被还原到最低价,不能说明N只有在碱性或中性时才被还原到最低价,B错误;实验Ⅲ在中性条件下没有OH-的参与,离子反应为8Al+3N+18H2O===3NH3↑+3[Al(OH)4]-+5Al(OH)3↓,C错误;实验Ⅰ的还原产物为NO,实验Ⅱ的还原产物为NH3,消耗等量铝粉时,转移电子的物质的量相同,设转移a mol电子,所得还原产物的物质的量之比为 mol=8︰3,D正确。
8.(3分)下列有关实验操作、现象、解释或结论不正确的是(　　)
选项 实验操作 现象 解释或结论
A 向过量的Fe粉中加入稀硝酸,充分反应后,滴入KSCN溶液 溶液呈红色 稀硝酸将Fe氧化为Fe3+
B 浓硝酸久置或光照 变黄色 HNO3不稳定,易分解
C Al箔插入浓硝酸中 无现象 Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的薄膜
D 用玻璃棒蘸取浓硝酸点到蓝色石蕊试纸上 试纸先变红色后褪色 浓硝酸具有酸性和强氧化性
A
解析:向过量的铁粉中加入稀硝酸反应生成Fe2+,加入KSCN溶液时,溶液颜色不变,故A错误;浓硝酸久置变黄是因为HNO3分解产生的NO2溶于浓硝酸,故B正确;Al箔遇浓硝酸发生钝化,故C正确;浓硝酸具有酸性和强氧化性,可使蓝色石蕊试纸先变红色后褪色,故D正确。
9.(3分)(2025·湖南衡阳模拟)铁与不同浓度HNO3溶液反应时各种还原产物的相对含量与HNO3浓度的关系如图所示,下列说法错误的是(　　)
A.HNO3的浓度越小,其还原产物氮的价态越
低的成分越多
B.硝酸与铁反应往往同时生成多种还原产物
C.当HNO3浓度为9.75 mol·L-1时,氧化剂与
还原剂的物质的量之比可为15︰13
D.铁能与大于12.2 mol·L-1 HNO3溶液反应说明不存在“钝化”现象
D
解析:由题图可知,HNO3的浓度越小,N含量越高,这说明其还原产物氮的价态越低的成分越多,故A正确;由题图可知硝酸与铁反应往往同时生成多种还原产物,故B正确;当HNO3浓度为9.75 mol·L-1时,还原产物有NO、NO2和N2O,物质的量之比为其相对含量之比=10︰6︰2=5︰3︰1,假设NO是5 mol、NO2是3 mol、N2O是1 mol,则反应中转移电子的物质的量是26 mol,假设氧化产物是铁离子,则根据得失电子守恒可知还原剂的物质的量是 mol,所以根据原子守恒可知,氧化剂与还原剂的物质的量之比可为10 mol︰ mol=15︰13,故C正确;常温时,铁遇浓硝酸要发生钝化,铁能与大于12.2 mol·L-1 HNO3溶液反应,不能说明不存在“钝化”现象,故D错误。
10.(3分)(2025·安徽合肥模拟)某稀溶液中含有4 mol KNO3和2 mol H2SO4,向其中加入1.2 mol Fe,充分反应(已知N被还原为NO),最终溶液体积为1 L,下列说法正确的是(　　)
A.所得溶液中c(N)=2.75 mol·L-1
B.所得溶液中c(Fe2+)︰c(Fe3+)=1︰1
C.反应后生成NO的体积为28 L(标准状况下)
D.所得溶液中的溶质只有FeSO4
B
解析:铁与稀硝酸完全反应生成硝酸铁、一氧化氮和水,反应的离子方程式为Fe+4H++N===Fe3++NO↑+2H2O,由离子方程式可知,4 mol H+完全反应消耗1 mol N,生成1 mol Fe3+、1 mol NO;则过量的Fe与反应生成的Fe3+反应生成Fe2+,反应的离子方程式为Fe+2Fe3+===3Fe2+,由离子方程式可知,过量的0.2 mol Fe消耗0.4 mol Fe3+、生成0.6 mol Fe2+,则反应后溶液中K+的物质的量为4 mol、Fe3+的物质的量为0.6 mol、Fe2+的物质的量为0.6 mol、N
的物质的量为3 mol,浓度为=3 mol/L,故A错误;反应后溶液中Fe3+的物质的量为0.6 mol、Fe2+的物质的量为0.6 mol,则溶液中Fe3+和Fe2+的浓度之比为1︰1,故B正确;反应生成NO的物质的量为1 mol,则标准状况下NO的体积为1 mol×22.4 L/mol=22.4 L,故C错误;反应所得溶液中含有Fe3+、Fe2+、K+、S,则所得溶液中的溶质不可能只含有FeSO4,故D错误。
11.(14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的氨有关,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)。
SO2、SO3、
N2O5
(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_________________________________。
N2+3H2
2NH3
4HNO3
4NO2↑+O2↑+2H2O
6NO+4NH3
5N2+6H2O
12.(16分)(2025·河南周口模拟)某兴趣小组设计实验验证铜与浓硝酸、稀硝酸的反应,装置如图所示(夹持装置未画出):
实验一:验证铜与浓硝酸的反应
按图示连接好装置,________后,装入试
剂,关闭K2、K3,打开K1,一段时间后,
再关闭K1,打开K2,加入足量的浓硝酸。
实验二:验证铜与稀硝酸的反应
待装置B中反应完全后……
回答下列有关问题:
(1)实验一中的横线上应填入的内容是_________________;装置B中装浓硝酸的仪器名称是_________。
检验装置的气密性
分液漏斗
(2)实验一中“关闭K2、K3,打开K1”的目的是________________________
____________________________。
解析:研究铜与浓、稀硝酸反应的差异,先利用二氧化碳将装置中的空气排出,防止Cu与稀硝酸反应生成的NO被氧化,装置B中滴加浓硝酸时Cu与浓硝酸反应生成二氧化氮,在装置C中验证铜和稀硝酸的反应,最后进行尾气处理,以此来解答。由于装置中含有空气,会干扰NO检验,所以实验一中“关闭K2、K3,打开K1”的目的是排尽装置内的空气,防止Cu与稀硝酸反应生成的NO被氧化。
排尽装置内的空气,防止Cu
与稀硝酸反应生成的NO被氧化
(3)装置B中发生反应的离子方程式为________________________________
_________。
解析:装置B中浓硝酸和铜反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,发生反应的离子方程式为Cu+2N+4H+===Cu2++2NO2↑+2H2O。
Cu+2N+4H+===Cu2++2NO2↑
+2H2O
(4)实验二的后续操作顺序为_________(填字母),打开止水夹后装置C的具支试管中的现象为_______________________。
a.打开止水夹　b.打开K1　c.打开K3,加入蒸馏水　d.关闭K1　e.插入铜丝
解析:实验二是验证铜与稀硝酸的反应,因此首先把生成的二氧化氮转化为稀硝酸,所以后续操作顺序为待装置B中反应完全后打开K1、K3,加入蒸馏水、插入铜丝、关闭K1、打开止水夹,即bceda,打开止水夹后氧气把NO氧化为二氧化氮,则装置C的具支试管中的现象为液面上方出现红棕色气体。
bceda
液面上方出现红棕色气体
(5)实验结束后,有同学观察到装置B中溶液呈绿色,装置C中溶液呈蓝色。小组同学认为颜色不同的原因可能如下:
猜想1:硝酸铜溶液的物质的量浓度不同,溶液颜色不同,浓度小时呈蓝色,浓度大时呈绿色。
猜想2:NO2溶解在硝酸铜溶液中,导致溶液颜色不同。
继续实验,打开K1,一段时间后,装置B中溶液变为蓝色,说明______可能成立,请设计实验验证另一猜想的可能性:______________________________
_______________________________________________。
猜想2
取装置C中的溶液适量于试管中,
加入Cu(NO3)2固体,若溶液变为绿色,说明猜想1成立
Thank you
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