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第42讲　氮及其氧化物　硝酸的工业制法
复习要求　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。
考点一　氮及其氧化物
【知识梳理】
1.自然界中氮元素的存在和氮的固定
小题对点过
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。(　　)
答案　①√　②×　③×　④√
2.氮气
(1)氮气的结构
电子式:︰N N︰，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)化学性质
氮氮三键的键能大、氮气化学性质较稳定。
小题对点过
(1)写出标号反应的化学方程式:
①________________；
②________________；
③________________。
(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________。
答案　(1)①3Mg＋N2Mg3N2
②N2＋3H22NH3
③N2＋O22NO
(2)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.氮的氧化物
氮的多种氧化物:O、O、O3、O2、O4、O5。
(1)N2O俗称笑气，可以致人发笑，有轻微麻醉作用。
(2)N2O3、N2O5是HNO2、HNO3相应的酸性氧化物(或酸酐)。
(3)NO2与N2O4可相互转化2NO2N2O4。
(4)NO与NO2的比较
NO NO2
颜色 无色 红棕色
毒性 有毒 有毒
溶解性 不溶于水 易溶于水
与O2或与H2O反应 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
收集方法 排水法 向上排空气法
与人体、环境的关系 ①与血红蛋白结合，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
小题对点过
(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:_______________________________。
答案　(1)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
(2)鉴别方法有:①AgNO3溶液、②CCl4、③水洗法
【知能通关】
(一)氮气的性质与应用
1.下列说法错误的是(　　)
A.氮气的化学性质稳定，可用作灯泡的保护气
B.自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3
C.“雷蟠电掣云滔滔，夜半载雨输亭皋”涉及反应:N2＋O22NO
D.在N2与Mg反应生成Mg3N2的过程中，N2作氧化剂
答案　B
解析　氮气分子中含有氮氮三键，化学性质稳定，所以常用作灯泡的保护气，A正确；自然固氮、人工固氮都是将N2转化为含氮化合物，但不一定是转化为NH3，B错误；雷雨天气，N2和O2在放电条件下反应生成NO，涉及反应:N2＋O22NO，C正确；在N2与Mg反应生成Mg3N2的过程中，N2作氧化剂，D正确。
(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
答案　C
解析　A.能和碱反应生成盐和水的氧化物是酸性氧化物，一氧化氮和碱不反应，所以是不成盐氧化物，A错误；B.电闪雷鸣的雨天，N2和O2在放电条件下生成NO，N2＋O22NO，B错误；C.一氧化氮是一种无色气体，具有还原性能被氧气等氧化剂氧化，氧化后产生二氧化氮，C正确；D.一氧化氮是一种无色、难溶于水的气体，在空气中易被氧化成红棕色的二氧化氮，故一氧化氮能用排水法收集，不能用排空气法收集，D错误。
3.下列装置或操作不能达到相应实验目的的是(　　)
A B C D
生成NO2 收集NO2 吸收NO2尾气 使NO2充分转化为HNO3
答案　B
解析　A.浓硝酸与铜反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3 )2＋2NO2↑＋2H2O，发生装置可用分液漏斗与圆底烧瓶，A选项正确；B.NO2的密度大于空气密度，应该用“长进短出”法收集NO2，B选项错误；C.NO2与NaOH发生歧化反应:2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2 ＋H2O，可用NaOH溶液吸收 NO2尾气，C选项正确；D.若不通入O2，则NO2与H2O反应的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，此时只有的NO2转化成HNO3；若通入O2，则化学方程式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，NO2可以完全转化为HNO3，D选项正确。
考点二　硝酸的工业制法　氮氧化物的危害与治理
　　　　　　　　　　　　　　　　
【知识梳理】
1.硝酸工业制法
工业制硝酸的原理如图:
小题对点过
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。_______________
_______________________________。
答案　雷电发生时，生成的HNO3跟土壤作用生成硝酸盐，N被植物吸收。化学方程式为N2＋O22NO，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
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。
小题对点过
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:_________________
________________。
答案　(1)2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
(2)NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
(3)≥　补充适量空气
【知能通关】
(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
答案　D
解析　A对，氨氧化法是工业上制取硝酸的主要途径，主要流程:一是氨的催化氧化，二是NO的转化，三是NO2的吸收。B对，雷电固氮过程中，发生N2NONO2HNO3。C对，由图示知，所有转化过程中均存在氮元素化合价的变化。D错，反应③是含氮化合物之间的转化，不是氮的固定。
2.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1.5
②x可能等于4.5
③x可能等于12
④剩余气体为红棕色气体
⑤剩余气体为无色气体
A.①③⑤ B.①②④
C.①②⑤ D.②③⑤
答案　A
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
答案　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_______________________________。
(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________________。
答案　(1)NO＋NO2＋Ca(OH)2===Ca(NO2)2＋H2O　(2)使NO、NO2与石灰乳充分接触，加快吸收速率，提高吸收效率　(3)产品中含有Ca(NO3)2　NO不能完全吸收，污染空气　(4)3N＋2H＋===N＋2NO↑＋H2O
我的收获
知识建构 感悟笔记
1.方法规律:　　　　　　　　　　　 　　　　　　　 　　　　 　　　　　　　　　 　　 2.盲点误区:　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　 　　　　　　　　 　　　
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”
答案　A
解析　A.自然固氮是将N2 转化为含氮化合物，不一定是转化为NH3，比如雷电固氮是将N2转化为NO，错误；B.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl 为原料制备NaHCO3 和NH4Cl，反应的化学方程式为H2O＋NH3＋CO2＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl，正确；C.工业上通过NH3 催化氧化等反应过程生产HNO3，相关的化学反应方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O、2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO、4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，正确；D.氮元素在自然界中既有游离态又有化合态，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”，正确。
2.(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
答案　C
解析　反应(Ⅰ)为N2＋O22NO，反应(Ⅱ)为2NO＋2CON2＋2CO2，则甲为N2，乙为CO2。N2是空气中体积分数最大的气体，A项正确；CO2是引起温室效应的气体之一，B项正确；反应(Ⅰ)在高温条件下发生，常温下不发生，C项错误；反应(Ⅱ)中氮元素化合价降低，NO作氧化剂，D项正确。
3.(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_______________________________。
(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。
①电极a表面生成N的电极反应式:_______________________________。
②研究发现:N2转化可能的途径为N2NON。电极a表面还发生H2OO2。ⅲ的存在，有利于途径ⅱ，原因是_______________________________。
(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。
答案　(1)难挥发性
(2)4NH3＋5O24NO＋6H2O
(3)①N2－10e－＋6H2O===2N＋12H＋
②O2将NO氧化成NO2，NO2更易转化成N
(4)N2中存在氮氮三键，键能高，断裂时需要较大的能量
解析　(1)该反应为复分解反应，生成的HNO3为气体，能促进反应正向进行，浓硫酸体现了酸性和难挥发性。(2)第Ⅰ步反应为氨气催化氧化生成NO的反应，化学方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O。(3)①电极a上N2转化为N，氮元素化合价升高，发生失电子的氧化反应，结合电解制备的是HNO3知，电极a的电极反应式为N2－10e－＋6H2O===2N＋12H＋。②反应ⅲ生成的O2能将NO氧化成NO2，NO2更易转化成N，故ⅲ的存在有利于途径ⅱ。(4)N2中存在氮氮三键，键能高，断裂时需要较大的能量，故人工固氮是高能耗的过程。
1.高考热点:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.新考法新角度:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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
答案　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
答案　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
答案　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NO2
C.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
答案　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0.2NA
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
答案　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===4HNO3
D.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
答案　B
解析　A.豆科植物的根瘤菌能将大气中的氮气直接转化为含氮化合物，属于生物固氮，故A正确；B.“雷雨发庄稼”原理是雷电作用下N2与O2转化为NO，因此与历程①有关，故B错误；C.若历程②为NO转化为N，总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，故C正确；D.含氮有机物可被微生物分解为N，无机物可被植物吸收转化为有机氮，说明含氮有机物和无机物可相互转化，故D正确。
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∶1
答案　B
解析　A.游离态的氮转化为化合态氮的过程成为氮的固定，反应①属于氮的固定，反应②不属于，A错误；B.反应②中氮元素由H3升为O被氧化，反应③中氮元素由O被氧化，B正确；C.NO和NO2都不是酸性氧化物，C错误；D.反应④方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氮元素自身发生氧化还原反应，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2，D错误。
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 mL
D.所得硝酸溶液的浓度约为0.07 mol·L－1
答案　A
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________________。
(5)治理汽车尾气的一种方法是用催化剂使NO与CO发生反应:2NO＋2CO2CO2＋N2。当生成2 mol N2时，被还原的NO为________mol。
答案　(1)红棕色　(2)N2＋O22NO　(3)NO2
(4)HNO3　(5)4
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。
能力提升
10.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
答案　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。则可知体积的NO气体与n体积的O2恰好完全反应生成HNO3。结合反应关系可得:，则m∶n＝8∶3。
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:
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
答案　D
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________________。
(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。
答案　(1)检验CO是否转化为CO2　(2)出现红棕色气体　(3)无尾气处理装置　(4)2xCO＋2NOxN2＋2xCO2　(5)a∶b≥1∶1(或a≥b)　
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)由于尾气中仍残留未反应的一氧化氮和一氧化碳，所以该装置的不完善之处是无尾气处理装置。(5)依据反应2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2、NO2＋NO＋Na2CO3===2NaNO2＋CO2可知，二氧化氮和一氧化氮的物质的量之比大于或等于1∶1，气体才会反应完全。与二氧化氮和一氧化氮反应的碳酸钠的物质的量为 mol，与二氧化氮单独反应的碳酸钠的物质的量为 mol，所以碳酸钠的物质的量浓度为 mol·L－1。
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________。
(3)研究不同温度下经酸化处理的Ca(ClO)2溶液对NO脱除率的影响，结果如图所示。在60~80 ℃ 时，NO 脱除率下降的原因是_______________________________。
(4)同时净化废气中二氧化硫和氮的氧化物的方法，将其转化为硫酸和硝酸，工艺流程如图所示。
各室中发生的反应如下:
氧化室:NO2＋SO2＋H2O===H2SO4＋NO
清除室:NO＋NO2===N2O3、N2O3＋2H2SO4===2NOHSO4 (固体)＋H2O
分解室:4NOHSO4 (固体)＋O2＋2H2O===4H2SO4＋4NO2
物质 X 和 Y 分别为________、________(填化学式)。写出SO2、O2与H2O反应生成H2SO4 的化学方程式:________________。
答案　(1)3O3＋2NO＋H2O===2HNO3＋3O2
(2)1∶3　(3)HClO受热分解，溶液中HClO的浓度减小，氧化NO的能力下降；温度升高，NO溶解度降低，NO的脱除率下降　(4)NO2　H2SO4　2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4
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 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，设NO、NO2物质的量分别为x mol、y mol，则有x＋y＝6，根据得失电子守恒得到2x＋4y＝7×3，解得x＝1.5，y＝4.5，则混合气体中NO和NO2的物质的量之比1∶3。(3)研究不同温度下经酸化处理的Ca(ClO)2溶液对NO脱除率的影响，根据图中信息在60~80 ℃ 时，Ca(ClO)2溶液经酸化得到次氯酸，由于温度升高，生成的次氯酸受热分解，导致HClO的浓度降低，其氧化能力减弱，因此NO 脱除率下降；温度升高，NO溶解度降低，NO的脱除率下降。(4)根据氧化室中反应，说明物质 X为NO2，根据清除室的反应，说明物质 Y为H2SO4。根据图中信息得到SO2、O2与H2O反应生成H2SO4 的化学方程式:2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4。(共77张PPT)
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
氮的多种氧化物:O、O、O3、O2、O4、O5。
(1)N2O俗称笑气，可以致人发笑，有轻微麻醉作用。
(2)N2O3、N2O5是_________、_________相应的酸性氧化物(或酸酐)。
HNO2
HNO3
(4)NO与NO2的比较
红棕
NO NO2
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===2NO2
3NO2+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
C
3.下列装置或操作不能达到相应实验目的的是(　　)
B
A B C D

生成NO2 收集NO2 吸收NO2尾气 使NO2充分转化为HNO3
解析　A.浓硝酸与铜反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3 )2+ 2NO2↑+2H2O，发生装置可用分液漏斗与圆底烧瓶，A选项正确；B.NO2的密度大于空气密度，应该用“长进短出”法收集NO2，B选项错误；C.NO2与NaOH发生歧化反应:2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2 +H2O，可用NaOH溶液吸收 NO2尾气，C选项正确；D.若不通入O2，则NO2与H2O反应的化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO，此时只有的NO2转化成HNO3；若通入O2，则化学方程式为4NO2+O2+2H2O===4HNO3，NO2可以完全转化为HNO3，D选项正确。
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
D
2.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1.5
②x可能等于4.5
③x可能等于12
④剩余气体为红棕色气体
⑤剩余气体为无色气体
A.①③⑤ B.①②④
C.①②⑤ D.②③⑤
A
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)2
NO不能完全吸收，污染空气
3N+2H+===N+2NO↑+H2O
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”
A
2.(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
C
3.(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。
①电极a表面生成N的电极反应式:
_________________________________________。
N2-10e-+6H2O===2N+12H+
O2将NO氧化成NO2，NO2更易转化成N
(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
解析　(3)①电极a上N2转化为N，氮元素化合价升高，发生失电子的氧化反应，结合电解制备的是HNO3知，电极a的电极反应式为N2-10e-+6H2O=== 2N+12H+。②反应ⅲ生成的O2能将NO氧化成NO2，NO2更易转化成N，故ⅲ的存在有利于途径ⅱ。(4)N2中存在氮氮三键，键能高，断裂时需要较大的能量，故人工固氮是高能耗的过程。
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NO2
C.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0.2NA
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
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=== 4HNO3
D.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
解析　A.豆科植物的根瘤菌能将大气中的氮气直接转化为含氮化合物，属于生物固氮，故A正确；B.“雷雨发庄稼”原理是雷电作用下N2与O2转化为NO，因此与历程①有关，故B错误；C.若历程②为NO转化为N，总反应为4NO+3O2 +2H2O===4HNO3，故C正确；D.含氮有机物可被微生物分解为N，无机物可被植物吸收转化为有机氮，说明含氮有机物和无机物可相互转化，故D正确。
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∶1
B
解析　A.游离态的氮转化为化合态氮的过程成为氮的固定，反应①属于氮的固定，反应②不属于，A错误；B.反应②中氮元素由H3升为O被氧化，反应③中氮元素由O被氧化，B正确；C.NO和NO2都不是酸性氧化物，C错误；D.反应④方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO，氮元素自身发生氧化还原反应，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2，D错误。
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 mL
D.所得硝酸溶液的浓度约为0.07 mol·L-1
A
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
NO2
HNO3
4
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。
能力提升
10.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。则可知体积的NO气体与n体积的O2恰好完全反应生成HNO3。结合反应关系可得:，则m∶n＝8∶3。
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===4HNO3
D.每制备0.4 mol HNO3，转移电子数约为6.02×1022
D
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)
　
解析　(3)由于尾气中仍残留未反应的一氧化氮和一氧化碳，所以该装置的不完善之处是无尾气处理装置。(5)依据反应2NO2+Na2CO3===NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO3===2NaNO2+CO2可知，二氧化氮和一氧化氮的物质的量之比大于或等于1∶1，气体才会反应完全。与二氧化氮和一氧化氮反应的碳酸钠的物质的量为 mol，与二氧化氮单独反应的碳酸钠的物质的量为 mol，所以碳酸钠的物质的量浓度为 mol·L-1。
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+3O2
1∶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 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，设NO、NO2物质的量分别为x mol、y mol，则有x+y＝6，根据得失电子守恒得到2x+4y＝7×3，解得x＝1.5，y＝4.5，则混合气体中NO和NO2的物质的量之比1∶3。
(3)研究不同温度下经酸化处理的Ca(ClO)2溶液对NO脱除率的影响，结果如图所示。在60~80 ℃ 时，NO 脱除率下降的原因是____________________________ _____________________________________________________________________。
HClO受热分解，溶液中HClO的
浓度减小，氧化NO的能力下降；温度升高，NO溶解度降低，NO的脱除率下降
解析　(3)研究不同温度下经酸化处理的Ca(ClO)2溶液对NO脱除率的影响，根据图中信息在60~80 ℃ 时，Ca(ClO)2溶液经酸化得到次氯酸，由于温度升高，生成的次氯酸受热分解，导致HClO的浓度降低，其氧化能力减弱，因此NO 脱除率下降；温度升高，NO溶解度降低，NO的脱除率下降。
(4)同时净化废气中二氧化硫和氮的氧化物的方法，将其转化为硫酸和硝酸，工艺流程如图所示。
各室中发生的反应如下:
氧化室:NO2+SO2+H2O===H2SO4+NO
清除室:NO+NO2===N2O3、N2O3+2H2SO4===2NOHSO4 (固体)+H2O
分解室:4NOHSO4 (固体)+O2+2H2O===4H2SO4+4NO2
物质 X 和 Y 分别为________、________(填化学式)。写出SO2、O2与H2O反应生成H2SO4 的化学方程式:___________________________。
NO2
H2SO4
2SO2+O2+2H2O===2H2SO4
解析　(4)根据氧化室中反应，说明物质 X为NO2，根据清除室的反应，说明物质 Y为H2SO4。根据图中信息得到SO2、O2与H2O反应生成H2SO4 的化学方程式:2SO2+O2+2H2O===2H2SO4。
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