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氮及其化合物
一、硝酸的性质
1．物理性质
2．化学性质
（1）酸性：在水中的电离方程式为_______________。
（2）不稳定性：浓硝酸见光或受热会发生分解，化学方程式为___________________________________。
根据浓硝酸的性质分析浓硝酸应该如何保存？
（3）强氧化性：
①：
实验装置
稀硝酸
浓硝酸
实验
现象
反应缓慢，有少量气泡产生，_____
_____，试管口有红棕色气体产生
反应剧烈，有__________产生，__________，液面上有________气体产生
实验
结论
铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成___气体
铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成___气体
【巧判断】
（1）硝酸的浓度越大，其氧化性越强。（　　）
（2）铜与浓硝酸反应只能生成二氧化氮气体。（　　）
（3）在铜与硝酸的反应中硝酸只表现氧化性。（　　）
②强氧化性的表现：
写出下列有关反应的化学方程式：
a．与金属反应：
稀硝酸与铜反应：______________________________________________。
浓硝酸与铜反应：____________________________________________。
b．与非金属反应：
浓硝酸与红热的C（被氧化为CO2）的反应为___________________________________________。
某同学在实验室取出一瓶浓硝酸，发现溶液显黄色，与教材中关于硝酸的描述出现偏差。
（1）你能帮助该同学解释一下原因吗？
（2）你能帮助该同学去除硝酸的黄色吗？
《本草纲目拾遗》记载：（硝酸）西洋人所造，性最猛，能蚀五金。王怡堂先生云：其水至强，五金八石皆能穿滴，惟玻璃可盛。
上述描述体现了硝酸的哪些性质呢？
3．硝酸的用途与工业制法
（1）用途：
（2）工业制法：
①工业流程：
②写出有关化学方程式：
N2→NH3：
________________________。
NH3→NO：
__________________________。
NO→NO2：
___________________。
NO2→HNO3：
________________________。
二、酸雨及防治
1．SO2与NO2的主要来源、危害和防治
2．酸雨
（1）概念：pH<____的降水。正常雨水由于溶解了CO2，其pH约为5.6。
（2）成因：主要是大气中的___与___溶于水形成的。
（3）危害：
①直接损伤农作物、破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化。
②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。
知识点一　硝酸的强氧化性
【重点释疑】
1．规律
（1）硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。
（2）浓硝酸的还原产物是NO2，稀硝酸的还原产物是NO。
（3）还原剂一般被氧化为最高价态。
2．表现
（1）硝酸与金属的反应
①除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属，如3Ag+4HNO3（稀）====3AgNO3+NO↑+2H2O；
②活泼金属与硝酸反应不生成H2，硝酸的浓度不同，还原产物不同；
③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化，加热时反应。
（2）硝酸与非金属的反应
①反应规律：非金属单质+浓硝酸→最高价氧化物或其含氧酸+NO2↑+H2O；
②实例：C+4HNO3（浓）
CO2↑+4NO2↑+2H2O。
（3）硝酸与还原性化合物的反应
硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如HI、HBr、SO2、Fe2+、FeO、Br-、I-、S2-、SO32-等均能被HNO3氧化。
少量的Fe与足量稀硝酸反应，Fe被氧化为+2价还是+3价？过量的Fe与稀硝酸反应呢？
铜投入稀硫酸中不会溶解，再向溶液中投入KNO3固体，铜会不会溶解？为什么？
【案例示范】
【典例】某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO设计了实验方案。
（1）甲同学设计如图实验（实验过程中活塞2为打开状态）。
①组装好装置检验气密性后，如何加入稀硝酸？
___________________________。
②如何控制反应的进行？如何加快反应速率？
___________________________。
③如何操作验证产生的气体为NO？
___________________________。
（2）乙同学设计了如图所示装置（加热装置和固定装置均已略去）。图中K为止水夹（处于关闭状态），F是一半空的注射器。
①设计装置A的目的是________________________。
②装置E和F的作用是________________________。为实现此作用，操作是__________________________。
③装置D的作用是__________________________。
　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
　　（2019·浏阳高一检测）下列反应中硝酸既能表现出酸性又表现出氧化性的是（
）
A．使石蕊试液变红
B．与铜反应放出NO气体，生成Cu（NO3）2
C．与Na2CO3反应放出CO2气体，生成NaNO3
D．与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2
【素养提升】
某同学通过查阅资料了解到：硝酸铜[Cu（NO3）2]的无水物和水合物都是蓝色晶体，但性质有很大不同。亮蓝色的无水硝酸铜是易挥发的固体，在真空中升华。
请思考由铜粉制备硝酸铜有哪些途径？并评价哪种途径更优？
提示：途径一：3Cu+8HNO3（稀）====3Cu（NO3）2
+2NO↑+4H2O。
途径二：Cu+4HNO3（浓）====Cu（NO3）2
+2NO2↑+2H2O。
途径三：2Cu+O2
2CuO，
CuO+2HNO3====Cu（NO3）2+H2O。
途径三更优。原因是制备等量的Cu（NO3）2消耗的硝酸最少且无污染性气体产生。
知识点二　硝酸与金属反应的有关计算
【重点释疑】
1．硝酸与金属反应的规律
硝酸与金属单质反应时一部分被还原，一部分生成硝酸盐，故硝酸既表现了酸性又表现了氧化性，但硝酸与金属反应一般不生成H2。
（1）硝酸与铜的反应：
在反应中硝酸的作用可用如图表示：
可以看出，随HNO3浓度的降低，还原产物会由NO2变为NO。
①由氮原子守恒可知，无论是NO2还是NO，被还原的硝酸与被还原生成气体的物质的量总是相等的；
②未被还原的NO3-与Cu2+构成Cu（NO3）2，
的物质的量为Cu2+物质的量的2倍；
③运用电子守恒、原子守恒，便可顺利求解参加反应的Cu、HNO3以及产物NO2、NO之间量的关系。
（2）稀硝酸与铁的反应：
Fe+4HNO3（稀）====Fe（NO3）3+NO↑+2H2O　①
3Fe（过量）+8HNO3（稀）====3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O　②
反应物的量与生成物的关系如图所示：
上述反应首先发生反应①，若Fe剩余再发生反应③Fe+2Fe(NO3)3====3Fe(NO3)2，合并①③即可得反应②。所以，无论反应①还是反应②，被还原的HNO3皆占参与反应的HNO3的。
2．金属与硝酸反应常用的计算方法
（1）原子守恒法：HNO3与金属反应时，反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量等于显酸性的HNO3（以硝酸盐的NO3-
形式存在于溶液中）的物质的量与显氧化性的HNO3（以NOx的形式存在）的物质的量之和。
（2）电子守恒法：HNO3中氮原子得电子的物质的量等于
金属失电子的物质的量。
（3）电荷守恒：HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH-）有：c（NO3-）=c（H+）+n×c（Mn+）（Mn+代表金属离子）。
【思考·讨论】
铜与足量稀硝酸反应时，表现酸性的HNO3与作氧化剂的HNO3物质的量之比是多少？
m
g
Cu与足量的一定浓度的硝酸充分反应，生成V
L
NO、NO2混合气体（标准状况下），则参加反应的HNO3的物质的量是多少？
【典例】（2019·三明高一检测）在标准状况下将
1．92
g铜粉投入一定量浓硝酸中，随着铜粉的溶解，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1．12
L，则混合气体中NO的体积为（　　）
A．112
mL　B．1
008
mL　C．224
mL　D．448
mL
【思维建模】解答有关金属与硝酸反应问题的思维流程如下：
【母题追问】（1）上题参加反应的硝酸的物质的量是多少？
（2）上题反应中起酸性作用与作氧化剂的硝酸的物质的量之比是多少？
【规律方法】解答有关金属与硝酸反应的思维流程
　
（2019·汉中高一检测）9.7
g
Cu和Zn的合金与足量的稀硝酸反应，还原产物只有NO气体，其体积在标准状况下为2.24
L。将溶液稀释为1
L，测得溶液的c（H+）=0.1
mol·L-1，此时溶液中NO3-的浓度为（　　）
A．0.3
mol·L-1
B．0.4
mol·L-1
C．0.2
mol·L-1
D．0.6
mol·L-1
【补偿训练】
1．锌与很稀的硝酸反应生成硝酸锌、硝酸铵和水，当生成1
mol硝酸锌时，被还原的硝酸的物质的量为（　　）
A．
2
mol　　
B．
1
mol　　
C．
0.5
mol　
　
D．
0.25
mol
2．一定量的Cu和1
mol·L-1的稀硝酸反应，如果NO3-的浓度下降0.2
mol·L-1，则溶液中c（H+）同时下降（假定反应前后溶液体积不变）（　　）
A．0.2
mol·L-1
B．0.4
mol·L-1
C．0.6
mol·L-1
D．0.8
mol·L-1
3．1
L稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物质的量浓度分别为0.1
mol·L-1和0.4
mol·L-1。若向该混合液中加入足量的铜粉，则最多能溶解铜粉的质量为（　　）
A．2.4
g
B．3.2
g
C．6.4
g
D．9.6
g
一、硝酸的性质
1．物理性质
2．化学性质
（1）酸性：在水中的电离方程式为_HNO3====H++
NO3-__。
（2）不稳定性：浓硝酸见光或受热会发生分解，化学方程式为_4HNO3（浓）
4NO2↑+O2↑+2H2O_。
根据浓硝酸的性质分析浓硝酸应该如何保存？浓硝酸见光或受热易分解，故浓硝酸应保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。
（3）强氧化性：
①：
实验装置
稀硝酸
浓硝酸
实验
现象
反应缓慢，有少量气泡产生，_溶液_
_变蓝_，试管口有红棕色气体产生
反应剧烈，有_大量气泡_产生，_溶液变蓝_，液面上有_红棕色_气体产生
实验
结论
铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成NO气体
铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成NO2气体
【巧判断】
（1）硝酸的浓度越大，其氧化性越强。（　√　）
（2）铜与浓硝酸反应只能生成二氧化氮气体。（　X　）
（3）在铜与硝酸的反应中硝酸只表现氧化性。（　X　）
②强氧化性的表现：
写出下列有关反应的化学方程式：
a．与金属反应：
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__。
b．与非金属反应：
浓硝酸与红热的C（被氧化为CO2）的反应为__C+4HNO3（浓）
CO2↑+4NO2↑+2H2O__。
某同学在实验室取出一瓶浓硝酸，发现溶液显黄色，与教材中关于硝酸的描述出现偏差。
（1）你能帮助该同学解释一下原因吗？
浓硝酸不稳定，见光或受热会分解生成NO2，NO2溶于浓硝酸使溶液显黄色。
（2）你能帮助该同学去除硝酸的黄色吗？
向浓硝酸中通入氧气（或空气），发生反应4NO2+O2+2H2O====4HNO3，消除黄色。
《本草纲目拾遗》记载：（硝酸）西洋人所造，性最猛，能蚀五金。王怡堂先生云：其水至强，五金八石皆能穿滴，惟玻璃可盛。
上述描述体现了硝酸的哪些性质呢？酸性
3．硝酸的用途与工业制法
（1）用途：
（2）工业制法：
①工业流程：
②写出有关化学方程式：
N2→NH3：
_N2+3H22NH3_。
NH3→NO：
_4NH3+5O2
4NO+6H2O__。
NO→NO2：
__2NO+O2====2NO2__。
NO2→HNO3：
_3NO2+H2O====2HNO3+NO_。
二、酸雨及防治
1．SO2与NO2的主要来源、危害和防治
2．酸雨
（1）概念：pH<_5.6_的降水。正常雨水由于溶解了CO2，其pH约为5.6。
（2）成因：主要是大气中的_SO2__与_NO2__溶于水形成的。
（3）危害：
①直接损伤农作物、破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化。
②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。
知识点一　硝酸的强氧化性
【重点释疑】
1．规律
（1）硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。
（2）浓硝酸的还原产物是NO2，稀硝酸的还原产物是NO。
（3）还原剂一般被氧化为最高价态。
2．表现
（1）硝酸与金属的反应
①除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属，如3Ag+4HNO3（稀）====3AgNO3+NO↑+2H2O；
②活泼金属与硝酸反应不生成H2，硝酸的浓度不同，还原产物不同；
③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化，加热时反应。
（2）硝酸与非金属的反应
①反应规律：非金属单质+浓硝酸→最高价氧化物或其含氧酸+NO2↑+H2O；
②实例：C+4HNO3（浓）
CO2↑+4NO2↑+2H2O。
（3）硝酸与还原性化合物的反应
硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如HI、HBr、SO2、Fe2+、FeO、Br-、I-、S2-、SO32-等均能被HNO3氧化。
少量的Fe与足量稀硝酸反应，Fe被氧化为+2价还是+3价？过量的Fe与稀硝酸反应呢？
硝酸的氧化性较强，可将Fe氧化为Fe3+，故少量的Fe与足量稀硝酸反应，Fe被氧化为+3价；由于Fe可与Fe3+生成Fe2+，故过量的Fe与稀硝酸反应得到+2价铁。
铜投入稀硫酸中不会溶解，再向溶液中投入KNO3固体，铜会不会溶解？为什么？
会溶解。由离子方程式8H++2NO3-+3Cu====3Cu2++2NO↑+4H2O可知，只要溶液中同时有H+和NO3-，铜就会发生反应而溶解。
【案例示范】
【典例】某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO设计了实验方案。
（1）甲同学设计如图实验（实验过程中活塞2为打开状态）。
①组装好装置检验气密性后，如何加入稀硝酸？
_打开活塞1，加入稀硝酸至液面a处_。
②如何控制反应的进行？如何加快反应速率？
_通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行；在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率_。
③如何操作验证产生的气体为NO？
_反应开始后，胶塞下方有无色气体生成，打开活塞1，漏斗中有红棕色气体，证明该气体为NO_。
（2）乙同学设计了如图所示装置（加热装置和固定装置均已略去）。图中K为止水夹（处于关闭状态），F是一半空的注射器。
①设计装置A的目的是_产生CO2，赶走装置中的空气，防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰_。
②装置E和F的作用是_验证NO的生成_。为实现此作用，操作是将注射器F中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO。
③装置D的作用是_吸收多余的氮氧化物，防止污染空气，防止倒吸_。
　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
　　（2019·浏阳高一检测）下列反应中硝酸既能表现出酸性又表现出氧化性的是（
B
）
A．使石蕊试液变红
B．与铜反应放出NO气体，生成Cu（NO3）2
C．与Na2CO3反应放出CO2气体，生成NaNO3
D．与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2
【素养提升】
某同学通过查阅资料了解到：硝酸铜[Cu（NO3）2]的无水物和水合物都是蓝色晶体，但性质有很大不同。亮蓝色的无水硝酸铜是易挥发的固体，在真空中升华。
请思考由铜粉制备硝酸铜有哪些途径？并评价哪种途径更优？
提示：途径一：3Cu+8HNO3（稀）====3Cu（NO3）2
+2NO↑+4H2O。
途径二：Cu+4HNO3（浓）====Cu（NO3）2
+2NO2↑+2H2O。
途径三：2Cu+O2
2CuO，
CuO+2HNO3====Cu（NO3）2+H2O。
途径三更优。原因是制备等量的Cu（NO3）2消耗的硝酸最少且无污染性气体产生。
知识点二　硝酸与金属反应的有关计算
【重点释疑】
1．硝酸与金属反应的规律
硝酸与金属单质反应时一部分被还原，一部分生成硝酸盐，故硝酸既表现了酸性又表现了氧化性，但硝酸与金属反应一般不生成H2。
（1）硝酸与铜的反应：
在反应中硝酸的作用可用如图表示：
可以看出，随HNO3浓度的降低，还原产物会由NO2变为NO。
①由氮原子守恒可知，无论是NO2还是NO，被还原的硝酸与被还原生成气体的物质的量总是相等的；
②未被还原的NO3-与Cu2+构成Cu（NO3）2，
的物质的量为Cu2+物质的量的2倍；
③运用电子守恒、原子守恒，便可顺利求解参加反应的Cu、HNO3以及产物NO2、NO之间量的关系。
（2）稀硝酸与铁的反应：
Fe+4HNO3（稀）====Fe（NO3）3+NO↑+2H2O　①
3Fe（过量）+8HNO3（稀）====3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O　②
反应物的量与生成物的关系如图所示：
上述反应首先发生反应①，若Fe剩余再发生反应③Fe+2Fe(NO3)3====3Fe(NO3)2，合并①③即可得反应②。所以，无论反应①还是反应②，被还原的HNO3皆占参与反应的HNO3的。
2．金属与硝酸反应常用的计算方法
（1）原子守恒法：HNO3与金属反应时，反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量等于显酸性的HNO3（以硝酸盐的NO3-
形式存在于溶液中）的物质的量与显氧化性的HNO3（以NOx的形式存在）的物质的量之和。
（2）电子守恒法：HNO3中氮原子得电子的物质的量等于
金属失电子的物质的量。
（3）电荷守恒：HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH-）有：c（NO3-）=c（H+）+n×c（Mn+）（Mn+代表金属离子）。
【思考·讨论】
铜与足量稀硝酸反应时，表现酸性的HNO3与作氧化剂的HNO3物质的量之比是多少？
Cu与稀硝酸反应：3Cu+8HNO3====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。当有8mol
HNO3参加反应时，有2molHNO3表现氧化性，6
molHNO3表现酸性，故表现酸性的HNO3与作氧化剂的HNO3物质的量之比为3∶1。
m
g
Cu与足量的一定浓度的硝酸充分反应，生成V
L
NO、NO2混合气体（标准状况下），则参加反应的HNO3的物质的量是多少？
被还原的硝酸无论生成NO还是NO2，均有氮原子与被还原HNO3的物质的量相等；未被还原（起酸性作用）的硝酸等于Cu(NO3)2物质的量的2倍，故参加反应的硝酸的物质的量为（
）
mol。
【典例】（2019·三明高一检测）在标准状况下将
1．92
g铜粉投入一定量浓硝酸中，随着铜粉的溶解，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1．12
L，则混合气体中NO的体积为（　A　）
A．112
mL　B．1
008
mL　C．224
mL　D．448
mL
【思维建模】解答有关金属与硝酸反应问题的思维流程如下：
【母题追问】（1）上题参加反应的硝酸的物质的量是多少？
0.11
mol。由氮原子守恒知参加反应的硝酸的物质的量n（HNO3）=2n[Cu(NO3)2]+n（NOx）
=2n（Cu）+n（NOx）
=0.03
mol×2+0.05
mol=0.11
mol。
（2）上题反应中起酸性作用与作氧化剂的硝酸的物质的量之比是多少？
6∶5。起酸性作用与作氧化剂的硝酸的物质的量之比=
2n[Cu(NO3)2]∶n（NOx）
=（0.03×2）mol∶0.05
mol=6∶5。
【规律方法】解答有关金属与硝酸反应的思维流程
　
（2019·汉中高一检测）9.7
g
Cu和Zn的合金与足量的稀硝酸反应，还原产物只有NO气体，其体积在标准状况下为2.24
L。将溶液稀释为1
L，测得溶液的c（H+）=0.1
mol·L-1，此时溶液中NO3-的浓度为（　B　）
A．0.3
mol·L-1
B．0.4
mol·L-1
C．0.2
mol·L-1
D．0.6
mol·L-1
【补偿训练】
1．锌与很稀的硝酸反应生成硝酸锌、硝酸铵和水，当生成1
mol硝酸锌时，被还原的硝酸的物质的量为（　D　）
A．
2
mol　　
B．
1
mol　　
C．
0.5
mol　
　
D．
0.25
mol
2．一定量的Cu和1
mol·L-1的稀硝酸反应，如果NO3-的浓度下降0.2
mol·L-1，则溶液中c（H+）同时下降（假定反应前后溶液体积不变）（　D　）
A．0.2
mol·L-1
B．0.4
mol·L-1
C．0.6
mol·L-1
D．0.8
mol·L-1
3．1
L稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物质的量浓度分别为0.1
mol·L-1和0.4
mol·L-1。若向该混合液中加入足量的铜粉，则最多能溶解铜粉的质量为（　D　）
A．2.4
g
B．3.2
g
C．6.4
g
D．9.6
g

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