2021学年第3节 氮的循环第3课时巩固练习

第3章物质的性质与转化

第3节　氮的循环

第3课时　硝酸　人类活动对氮循环和环境的影响

课后篇素养形成

合格考达标练

1.下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是(　　)

A.浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色——酸性和强氧化性

B.铁与稀硝酸反应不能放出氢气——强氧化性

C.要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性

D.氢氧化亚铁固体与稀硝酸混合——强酸性

答案D

解析A项,浓硝酸因有酸性而使紫色石蕊溶液变红色,又因浓硝酸的强氧化性而使其褪色;B项,因稀硝酸有强氧化性,与铁反应不产生H2;C项,因浓硝酸不稳定,见光或受热易分解,因此应用棕色瓶盛装浓硝酸,且避光保存;D项,稀硝酸与氢氧化亚铁反应生成硝酸铁、一氧化氮和水,表现了硝酸的酸性和强氧化性。

2.将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应,下列叙述正确的是(　　)

A.反应生成气体的物质的量相等

B.消耗硝酸的物质的量:前者多,后者少

C.反应生成气体的颜色:前者浅,后者深

D.反应中转移的电子总数:前者多,后者少

答案B

解析由反应Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O和3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O可知,当铜质量相同,硝酸过量时,生成气体的物质的量前者多,消耗n(HNO3)前者多,反应中转移电子总数相等。

3.木炭屑与浓硝酸共热,产生的气体X等分为①和②两份,将两份气体分别按下图实验:

则石灰水的变化可能是(　　)

A.①不变浑浊,②变乳白色

B.①变为乳白色浑浊,②不变浑浊

C.①②均变为乳白色浑浊

D.①②都不变浑浊

答案B

解析①中X先通过水,NO2转变为NO,故澄清石灰水只与CO2反应变浑浊,②中X通入澄清石灰水,依次发生3NO2+H2O2HNO3+NO,2HNO3+Ca(OH)2Ca(NO3)2+2H2O,CO2未参与反应,故不变浑浊,所以B项正确。

4.下列反应中硝酸既表现出氧化性又表现出酸性的是 (　　)

A.氧化铝和硝酸 B.少量氧化铁和硝酸

C.硫化氢和硝酸 D.铜和浓硝酸

答案D

解析HNO3中N元素价态降低,表现HNO3的氧化性。反应中生成盐,表现出HNO3的酸性。Al2O3与HNO3反应生成Al(NO3)3和水,Fe2O3与HNO3生成Fe(NO3)3和水,都只表现HNO3的酸性。Cu与浓硝酸反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,HNO3既表现出氧化性又表现出酸性。

5.已知3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,则下列说法不正确的是(　　)

A.Cu做还原剂,HNO3做氧化剂

B.HNO3在该反应中只有部分表现出了氧化性

C.每生成22.4 L(标准状况)NO,有3 mol的电子转移

D.如果有8 mol HNO3被还原,则生成了2 mol NO

答案D

解析根据反应:

知,A项正确;HNO3在该反应中既表现酸性又表现氧化性,B项正确;根据双线桥分析,该反应每生成2 mol NO转移6 mol电子,C项正确;HNO3被还原生成NO,若有8 mol HNO3被还原,则生成8 mol NO,D项错误。

6.下列关于硝酸的叙述正确的是(　　)

A.NO2溶于水生成硝酸,所以NO2是酸性氧化物

B.硝酸可与活泼金属反应生成盐和氢气

C.浓硝酸见光或受热易分解,必须保存在棕色瓶中

D.氧化亚铁和硝酸的反应只体现硝酸的强氧化性

答案C

解析NO2不属于酸性氧化物,A错误;HNO3与活泼金属反应不生成H2,而生成H2O、NO、NO2等,B错误;FeO与HNO3的反应中HNO3体现酸性和氧化性,D错误。

7.1 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

答案D

解析据反应原理写出反应的离子方程式为

3Cu+2N　+　8H+3Cu2++2NO↑+4H2O

 0.1 mol 0.9 mol

H+过量,根据n(N)计算溶解铜粉的质量,m(Cu)==9.6 g。

8.(2020山东潍坊高一期末)氨氮废水超标排放是水体富营养化的重要原因,可用以下流程处理:

高浓度氨氮废水低浓度氨氮废水含硝酸废水达标废水

下列说法正确的是(　　)

A.过程Ⅰ中发生的化学反应属于氧化还原反应

B.过程Ⅱ中N→N,每转化1 mol N转移的电子数为6NA

C.过程Ⅲ中CH3OH→CO2,甲醇做还原剂

D.过程Ⅲ中HNO3→N2,转移10 mol e-时可生成N211.2 L(标准状况)

答案C

解析过程Ⅰ相当于向含的溶液中加碱加热,将转变为氨气,此过程不是氧化还原反应,A项错误;中的氮元素是-3价,中的氮元素是+5价,因此每转化1 mol要转移8 mol电子,B项错误;甲醇中的碳元素是-2价,而CO2中的碳元素是+4价,因此甲醇变成CO2的过程中甲醇被氧化,做还原剂,C项正确;硝酸中的氮元素是+5价的,转化为氮气中0价的氮元素需要得到5个电子,因此转移10 mol电子可以得到2 mol的0价氮原子,即可生成1 mol氮气,D项错误。

9.将加热至红热的2.4 g木炭投入盛有足量的12 mol·L-1浓硝酸的试管中,立即塞好塞子,如图所示连接好装置(已检查装置的气密性)。

(1)反应开始后,试管a中除看到木炭剧烈反应直至最后消失外,还能观察到的现象是　　　　　　　　　　　。 

(2)试管b中最终　　　(填“有”或“无”)沉淀产生,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)试管c中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　。 

(4)集气瓶e中最后收集到的气体为　　　　,理论上该气体的总体积约为　　　　L(标准状况),但实际数值　　　　(填“大于”或“小于”)这个数值。 

(5)若向集气瓶e中通入O2至液体又重新充满整个集气瓶,则通入O2的体积为　　　　L(标准状况,按生成气体的理论值计算)。 

答案(1)试管上部充满红棕色气体

(2)无　NO2与水反应生成的HNO3(足量)中和了Ca(OH)2

(3)Ba(OH)2+CO2BaCO3↓+H2O、BaCO3+CO2+H2OBa(HCO3)2

(4)NO　6.0　小于

(5)4.5

解析(1)木炭在加热条件下与浓硝酸发生反应:C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。

(2)混合气体通入试管b中,由于NO2与水反应生成的HNO3(足量)中和了Ca(OH)2,故试管b中最终无沉淀产生。

(3)从b试管中出来的气体NO和CO2通入c试管中,CO2会和Ba(OH)2反应,经计算知CO2通过c试管后有剩余,试管d中的NaOH溶液能够吸收未反应的CO2。

(4)集气瓶e中收集到的气体为NO;由相关化学方程式可知,n(NO)=n(NO2)=n(C)= mol,V(NO)= mol×22.4 L· mol-1≈6.0 L。

(5)向集气瓶e中通入O2后发生反应:4NO+3O2+2H2O4HNO3,可得V(O2)=V(NO)=4.5 L。

等级考提升练

10.某化学兴趣小组进行有关Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验,实验过程如图所示。下列有关说法正确的是(　　)

A.①中溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生,稀硝酸被还原为NO2

B.③中反应的化学方程式:3Cu+Cu(NO3)2+4H2SO44CuSO4+2NO↑+4H2O

C.③中滴加稀硫酸,铜片继续溶解,说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强

D.由上述实验可知:Cu在常温下不能与稀硝酸反应

答案B

解析A项,实验①中溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生,稀硝酸被Cu还原为NO,在试管口,NO遇到空气中的氧气反应生成NO2,所以错误;B项,③中反应的化学方程式为3Cu+Cu(NO3)2+4H2SO44CuSO4+2NO↑+4H2O,所以正确;C项,实验③中滴加稀硫酸,铜片继续溶解,硝酸根离子在酸性条件下等同于硝酸,硝酸的氧化性强于稀硫酸,所以错误;D项,Cu在常温下可与稀硝酸反应,所以错误。

11.在通风橱中进行下列实验:

下列说法不正确的是(　　)

A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式:2NO+O22NO2

B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应

C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀硝酸的氧化性强于浓硝酸

D.针对Ⅲ中现象,说明常温下Fe、Cu均能与浓硝酸反应

答案C

解析Ⅰ中由于稀硝酸有强的氧化性,与铁发生氧化还原反应,硝酸得到电子被还原变为NO,NO气体为无色,当遇到空气时,NO发生反应2NO+O22NO2变为红棕色的NO2,A正确;在Ⅱ中浓硝酸有强的氧化性,在室温下遇铁、铝会使金属表面氧化产生一层氧化物薄膜,对内层金属起保护作用,从而防止金属的进一步反应,即发生钝化现象,因此不能进一步反应,这恰好说明浓硝酸的氧化性比稀硝酸强,因此B正确;根据以上分析可知,C错误;Fe和Cu在常温下均能与浓硝酸反应,D正确。

12.常温下,将一定量的铁粉加入50 mL 10 mol·L-1硝酸(①)中,待其充分反应后,收集到的气体换算成标准状况下的体积为4.2 L(②),所得溶液能够使淀粉碘化钾溶液变蓝(③),该溶液也能使酸性高锰酸钾溶液褪色(④)。下列说法中正确的是(　　)

A.①中数据表明,硝酸是浓硝酸,因此Fe已经钝化

B.②中数据表明,生成的气体中只有NO2

C.③中现象表明,硝酸一定有剩余

D.④中现象表明,溶液中一定含有Fe2+

答案D

解析A项,两者反应有气体生成,由此可知硝酸与铁发生了氧化还原反应,未发生钝化,所以错误;B项,由题意可知反应中生成了Fe3+、Fe2+,说明铁过量,则硝酸先被还原生成NO2,后生成NO,所以错误;C项,铁过量硝酸无剩余,所以错误;D项,使酸性高锰酸钾溶液褪色的是Fe2+,所以正确。

13.向10 mL浓度均为3 mol·L-1的HNO3与H2SO4的混合溶液中加入1.92 g铜,充分反应后,设溶液的体积仍为10 mL,则产生的气体在标准状况下的体积为(　　)

A.0.448 L B.0.224 L

C.0.336 L D.无法求解

答案A

解析n(Cu)==0.03 mol,n(H+)=3 mol·L-1×0.01 L×1+3 mol·L-1×0.01 L×2=0.09 mol,n(N)=3 mol·L-1×0.01 L=0.03 mol,根据反应的离子方程式分析如下:

3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O

 3 8 2

 0.03 0.09 0.03

可知Cu完全反应,H+和N过量,n(NO)==0.02 mol,V(NO)=0.02 mol×22.4 L·mol-1 =0.448 L。

14.3.2 g铜与过量硝酸(8 mol·L-1,30 mL)充分反应,硝酸的还原产物为NO2和NO,反应后溶液中所含H+为a mol,则此时溶液中所含N为(　　)

A.(0.2+a) mol　　　　　　B.(0.1+a) mol

C.(0.05+a) mol D.a mol

答案B

解析反应后N存在于硝酸和硝酸铜中,n[Cu(NO3)2]=n(Cu)==0.05 mol,n(HNO3)剩余=a mol,n(N)=2n[Cu(NO3)2]+n(HNO3)剩余=(0.1+a) mol。

15.1.92 g Cu投入一定量的浓硝酸中,Cu完全溶解,生成气体颜色越来越浅,共收集到标准状况下的气体672 mL,将盛有此气体的容器倒扣在水槽中,通入标准状况下一定体积的氧气,恰好使气体完全溶于水,则通入的氧气的体积为(　　)

A.504 mL　 B.336 mL　 C.224 mL　 D.168 mL

答案B

解析由题意分析整个过程可看作HNO3未参加氧化还原反应,而是1.92 g Cu被氧气氧化,由2Cu~O2知通入的氧气(标准状况下)的体积为336 mL。

16.(一)实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下:

(1)氮气和氢气通过甲装置,甲装置的作用除了将气体混合、干燥,还有　　　　　　　　　的作用。 

(2)用乙装置吸收一段时间氨后,再通入空气,同时将经加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内,能使铂丝保持红热,锥形瓶中还可观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)写出乙装置中氨催化氧化的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(二)实验室探究铜与硝酸反应的相关问题,按下图所示装置进行实验。

请回答下列问题:

(4)装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是　。 

(5)实验过程中,装置丙中出现的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(6)装置丙中的试管内发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。取下装置丙中的试管D,在其中滴加FeSO4溶液,再滴加KSCN溶液,溶液变为　　　色。 

(7)待反应停止后,Cu片有剩余,取下B,加入少量质量分数为25%的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案(1)控制气体流速从而控制气体体积比　(2)有红棕色气体产生　(3)4NH3+5O24NO+6H2O　(4)分液漏斗　(5)蒸馏水中有气泡产生,生成的气体在试管上方变为红棕色　(6)3NO2+H2O2H++2N+NO　红　(7)3Cu+2N+8H+3Cu2++2NO↑+4H2O

解析(1)浓硫酸具有吸水性,可干燥N2和H2,因此装置甲的作用是干燥气体,装置甲的另一个作用通过观察气泡,控制氢气和氮气的流速。

(2)此反应是NH3的催化氧化,铂丝保持红热,说明氨的催化氧化是放热反应,氨气催化氧化反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O,锥形瓶上方有空气,NO与空气中的氧气反应生成NO2,因此现象是有红棕色气体产生。

(3)氨气的催化氧化,氨气被氧化生成NO,该反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。

(4)装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是分液漏斗。

(5)铜与浓硝酸在装置甲中的反应为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,生成红棕色的二氧化氮气体进入丙装置,发生反应3NO2+H2O2HNO3+NO,生成的一氧化氮与液面上方的空气反应生成红棕色的二氧化氮,所以装置丙中出现的现象为蒸馏水中有气泡产生,生成的气体在试管上方变为红棕色。

(6)装置丙中二氧化氮气体和水反应生成硝酸和一氧化氮:3NO2+H2O2HNO3+NO,该反应的离子方程式为3NO2+H2O2H++2N+NO,生成的硝酸具有氧化性,硫酸亚铁具有还原性,两者发生氧化还原反应3Fe2++N+4H+3Fe3++NO↑+2H2O,生成的Fe3+与KSCN溶液反应生成红色的物质。

(7)加入稀硫酸后,硫酸电离的H+与原溶液中的N又组成了具有强氧化性的稀硝酸,稀硝酸再跟过量的铜反应产生气体,反应的离子方程式为3Cu+2N+8H+3Cu2++2NO↑+4H2O。

17.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:

(1)NO的体积为　　　 L,NO2的体积为　　　 L。 

(2)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。 

答案(1)5.8　5.4　(2)

解析本题主要应用反应过程中电子守恒和元素守恒来解决。

(1)V(NO)+V(NO2)=11.2 L①

再由电子守恒可得:

×2=×3+×1 ②

由①②解得:V(NO)=5.8 L,V(NO2)=5.4 L。

(2)根据氮元素守恒,N最终以NO、NO2及NaNO3的形式存在。因此

c(HNO3)=

= mol·L-1。

新情境创新练

18.

为了证明铜与稀硝酸反应产生一氧化氮,某校学生实验小组设计了一个实验,其装置如下图所示(加热装置和固定装置均已略去),B为一个用金属丝固定的干燥管,内装块状碳酸钙固体;E为一个空的蒸馏烧瓶;F是用于鼓入空气的双连打气球。

(1)实验时,为在E烧瓶中收集到NO,以便观察颜色,必须事先赶尽其中的空气。其中第一步实验操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

如何确定E中空气已被赶尽?　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)如何证明E中收集到的是NO而不是H2?　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

一段时间后,C中白色沉淀溶解,其原因是　　　　　　　　　　　　　。 

(3)装置D的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案(1)将装CaCO3的干燥管下移与稀硝酸反应产生CO2　当C处出现白色沉淀时,则说明空气已除尽

(2)用F向E中鼓入空气,E内颜色变为红棕色　NO2进入C生成HNO3,HNO3使CaCO3溶解

(3)吸收过量的NO、NO2,防止空气污染

解析(1)由题给装置可知,赶走空气要用到碳酸钙,则将装CaCO3的干燥管下移与稀硝酸反应产生CO2,当C处出现白色沉淀时,说明生成的CO2已进入C试管,则E中空气已除尽。

(2)证明NO存在,使其和O2反应生成红棕色NO2,NO2溶于水生成HNO3,HNO3与CaCO3反应使沉淀溶解。

(3)NO、NO2都是大气污染物,不能排放到空气中。