化学必修 第一册第3节 氮的循环第3课时习题

第3课时　硝酸的性质及氮循环对环境的影响

基础过关练

题组一　硝酸的性质

1.(2020山东济南历城二中高一上期末)下列各组反应中,硝酸既表现氧化性又表现酸性的是              (　　)

A.C+HNO3(浓)  B.H2S+HNO3

C.Fe(OH)3+HNO3             D.Cu+HNO3

2.盐酸、硫酸和硝酸是中学阶段常见的“三大酸”。现就“三大酸”与金属铜反应的情况,回答下列问题:

(1)稀盐酸与Cu不反应,若在稀盐酸中加入H2O2(常见氧化剂,做氧化剂时还原产物为水)后,则可使铜溶解。该反应的化学方程式为　　　　　　                                                                      　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)在一定体积的10 mol·L-1浓硫酸中加入过量铜片,加热使之反应,被还原的硫酸为0.9 mol。则浓硫酸的实际体积　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)180 mL。若使剩余的铜片继续溶解,可在其中加入硝酸盐溶液(如KNO3溶液),则该反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)根据如图操作及现象推断试剂X是　　　　(填字母)。 

A.浓盐酸　　　B.浓硫酸　　　C.浓硝酸

题组二　硝酸与非金属的反应

3.木炭跟浓硫酸共热产生的气体X和铜跟浓硝酸反应产生的气体Y同时通入盛有足量氯化钡溶液的洗气瓶中(如图所示装置),下列有关说法错误的是              (　　)

A.洗气瓶中产生的沉淀是碳酸钡

B.从Z导管出来的气体中有二氧化碳

C.洗气瓶中产生的沉淀是硫酸钡

D.在Z导管口有红棕色气体出现

题组三　硝酸与金属的反应

4.(2020山东枣庄第十六中学高一期末)Zn与硝酸反应时,硝酸溶液的浓度不同,产物也不相同。与不同浓度硝酸反应时,反应的Zn与被还原的硝酸的物质的量的关系如图所示。还原产物为NH4NO3的曲线是              (　　)

5.(2020黑龙江哈尔滨第六中学高一期末)铜粉放入稀硫酸中,加热后无明显现象。当加入一种盐后,铜粉的质量减少,溶液呈蓝色,同时有气体逸出。该盐是(　　)

A.FeSO4　　B.Fe2(SO4)3　　C.Na2CO3　　D.KNO3

题组四　氮循环对环境的影响

6.(2020安徽合肥高一期末)化学与环境密切相关,下列有关说法错误的是 (　　)

A.CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成

B.对酸性物质的排放加以控制和开发新清洁能源是减少酸雨的有效措施

C.NO2、NO等氮氧化物是形成光化学烟雾的重要原因

D.大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧

7.(2021安徽灵璧第一中学高一月考)下列说法正确的是(　　)

A.气象环境报告中新增的“PM2.5”是一种新的分子

B.“光化学烟雾”“硝酸型酸雨”的形成都与氮氧化物有关

C.小苏打是制作面包等糕点的膨松剂,苏打是治疗胃酸过多的一种药剂

D.酒精、过氧化氢溶液、次氯酸钠溶液等消毒液均可以将病毒氧化而达到消毒的目的

8.(2021甘肃兰州一中高一期末)利用SCR技术可有效减少柴油发动机NOx的排放。SCR工作原理为尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解产生NH3和CO2,再利用NH3转化NOx,装置如图所示。下列说法不正确的是              (　　)

A.尿素水溶液热分解时涉及的反应不属于氧化还原反应

B.转化器工作过程中,当转移0.6 mol电子时,会消耗4.48 L NH3(标准状况)

C.该装置转化NO时,还原剂与氧化剂物质的量之比为3∶2

D.转化NO2过程的化学方程式为8NH3+6NO2 7N2+12H2O

能力提升练

题组一　硝酸性质的实验探究

1.(2020河南鹤壁高级中学高一测试,)某课外活动小组为了探究木炭与浓硝酸反应后的气态生成物,设计如下实验。

(1)甲同学设计实验如图甲。

图甲

红热木炭未进入试管前,浓硝酸上方并无明显变化。当如图甲连接实验后,浓硝酸液面上方有明显的红棕色气体产生,且蘸有澄清石灰水的玻璃片出现浑浊,后浑浊消失。

①液面上方出现红棕色气体,说明浓硝酸具有　　　　　　(填字母)。 

a.酸性　　　b.挥发性　　　c.不稳定性

②蘸有澄清石灰水的玻璃片出现浑浊,　　　　(填“能”或“不能”)说明木炭与浓硝酸发生了反应,是因为　　　                                                                                                                                                                                                                  　。 

(2)乙同学设计实验如图乙。

图乙

如图乙连接实验后,浓硝酸液面上方有明显的红棕色气体产生,且蘸有澄清石灰水的玻璃片无明显变化。蘸有澄清石灰水的玻璃片无明显变化,　　　　(填“能”或“不能”)说明木炭与浓硝酸未反应,是因为　　　　　　                                                                                    　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)丙同学克服了甲、乙同学设计上的缺点,设计实验如图丙。已知酸性高锰酸钾溶液能将NO、NO2氧化成N,Mn被还原为Mn2+。

图丙

①如图连接装置后,需进行的实验操作为　　　　　　　　;加热木炭与浓硝酸前需先通一段时间N2,目的为　　　　　　　　　　。 

②装置A中木炭与浓硝酸反应的化学方程式为　                                        　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

③能证明木炭被氧化的实验现象为　　　　　　　　　　　　。 

④装置D中发生反应的离子方程式为　　　　                                                       　　　　　　　　　　　　　　　　。 

题组二　硝酸与金属反应的有关计算

2.(2020黑龙江哈尔滨第六中学高一期末,)将3.84 g铜粉与一定质量浓硝酸反应,当铜完全反应时,溶液中的N减少0.1 mol,则消耗硝酸的物质的量是              (　　)

A.0.1 mol  B.0.11 mol

C.0.16 mol  D.0.22 mol

3.(2020山西运城高一上期末,)向500 mL稀硝酸中加入一定量的铁粉,铁粉完全溶解后,放出NO 6.272 L(标准状况),同时溶液质量增加11.2 g。下列叙述不正确的是              (　　)

A.原HNO3溶液的物质的量浓度为2.24 mol·L-1

B.投入铁粉的物质的量是0.2 mol

C.反应后溶液中c(Fe3+)∶c(Fe2+)=2∶3

D.反应后的溶液还可以溶解铜粉4.48 g

题组三　氮循环与环境问题

4.(2021江苏启东高一月考,)NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。

(1)在催化剂作用下,NH3可与NO2发生反应:NH3+NO2 N2+H2O(未配平)。

①该反应的还原剂是　　　　。 

②配平化学方程式并用单线桥表示该反应中电子转移的方向和数目:　　                                               　　　　　　　　　　　　　　。 

③汽车发动机稀燃和富燃系统条件下交替进行,尾气中的NOx在催化剂上反应脱除。其工作原理如图所示,请写出富燃条件下NO2被CO还原的化学方程式:　　                            　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)水体中含有较多的硝酸盐会污染水质。一种用铁粉处理水体中的硝酸盐的反应:Fe+N+H+Fe2++N+H2O(未配平)。

①配平后的反应中H+的化学计量数为　　　　。 

②由反应可知酸性条件下氧化性:N　　　　Fe2+(填“>”或“<”)。 

答案全解全析

第3课时　硝酸的性质及氮循环对环境的影响

基础过关练

1.D　A项,发生的反应为C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O,硝酸只表现氧化性;B项,H2S被HNO3氧化,硝酸只表现氧化性;C项,Fe(OH)3和HNO3发生酸碱中和反应,硝酸表现酸性;D项,发生反应的化学方程式为3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O或Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,硝酸既表现氧化性又表现酸性。

2.答案　(1)Cu+H2O2+2HCl2H2O+CuCl2　(2)大于　3Cu+2N+8H+3Cu2++2NO↑+4H2O　(3)B

解析　(1)根据题意可知,在盐酸存在的条件下,H2O2与铜发生氧化还原反应,H2O2做氧化剂,铜做还原剂。(2)浓硫酸和Cu发生氧化还原反应,稀硫酸和Cu不反应,所以当被还原的硫酸为0.9 mol时,浓硫酸的实际体积一定大于根据方程式计算的理论值。(3)将试剂X加入铁粉中,铁粉未溶解,将试管中物质倒入水中后溶解,向反应后的溶液中滴加BaCl2 溶液,产生白色沉淀,说明X是浓硫酸。

3.A　木炭跟浓硫酸共热产生H2O、SO2和CO2,铜跟浓硝酸反应产生的气体为NO2,将题述气体X和气体Y同时通入足量BaCl2溶液中,SO2和NO2会发生氧化还原反应:SO2+NO2+H2O H2SO4+NO,H2SO4能与氯化钡反应生成BaSO4,CO2与氯化钡不反应,没有BaCO3生成,故A错误、C正确;NO、CO2不与氯化钡反应,从Z导管中逸出,故B正确;反应生成的NO在Z导管口与空气中的氧气反应生成NO2,呈红棕色,故D正确。

4.A　锌和稀硝酸发生氧化还原反应,反应后Zn元素化合价从0价升高为+2价,若硝酸还原产物为NH4NO3,即硝酸中氮元素化合价从+5价降低为-3价,由得失电子守恒和原子守恒写出反应的化学方程式为4Zn+10HNO3 4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O,此时参加反应的锌与被还原的硝酸的物质的量之比为4∶1,符合的只有曲线A。

5.D　Cu与稀硫酸不反应,加入FeSO4时不反应,Cu不溶解,A不符合题意;Cu、稀硫酸、硫酸铁混合时,铜和硫酸铁发生氧化还原反应,生成硫酸亚铁和硫酸铜,使铜粉的质量减少,但没有气体生成,B不符合题意;加入碳酸钠,有二氧化碳气体生成,但铜粉质量不变,C不符合题意;Cu、稀硫酸、KNO3混合时发生反应3Cu+8H++2N 3Cu2++2NO↑+4H2O,则铜粉质量减少,同时溶液变为蓝色,且有气体逸出,D符合题意。

6.A　酸雨是指pH<5.6的雨水,NO2和SO2排放到空气中易形成酸雨,CO2不会导致酸雨,故A说法错误。

7.B　气象环境报告中新增的“PM2.5”是一种混合物,不是新分子,故A选项错误;“光化学烟雾”“硝酸型酸雨”的形成都与氮氧化物有关,故B选项正确;小苏打是治疗胃酸过多的一种药剂,故C选项错误;酒精消毒是使蛋白质变性,酒精没有强氧化性,而过氧化氢、次氯酸钠具有强氧化性,可杀菌、消毒,故D选项错误。

8.C　尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解产生NH3和CO2,反应过程中元素化合价不变,因此反应不属于氧化还原反应,A正确;NH3转化NOx,反应产生N2、H2O,当转移0.6 mol电子时消耗NH3的物质的量为=0.2 mol,在标准状况下的体积为0.2 mol×22.4 L/mol=4.48 L,B正确;该装置转化NO时,NH3为还原剂,NO为氧化剂,根据得失电子守恒可知还原剂与氧化剂物质的量之比为2∶3,C错误;NH3还原NO2产生氮气和水,根据得失电子守恒、原子守恒,可知反应的化学方程式为8NH3+6NO2 7N2+12H2O,D正确。

能力提升练

1.答案　(1)①bc　②不能　红热的木炭与试管内空气中的氧气反应也能生成二氧化碳,使澄清石灰水变浑浊　(2)不能　挥发出的硝酸和木炭与浓硝酸反应生成的NO2都能与Ca(OH)2溶液反应　(3)①检查装置气密性　将装置中的空气排尽　②C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O　③装置C中澄清石灰水变浑浊　④5NO+3Mn+4H+ 5N+3Mn2++2H2O

解析　(1)①木炭未伸入浓硝酸中,液面上方出现红棕色气体(NO2),说明浓硝酸具有挥发性和不稳定性。②红热的木炭与试管内空气中的氧气反应也能生成二氧化碳,所以蘸有澄清石灰水的玻璃片出现浑浊,不能证明木炭与浓硝酸发生了反应。

(2)挥发出的硝酸和木炭与浓硝酸反应生成的NO2都能与Ca(OH)2溶液反应,所以蘸有澄清石灰水的玻璃片无明显变化,不能证明木炭与浓硝酸未反应。

(3)①涉及气体制备的实验要检查装置气密性,所以连接装置后,需进行的实验操作为检查装置气密性;为防止空气对实验的干扰,加热木炭与浓硝酸前需先通一段时间N2,将装置中的空气排尽。②木炭与浓硝酸反应生成二氧化碳、二氧化氮、水,反应的化学方程式为C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O。③若澄清石灰水变浑浊,可证明木炭被氧化为二氧化碳,所以能证明木炭被氧化的实验现象为装置C中澄清石灰水变浑浊。④装置D中NO被氧化为N,Mn被还原为Mn2+,发生反应的离子方程式为5NO+3Mn+4H+ 5N+3Mn2++2H2O。

2.D　Cu完全反应,与Cu反应的HNO3分为两部分,一部分体现酸性,生成Cu(NO3)2,仍然在溶液中,另一部分体现氧化性,生成NO2或者NO2和NO的混合气体;根据Cu(NO3)2的化学式可知,体现酸性的n(HNO3)=2n(Cu)=2×=0.12 mol,体现氧化性的n(HNO3)等于溶液中减少的n(N),为0.1 mol,则参加反应的HNO3的总物质的量为0.12 mol+0.1 mol=0.22 mol。

3.B　NO的物质的量为=0.28 mol,m(NO)=0.28 mol×30 g·mol-1=8.4 g,根据题意可知参加反应的铁粉的质量为11.2 g+8.4 g=19.6 g,铁粉的物质的量为0.35 mol,生成0.28 mol NO转移电子的物质的量为0.84 mol,0.35 mol Fe完全转化为Fe2+转移电子的物质的量为0.7 mol,完全转化为Fe3+转移电子的物质的量为1.05 mol,所以溶液中Fe2+、Fe3+都有,故HNO3完全反应;设Fe2+的物质的量为n,则Fe3+的物质的量为0.35 mol-n,根据得失电子守恒可得2n+3×(0.35 mol-n)=0.84 mol,n=0.21 mol。根据N原子守恒得,反应共消耗HNO3的物质的量为0.21 mol×2+3×(0.35 mol-0.21 mol)+0.28 mol=1.12 mol,c(HNO3)==2.24 mol·L-1,故A正确;投入的铁粉为0.35 mol,故B不正确;溶液中c(Fe3+)∶c(Fe2+)=n(Fe3+)∶n(Fe2+)=0.14 mol∶0.21 mol=2∶3,故C正确;根据2Fe3++Cu 2Fe2++Cu2+可知,溶液中还能溶解铜的物质的量为0.07 mol,质量为0.07 mol×64 g·mol-1=4.48 g,故D正确。

4.答案　(1)①NH3　②　③2NO2+4CO N2+4CO2　(2)①10　②>

解析　(1)①在反应NH3+NO2 N2+H2O(未配平)中,NH3中N元素化合价由-3价变为0价,化合价升高,失去电子,所以NH3做还原剂。②根据得失电子守恒、原子守恒配平该反应的化学方程式为8NH3+6NO2 7N2+12H2O,其中NH3是还原剂,NO2为氧化剂,用单线桥法表示电子转移:。③根据图示可知:在富燃条件下,NO2被CO还原为N2,CO被氧化为CO2,该反应的化学方程式为2NO2+4CO N2+4CO2。

(2)①在反应中,Fe元素化合价升高2价,N元素化合价降低8价,根据得失电子守恒、原子守恒、电荷守恒配平该反应的离子方程式为4Fe+N+10H+ 4Fe2++N+3H2O。②在反应4Fe+N+10H+ 4Fe2++N+3H2O中,N为氧化剂,Fe2+为氧化产物,氧化性:氧化剂>氧化产物,所以在酸性条件下,氧化性:N>Fe2+。