2021学年第3节 氮的循环学案

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3.3.3 硝酸与环境保护
考点精讲
考点1：硝酸的性质
1．硝酸和酸碱指示剂的反应
（1）紫色石蕊试液先变红，后褪色
（2）紫色石蕊试液只变红，不褪色
2．硝酸的不稳定性：4HNO34NO2↑+O2↑+H2O
3．硝酸和金属的反应
（1）除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可能氧化所有的金属。
①Ag+2HNO3（浓）AgNO3+NO2↑+H2O
②3Ag+4HNO3（稀）3AgNO3+NO↑+2H2O
（2）活泼金属与HNO3反应不生成H2，HNO3的浓度不同，还原产物不同。

（3）常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化。
4．硝酸和非金属的反应
（1）反应规律：非金属单质+浓硝酸最高价氧化物或其最高价含氧酸+NO2↑
（2）反应举例
①C+4HNO3（浓）CO2↑+4NO2↑+2H2O
②S+6HNO3（浓）H2SO4+6NO2↑+3H2O
③P+5HNO3（浓）H3PO4+5NO2↑+H2O
5．硝酸与还原性化合物反应

【典例1】（2021·吉林四平高一检测）某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按如图装置进行实验（夹持仪器已略去）。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。

可选药品：浓硝酸、3mol·L－1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳。
已知：氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应：2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O。
（1）实验应避免有害气体排放到空气中。装置③④⑥中盛放的药品依次是_____________、____________、_____________。
（2）滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后___________________________________________。
（3）装置①中发生反应的化学方程式是_______________________________。
（4）装置②的作用是________________________，发生反应的化学方程式为____________________。
（5）该小组得出的结论所依据的实验现象是______________________________。
【举一反三】（1）若反应后装置①中还有铜片剩余，则再加入少量稀硫酸后，有什么现象？

（2）装置④中发生反应的化学方程式是什么？

【技巧与方法】有关硝酸性质的总结
（1）硝酸与金属反应一般不能产生氢气。稀硝酸的还原产物一般为NO，浓硝酸的还原产物一般为NO2。
（2）硝酸能氧化除Au、Pt、Ti以外的所有金属。但在常温下，浓硝酸可使铁、铝钝化，因此可用铝质或铁质容器盛放浓硝酸。发生钝化时浓硝酸表现出强氧化性。
（3）硝酸与金属反应时，硝酸表现强氧化性和酸性；硝酸与非金属反应时，硝酸只表现出强氧化性。
（4）做硝酸与金属反应的实验时，要注意用NaOH等碱性溶液吸收尾气，防止有毒气体污染空气。
【针对训练】
1．（2021·安徽淮北高一上期末）向Fe（OH）2悬浊液中滴入稀硝酸，悬浊液变澄清，对这一反应的叙述不正确的是（ ）。
A．该反应属于中和反应
B．该反应属于氧化还原反应
C．反应后溶液呈黄色
D．稀硝酸在反应中既表现酸性又表现氧化性
2．（2021·江苏常州高一上期末）铜粉放入稀硫酸溶液中，加热后无明显现象发生。当加入一种盐后，铜粉的质量减少，溶液呈蓝色。有下列盐：①Fe2（SO4）3；②Na2CO3；③KNO3；④FeSO4；⑤Fe3O4；⑥Fe2O3；⑦HCl，符合条件的组合为（ ）。
A．①③⑤⑥ B．①③④⑥ C．①③⑤⑦ D．①③④⑦
3．（2021·江苏南京高一上期末）在氧化还原反应中，氧化剂可能全部被还原，也可能部分被还原，下列反应中，氧化剂被还原的比例从高到低的顺序正确的是（ ）。
①Cu+2H2SO4（浓）CuSO4+SO2↑+2H2O
②C+4HNO3（浓）CO2↑+4NO2↑+2H2O
③Fe+4HNO3（稀）Fe（NO3）3+NO↑+2H2O
④3Zn+10HNO3（稀）4Zn（NO3）2+N2O↑+5H2O
A．②①③④ B．②④①③ C．④③①② D．③②①④
4．（2021·广州高一检测）关于硝酸的说法正确的是（ ）。
A．常温下，向浓硝酸中投入Fe片，不会产生大量的红棕色气体，没有反应发生
B．与金属反应时，稀硝酸可能被还原为更低价态，则稀硝酸氧化性强于浓硝酸
C．硝酸电离出的H+，能被Zn、Fe等金属还原成H2
D．硝酸与金属反应时，是+5价的氮得电子
5．在浓硝酸中放入铜片：
（1）反应开始的化学方程式为___________________，现象为____________。
（2）若铜有剩余，则反应快要结束时的化学方程式是____________________。
（3）待反应停止时，再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，其原因是_______________________________________________。
（4）若将12.8g铜跟一定质量的浓硝酸反应，铜消耗完时，共产生气体5.6L（标准状况），则所消耗的硝酸的物质的量是_______。
考点2：金属与硝酸反应的计算
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下图表示：

可以看出，随HNO3浓度的降低，还原产物会由NO2变成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，NO3－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．常用解题方法
（1）原子守恒：n（HNO3）＝n（NO3－）+n（还原产物中氮原子）。
（2）电子守恒：硝酸与金属反应属于氧化还原反应，氮原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。
（3）利用离子方程式计算：
硝酸与硫酸混合液跟金属的反应，当金属足量时，不能用硝酸与金属反应的化学方程式计算，应用离子方程式计算，因为生成的硝酸盐中的NO3－借助硫酸中的H+仍能继续与金属反应。
【典例2】（2021·肇庆高一检测）在1L溶液中含有Fe（NO3）3和H2SO4两种溶质，其浓度分别为0.2mol·L－1和1.5mol·L－1，现向该溶液中加入39.2g铁粉使其充分反应，下列有关说法正确的是（ ）。
A．反应后溶液中Fe3+物质的量为0.8mol
B．反应后产生13.44LH2（标准状况）
C．反应后溶液中Fe2+和Fe3+物质的量之和为0.9mol
D．由于氧化性Fe3+＞H+，故反应中先没有气体产生后产生气体
【技巧与方法】硝酸与金属反应的一般规律
（1）金属与硝酸反应一般不生成H2，浓硝酸一般被还原为NO2，稀硝酸一般被还原为NO，极稀的硝酸可被还原成NH3，生成NH4NO3。
（2）足量金属与一定量浓硝酸反应时，随着硝酸浓度的降低，产物也发生改变。
（3）金属与硝酸反应的一般通式。
①金属+浓硝酸→金属硝酸盐+NO2↑+H2O反应中，表现氧化性（被还原）的HNO3占；表现酸性的HNO3占。
②金属+稀硝酸→金属硝酸盐+NO↑+H2O反应中，表现氧化性（被还原）的HNO3占；表现酸性的HNO3占，生成硝酸盐。
【针对训练】
1．（2021·重庆高一上期末）将3.2g铜投入到一定物质的量浓度的硝酸溶液中，恰好完全反应，产生的二氧化氮和一氧化氮混合气体的物质的量共0.08mol，原溶液中硝酸的物质的量为（ ）。
A．0.08mol B．0.18mol C．0.13mol D．0.05mol
2．（2021·江苏南京高一上期末）将2.4g Fe、Mg合金投入到足量的稀硝酸中，金属与硝酸恰好完全反应，共收集到标准状况下的气体VL（硝酸被还原成NO），若向反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液，待金属元素全部沉淀后，再将沉淀过滤、洗涤、灼烧后称量，质量为3.6g。则收集到的气体体积V值可为（ ）。
A．0.986 B．1.12 C．3.36 D．6.72
3．7g铜、银合金与足量的某浓度的硝酸反应，把放出的气体与560mL（标准状况）氧气混合，通入水中气体全部被吸收，则合金中银的质量为（不考虑2NO2N2O4）（ ）。
A．1.6g B．5.4g C．2.16g D．不能确定
4．不同浓度的HNO3分别与一定量的锌粉完全反应，还原产物分别为NO2、NO和NH4NO3，若反应的锌物质的量相等时，参加反应的硝酸物质的量之比是（ ）。
A．2∶4∶5 B．1∶2∶5 C．1∶2∶2 D．24∶16∶15
合格考达标练
1．（2020•江苏学考真题）下列气体排放到空气中，不会导致酸雨的是（ ）。
A．NO B．NO2 C．CO2 D．SO2
2．（2021·日照高一检测）下列污染现象主要与NO2有关的是（ ）。
A．臭氧空洞 B．水体富营养化
C．光化学烟雾 D．温室效应
3．久置的硝酸呈黄色的原因是（ ）。
A．硝酸露置在空气中被氧气氧化了
B．硝酸露置在空气中被氮气还原了
C．硝酸见光或受热分解产生的NO2再溶于硝酸中
D．硝酸是强氧化性酸
4．（2021·湖南株洲高一上期中）一些装有化学物质的容器上常贴有危险化学品的标志。下列标志中，应贴在装有浓硝酸的容器上的是（ ）。
A． B．
C． D．
5．在反应C+4HNO3（浓）CO2↑+4NO2↑+2H2O中浓硝酸表现出（ ）。
A．酸性 B．挥发性 C．强氧化性 D．不稳定性
6．（2021·福建泉州高一上期末）将浓HNO3滴在石蕊试纸上，产生的现象是（ ）。
A．变红色 B．先变红，后变黑
C．变蓝色 D．先变红，后褪色
7．下列离子方程式正确的是（ ）。
A．Zn与稀硝酸反应：Zn+2H+Zn2++H2↑
B．Fe与过量稀硝酸反应：3Fe+8H++2NO3－3Fe2++2NO↑+4H2O
C．过量铁粉与稀硝酸反应：Fe+4H++NO3－Fe3++NO↑+2H2O
D．Cu与稀硝酸反应：3Cu+8H++2NO3－3Cu2++2NO↑+4H2O
8．（2021·榆林高一检测）一定量的浓硝酸与过量的铜充分反应，生成的气体是（ ）。
A．只有NO2 B．只有NO C．NO2和NO D．NO2和H2
9．在下列反应中，HNO3既表现出氧化性，又表现出酸性的是（ ）。
A．H2S+2HNO3（浓）＝S↓+2NO2↑+2H2O
B．Fe2O3+6HNO3＝2Fe（NO3）3+3H2O
C．4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O
D．3Cu+8HNO3＝3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O
10．已知3Cu+8HNO3（稀）3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O，则下列说法不正确的是（ ）。
A．Cu作还原剂，HNO3作氧化剂
B．HNO3在该反应中只有部分表现出了氧化性
C．每生成22.4L（标准状况）NO有3mol电子转移
D．如果有8molHNO3被还原，则生成了2molNO
11．下图是甲、乙两位同学探究铜与稀硝酸反应还原产物的实验装置图，请回答下列问题：

（1）写出铜和稀硝酸反应的离子方程式___________________。
（2）实验装置甲能否证明铜和稀硝酸反应的产物是NO气体（填“能”或“不能”）______，请简述理由（包括化学方程式）_____________________________________________。实验装置乙能否证明铜和稀硝酸反应的产物是NO气体（填：“能”或“不能”）______，请简述理由__________________________。
12．（2021·南京高一检测）Cu2S和稀HNO3反应生成Cu（NO3）2、H2SO4、NO和H2O，试回答下列各题：
（1）用双线桥法标出电子转移的方向和数目：3Cu2S+22HNO3＝6Cu（NO3）2+3H2SO4+10NO↑+8H2O
（2）当产生0.1molNO时，转移电子总数为________，被还原的HNO3为_____mol，共消耗HNO3_______mol。
（3）被1molCu2S中+1价亚铜离子还原的HNO3的物质的量是______mol。
等级考提升练
1．（2021·泉州高一检测）明崇祯年间《徐光启手迹》记载：“绿矾五斤，硝（硝酸钾）五斤，将矾炒去，约折五分之一，将二味同研细，次用铁作锅，……锅下起火，取气冷定，开坛则药化为强水。五金入强水皆化，惟黄金不化强水中，加盐则化。”以下说法不正确的是（ ）。
A．“强水”主要成分是硝酸
B．“将矾炒去，约折五分之一”是指绿矾脱水
C．“锅下起火，取气冷定”描述了蒸馏的过程
D．“五金入强水皆化”过程产生的气体都是H2
2．（2021·福建厦门高一上期末）下列反应中，硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是（ ）。
A．稀硝酸使石蕊试液变红
B．稀硝酸与铜反应放出NO气体，生成Cu（NO3）2
C．稀硝酸与Na2CO3反应放出CO2气体，生成NaNO3
D．浓硝酸与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2
3．关于硝酸的说法正确的是（ ）。
A．硝酸电离出的H+，能被Zn、Fe等金属还原成H2
B．浓HNO3与浓HCl按3∶1的体积比所得的混合物叫王水
C．硝酸与金属反应时，主要是+5价的氮元素得电子
D．常温下，向浓HNO3中投入Fe片，会产生大量的红棕色气体
4．（2021·四川攀枝花高一上期末）下列方法中不宜用浓HNO3作试剂的是（ ）。
A．判断黄金首饰中是否掺有铜
B．实验室制取二氧化碳
C．除去镀在铝表面的铜镀层
D．配制溶解金的王水
5．现有下列物质：①浓硫酸；②浓盐酸；③浓硝酸；④稀盐酸；⑤稀硝酸；⑥稀硫酸，其中在常温时能用铝或铁容器盛放的一组物质是（ ）。
A．①②③ B．②③⑥ C．④⑤⑥ D．①③
6．（2021·四川德阳高一上期末）某化学小组设计如下装置探究Cu与稀HNO3反应的产物，下列说法正确的是（ ）。

A．①中气体为红棕色，证明Cu与稀HNO3反应有NO2生成
B．②的作用是净化①中导出的气体
C．③中气体为红棕色，证明Cu与稀HNO3反应生成NO
D．用NaOH溶液吸收NO，防止污染
7．（双选）（2021•福建南平高一上期末）某同学利用如图所示装置进行实验，一段时间后，水沿导管缓慢上升，下列说法错误的是（ ）。

A．实验过程中气球体积会发生变化
B．广口瓶内中液体的pH增大
C．广口瓶中有化合反应发生
D．试管中不可能发生分解反应
8．（双选）关于氮的变化关系图如下，则下列说法不正确的是（ ）。

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．上述所有反应不全是氧化还原反应
D．氮气在足量的氧气中通过一步反应可生成NO2
9．（2021·四川雅安高一上期末）木炭屑与浓HNO3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．①、②均变为乳白色浑浊
D．①、②都不变浑浊
10．（2021·浙江宁波高一上期末）1.92g铜与过量的浓硝酸反应，收集到1.344L气体（折算成标准状况），则被还原的硝酸的物质的量是（ ）。
A．0.05mol B．0.06mol C．0.68mol D．0.12mol
11．（2021·北京东城区高一上期末）以空气中的氮气为原料制备硝酸，合成线路如下：N2NH3NONO2HNO3（反应条件及部分反应物、生成物已略去）。已知空气中含氮气的体积分数为78%，若用100L（已折算成标准状况下）空气制备硝酸，则理论上可制得硝酸的量的计算式正确的是（ ）。
A． B．mol
C．2××63g D．2×100×78%L
12．25.6g Cu完全溶于适量浓硝酸中，收集到氮的氧化物（含NO、N2O4、NO2）若干，这些混合气体恰好能被500mL 1mol/L NaOH溶液完全吸收，生成的盐溶液中NaNO2和NaNO3的物质的量之比为（已知：NO+NO2+2NaOH＝2NaNO2+H2O、2NO2+2NaOH＝NaNO3+NaNO2+H2O）（ ）。
A．2∶1 B．1∶1 C．4∶1 D．1∶3
13．某同学采用如图装置进行实验，证明了铜与稀硝酸反应生成了NO。实验时，先向注射器内加入一定量的稀硝酸，排净注射器内的空气，迅速将带有铜丝的橡皮帽盖上，一段时间后，注射器内有无色气体产生。

（1）请写出铜与稀硝酸反应的化学方程式_____________________。
（2）若证明无色气体是NO的实验操作和现象是__________________________。一氧化氮是大气污染物之一。目前，有一种治理方法是在400℃左右、有催化剂存在的情况下，用氨把一氧化氮还原为氮气和水，该反应的化学方程式为4NH3+6NO＝5N2+6H2O，每有10molN2生成，被还原的氧化剂为______mol。
（3）若将上述稀硝酸换成浓硝酸，其生成的气体为______，将此气体通入水中，发生反应的化学方程式为_______________________________。
14．某校为了改进碳与浓硝酸反应的实验，设计了如图所示的装置，实验步骤：先预热盛有无水氯化钙的烧瓶，然后投入几小块红热的炭块，再缓缓向炭块上滴加浓硝酸（最好用发烟硝酸），反应即可连续发生。请完成下列空白：

（1）红热的炭块投入烧瓶中后先是由红变暗，滴入浓硝酸后又由暗变红，原因是_____________________，反应的化学方程式为_______________________________。
（2）烧瓶中的现象是__________________________________；试管中的现象是____________________________________。
（3）无水氯化钙的作用是________________________，水湿棉花的作用是______________，气球的作用是______________。
（4）若在反应结束后，在试管中得到20g沉淀（假设各步反应均进行完全），若要使气球中所得气体完全被水吸收（4NO+3O2+2H2O4HNO3），则需要再通入O2的体积为__________L（标准状况，装置中的空气在此处计算时，可忽略）。