高中第五章 化工生产中的重要非金属元素第二节 氮及其化合物第3课时课时作业

第3课时　硝酸　酸雨及防治

课后·训练提升

合格考过关检验

1.汽车尾气装置中,气体在催化剂表面吸附与解吸附作用的过程如图所示。下列说法正确的是(　　)。

A.反应中NO为氧化剂,N2为氧化产物

B.汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2

C.NO与O2必须在催化剂表面才能反应

D.催化转化总化学方程式为2NO+O2+4CO4CO2+N2

答案D

解析反应过程中NO、O2为氧化剂,N2为还原产物;汽车尾气中的N2不是污染物;NO与O2的反应不需要催化剂;根据题中的图示,可将反应的过程分成如下两步写:2NO+O22NO2,2NO2+4CON2+4CO2,将两步反应合并可得总化学方程式为2NO+O2+4CO4CO2+N2。

2.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++2N3Fe2++2NO↑+4H2O

C.过量铁粉与稀硝酸反应:Fe+4H++NFe3++NO↑+2H2O

D.Cu与稀硝酸反应:3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O

答案D

解析A项,不产生H2;B项,应生成Fe3+;C项,应生成Fe2+。

3.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,则该盐是(　　)。

A.Fe2(SO4)3 B.KNO3

C.FeSO4 D.Na2CO3

答案B

解析Cu、稀硫酸、硫酸铁混合时,铜与硫酸铁发生氧化还原反应,生成硫酸亚铁和硫酸铜,造成铜粉的质量减少,但没有气体生成,故A错误;Cu、稀硫酸、KNO3混合时发生反应:3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O,则铜粉的质量减少,同时溶液变为蓝色,且有气体逸出,故B正确;Cu、稀硫酸、FeSO4混合时不发生反应,故C错误;Cu与稀硫酸不反应,加入的Na2CO3与稀硫酸反应生成二氧化碳气体,但Cu不溶解,故D错误。

4.向两支分别装有浅绿色的Fe(NO3)2和FeSO4溶液的试管中逐滴加入稀盐酸时,溶液的颜色变化应该是(　　)。

A.前者基本没有改变,后者变黄色

B.前者变黄色,后者也变黄色

C.前者变黄色,后者基本没有改变

D.前者、后者都基本没有改变

答案C

解析Fe2+和N或S在溶液中可以大量共存,但加入盐酸后,N在酸性条件下表现出强氧化性,把Fe2+氧化成Fe3+,溶液由浅绿色变成黄色。S与H+在水溶液中不能把Fe2+氧化成Fe3+,溶液颜色基本不变。

5.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(标准状况下),则混合气体中NO的体积为(　　)。

A.112 mL B.1 008 mL

C.224 mL D.448 mL

答案A

解析标准状况下,混合气体的总物质的量为=0.05mol,1.92g铜粉的物质的量为0.03mol。设NO的物质的量为n1mol,则NO2的物质的量为(0.05-n1)mol,根据得失电子守恒得3n1+(0.05-n1)×1=0.03×2,解得n1=0.005,V(NO)=0.005mol×22.4L·mol-1=0.112L=112mL。

6.按要求回答下列问题。

(1)有时在实验室看到的硝酸显黄色,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

实验室保存硝酸的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)铜与一定量浓硝酸反应,得到Cu(NO3)2溶液和NO、N2O4、NO2的混合气体,这些气体与11.2 L O2(标准状况)混合后通入水中,所有气体完全被水吸收生成硝酸。则消耗铜的质量为　　　　。 

(3)从某金属粉末(含有Au、Cu、Ag)中分离出Au,加入的试剂是　　　　　,写出Ag参与反应的化学方程式: 　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案(1)硝酸见光或受热易分解,生成的NO2溶于浓硝酸所致　应保存在棕色试剂瓶中,并置于阴凉处

(2)64 g

(3)稀硝酸　3Ag+4HNO3(稀)3AgNO3+NO↑+2H2O

解析(2)由题意可知,整个过程中HNO3反应前后没有变化,HNO3NO、N2O4、NO2HNO3,即Cu失去的电子最终都被O2得到,n(Cu)×2=n(O2)×4,n(Cu)==1mol,消耗铜的质量=1mol×64g·mol-1=64g。

等级考素养提升

1.下列关于铜与浓硝酸反应的说法中错误的是(　　)。

A.HNO3是氧化剂,NO2是还原产物

B.若2 mol HNO3被还原,则反应生成22.4 L NO2气体

C.参加反应的硝酸中,被还原和未被还原的硝酸的物质的量之比是1∶1

D.硝酸在反应中既表现强氧化性,又表现酸性

答案B

解析题目没有指明温度和压强,无法确定气体摩尔体积,故无法计算气体的体积,B项错误。

2.某学习小组为研究铜与浓硝酸、稀硝酸反应的差异,设计了如图所示的实验装置(夹持装置已省略)。

下列说法不正确的是(　　)。

A.反应开始前通入过量的CO2气体,目的是排尽装置内的空气

B.A中的离子方程式为Cu+2N+4H+Cu2++2NO2↑+2H2O

C.当B中0.03 mol铜粉被氧化时,B中产生的NO气体大于0.02 mol

D.可在C装置中装入一定量的水进行尾气处理

答案D

解析反应开始前通入过量的CO2气体,目的是排尽装置内的空气,A项正确;A中铜与浓硝酸反应的离子方程式为Cu+2N+4H+Cu2++2NO2↑+2H2O,B项正确;B中发生反应:3NO2+H2O2HNO3+NO,3Cu+8HNO33Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,因此当B中0.03mol铜粉被氧化时,B中产生的NO气体大于0.02mol,C项正确;NO不溶于水,C装置中装入一定量的水不能进行尾气处理,D项错误。

3.下述实验中均有红棕色气体产生,对比分析下列所得结论不正确的是(　　)。

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

答案D

解析①中灼热碎玻璃起加热作用,浓硝酸受热分解生成红棕色NO2,硝酸中氮元素化合价降低,必有元素化合价升高,只能为氧元素,因此还有O2生成,产生的气体为混合气体,A项正确;由①可知,浓硝酸受热分解可生成红棕色气体,所以②中产生的“红棕色气体”不一定是木炭与浓硝酸发生反应产生的,B项正确;③中浓硝酸挥发才能与红热木炭接触,产生的NO2是还原产物,C项正确;红热的木炭还可与空气中的O2反应生成CO2,不一定是木炭与浓硝酸发生反应生成了CO2,D项错误。

4.现有稀硫酸和稀硝酸的混合溶液,已知其中稀硫酸浓度为4 mol·L-1,稀硝酸的浓度为2 mol·L-1。取10 mL混合酸,向其中加入过量铁粉,反应结束后,在标准状况下可收集到气体的体积为(假设HNO3只被还原为NO)              (　　)。

A.0.224 L B.0.448 L

C.0.672 L D.0.896 L

答案C

解析该题解题的关键是运用离子方程式计算并考虑过量的H+继续反应的情况。混合溶液中n(H+)=(2×4mol·L-1+2mol·L-1)×0.01L=0.1mol,n(N)=2mol·L-1×0.01L=0.02mol,根据题意,发生反应的离子方程式为3Fe+2N+8H+3Fe2++2NO↑+4H2O,N完全反应,n(NO)=n(N)=0.02mol;剩余n(H+)=0.02mol,与过量的铁粉发生反应:Fe+2H+Fe2++H2↑,n(H2)==0.01mol,因此收集到的气体是NO和H2的混合物,标准状况下气体体积为(0.02mol+0.01mol)×22.4L·mol-1=0.672L。

5.如图是用浓硝酸、铜片、蒸馏水等试剂探究浓硝酸、稀硝酸的强氧化性并观察还原产物的实验装置。

Ⅰ.浓硝酸的强氧化性实验。

将铜片置于具支试管的底部,在分液漏斗中加入约5 mL浓硝酸,向具支试管中放入约2 mL浓硝酸,用排水法收集产生的气体。

(1)具支试管中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)实验中观察到能证明浓硝酸具有强氧化性的现象是　　　　　　　　　　　　。 

Ⅱ.稀硝酸的强氧化性实验。

(3)上述反应完成后,欲进一步证明稀硝酸也具有强氧化性,需紧接进行的简便、合理的实验操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)能证明稀硝酸与铜反应产生NO的实验现象是　　　　(填字母)。 

A.c中收集到无色气体

B.c中收集到的无色气体接触空气后变为红棕色

C.b中产生的无色气体接触空气后变为红棕色

Ⅲ.实验反思。

(5)利用该装置先进行铜与浓硝酸反应,再进行铜与稀硝酸反应的实验,其好处是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

Ⅳ.问题讨论。

用等质量的铜片与等体积的浓硝酸、稀硝酸(硝酸均过量)反应时,发现反应后所得溶液前者呈绿色,后者呈蓝色。对此有两种说法:

①两者颜色不同的原因是Cu2+浓度差异引起的。

②前者溶液呈绿色,是因为生成的红棕色NO2溶解于溶液中引起的。

(6)你认为上述说法　　　　(填“①”或“②”)合理。若是①合理,说明理由;若是②合理,设计一个简单实验证明: 　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案Ⅰ.(1)Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

(2)铜片逐渐溶解,溶液变蓝,放出红棕色气体

Ⅱ.(3)向分液漏斗中加蒸馏水稀释浓硝酸,打开活塞,滴入稀硝酸

(4)C

Ⅲ.(5)利用Cu与浓硝酸反应生成的NO2将具支试管中的空气排出,有利于观察Cu与稀硝酸的反应产物

Ⅳ.(6)②　向蓝色溶液中通入NO2,溶液变成绿色(或加热绿色溶液,有红棕色气体产生,溶液变成蓝色)

解析Ⅰ.铜与浓硝酸反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,具支试管中铜片溶解,溶液变蓝,且有红棕色气体产生。

Ⅱ~Ⅲ.向分液漏斗中加蒸馏水将浓硝酸稀释后,可以继续进行铜与稀硝酸反应的实验,这样可以利用Cu与浓硝酸反应产生的NO2将具支试管中的空气排出,有利于观察铜与稀硝酸反应的产物。

Ⅳ.由于硝酸均过量,铜的质量相同,溶液的体积相同,所以铜无论是与稀硝酸反应,还是与浓硝酸反应,生成的Cu2+的浓度是相同的,说法①是不合理的。可通过向蓝色溶液中通入NO2看溶液是否变绿,或加热绿色溶液看是否有红棕色气体产生来证明。

6.已知木炭在一定条件下与浓硝酸反应生成两种+4价的氧化物。为了探究一氧化氮(NO)能否与过氧化钠反应,以及反应后的产物中是否有亚硝酸钠(NaNO2),某小组同学设计了如图所示装置(夹持装置和连接用的胶管已略去)。

(1)为了完成该实验,虚线框内还需要连接B~E四套装置,按气流方向连接的顺序为a→(　　)(　　)→(　　)(　　)→(　　)(　　)→(　　)(　　)(填仪器接口的字母编号)。连接好仪器(装置气密性良好),装入试剂后,要通入一段时间的氮气,再滴加浓硝酸,点燃酒精灯。通入氮气的主要目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)装置E中观察到的主要实验现象有　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)装置C的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)某同学经查阅资料后发现亚硝酸是弱酸,性质不稳定,室温下易分解成一氧化氮和二氧化氮。装置D中充分反应后,设计实验证明D中是否有亚硝酸钠生成: 是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(写出实验步骤及现象)。

答案(1)h　i　d　e　b　c　f　g(或h　i　d　e　b　c

g　f)　排尽装置中的空气,防止一氧化氮被空气中的氧气氧化为二氧化氮

(2)溶液由无色变为蓝色,有无色气体逸出

(3)除去一氧化氮中的二氧化碳

(4)取少量D中的固体放入试管中,加入稀硫酸,若溶液中有气泡产生,且在试管液面上方出现红棕色气体,则证明D中有亚硝酸钠生成(或其他合理答案)

解析(1)由题意可知A中发生的反应为C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O,故a处出来的气体有CO2、NO2和少量水蒸气。要得到NO,则要在装置E中发生反应:3NO2+H2O2HNO3+NO,3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,为了防止NO被氧化为NO2,装置中要保持无氧的条件,则装入试剂后,要先通入一段时间氮气,再滴加浓硝酸,最后点燃酒精灯。要得到干燥的NO,需先用装置C除去CO2,后用装置B除去水蒸气,最终在装置D中探究一氧化氮(NO)与过氧化钠的反应,因此按气流方向连接的顺序为a→h→i→d→e→b→c→f→g(或a→h→i→d→e→b→c→g→f)。(2)装置E中溶液由无色变成蓝色,有无色气体逸出。(3)装置C的作用是除去一氧化氮中的二氧化碳。(4)根据题给信息,可以利用HNO2的不稳定性,证明D中是否有亚硝酸钠生成,其原理为取少量D中的固体放入试管中,加入稀硫酸,若溶液中有气泡产生,且在试管液面上方出现红棕色气体,则证明D中有亚硝酸钠生成。