化学必修 第二册第二节 氮及其化合物精品课时练习

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第三课时 硝酸 酸雨及防治
基础达标
1.下列说法错误的是（ ）
A. 燃煤时加入适量石灰石，可以减少废气中的SO2
B. 在汽车排气管上加装“催化转化器”是为了减少有害气体的排放
C. 人们已开始研究使用新的自来水消毒剂，如ClO2等，是因为氯气有毒
D. 工业生产硝酸时补充空气有利于原料的充分利用和减少污染物排放
【答案】C
【解析】A.燃煤时加入适量石灰石，可以吸收废气中的SO2，生成亚硫酸钙，最终氧化为硫酸钙，故A正确；B.在汽车排气管上加装“催化转化器”，可以将烃类和NO转化为二氧化碳和氮气，减少有害气体的排放，故B正确；C.使用新的自来水消毒剂，如ClO2等，是因为消毒效率更高，也可以避免Cl2与水中的有机物反应生成有害物质，与氯气的毒性无关，故C错误；D.工业生产硝酸时补充空气，可将NO转化为NO2，有利于原料的充分利用和减少污染物排放，故D正确。故选C。
2．下列有关硝酸化学性质的叙述中，正确的是( )
A．浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色
B．硝酸能与FeO反应，只表现氧化性
C．硝酸可与Na2S反应制得H2S气体
D．浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色
【答案】D
【解析】硝酸是一种具有强氧化性的强酸，并且浓度越大，氧化性越强。浓硝酸可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色，故A错误；硝酸是一种强氧化性酸，可氧化许多还原性物质，因此硝酸与Na2S反应不能生成H2S，与FeO反应时表现氧化性和酸性，故B、C错误。
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
【答案】C
【解析】A项，硝酸能电离出H＋，但氧化性NOeq \\al(－,3)>H＋，H＋不能被Zn、Fe等金属还原成H2，错误；B项，浓HNO3与浓HCl按1∶3的体积比所得的混合物叫王水，错误；C项，硝酸与金属反应时，主要是＋5价的氮元素得电子，正确；D项，常温下，向浓HNO3中投入Fe片，发生钝化，不会产生大量的红棕色气体，错误。
4．下列关于硫酸、硝酸的认识中，正确的是（ ）
A．浓硫酸和蔗糖的反应主要体现了浓硫酸的脱水性和氧化性
B．浓硝酸在光照下颜色变黄，是因为浓硝酸具有强氧化性
C．常温下，浓硝酸和浓硫酸均可以用铝罐贮存，是因为铝与它们不反应
D．铜分别与浓硝酸、稀硝酸反应生成NO2和NO，故稀硝酸的氧化性大于浓硝酸
【答案】A
【解析】A项，浓硫酸使蔗糖脱水炭化变黑，体现浓硫酸的脱水性，同时生成的C与浓硫酸发生氧化还原反应生成二氧化碳，体现浓硫酸的强氧化性，正确；B项，浓硝酸在光照下颜色变黄，是因为硝酸分解生成红棕色的二氧化氮气体溶于硝酸导致，错误；C项，常温下，浓硝酸和浓硫酸均可以用铝罐贮存，是因为铝与它们发生钝化，钝化属于化学变化，错误；D项，铜与浓硝酸剧烈反应、铜与稀硝酸反应不如浓硝酸剧烈，说明浓硝酸的得电子能力强于稀硝酸，浓硝酸的氧化性大于稀硝酸，氧化性的强弱与得电子数目多少、化合价降低幅度无关，错误。
5．为研究物质性质，下列实验操作及现象描述正确的是（ ）
A．如图，①中为浓盐酸和浓硝酸中的一种，②中为浓氨水，则大烧杯中均观察到白烟
B．将氨水缓慢滴入AlCl3溶液中，研究Al(OH)3的两性
C．常温下，浓硫酸或浓硝酸中投入Fe片，均会产生大量的气体
D．加热除去NH4Cl中的少量NaHCO3
【答案】A
【解析】A．浓盐酸和浓硝酸会挥发出氯化氢或者硝酸分子，氨水会挥发出氨气分子，相遇后会生成氯化铵或者硝酸铵，出现白烟，A正确；B．一水合氨是弱碱，Al(OH)3和一水合氨不反应，Al(OH)3和强碱反应，B错误；C．浓硫酸或浓硝酸中投入Fe片后Fe片会钝化，不会产生大量的气体，C错误；D．加热时NH4Cl和NaHCO3都会分解，所以不能通过加热除去NH4Cl中的少量NaHCO3，D错误；故选A。
6.某同学为探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO,设计下列实验装置(加热、固定装置已略去)。图中K为止水夹,d是存有一半空气的注射器。下列说法错误的是( )
A.装置a的作用是生成CO2气体赶尽装置中的空气
B.装置b中溶液增加的质量,就是参加反应的铜的质量
C.将d中空气推入c中,若气体变为红棕色则说明b中生成NO
D.该装置存在缺陷,缺少尾气处理装置
【答案】B
【解析】在探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO时,需要提供无氧环境,所以装置a的作用是生成CO2气体赶尽装置中的空气,故A正确;溶液增加的质量应为反应的铜的质量减去反应生成的一氧化氮气体的质量,故B错误;一氧化氮为无色气体,易被氧气氧化为红棕色气体二氧化氮;所以将d中空气推入c中,若气体变为红棕色,则说明b中生成NO,故C正确;一氧化氮、二氧化氮气体均有毒,尾气要进行吸收处理,以防污染空气,该装置缺少尾气处理装置,存在缺陷,故D正确。
7．一定温度下，探究铜与稀HNO3反应过程如下：
下列说法不正确的是( )
A．过程Ⅰ中生成无色气体的离子方程式是3Cu＋2NOeq \\al(－,3)＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
B．步骤Ⅲ反应速率比Ⅰ快的原因是NO2溶于水，使c(HNO3)增大
C．由实验可知，NO2对该反应具有催化作用
D．当活塞不再移动时，再抽入空气，铜可以继续溶解
【答案】B
【解析】B项，步骤Ⅲ中硝酸的浓度没有Ⅰ中大，因为部分硝酸转化成了一氧化氮，因此反应速率比Ⅰ快的原因不可能是c(HNO3)增大，错误；C项，由实验可知，步骤Ⅲ反应速率比Ⅰ快，说明NO2对该反应具有催化作用，正确；D项，当活塞不再移动时，再抽入空气，一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮溶于水生成硝酸，能够与铜继续反应，正确。
8．如图是某元素M的价类二维图，其中X是一种强碱，A为正盐，通常条件下Z是无色液体，D的相对分子质量比E小16，图中呈现了各物质的转化关系。下列说法正确的是( )
A．A中只含有离子键
B．B物质可以和Y反应直接转化为E
C．D、E均可以用向上排空气法收集
D．通过氢氧化钠溶液可以除去D中含有的少量E
【答案】D
【解析】A为正盐，X是一种强碱，二者反应生成氢化物B，则A为铵盐，B为NH3；B连续与Y反应得到氧化物D与氧化物E，E的相对分子质量比D大16，则Y为O2、C为N2、D为NO、E为NO2，通常条件下Z是无色液体，E与Z反应得到含氧酸F，则Z为H2O、F为HNO3，F与X发生酸碱中和反应得到G为硝酸盐。A为铵盐，属于离子化合物，含有离子键，铵根离子中还含有N—H共价键，故A错误；B为NH3，Y为O2，E为NO2，氨气与氧气反应生成NO，不会直接生成NO2，故B错误；D为NO，NO能够与氧气反应，不能用排空气法收集，故C错误；一氧化氮不与NaOH溶液反应，二氧化氮与氢氧化钠溶液反应，通过氢氧化钠溶液可以除去NO中含有的少量NO2，故D正确。
9．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．若③中加入足量稀硫酸，则在相同条件下①中产生的气体体积比③中产生的气体体积小
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在常温下既可与稀硝酸反应，也可与稀硫酸反应
【答案】B
【解析】在①中发生反应3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，由于HNO3不足量，所以②中观察到Cu剩余，说明硝酸完全反应，在③中加稀硫酸，Cu与稀硫酸不反应，但硝酸铜在酸性条件下具有硝酸的强氧化性，能够继续与Cu反应，据此解答。A．①中发生反应：3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，生成硝酸铜溶液为蓝色，在试管口NO遇空气，与空气中的O2发生反应产生NO2，使气体由无色变为红棕色，但硝酸被还原生成的是无色的NO，A错误； B．实验①中发生反应3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O，假设①中加入溶液中含有8 ml HNO3，则产生2 ml NO气体；实验③发生反应的化学方程式为：3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O，反应产生的3 ml Cu(NO3)2电离产生6 mlNO3-完全反应后会生成 6 ml NO，故若③中加入足量稀硫酸，则在相同条件下①中产生的气体体积比③中产生的气体体积小，B正确； C．③中加稀硫酸，金属Cu会溶解，不是因为Cu与稀硫酸反应，而是由于硝酸铜在酸性条件下电离产生的NO3-与硫酸电离产生的H+起HNO3的作用，表现强氧化性，继续与Cu反应，说明硝酸的氧化性强，C错误； D．由上述实验可得出结论：Cu在常温下可以和稀硝酸反应，但不能与稀硫酸反应，D错误；故合理选项是B。
10．通过如图流程制备硝酸铜晶体，下列说法不正确的是（ ）
A．将废铜片粉碎，可提高反应速率
B．若将废铜片直接“溶解”，既产生污染又降低硝酸的利用率
C．为了使硝酸铜尽可能析出，“结晶”应将溶液蒸干
D．用无水乙醇代替水“洗涤”的目的之一是减少晶体的溶解损失
【答案】C
【解析】废铜片在空气中加热后，用硝酸溶解，过滤除去不溶性杂质，将滤液结晶，过滤得到硝酸铜晶体，用无水乙醇洗涤。A项，将废铜片粉碎，增大接触面积，可提高反应速率，正确；B项，若将废铜片直接“溶解”，铜与硝酸反应产生氮氧化物，既产生污染又降低硝酸的利用率，正确；C项，“结晶”应将溶液蒸发至有大量晶体时停止加热，防止晶体四处飞溅，不正确；D项，硝酸铜易溶于水，用无水乙醇代替水“洗涤”的目的之一是减少晶体的溶解损失，正确。
能力提升
11．空气中的氮气可通过人工固氮获得氨气，氨气是重要的化工原料，通过氨氧化法可制得硝酸，反应过程如图：
N2eq \(―――――――――――→,\s\up11(H2、高温、高压、催化剂),\s\d4(转化①))NH3eq \(――――――→,\s\up11(O2、催化剂、△),\s\d4(转化②))NOeq \(――――→,\s\up11(O2),\s\d4(转化③))NO2eq \(―――――→,\s\up11(H2O、O2),\s\d4(转化④))HNO3
硝酸是一种强氧化性酸，制硝酸工业产生的尾气中含有氮氧化物，应处理后才能排放。下列说法不正确的是( )
A．常温下，浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中
B．BaSO3固体能溶于稀硝酸，生成Ba(NO3)2，放出SO2气体
C．工业上，当转化①的反应达到平衡时，需不断地从混合气体中分离出NH3，将未反应的原料气送回合成塔以提高原料的利用率
D．转化④中，当V(NO2)∶V(O2)＝4∶1时，理论上NO2全部转化为HNO3
【答案】B
【解析】硝酸是氧化性酸，BaSO3固体能溶于稀硝酸，被氧化生成硫酸钡，硝酸被还原生成NO，B错误。
12.硝酸与金属反应后所得还原产物与硝酸的浓度和金属的活泼性有关。10 mL 0.5 ml·L－1 HNO3与0.048 g Mg恰好完全反应。若氮元素只被还原到一种价态，下列说法不正确的是( )
A．HNO3作还原剂
B．HNO3浓度越低，N元素还原价态越低
C．反应中转移电子数为0.004 ml
D．还原产物可能为NH4NO3
【答案】A
【解析】HNO3与金属反应时，表现酸性和强氧化性，故A错误；HNO3浓度越高，氧化性越强，氧化同种金属时，N元素被还原的价态就越高，故B正确；HNO3与Mg反应，还原剂只有Mg，Mg的化合价由0→＋2,0.048 g Mg的物质的量为0.002 ml，根据得失电子守恒，反应中转移电子为0.004 ml，故C正确；硝酸的物质的量为0.01 L×0.5 ml·L－1＝0.005 ml，生成0.002 ml Mg(NO3)2，根据N原子守恒，可能生成0.0005 ml NH4NO3，若生成0.0005 ml NH4NO3转移电子为0.004 ml，符合得失电子守恒，故D正确。
13．某兴趣小组设计用铁粉将NO还原为N2(同时生成FeO)。下列说法不正确的是( )
已知：①浓硝酸可氧化NO；②NaOH溶液能吸收NO2，不吸收NO。
A．装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d
B．装置E中发生反应的化学方程式为：2NO＋2Feeq \(=====,\s\up7(△))2FeO＋N2
C．装置D的作用是吸收挥发出来的硝酸和产生的NO2
D．装置B的作用是干燥，防止水蒸气进入E中干扰反应
【答案】D
【解析】根据实验原理“NO被灼热的铁粉还原为N2，同时生成FeO”，所以首先应制备纯净干燥的NO。利用铜与稀硝酸反应生成NO，由于硝酸具有挥发性，所以制得的NO中会混有硝酸蒸气和产生的NO2，故先通过装置D除去挥发出的HNO3和产生的NO2，再通过F干燥，得到纯净干燥的NO，然后进入E中与铁粉反应，最后处理多余的NO，由于NaOH溶液不与NO反应，而浓硝酸可氧化NO生成NO2，所以先通过B氧化NO，再通过C吸收，故上述装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d，A项正确；装置E中NO被灼热的铁粉还原为N2，同时生成FeO，反应的化学方程式为2NO＋2Feeq \(=====,\s\up7(△))2FeO＋N2，B项正确；装置D盛放的是水，其作用是除去挥发出的HNO3和产生的NO2，C项正确；装置B盛放的是浓硝酸，可以将NO氧化为NO2，便于氢氧化钠溶液充分吸收，D项错误。
14.某化学学习小组采用下列装置，对浓硝酸与木炭的反应进行探究[已知：4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up7(△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O]。
请回答下列问题。
(1)检查装置气密性后，将燃烧匙中的木炭在酒精灯上加热至红热状态，立即伸入三颈烧瓶中，并塞紧瓶塞，滴加浓硝酸，可观察到三颈烧瓶中气体的颜色为________，产生该气体的化学方程式是__________________________________________________。
(2)装置C中盛有足量Ba(OH)2溶液，反应一段时间后可观察到C中出现白色沉淀，该白色沉淀为________(写化学式)。其中的Ba(OH)2溶液________(填“能”或“不能”)用Ca(OH)2溶液代替，理由是________________________________________________________________。
(3)装置B的作用是___________________________________________。
(4)装置D中收集到了无色气体，部分同学认为是NO，还有部分同学认为是O2。
①下列对该气体的检验方法合理的是__________(填字母)。
A．敞口观察集气瓶内气体的颜色变化
B．将湿润的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内，观察试纸是否变红
C．将带火星的木条伸入集气瓶中，观察木条是否复燃
②如果集气瓶中收集到的无色气体是氧气，则氧气的来源是_________________。
【答案】(1)红棕色 C＋4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up7(△))4NO2↑＋CO2↑＋2H2O
(2)BaCO3 不能 Ca(OH)2溶液中Ca(OH)2的浓度较低，不能形成CaCO3沉淀
(3)防倒吸 (4)①AC ②浓硝酸的分解
【解析】(1)装置A中发生的是浓硝酸与木炭的反应，生成NO2、CO2、H2O，由于NO2为红棕色气体，故三颈烧瓶中气体的颜色为红棕色。(2)将NO2、CO2通入Ba(OH)2溶液中分别生成Ba(NO3)2和BaCO3，由于Ba(OH)2溶液足量，故溶液为碱性环境，BaCO3不溶解以沉淀形式析出。Ba(OH)2溶液不能用Ca(OH)2溶液代替，因为Ca(OH)2微溶于水，Ca(OH)2溶液中Ca(OH)2含量太少，浓度太低，不足以完全吸收生成的酸性气体，导致溶液呈酸性，从而不能生成CaCO3沉淀。(3)装置B可以防止装置C中酸性气体因溶解速率太快而出现倒吸。(4)①NO与空气中的O2反应生成红棕色的NO2，A正确；NO和O2均不具有酸性，B错误；O2能使带火星的木条复燃，而NO不能，C正确。②装置A中除发生木炭与浓硝酸的反应外，还可能发生浓硝酸的分解反应。
直击高考
15.下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是 ( )
A.①② B．③④ C．②③④ D．②④
【答案】D
【解析】过量的铁粉加入稀HNO3生成Fe2＋，加入KSCN溶液时颜色不变，故①错误；浓HNO3久置变黄是因为HNO3分解产生的NO2溶于HNO3所致，故②正确；Al箔遇浓HNO3钝化，稀HNO3会使Al箔溶解，故③错误；浓硝酸具有酸性和强氧化性，可使蓝色石蕊试纸先变红色后褪色，故④正确。
16.某化学小组设计了如下有关氮的化合物的实验。请按要求回答下列问题。
(1)氨气的喷泉实验：如下图装置所示，干燥的圆底烧瓶里充满NH3，欲观察到烧瓶中产生喷泉，需进行的操作是____________________________。
(2)硝酸的制备实验：如图所示a～f装置。
①装置a的最佳选择为(填“图3”或“图4”)______________。
②装置b中Na2O2的作用是_______________________________________________。
(3)硝酸的性质实验：
①常温下，同学甲在上图实验结束后，用pH计测装置e中溶液的pH=1.00。
ⅰ．这说明e中发生的反应可能为(写化学方程式)_________________________________。
ⅱ．同学乙做同样实验，测得e中溶液的pH=6.00，可能原因是_______________________。
②用如图所示装置进行硝酸与铜的反应实验。
ⅰ．请在h方框中补全该实验所需装置图并标注所需试剂_________________________。
ⅱ．硝酸一般盛放在棕色试剂瓶中，请用化学方程式说明其原因：____________________。
ⅲ．g中为稀硝酸时，反应开始后，g中溶液颜色变蓝。写出g中反应的离子方程式：
___________________________________________________。
ⅳ．g中为浓硝酸时，g中溶液颜色变绿。反应较ⅱ中剧烈许多的原因是_______________。
ⅴ．对比ⅲ与ⅳ反应后g中溶液颜色，推测其原因是ⅳ反应后g溶液中溶有NO2且达饱和。为证明该推测正确，向ⅳ反应后g溶液中加入__________________，会观察到溶液颜色由绿色变为蓝色。
【答案】(1)打开止水夹、挤压胶头滴管至水进入烧瓶
(2) 图4 和水蒸汽反应生成氧气
(3) 3NO2+H2O=NO+2HNO3 2NO+O2 =2NO2或4NO+3O2+2H2O=4HNO3或4NO2 +O2+2H2O=4HNO3(合理即可) 过量的氨中和了生成的硝酸生成了硝酸铵(合理即可) 4HNO3eq \(=====,\s\up7(光照)) 4NO2 ↑+O2 ↑+2H2O
3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O 浓硝酸的氧化性较稀硝酸强(合理即可) 适量的水(合理即可)
【解析】实验室可用氯化铵与碱石灰加热制备氨气，也可用浓氨水滴入固体NaOH中制氨气，氨气具有还原性，能与氧气在催化剂作用下氧化生成NO，进一步氧化生成硝酸，浓硝酸氧化性强于稀硝酸，与铜反应是更剧烈，[Cu(H2O)4]2++4Cl- [CuCl4]2-+4H2O ，ΔH＞0，该反应是吸热反应，温度升高时平衡正向移动。(1)氨气的喷泉实验：干燥的圆底烧瓶里充满NH3，欲观察到烧瓶中产生喷泉，需进行的操作是打开止水夹、挤压胶头滴管至水进入烧瓶；(2)①用浓氨水滴入NaOH固体制氨气不需加热，操作简单，装置a的最佳选择为图4；②装置b中Na2O2的作用是和水蒸汽反应生成氧气，提供氨催化氧化的原料；(3)硝酸的性质实验：①常温下，同学甲在上图实验结束后，用pH计测装置e中溶液的pH=1.00，说明e中产生了硝酸。ⅰ．这说明e中发生的反应是氮的氧化物与水、氧气反应生成硝酸，可能为(写化学方程式)3NO2+H2O=NO+2HNO3 2NO+O2 =2NO2或4NO+3O2+2H2O=4HNO3或4NO2 +O2+2H2O=4HNO3(合理即可)；ⅱ．同学乙做同样实验，测得e中溶液的pH=6.00，可能原因是过量的氨中和了生成的硝酸生成了硝酸铵(合理即可)；②ⅰ．可用碱吸收氮的氧化物，在有氧气的条件下，最后转化为硝酸盐或亚硝酸盐，在h方框中补全该实验所需装置图并标注所需试剂；ⅱ．硝酸一般盛放在棕色试剂瓶中，防止其见光分解，用化学方程式说明其原因：4HNO3 eq \(=====,\s\up7(光照))4NO2 ↑+O2 ↑+2H2O；ⅲ．g中为稀硝酸时，反应开始后，g中溶液颜色变蓝，铜与稀硝酸反应生成硝酸铜和NO，g中反应的离子方程式：3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O；ⅳ．g中为浓硝酸时，g中溶液颜色变绿。反应较ⅱ中剧烈许多的原因是浓硝酸的氧化性较稀硝酸强(合理即可)。故答案为：浓硝酸的氧化性较稀硝酸强(合理即可)；ⅴ．对比ⅲ与ⅳ反应后g中溶液颜色，推测其原因是ⅳ反应后g溶液中溶有NO2且达饱和。为证明该推测正确，向ⅳ反应后g溶液中加入适量的水(合理即可)，3NO2+H2O=NO+2HNO3，会观察到溶液颜色由绿色变为蓝色。
序号
实验操作
现象
解释或结论
①
过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液
溶液呈红色
稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋
②
浓HNO3久置或光照
变黄色
HNO3不稳定易分解
③
Al箔插入稀HNO3中
无现象
Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜
④
用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上
试纸先变红色后褪色
浓HNO3具有酸性和强氧化性