第23讲 氮及其氧化物 硝酸 2024高考化学一轮复习高频考点精讲（新教材新高考） 课件

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2.氮气(1)物理性质： 色 味的气体，密度比空气略小， 溶于水。
写出有关化学方程式：①_____________________；②_________________________；③______________________。
(3)下列氮气的用途叙述中，分别应用了氮气的什么性质？①文物馆将贵重文物保存在氮气中____________。②氮气是合成氨工业的重要原料____________。③雷电是自然界重要的固氮方式____________。④医疗上，液氮是常见的冷冻剂__________________________________________。
N2的沸点低，液氮易汽化，且汽化吸收热量
(2)NO和NO2的比较
红棕色、有刺激性气味的气体
2NO＋O2===2NO2
3.氮的氧化物(1)氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1→＋5价都有对应的氧化物，如N2O、 、N2O3、NO2(或 )、N2O5，其中属于酸性氧化物的是N2O3、 。
4.氮氧化物对环境的污染及防治(1)常见的污染类型①光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。④NO与血红蛋白结合使人中毒。
(2)常见的NOx尾气处理方法①碱液吸收法工业尾气中的NOx常用碱液吸收处理，NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。②催化转化法在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)，或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。
1.固氮反应一定属于氧化还原反应(　　)2.N2与O2在放电条件下直接化合成NO2(　　)3.可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物(　　)4.利用AgNO3、CCl4和蒸馏水均可鉴别NO2和溴蒸气(　　)5.NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象(　　)
(1)N2O俗称笑气，有麻醉作用；N2O3是亚硝酸的酸酐；N2O5为硝酸的酸酐。
(2)氮的氧化物的危害：NOx 在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾，称为光化学烟雾。NO2 可使平流层中的臭氧减少，破坏臭氧层，导致地面紫外线辐射增强。NO与血红蛋白结合使人中毒。NOx 参与酸雨的形成。
(3)验证某无色气体是NO 的方法是向无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。
(4)鉴别溴蒸气和NO2 不能用淀粉KI 试纸、碱溶液等，但可以利用它们性质上的差异性来鉴别。
①通入水中，NO2 溶于水发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，反应后溶液呈无色，而溴蒸气溶于水后溶液呈橙色。②通入AgNO3 溶液中，有淡黄色沉淀生成的为溴蒸气(Br2＋H2O===HBr＋HBrO，HBr＋AgNO3===AgBr↓＋HNO3)，无此现象的为NO2。
③通入CCl4 有机溶剂中，易溶于CCl4 且CCl4 溶液呈橙红色的为Br2(g)，无此现象的为NO2。
1.氮是生命活动不可缺少的重要元素。下列叙述错误的是A.液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境B.点燃的镁条在氮气中不反应C.氮气是工业合成氨的原料之一D.氮的固定是将大气中的氮气转化成氮的化合物
一、氮气、NO和NO2的性质
镁可在氮气中燃烧，B项错误。
2.下列有关氮的氧化物的说法正确的是A.NO和NO2混合气体的尾气可以用水吸收B.4.6 g NO2和N2O4混合气体中含有的氧原子数目小于0.2NAC.用湿润的淀粉-KI试纸鉴别Br2(g)和NO2D.除去NO中混有少量NO2气体时，可以用水洗涤后再干燥
NO与水不反应，A错误；根据原子守恒，可按NO2计算，含有的氧原子数目为0.2NA，不受平衡影响，B错误；NO2也能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝，C错误；二氧化氮与水反应生成NO，用水洗涤后再干燥可除杂，D正确。
3.将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2 mL无色气体。(1)若剩余的气体是_____，则NO2、O2的体积分别是_____________。
二、氮的氧化物与O2、H2O反应定量关系应用
解题依据的化学方程式：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3；3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。设O2的体积为x，剩余的气体有两种可能：
(2)若剩余的气体是_____，则NO2、O2的体积分别是________________。
10.8 mL、1.2 mL
氮氧化物与O2、H2O反应的计算
①NO 和O2 通入水中
由2NO＋O2===2NO2 和3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得总
反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
当NOx 转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx 与O2 混合，则反应中O2 得到的电子数与NOx 失去的电子数相等。
4NO2＋O2 和4NO＋3O2 从组成上均相当于2N2O5 的组成，都与N2O5＋H2O===2HNO3 等效。当NO、NO2、O2 的混合气体通入水中时利用混合气体中N、O 原子个数比进行分析判断。
N(N)∶N(O) ＝ 2∶5 恰好完全反应
4.(1)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式： _________________________________。(2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。如4NH3＋6NO 5N2＋6H2O，写出氨气转化NO2的化学方程式： _________________________________，该反应中氧化产物与还原产物的质量之比为_________。
三、废气中氮氧化物的治理
(3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：_______________________________________。②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是_________。
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
1.物理性质硝酸是 色、 挥发、 气味的液体。2.化学性质
(1)不稳定性反应：_____________________________________。
(2)强氧化性硝酸无论浓、稀都具有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。①与金属反应稀硝酸与铜反应的化学方程式：___________________________________________；浓硝酸与铜反应的化学方程式：___________________________________________。
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
②与非金属反应浓硝酸与C反应的化学方程式：__________________________________________。③与还原性化合物反应硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等还原性物质。稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：______________________________________。
(3)与有机物反应①硝化反应(与 反应)：___________________________________；②显色反应：含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸加热后变 色。
1.常温下，铁、铝在浓硝酸中的钝化为化学变化(　　)2.可用稀HNO3与FeS固体反应制取H2S(　　)3.铜、碳分别与浓HNO3反应，都体现了浓硝酸的强氧化性和酸性(　　)
5.Cu在KNO3溶液和稀H2SO4中均不溶解，但能溶解在其混合液中(　　)6.试管内壁上的银镜可用稀HNO3除去，也可用氨水除去(　　)7.浓HNO3和氯水均用棕色试剂瓶保存，其原理相同(　　)8.浓HNO3溅到皮肤上，皮肤会变黄(　　)
(3)向 Ba(NO3)2 溶液中通入还原性气体SO2 可得到BaSO4
(4)向 Fe(NO3)2 溶液中加入非氧化性酸，如盐酸，Fe2＋能被
(5)向过量铜与一定量硝酸反应后的混合物中加入非氧化
(6)向含还原性离子的酸性溶液中加入硝酸盐，还原性离子
一、金属与硝酸反应的定性分析
1.用动态观点理解Cu与浓HNO3的反应向一定量的浓硝酸中加入过量的铜片。(1)反应开始阶段产生______色气体，化学方程式为_____________________________________________。(2)反应进行一段时间后又产生无色气体，此时的化学方程式为______________________________________________。(3)待反应停止后，再加入少量的稀硫酸，这时Cu片上又有气泡产生，原因是______________________________________________________________________________。
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2
3Cu＋8HNO3(稀)
＋2NO2↑＋2H2O
===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
稀硫酸后，氢离子与原溶液中的硝酸根离子构成强氧化性酸，又能与过量的铜反应
二、金属与硝酸反应的定量计算
2.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。请回答下列问题：(1)NO的体积为_______ L，NO2的体积为______ L。
n(Cu)＝ ＝0.51 ml，设混合气体中NO的物质的量为x，NO2的物质的量为y。根据气体在标准状况下的总体积为11.2 L，有x＋y＝0.5 ml，根据得失电子守恒，有3x＋y＝0.51×2 ml。解得x＝0.26 ml，y＝0.24 ml。则V(NO)＝0.26 ml×22.4 L·ml－1＝5.824 L，V(NO2)＝11.2 L－5.824 L＝5.376 L。
(2)参加反应的HNO3的物质的量是___________。
参加反应的HNO3分两部分：一部分没有被还原，显酸性，生成Cu(NO3)2；另一部分被还原成NO2和NO，所以参加反应的HNO3的物质的量为0.51 ml×2＋0.5 ml＝1.52 ml。
(3)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a ml·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______________ ml·L－1。
(4)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，至少需要30%的双氧水______ g。
3.(2022·河北唐山高三期末)向含x ml HNO3和y ml H2SO4的混合稀溶液中缓慢加入铁粉，其氧化产物与所加铁粉的物质的量关系如图所示：
回答下列问题：(1)Oa段发生反应的离子方程式为________________________________________。(2)dc段表示的是________(填“Fe2＋”或“Fe3＋”)物质的量变化。
(3)x＝_____，y＝______。
(4)反应至c点，可收集到标准状况下的气体为________L。
所以V＝(0.1 ml＋0.05 ml)×22.4 L·ml－1＝3.36 L。
[归纳提升] 硝酸浓度大小与氮元素的还原产物的关系
金属与硝酸反应计算的思维流程
1.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)浓HNO3和稀HNO3与Cu反应的还原产物分别为NO2和NO，故稀HNO3氧化性更强(2021·河北，10D)(　　)(2)向浓HNO3中插入红热的炭，产生红棕色气体，证明炭可与浓HNO3反应生成NO2(2021·山东，5C)(　　)
2.(2022·江苏，8)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是A.自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3B.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4ClC.工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3D.多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”
自然固氮是将N2转化为含氮化合物，不一定是转化为NH3，比如大气固氮是将N2转化为NO，A错误；侯氏制碱法发生反应的化学方程式为H2O＋NH3＋CO2＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl，B正确；氮元素在自然界中既有游离态又有化合态，多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”，D正确。
3.(2022·北京，12)某MOFs的多孔材料刚好可将N2O4“固定”，实现了NO2与N2O4分离并制备HNO3，如图所示：
下列说法不正确的是A.气体温度升高后，不利于N2O4的固定B.N2O4被固定后，平衡正移，有利于NO2的去除C.制备HNO3的原理为：2N2O4＋O2＋2H2O===4HNO3D.每制备0.4 ml HNO3，转移电子数约为6.02×1022
二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，四氧化二氮的浓度减小，所以气体温度升高后，不利于四氧化二氮的固定，故A正确；四氧化二氮被固定后，四氧化二氮的浓度减小，二氧化氮转化为四氧化二氮的平衡向正反应方向移动，所以四氧化二氮被固定后，有利于二氧化氮的去除，故B正确；由题意可知，被固定后的四氧化二氮与氧气和水反应生成硝酸，反应的化学方程式为2N2O4＋O2＋2H2O===4HNO3，故C正确；四氧化二氮转化为硝酸时，生成1 ml硝酸，反应转移1 ml电子，则每制备0.4 ml硝酸，转移电子数约为0.4 ml×6.02×1023 ml－1＝2.408×1023，故D错误。
4.(2017·北京，12)下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析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中木炭与浓硝酸产生了反应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