2026年高考化学总复习备课课件 第5讲 氮及其氧化物 硝酸的工业制法

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1.了解氮及其氧化物主要性质及应用;2.认识氮及其氧化物在生产中的应用和对生态环境的影响;3.了解硝酸的工业制法。
考点二　硝酸的工业制法
1.自然界中氮元素的存在和氮的固定
下列说法中正确的是　　　　。 ①固氮反应一定属于氧化还原反应②N2与O2在放电条件下直接化合成NO2是氮的固定③将NH3在一定条件下转化为尿素属于氮的固定④将空气加压降温分离出液态N2和O2,不是氮的固定
(1)物理性质:　　　　色　　　　味的气体,密度比空气略小,　　　　溶于水。(2)化学性质写出标号反应的化学方程式:①　　　　　　　　　　　　; ②　　　　　　　　　　　　; ③　　　　　　　　　　　　。 
(1)写出N2的电子式:　　　　　　　　,从电子云重叠方式角度指出N2分子中共价键的个数及类型　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)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分子中含有1个σ键、2个π键
N2的沸点低,液氮易汽化,且汽化吸收热量
(4)NO与NO2的比较
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
(1)下列说法中错误的是　　　　。 ①由于NO极易与O2反应,并且其密度与空气相差不多,因此收集NO只能用排水法②由于NO2极易与水反应且密度比空气大,因此收集NO2只能用向上排空气法③NO2与H2O反应生成HNO3,故NO2是酸性氧化物④可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2与溴蒸气(2)1 ml NO2与水反应转移电子的数目为　　　　　　　　　。 
(3)如何鉴别NO2与溴蒸气?
由于NO2和溴蒸气在性质上有不少相似性:①均具有氧化性、②溶于水均有酸生成、③均可与碱反应、④均为红棕色等,所以不能用淀粉碘化钾试纸、pH试纸、NaOH溶液来鉴别;但二者性质又有差别,可以用下列方法鉴别:①AgNO3溶液、②CCl4、③水洗法。
1.下列关于氮及其化合物,说法不正确的是(　　)
A.氮的固定是将N2转化成含氮化合物B.氮元素在自然界中既有游离态又有化合态C.NO和NO2都可稳定存在于空气中D.N2既可作氧化剂又可作还原剂解析　A项,氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程,如与豆类植物共生的根瘤菌,能吸收大气中的氮气分子,将其转变成含氮化合物,正确;B项,自然界中N有游离态,如N2,也有化合态,如铵盐、硝酸盐等,正确;C项,NO不稳定,易与O2反应生成NO2,错误;D项,N2中N元素为0价,处于氮的中间价态,化合价既可以升高又可以降低,N2既可以作氧化剂又可以作还原剂,D正确。
2.NO分子会污染空气。近年来,科学家发现少量的NO在生物体内许多组织中存在,它有扩张血管、提高免疫、增强记忆力的功能,而成为当前生命科学的研究热点。下列关于一氧化氮的叙述正确的是(　　)
A.一氧化氮是酸性氧化物,会形成酸雨B.常温、常压下,一氧化氮只能通过人工合成C.一氧化氮为无色气体,在与O2反应中体现还原性D.一氧化氮易溶于水,不能用排水法收集
3.下列有关实验室制取、收集NO2并制备Cu(NO3)2·6H2O的实验原理和装置正确的是(　　)
A.用装置甲制取NO2B.用装置乙收集NO2C.用装置丙吸收NO2D.用装置丁蒸干溶液获得Cu(NO3)2·6H2O
解析　Cu与稀硝酸反应生成NO,A错误;应用向上排空气法收集NO2,B错误;NO2和NaOH溶液反应生成NaNO3、NaNO2和H2O,C正确;蒸干溶液不能获得含结晶水的Cu(NO3)2·6H2O,应该采用蒸发浓缩、冷却结晶的方法,D错误。
4.(1)氮化镁遇水易发生水解反应,生成沉淀并放出能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,写出其水解方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)在有氧条件下,某新型催化剂能催化NH3与NOx反应生成N2。写出NH3与NO2反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 当生成1 ml N2时,转移电子的物质的量为　　　　 ml。 
Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2+2NH3↑
(1)NOx能形成酸雨,写出NO2转化为HNO3的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)在汽车尾气系统中装上催化转化器,可有效降低NOx的排放。当尾气中空气不足时,NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
5.NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。
硝酸是重要的化工原料,用于制化肥、农药、染料等,工业制硝酸的原理如图:
按要求完成上图各步转化的方程式。(1)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO:　　　　　　　　　　　　　　　。(2)NO进一步氧化生成NO2:　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　。 (3)用水吸收NO2生成HNO3:　　　　　　　　　　　　　　　    　      　　。
(4)尾气处理通常用碱液吸收: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,写出化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　。 ③NO2、NO的混合气体能被足量的烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)　　　　n(NO),若不能完全吸收,你认为可以采取哪种最简单的措施确保有害气体被完全吸收:　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　。 
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O
1.氮的转化关系如下所示:
下列说法中,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.上述所有反应都是氧化还原反应D.上述反应中只有③属于氮的固定
A.3∶2B.2∶3C.8∶3D.3∶8
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　　　　　　　。 (2)若剩余的气体是　　　　,则NO2、O2的体积分别是　　　　　　　　　。 
10.8 mL、1.2 mL
氮的氧化物与氧气、水反应定量计算的常用化学方程式(1)3NO2+H2O===2HNO3+NO;(2)4NO2+O2+2H2O===4HNO3;(3)4NO+3O2+2H2O===4HNO3。
4.亚硝酸钙[Ca(NO2)2]是水泥混凝土外加剂的主要原料,可配制成混凝土防冻剂、钢筋阻锈剂等。利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的Ca(NO2)2,其部分工艺流程如图:
(1)等物质的量的NO与NO2被Ca(OH)2吸收,反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　。 
NO+NO2+Ca(OH)2===Ca(NO2)2+H2O
(2)吸收时,采用气—液逆流接触吸收(尾气从塔底进入,石灰乳从塔顶喷淋),其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。 (3)该工艺需控制NO和NO2的物质的量之比接近1∶1,若n(NO)∶n(NO2)1∶1,则会导致　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)生产中需保持弱碱性,在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解,产物之一是NO,其反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。 
使NO、NO2与石灰乳充分接触,加快吸收速率,提高吸收效率
产品中含有Ca(NO3)2
NO不能完全吸收,污染空气
废气中氮氧化物的脱硝方法(1)汽车尾气一般用催化转化法,在催化剂等条件下,将氮的氧化物转化为N2。(2)硝酸工业尾气一般采用碱液吸收法,将氮的氧化物转化为化工原料或产品。
体验真题 感悟高考
1.(2022·江苏卷)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”
2.(2025·八省联考内蒙古卷)下列有关物质的工业制备反应正确的是(　　)
3.(2022·北京卷)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:
解析　A.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;B.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,二氧化氮的浓度减小,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;C.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;D.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.(2024·北京卷)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。
(1)方法一:早期以硝石(含NaNO3)为氮源制备HNO3,反应的化学方程式为H2SO4(浓)+NaNO3===NaHSO4+HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和　　　　　　。 (2)方法二:以NH3为氮源催化氧化制备HNO3,反应原理分三步进行。
第Ⅰ步反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)人工固氮是高能耗的过程,结合N2分子结构解释原因　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 方法三为N2的直接利用提供了一种新的思路。
N2中存在氮氮三键,键能高,断裂时需要较大的能量
分层训练 提升等级
基础落实选择题只有1个选项符合题意1.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解析　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。
2.下列化学反应表示正确的是(　　)
3.(2021·河北卷)硫和氮及其化合物对人类生存和社会发展意义重大,但硫氧化物和氮氧化物造成的环境问题也日益受到关注。下列说法正确的是(　　)
A.NO2和SO2均为红棕色且有刺激性气味的气体,是酸雨的主要成因B.汽车尾气中的主要大气污染物为NO、SO2和PM2.5C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料,实现氮的固定D.工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除
解析　SO2是无色气体,A错误;汽车尾气中含有氮氧化物、一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、含铅化合物、固体颗粒物等,B错误;植物不能直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料,NO、NO2转化为肥料也不是氮的固定,C错误;石灰(CaO)可与SO2反应生成CaSO3,CaSO3被O2氧化为CaSO4,故可采用石灰法脱除工业废气中的SO2,D正确。
4.(2024·广东江门期中)现有氮及其化合物的转化关系如下图,则下列说法不正确的是(　　)
A.上述所有反应都是氧化还原反应B.“一场雷雨,一场肥”路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是模拟雷电固氮的过程C.反应①中每生成1 ml NO,转移4 ml 电子D.S元素也能发生类似的转化,最终得到硫酸
解析　A项,上述所有反应过程中N元素的化合价都发生改变,故都是氧化还原反应,A正确;B项,N2和O2在雷电作用下生成NO,NO会迅速被O2氧化为NO2,NO2和H2O反应获得硝酸,即路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径,B正确;C项,反应①中N元素的化合价由-3价变成+2价,故每生成1 ml NO,转移5 ml 电子,C错误;D项,H2S被氧化生成S,S与O2反应生成SO2,SO2被O2催化剂作用下生成SO3,SO3与水反应得到硫酸,D正确。
5.室温下,将充满NO2的试管倒立在水中,实验现象如图。下列分析错误的是(　　)
A.NO2易溶于水,不能用排水法收集B.试管中剩余的无色气体是未溶解的NO2C.取试管中的溶液,滴加紫色石蕊溶液,溶液显红色,是因为NO2与H2O反应的生成物中有酸D.向试管中再缓缓通入一定量的O2,试管中的液面上升
6.将充有m mL NO和n mL NO2的量筒倒立于水槽中,然后通入m mL O2,若m