2027届高三化学一轮复习讲义：5.5 氮及其氧化物 硝酸的工业制法

这是一份2027届高三化学一轮复习讲义：5.5 氮及其氧化物 硝酸的工业制法
1.自然界中氮元素的存在和氮的固定
小题对点过
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
答案 ①④
2.氮气
(1)物理性质:无色无味的气体,密度比空气略小,难溶于水。
(2)化学性质
写出标号反应的化学方程式:
①3Mg+N2Mg3N2;
②N2+3H22NH3;
③N2+O22NO。
小题对点过
(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 。
答案 (1)︰N︙︙N︰ N2分子中含有1个σ键、2个π键
(2)①N2的稳定性 ②N2的氧化性 ③N2的还原性 ④N2的沸点低,液氮易汽化,且汽化吸收热量
3.氮的氧化物
氮的多种氧化物:N+12O、N+2O、N+32O3、N+4O2、N+42O4、N+52O5。
(1)N2O俗称笑气,可以致人发笑,有轻微麻醉作用。
(2)N2O3、N2O5是HNO2、HNO3相应的酸性氧化物(或酸酐)。
(3)NO2与N2O4可相互转化2NO2N2O4。
(4)NO与NO2的比较
小题对点过
(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?

答案 (1)③④ (2)23NA
(3)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
答案 C
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
答案 C
解析 A.能和碱反应生成盐和水的氧化物是酸性氧化物,一氧化氮和碱不反应,所以是不成盐氧化物,A错误;B.电闪雷鸣的雨天,N2和O2在放电条件下生成NO,N2+O22NO,B错误;C.一氧化氮是一种无色气体,具有还原性能被氧气等氧化剂氧化,氧化后产生二氧化氮,C正确;D.一氧化氮是一种无色、难溶于水的气体,在空气中易被氧化成红棕色的二氧化氮,故一氧化氮能用排水法收集,不能用排空气法收集,D错误。
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NO2
B.用装置乙收集NO2
C.用装置丙吸收NO2
D.用装置丁蒸干溶液获得Cu(NO3)2·6H2O
答案 C
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。
答案 (1)Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2+2NH3↑
(2)8NH3+6NO27N2+12H2O 247
5.NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。
(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: 。
答案 (1)3NO2+H2O===2HNO3+NO
(2)2CO+2NON2+2CO2
考点二 硝酸的工业制法
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:
小题对点过
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:
。
答案 (1)4NH3+5O24NO+6H2O
(2)2NO+O2===2NO2
(3)3NO2+H2O===2HNO3+NO
(4)①2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
②NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O
③≥ 补充适量空气
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
答案 D
解析 A对,氨氧化法是工业上制取硝酸的主要途径,主要流程:一是氨的催化氧化,二是NO的转化,三是NO2的吸收。B对,雷电固氮过程中,发生N2NONO2HNO3。C对,由图示知,所有转化过程中均存在氮元素化合价的变化。D错,反应③是含氮化合物之间的转化,不是氮的固定。
2.如图所示,将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内,充分反应后,试管内残留m2体积的气体,该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为( )
A.3∶2B.2∶3
C.8∶3D.3∶8
答案 C
解析 该过程中涉及的反应有2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO,可将两个方程式“合并”为4NO+3O2+2H2O===4HNO3。剩余气体与空气接触立即变为红棕色,说明剩余气体为NO。则可知m2体积的NO气体与n体积的O2恰好完全反应生成HNO3。结合反应关系可得:m2n=43,则m∶n=8∶3。
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 。
答案 (1)O2 8 mL、4 mL
(2)NO 10.8 mL、1.2 mL
解析 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:
(1)若剩余O2,则V剩=x-14×(12 mL-x)=2 mL,解得x=4 mL,则NO2的体积是8 mL;(2)若剩余NO,则V剩=13×[(12 mL-x)-4x]=2 mL,解得x=1.2 mL,则NO2的体积是10.8 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 。
(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 。
答案 (1)NO+NO2+Ca(OH)2===Ca(NO2)2+H2O
(2)使NO、NO2与石灰乳充分接触,加快吸收速率,提高吸收效率
(3)产品中含有Ca(NO3)2 NO不能完全吸收,污染空气
(4)3NO2−+2H+===NO3−+2NO↑+H2O
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。
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NH3
B.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl
C.工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3
D.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”
答案 A
解析 A.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,错误;B.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl 为原料制备NaHCO3 和NH4Cl,反应的化学方程式为H2O+NH3+CO2+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl,正确;C.工业上通过NH3 催化氧化等反应过程生产HNO3,相关的化学反应方程式为4NH3+5O24NO+6H2O、2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO、4NO2+O2+2H2O===4HNO3,正确;D.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”,正确。
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( )
A.侯氏制碱:2NaCl+2NH3+CO2+H2O===Na2CO3↓+2NH4Cl
B.制硝酸:NaNO3+HCl(浓)===NaCl+HNO3
C.制氯气:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
D.冶炼铝:Al2O3+3H22Al+3H2O
答案 C
解析 A.侯氏制碱法是将氨气和二氧化碳通入到饱和食盐水中生成碳酸氢钠,再将生成的碳酸氢钠分解生成碳酸钠,其化学方程式为NaCl+CO2+NH3+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl、2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,A错误;B.工业制硝酸是利用氨的催化氧化将氨转化为NO,再与氧气反应生成NO2,最后用水吸收得到硝酸,具体的反应方程式为4NH3+5O24NO+6H2O、2NO+O2===2NO2、H2O+3NO2===2HNO3+NO,B错误;C.工业制氯气是利用电解饱和食盐水的方法,其化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,C正确;D.工业冶炼金属铝是利用电解熔融氧化铝的原理,其化学方程式为2Al2O34Al+3O2↑,D错误。
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:
已知:2NO2(g)N2O4(g) ΔH