2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第四章第4课时　氮和氮的氧化物与硝酸

第4课时　氮和氮的氧化物与硝酸

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知识点一　氮及其氧化物

1.N2的结构和性质

N2的电子式为︙︙,结构式为N≡N。

写出有关化学方程式:

①3Mg+N2Mg3N2;

②N2+3H22NH3;

③N2+O22NO。

2.氮的氧化物

(1)氮有多种价态的氧化物,如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等,其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5;NO2与N2O4能相互转化:2NO2N2O4(写方程式)。

(2)NO和NO2的比较

[名师点拨] 氮氧化物溶于水的问题分析

无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两种的混合气体,反应的实质是3NO2+H2O2HNO3+NO,2NO+O22NO2,故若有气体剩余只能是NO或O2,不可能是NO2。

(1)若NO和O2通入水中,总关系式为

4NO+3O2+2H2O4HNO3(4∶3)。

(2)若NO2和O2通入水中,总关系式为

4NO2+O2+2H2O4HNO3(4∶1)。

1.下列化学事实及其解释都正确的是(　D　)

A.NO2与水反应,NO2作还原剂,水作氧化剂

B.某溶液中含有大量的N,该溶液中一定不存在大量的Fe2+

C.闪电时,空气中的N2和O2可直接化合生成NO2

D.除去NO中混有的少量NO2气体时,可以用水洗涤后再干燥

解析:NO2与水反应,NO2既是还原剂也是氧化剂,A错误;N和Fe2+能共存,例如硝酸亚铁溶液,但在酸性条件下,N能氧化Fe2+,B错误;空气中的N2和O2直接化合生成的是NO,C错误;将混有少量NO2的NO气体通过水洗涤后,因NO2与水反应生成NO,再干燥即可,D正确。

2.依据图中氮元素及其化合物的转化关系,判断下列说法不正确的是(　B　)

A.X是N2O5

B.可用排空气法收集NO气体

C.工业上以NH3、空气、水为原料生产硝酸

D.由NH3→N2,从原理上看,可由NH3与NO2反应实现

解析:由图中氮元素及其化合物的转化关系可知,X为+5价对应的氮的氧化物,是N2O5,故A正确;一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮气体,不可用排空气法收集NO气体,故B不正确;工业上氨气催化氧化生成一氧化氮和水,一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮,二氧化氮溶于水生成硝酸,故C正确;根据元素的化合价,从原理上看,NH3可与NO2反应生成氮气,故D正确。

3.同温同压下,在3支相同容积的试管中分别充有等体积混合的2种气体,它们是①NO和NO2,②NO2和O2,③NH3 和N2。将3支试管均倒置于盛水的水槽中,充分反应后,试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3,则下列关系正确的是(　B　)

A.V1>V2>V3 B.V1>V3>V2

C.V2>V3>V1 D.V3>V1>V2

解析:设各种气体的体积都为1体积。①根据3NO2+H2O2HNO3+NO,即剩余NO的体积V1=(1+)体积。②根据4NO2+O2+2H2O4HNO3,即剩余O2的体积V2=(1-)体积。③剩余N2的体积V3=1体积。即B项符合题意。

4.氮氧化物进入大气后,不仅会形成硝酸型酸雨,还可能形成光化学烟雾,因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。

(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物,反应的化学方程式如下:

NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O　①,

2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O　②。

在反应①中,氧化剂是　　　　,还原剂是　　　　。 

在反应②中,氧化剂和还原剂的物质的量之比为　　　　。 

(2)在一定条件下氨气亦可用来将氮氧化物转化为无污染的物质。写出氨气和二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式:　。 

答案:(1)NO2　NO　1∶1

(2)8NH3+6NO27N2+12H2O

知识点二　硝酸的性质

1.硝酸的物理性质

2.化学性质

(1)不稳定性

反应:4HNO3(浓)2H2O+4NO2↑+O2↑。

①市售浓硝酸呈黄色的原因是硝酸分解产生的NO2溶于其中。

②硝酸保存在棕色试剂瓶中,置于冷暗处,不能用橡胶塞。

(2)强氧化性

硝酸无论浓、稀都有强氧化性,而且浓度越大,氧化性越强。按要求完成下列反应的方程式:

①与金属反应:

a.常温下,浓硝酸使铁、铝钝化;

b.稀硝酸与铜反应:3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O;

c.浓硝酸与铜反应:Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。

②与非金属反应

如浓硝酸与C的反应:C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。

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为3Fe2++4H++N3F+NO↑+2H2O。

(3)与有机物反应

①硝化反应(与反应):+HNO3+H2O;

②颜色反应:含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。

[名师点拨] 硝酸与金属反应的规律

(1)HNO3与金属反应一般不能产生H2。

(2)还原产物一般为HNO3(浓)→NO2,HNO3(稀)→NO;很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。

(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。

1.下列关于硝酸的叙述正确的是(　C　)

A.常温下,浓硝酸可以使金属镁钝化

B.稀硝酸与活泼金属反应主要放出氢气

C.浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂

D.室温下,铜能与浓硝酸反应,不能与稀硝酸反应

解析:常温下,浓硝酸可以使铁、铝发生钝化,而镁不能钝化,A错误;稀硝酸具有强氧化性,与活泼金属反应主要还原产物为含氮元素的物质,不能得到氢气,B错误;浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂,C正确;室温下,铜与浓硝酸、稀硝酸均反应,只是反应的速度及还原产物不同,D错误。

2.(2019·北京海淀区一模)某实验小组同学把小块木炭在酒精灯上烧至红热,迅速投入热的浓硝酸中,发生剧烈反应,同时有大量红棕色气体产生,液面上木炭迅速燃烧发出亮光。经查阅资料可知浓硝酸分解产生NO2和O2。为了探究“液面上木炭迅速燃烧发出亮光”的原因,该小组同学用如图装置完成以下实验:

下列说法正确的是(　D　)

A.浓硝酸分解产生的V(NO2)∶V(O2)=1∶1

B.红棕色气体的产生表明木炭与浓硝酸发生了反应

C.能使液面上木炭迅速燃烧发出亮光的主要气体是氧气

D.以上实验不能确定使液面上木炭迅速燃烧发出亮光的主要气体一定是NO2

解析:浓硝酸分解的方程式为4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O,则V(NO2)∶V(O2)=4∶1,故A错误;红棕色气体为NO2,它的产生不能表明木炭与浓硝酸发生了反应,也可能是浓硝酸分解产生的,故B错误;实验Ⅱ中浓硝酸受热分解产生的气体为二氧化氮和氧气,木炭在此混合气体中能迅速燃烧发出亮光,可能是氧气助燃的作用,也可能二氧化氮也具有助燃作用,以上实验不能确定使液面上木炭迅速燃烧发出亮光的主要气体一定是NO2或氧气,故C错误,D正确。

3.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。 

(2)参加反应的HNO3的物质的量是　　　　。 

(3)待产生的气体全部释放后,向溶液中加入V mL a mol·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　　　　mol·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。 

解析:(1)n(Cu)==0.51 mol,设混合气体中NO的物质的量为x,NO2的物质的量为y。

根据标准状况下气体的总体积为11.2 L,有

x+y=0.5 mol。

根据得失电子守恒,有3x+y=(0.51×2)mol。

解方程组得x=0.26 mol,y=0.24 mol。

则V(NO)=0.26 mol×22.4 L·moL-1=5.824 L

V(NO2)=11.2 L-5.824 L=5.376 L。

(2)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 mol×2+0.5 mol=1.52 mol。

(3)HNO3在反应中一部分变成气体,一部分以N的形式留在溶液中。变成气体的HNO3的物质的量为0.5 mol。加入NaOH溶液至正好使溶液中Cu2+全部转化为沉淀,则溶液中只有NaNO3,其物质的量为 10-3aV mol,也就是以N形式留在溶液中的HNO3的物质的量为aV mol。所以,c(HNO3)= mol·L-1。

(4)由得失电子守恒得2×n(Cu)=2×n(H2O2),×2=n(H2O2)×2,n(H2O2)=0.51 mol,则m(H2O2)=17.34 g。需30%的双氧水:17.34 g÷30%=57.8 g。

答案:(1)5.824　5.376　(2)1.52 mol

(3)　(4)57.8