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高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物精品第3课时导学案
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这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物精品第3课时导学案，共11页。
硝 酸
1．物理性质
硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
2．化学性质
(1)不稳定性
①化学方程式：4HNO3eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5(或光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O。
②保存：一般将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。
(2)强氧化性
①与金属铜反应
浓硝酸与Cu反应：4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O；
稀硝酸与Cu反应：__8HNO3(稀)＋3Cu===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
②常温下，浓硝酸、浓硫酸使铁、铝钝化(铁、铝表面被氧化生成一层致密的氧化物薄膜，这层薄膜阻止了酸与内层金属的进一步反应)，故常温下，可以用铁或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。
③王水
3.工业制硝酸
原理：将氨经过一系列反应得到硝酸，如图所示。
写出每步反应的化学方程式，并指出反应中含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。
(1)N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3(还原反应)
(2)4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4NO＋6H2O(氧化反应)
(3)2NO＋O2===2NO2(氧化反应)
(4)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(既发生氧化反应，又发生还原反应)
硝酸与金属反应的“三个守恒、一个关系”
1．三个守恒
(1)得失电子守恒：金属失电子数＝n(NO2)＋3n(NO)。
(2)氮原子守恒：n(HNO3)＝xn[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)。
(3)若向反应后的溶液中加入NaOH溶液恰好使Mx＋沉淀完全，此时溶质为NaNO3，则存在：n(Na＋)＝n(NOeq \\al(－,3))＝n(HNO3)－n(NO)－n(NO2)。
2．一个关系
起酸性作用的HNO3的物质的量是金属物质的量和金属所带电荷数的乘积，可表示为n(HNO3)酸性＝xn(Mx＋)＝n(转移电子)。
1．下列对于硝酸的认识中，不正确的是( )
A．浓硝酸在见光或受热时会发生分解
B．铜与硝酸的反应属于置换反应
C．金属与硝酸反应不产生氢气
D．可用铁和铝制品盛装浓硝酸
解析：选B。4HNO3(浓) eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5(或光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O，A正确；铜与浓、稀硝酸反应的还原产物分别是NO2和NO，没有单质生成，故不属于置换反应，B错误；硝酸是氧化性酸，金属与硝酸反应均不产生H2，C正确；铁与铝遇冷的浓硝酸钝化，故可用铁或铝制容器盛装浓硝酸，D正确。
2．0.3 ml Cu和含1.2 ml HNO3的浓硝酸充分反应后，生成NO2的量为( )
A．0.2 ml B．0.6 ml
C．小于0.6 ml D．大于0.6 ml
解析：选C。因铜与浓硝酸反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，随着反应的进行，浓硝酸变稀，铜与稀硝酸反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，所以放出的NO2小于0.6 ml。
3．氮及其化合物的转化关系如下图所示，则下列说法不正确的是( )
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．氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2
解析：选D。氮气和氧气在放电或高温条件下反应生成NO，NO与O2反应生成NO2，即氮气与氧气不能一步转化为NO2。
酸雨及防治
1．SO2与NOx的主要来源
(1)SO2主要来自煤、石油的燃烧和某些含硫金属矿物的冶炼。
(2)NOx主要来自机动车尾气(高温条件下氮气和氧气生成氮氧化物)。
2．酸雨
(1)概念：pH<5.6的降雨。
(2)成因：主要是大气中的SO2和NOx以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于水形成的。
(3)类型
①硫酸型：SO2→H2SO3→H2SO4。
化学方程式：SO2＋H2OH2SO3、2H2SO3＋O2===2H2SO4。
②硝酸型：NO2→HNO3。
化学方程式：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
(4)危害
①直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化。
②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电缆的腐蚀。
1．保护环境，就是关爱自己。下列说法中你认为不正确的是( )
A．采用原煤脱硫技术，可减少燃煤产生的SO2
B．酸雨指pH小于7的雨水
C．大气中氮氧化物主要来自汽车尾气的排放
D．倡导低碳生活、绿色出行
解析：选B。原煤中加入的生石灰可与煤燃烧产生的二氧化硫反应，最终生成硫酸钙，从而减少了SO2气体的排放，达到脱硫的目的，A项正确；酸雨指pH小于5.6的雨水，其pH范围错误，B项错误；大气中氮氧化物主要来自汽车尾气的排放，C项正确；低碳生活指在生活中要尽力减少所消耗的能量，特别是二氧化碳的排放量，从而减少对大气的污染，减缓生态恶化，故应倡导低碳生活、绿色出行，D项正确。
2．下图所示是酸雨的形成示意图。根据图示回答下列问题。
(1)下列气体容易形成酸雨的是________。
A．CO2 B．SO2 C．N2 D．NO2
(2)现有雨水样品1份，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下：
分析数据，回答下列问题：
①雨水样品的pH变化的原因是______________________________(用化学方程式表示)。
②如果将刚取样的上述雨水和自来水混合，pH将变______，原因是__________________(用化学方程式表示)。
(3)下列措施中，可减少酸雨产生的途径的是________(填字母)。
①少用煤做燃料 ②把工厂烟囱造高 ③燃料脱硫
④在已酸化的土壤中加石灰 ⑤开发新能源
A．①②③ B．②③④⑤
C．①③⑤ D．①③④⑤
解析：(1)SO2、NO2易形成酸雨。
(2)①酸雨放置时pH变小，其原因是雨水中的H2SO3被空气中氧气氧化：2H2SO3＋O2===2H2SO4。
②雨水和自来水混合，应考虑H2SO3与Cl2(或HClO)的反应：SO2＋2H2O＋Cl2===H2SO4＋2HCl(或H2SO3＋HClO===H2SO4＋HCl)。因此雨水与自来水混合后溶液pH将变小。
答案：(1)BD
(2)①2H2SO3＋O2===2H2SO4
②小 Cl2＋2H2O＋SO2===H2SO4＋2HCl(或H2SO3＋HClO===H2SO4＋HCl)
(3)C
合格考训练
1．大气中的二氧化硫和二氧化氮溶于水后会形成酸雨。下列说法错误的是( )
A．二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物质
B．酸雨的主要成分为H2SO4和HNO3
C．汽车尾气中的NOx指NO2
D．煤燃烧时加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量
解析：选C。A项，二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物质，正确；B项，酸雨的主要成分为H2SO4和HNO3，正确；C项，汽车尾气中的NOx指NO、NO2，错误；D项，煤燃烧时加入适量石灰石，将发生反应：CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑，CaO＋SO2===CaSO3，减少了废气中SO2的量，正确。
2．下列反应既表现硝酸的酸性，又显示硝酸的氧化性的是( )
A．CuO＋2HNO3===Cu(NO3)2＋H2O
B．FeO＋4HNO3(浓)===Fe(NO3)3＋2H2O＋NO2↑
C．C＋4HNO3(浓)===CO2↑＋2H2O＋4NO2↑
D．NH3＋HNO3===NH4NO3
解析：选B。A、D两项表现硝酸的酸性；B项生成硝酸铁，表现硝酸的酸性，生成二氧化氮，表现硝酸的强氧化性；C项表现硝酸的强氧化性。
3．将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是( )
A．反应剧烈程度：两者相同
B．消耗硝酸的物质的量：前者多，后者少
C．反应生成气体的颜色：前者浅，后者深
D．反应中转移的电子总数：前者多，后者少
解析：选B。相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，与浓硝酸的反应更剧烈，A错；铜和浓硝酸、稀硝酸反应的化学方程式分别为①4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，②8HNO3(稀)＋3Cu===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。①产生红棕色气体，②产生无色气体，C错；由于参加反应的铜的质量相同，且两反应中还原剂都是铜，反应后铜的价态又相同，所以反应中转移的电子总数相等，D错；1 ml Cu和浓硝酸反应消耗4 ml硝酸，1 ml Cu和稀硝酸反应消耗8/3 ml硝酸，相同质量的铜和过量浓硝酸、稀硝酸反应时，消耗的浓硝酸多，B正确。
4．铜跟1 ml·L－1 的硝酸反应，若c(NOeq \\al(－,3))下降0.2 ml·L－1，则c(H＋)下降( )
A．0.2 ml·L－1 B．0.4 ml·L－1
C．0.6 ml·L－1 D．0.8 ml·L－1
解析：选D。铜跟1 ml·L－1 的硝酸反应的离子方程式为8H＋＋2NOeq \\al(－,3)＋3Cu===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，H＋和NOeq \\al(－,3)的消耗量之比为8∶2＝4∶1，它们浓度的变化量之比是4∶1。
5．“可持续发展”是全球经济发展的共同课题，“珍惜地球，保护环境”已成为我国的基本国策。汽车尾气(含有烃类、CO、SO2和NO等物质)是城市空气的污染源。治理方法之一是在汽车排气管上装一个“催化转化器”(用铂、钯合金做催化剂)，它的特点是使CO与NO反应，生成两种可参与大气生态循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2催化氧化。
(1)写出CO与NO在催化剂作用下的化学方程式：______________________________。
(2)“催化转化器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度，其原因是________________________________________________________________________。
(3)控制城市空气污染源的方法可行的有________。
A．开发氢能源 B．使用电动车
C．植树造林 D．戴上呼吸面具
解析：CO与NO反应，生成可参与大气生态循环的无毒气体，并促使SO2的转化(催化剂作用下)，可知CO与NO反应生成N2和CO2，问题(1)可解决；联想到SO2可催化氧化成SO3，在空气中溶于水形成H2SO4，故问题(2)的答案为SO2转化为SO3，SO3与水形成H2SO4酸雾；植树造林和戴呼吸面具都不是控制污染源的可行方法，故问题(3)的答案为A和B。
答案：(1)2CO＋2NOeq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))2CO2＋N2
(2)SO2转化为SO3，SO3与水形成H2SO4酸雾 (3)AB
等级性测试
1．空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。下列措施不利于“蓝天工程”建设的是( )
A．推广使用燃煤脱硫技术，防止SO2污染
B．实施绿化工程，防治可吸附性颗粒污染
C．研制开发燃料电池汽车，消除机动车尾气污染
D．加大石油、煤的开采速度，增加化石燃料的供应量
解析：选D。石油、煤等化石燃料燃烧时会产生SO2等大气污染物，不符合“蓝天工程”的要求。
2．汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是( )
A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物
B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2
C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应
D．催化转化的总反应为2NO＋O2＋4COeq \(=====,\s\up7(催化剂))4CO2＋N2
解析：选D。反应过程中NO、O2为氧化剂，N2为还原产物；汽车尾气中的N2不是污染物；NO和O2的反应不需要催化剂；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：2NO＋O2===2NO2，2NO2＋4COeq \(=====,\s\up7(催化剂))N2＋4CO2，将两步反应式合并可得总反应式为2NO＋O2＋4COeq \(=====,\s\up7(催化剂))4CO2＋N2。
3．下列关于浓硝酸和浓硫酸的叙述中正确的是( )
A．常温下都可用铝制容器贮存
B．露置在空气中，容器内酸液的质量都会减轻
C．常温下都能与铜较快反应
D．露置在空气中，容器内酸液的浓度都会增大
解析：选A。浓H2SO4吸水增重，B错误；浓H2SO4常温下与Cu不反应，C错误；浓H2SO4吸水、浓HNO3挥发都会使酸液的浓度减小，D错误。
4．下列关于硝酸的说法正确的是( )
A．硝酸与金属反应，主要是＋5价氮得电子
B．与金属反应时，稀硝酸可能被还原为更低价态，则稀硝酸氧化性强于浓硝酸
C．硝酸电离出H＋，能被Zn、Fe等金属还原成H2
D．常温下，向浓HNO3中投入Fe片，会产生大量红棕色气体
解析：选A。硝酸与金属反应，主要是＋5价氮得电子，生成氮的低价化合物，一般不生成氢气；浓HNO3比稀HNO3氧化性强，根据Cu与浓HNO3和稀HNO3的反应剧烈程度可以证明；常温下铁遇浓硝酸发生钝化，不会生成大量红棕色气体。
5．铜粉放入稀硫酸中，加热后无现象，当加入一种盐后，铜粉质量减小，溶液变蓝，同时有气体产生。此盐应是( )
A．KCl B．FeCl3
C．KNO3 D．K2CO3
解析：选C。铜粉不能与盐酸反应，HNO3可以氧化铜粉，使之形成Cu2＋，而FeCl3与铜粉反应无气体放出，故加入的应是硝酸盐。
6. 38.4 mg铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到22.4 mL(标准状况)气体，则反应消耗的硝酸的物质的量可能是( )
A．1.0×10－3 ml B．1.6×10－3 ml
C．2.2×10－3 ml D．2.4×10－3 ml
解析：选C。浓硝酸适量，在反应过程中变稀，实际上发生了两个反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。反应消耗的HNO3包括起酸性作用和起氧化性作用的两部分，前者反应后以Cu(NO3)2形式存在，后者被还原后生成NO2、NO气体。从两个方程式看出Cu＋2HNO3(酸)～Cu(NO3)2，HNO3(氧化剂)～NO2(或NO)，所以反应消耗的HNO3的物质的量为eq \f(38.4×10－3 g,64 g/ml)×2＋eq \f(22.4×10－3L,22.4 L/ml)＝1.2×10－3 ml＋1.0×10－3 ml＝2.2×10－3 ml。
7．相同质量的铜片分别投入足量的下列四种酸中(必要时可加热)，充分反应后在相同条件下得到的气体体积由大到小的顺序是( )
①浓硫酸 ②浓硝酸 ③稀硫酸 ④稀硝酸
A．②④①③ B．②①④③
C．①②④③ D．③④①②
解析：选B。1 ml Cu与浓硫酸反应可生成1 ml SO2，1 ml Cu与浓硝酸反应可生成2 ml NO2，1 ml Cu与稀硝酸反应可生成2/3 ml NO，Cu与稀硫酸不反应。
8．如图所示，甲是某学生验证铜和浓硝酸反应的装置，乙、丙是另外两位同学对甲装置改进后的装置：
(1)甲、乙、丙三个装置中共同发生的反应的化学方程式是________________________________________________________________________。
(2)和甲装置相比，乙装置的优点是____________________________________________；________________________________________________________________________。
(3)为了进一步验证NO2和水的反应，某学生设计了丙装置。实验时先关闭弹簧夹________，再打开弹簧夹________，才能使NO2气体充满②试管；当气体充满②试管后，将铜丝提起与溶液脱离。欲使烧杯中的水进入②试管，应该__________________________。
解析：(1)铜和浓硝酸反应的化学方程式是Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。(2)根据题目给定的装置图可知，乙装置有尾气处理装置，同时可以通过上下移动铜丝来控制反应的发生与停止。(3)实验时应先关闭弹簧夹c，再打开弹簧夹a、b，才能使NO2气体充满②试管；当气体充满②试管后，将铜丝提起与溶液脱离停止反应。欲使烧杯中的水进入②试管应该先关闭b，再关闭a，然后打开c，用手捂住试管②。
答案：(1)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(2)可以控制反应的发生和停止 吸收NO2气体，防止污染环境
(3)c a、b 先关闭b，再关闭a，然后打开c，用手捂住试管②
9．在浓硝酸中放入适量铜片：
(1)开始反应的化学方程式为__________________________________________________，实验现象为____________________________。
(2)若铜有剩余，则反应将要结束时的化学方程式为_____________________________。
(3)待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，原因是________________________________________________________________________。
(4)若将12.8 g铜跟一定量的浓硝酸反应，铜消耗完时，共产生气体5.6 L(标准状况下)。则所消耗硝酸的物质的量是________。
解析：(1)浓硝酸与铜片反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓) === Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
(2)铜跟浓硝酸反应时，随着反应的进行，硝酸浓度不断减小，故反应最后阶段发生的是铜与稀硝酸的反应。
(3)反应停止后，反应体系中有Cu、Cu2＋、NOeq \\al(－,3)，加入稀硫酸后，H2SO4电离出H＋，又“生成了HNO3”，故又会有Cu溶解。
(4)产生的5.6 L气体是NO2和NO的混合气体。根据N原子守恒可算出被还原的HNO3的物质的量，再根据Cu的量可算出显酸性的HNO3的物质的量[Cu反应后转化为Cu(NO3)2，故显酸性的HNO3的物质的量应为Cu的物质的量的2倍]。消耗HNO3的总物质的量＝起酸作用HNO3的物质的量＋被还原HNO3的物质的量。铜的物质的量为eq \f(12.8 g,64 g·ml－1)＝0.2 ml，起酸性作用的HNO3的物质的量为0.2 ml×2＝0.4 ml，NO2和NO的总物质的量为eq \f(5.6 L,22.4 ml·L－1)＝0.25 ml，则起氧化剂作用的HNO3(即被还原的HNO3)总物质的量为0.25 ml，故总共所消耗的硝酸的物质的量为0.4 ml＋0.25 ml＝0.65 ml。
答案：(1)Cu＋4HNO3(浓) === Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 铜片逐渐溶解，溶液逐渐变蓝色，有红棕色气体产生
(2)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
(3)加入稀硫酸后，H2SO4电离出H＋，与原溶液中的NOeq \\al(－,3)构成强氧化性条件(即相当于溶液中又“生成了稀硝酸”)
(4)0.65 ml
10．氮的氧化物和硫的氧化物是导致酸雨的物质。
(1)形成酸雨的原理之一可简单表示如下：
回答下列问题：
①酸雨的pH________(填“＞”“＜”或“＝”)5.6。
②D物质的化学式为____________。
③反应②的化学方程式为____________________________________________。
(2)在一定条件下氨亦可用来将氮氧化物转化为无污染的物质。写出氨和一氧化氮在一定条件下反应的化学方程式：_________________________________________________，
反应中氧化剂是________，还原剂是________。
(3)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＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O
现有V L某NaOH溶液能完全吸收n ml NO2和m ml NO组成的大气污染物。
①所用烧碱溶液的物质的量浓度至少为________ml·L－1。
②若所得溶液中c(NOeq \\al(－,3))∶c(NOeq \\al(－,2))＝1∶9，则原混合气体中NO2和NO的物质的量之比n∶m＝________。
解析：(1)①酸雨的pH＜5.6，正常雨水的pH＝5.6。②由图示转化可知，A为SO2，B为SO3，C为H2SO4，D为H2SO3。(2)NH3和NO反应生成的无污染物质是N2和H2O。(3)①因产物NaNO3、NaNO2中n(Na＋)＝n(N)，故n(NaOH)＝n(NO)＋n(NO2)＝(m＋n) ml，c(NaOH)＝eq \f(m＋n,V) ml·L－1。②NO2与NO混合气体与NaOH溶液反应可以认为先后发生如下反应：
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
m m 2m
2NO2＋2NaOH===NaNO2 ＋ NaNO3＋H2O
n－m eq \f(1,2)(n－m) eq \f(1,2)(n－m)
当V(NO2)≥V(NO)时能吸收完全，所以c(NOeq \\al(－,3))∶c(NOeq \\al(－,2))＝eq \f(\f(1,2)（n－m）,2m＋\f(1,2)（n－m）)＝eq \f(1,9)，解得n∶m＝3∶2。
答案：(1)①＜ ②H2SO3 ③2SO2＋O2eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))2SO3
(2)6NO＋4NH3eq \(=====,\s\up7(一定条件下))5N2＋6H2O NO NH3
(3)①eq \f(m＋n,V) ②3∶2
课程标准
核心素养
1.结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解硝酸的主要性质。
2.认识硝酸在生产中的应用和对生态环境的影响。3.认识氮及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质的性质，实现物质的转化。
1.宏观辨识与微观探析：能说明硝酸的性质与应用之间的关系。
2.科学态度与社会责任：能运用氮及其化合物知识分析讨论生产、生活中简单的化学问题(如酸雨防治、环境保护等)，认识化学科学对社会可持续发展的贡献。
组成
浓硝酸和浓盐酸的混合物，体积比为1∶3
特性
能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解
测试时间/h
0
1
2
3
4
雨水的pH
4.73
4.63
4.56
4.55
4.55
课堂小结
硝 酸
1．物理性质
硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
2．化学性质
(1)不稳定性
①化学方程式：4HNO3eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5(或光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O。
②保存：一般将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。
(2)强氧化性
①与金属铜反应
浓硝酸与Cu反应：4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O；
稀硝酸与Cu反应：__8HNO3(稀)＋3Cu===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
②常温下，浓硝酸、浓硫酸使铁、铝钝化(铁、铝表面被氧化生成一层致密的氧化物薄膜，这层薄膜阻止了酸与内层金属的进一步反应)，故常温下，可以用铁或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。
③王水
3.工业制硝酸
原理：将氨经过一系列反应得到硝酸，如图所示。
写出每步反应的化学方程式，并指出反应中含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。
(1)N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3(还原反应)
(2)4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4NO＋6H2O(氧化反应)
(3)2NO＋O2===2NO2(氧化反应)
(4)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(既发生氧化反应，又发生还原反应)
硝酸与金属反应的“三个守恒、一个关系”
1．三个守恒
(1)得失电子守恒：金属失电子数＝n(NO2)＋3n(NO)。
(2)氮原子守恒：n(HNO3)＝xn[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)。
(3)若向反应后的溶液中加入NaOH溶液恰好使Mx＋沉淀完全，此时溶质为NaNO3，则存在：n(Na＋)＝n(NOeq \\al(－,3))＝n(HNO3)－n(NO)－n(NO2)。
2．一个关系
起酸性作用的HNO3的物质的量是金属物质的量和金属所带电荷数的乘积，可表示为n(HNO3)酸性＝xn(Mx＋)＝n(转移电子)。
1．下列对于硝酸的认识中，不正确的是( )
A．浓硝酸在见光或受热时会发生分解
B．铜与硝酸的反应属于置换反应
C．金属与硝酸反应不产生氢气
D．可用铁和铝制品盛装浓硝酸
解析：选B。4HNO3(浓) eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5(或光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O，A正确；铜与浓、稀硝酸反应的还原产物分别是NO2和NO，没有单质生成，故不属于置换反应，B错误；硝酸是氧化性酸，金属与硝酸反应均不产生H2，C正确；铁与铝遇冷的浓硝酸钝化，故可用铁或铝制容器盛装浓硝酸，D正确。
2．0.3 ml Cu和含1.2 ml HNO3的浓硝酸充分反应后，生成NO2的量为( )
A．0.2 ml B．0.6 ml
C．小于0.6 ml D．大于0.6 ml
解析：选C。因铜与浓硝酸反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，随着反应的进行，浓硝酸变稀，铜与稀硝酸反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，所以放出的NO2小于0.6 ml。
3．氮及其化合物的转化关系如下图所示，则下列说法不正确的是( )
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．氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2
解析：选D。氮气和氧气在放电或高温条件下反应生成NO，NO与O2反应生成NO2，即氮气与氧气不能一步转化为NO2。
酸雨及防治
1．SO2与NOx的主要来源
(1)SO2主要来自煤、石油的燃烧和某些含硫金属矿物的冶炼。
(2)NOx主要来自机动车尾气(高温条件下氮气和氧气生成氮氧化物)。
2．酸雨
(1)概念：pH<5.6的降雨。
(2)成因：主要是大气中的SO2和NOx以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于水形成的。
(3)类型
①硫酸型：SO2→H2SO3→H2SO4。
化学方程式：SO2＋H2OH2SO3、2H2SO3＋O2===2H2SO4。
②硝酸型：NO2→HNO3。
化学方程式：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
(4)危害
①直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化。
②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电缆的腐蚀。
1．保护环境，就是关爱自己。下列说法中你认为不正确的是( )
A．采用原煤脱硫技术，可减少燃煤产生的SO2
B．酸雨指pH小于7的雨水
C．大气中氮氧化物主要来自汽车尾气的排放
D．倡导低碳生活、绿色出行
解析：选B。原煤中加入的生石灰可与煤燃烧产生的二氧化硫反应，最终生成硫酸钙，从而减少了SO2气体的排放，达到脱硫的目的，A项正确；酸雨指pH小于5.6的雨水，其pH范围错误，B项错误；大气中氮氧化物主要来自汽车尾气的排放，C项正确；低碳生活指在生活中要尽力减少所消耗的能量，特别是二氧化碳的排放量，从而减少对大气的污染，减缓生态恶化，故应倡导低碳生活、绿色出行，D项正确。
2．下图所示是酸雨的形成示意图。根据图示回答下列问题。
(1)下列气体容易形成酸雨的是________。
A．CO2 B．SO2 C．N2 D．NO2
(2)现有雨水样品1份，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下：
分析数据，回答下列问题：
①雨水样品的pH变化的原因是______________________________(用化学方程式表示)。
②如果将刚取样的上述雨水和自来水混合，pH将变______，原因是__________________(用化学方程式表示)。
(3)下列措施中，可减少酸雨产生的途径的是________(填字母)。
①少用煤做燃料 ②把工厂烟囱造高 ③燃料脱硫
④在已酸化的土壤中加石灰 ⑤开发新能源
A．①②③ B．②③④⑤
C．①③⑤ D．①③④⑤
解析：(1)SO2、NO2易形成酸雨。
(2)①酸雨放置时pH变小，其原因是雨水中的H2SO3被空气中氧气氧化：2H2SO3＋O2===2H2SO4。
②雨水和自来水混合，应考虑H2SO3与Cl2(或HClO)的反应：SO2＋2H2O＋Cl2===H2SO4＋2HCl(或H2SO3＋HClO===H2SO4＋HCl)。因此雨水与自来水混合后溶液pH将变小。
答案：(1)BD
(2)①2H2SO3＋O2===2H2SO4
②小 Cl2＋2H2O＋SO2===H2SO4＋2HCl(或H2SO3＋HClO===H2SO4＋HCl)
(3)C
合格考训练
1．大气中的二氧化硫和二氧化氮溶于水后会形成酸雨。下列说法错误的是( )
A．二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物质
B．酸雨的主要成分为H2SO4和HNO3
C．汽车尾气中的NOx指NO2
D．煤燃烧时加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量
解析：选C。A项，二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物质，正确；B项，酸雨的主要成分为H2SO4和HNO3，正确；C项，汽车尾气中的NOx指NO、NO2，错误；D项，煤燃烧时加入适量石灰石，将发生反应：CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑，CaO＋SO2===CaSO3，减少了废气中SO2的量，正确。
2．下列反应既表现硝酸的酸性，又显示硝酸的氧化性的是( )
A．CuO＋2HNO3===Cu(NO3)2＋H2O
B．FeO＋4HNO3(浓)===Fe(NO3)3＋2H2O＋NO2↑
C．C＋4HNO3(浓)===CO2↑＋2H2O＋4NO2↑
D．NH3＋HNO3===NH4NO3
解析：选B。A、D两项表现硝酸的酸性；B项生成硝酸铁，表现硝酸的酸性，生成二氧化氮，表现硝酸的强氧化性；C项表现硝酸的强氧化性。
3．将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是( )
A．反应剧烈程度：两者相同
B．消耗硝酸的物质的量：前者多，后者少
C．反应生成气体的颜色：前者浅，后者深
D．反应中转移的电子总数：前者多，后者少
解析：选B。相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，与浓硝酸的反应更剧烈，A错；铜和浓硝酸、稀硝酸反应的化学方程式分别为①4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，②8HNO3(稀)＋3Cu===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。①产生红棕色气体，②产生无色气体，C错；由于参加反应的铜的质量相同，且两反应中还原剂都是铜，反应后铜的价态又相同，所以反应中转移的电子总数相等，D错；1 ml Cu和浓硝酸反应消耗4 ml硝酸，1 ml Cu和稀硝酸反应消耗8/3 ml硝酸，相同质量的铜和过量浓硝酸、稀硝酸反应时，消耗的浓硝酸多，B正确。
4．铜跟1 ml·L－1 的硝酸反应，若c(NOeq \\al(－,3))下降0.2 ml·L－1，则c(H＋)下降( )
A．0.2 ml·L－1 B．0.4 ml·L－1
C．0.6 ml·L－1 D．0.8 ml·L－1
解析：选D。铜跟1 ml·L－1 的硝酸反应的离子方程式为8H＋＋2NOeq \\al(－,3)＋3Cu===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，H＋和NOeq \\al(－,3)的消耗量之比为8∶2＝4∶1，它们浓度的变化量之比是4∶1。
5．“可持续发展”是全球经济发展的共同课题，“珍惜地球，保护环境”已成为我国的基本国策。汽车尾气(含有烃类、CO、SO2和NO等物质)是城市空气的污染源。治理方法之一是在汽车排气管上装一个“催化转化器”(用铂、钯合金做催化剂)，它的特点是使CO与NO反应，生成两种可参与大气生态循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2催化氧化。
(1)写出CO与NO在催化剂作用下的化学方程式：______________________________。
(2)“催化转化器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度，其原因是________________________________________________________________________。
(3)控制城市空气污染源的方法可行的有________。
A．开发氢能源 B．使用电动车
C．植树造林 D．戴上呼吸面具
解析：CO与NO反应，生成可参与大气生态循环的无毒气体，并促使SO2的转化(催化剂作用下)，可知CO与NO反应生成N2和CO2，问题(1)可解决；联想到SO2可催化氧化成SO3，在空气中溶于水形成H2SO4，故问题(2)的答案为SO2转化为SO3，SO3与水形成H2SO4酸雾；植树造林和戴呼吸面具都不是控制污染源的可行方法，故问题(3)的答案为A和B。
答案：(1)2CO＋2NOeq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))2CO2＋N2
(2)SO2转化为SO3，SO3与水形成H2SO4酸雾 (3)AB
等级性测试
1．空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。下列措施不利于“蓝天工程”建设的是( )
A．推广使用燃煤脱硫技术，防止SO2污染
B．实施绿化工程，防治可吸附性颗粒污染
C．研制开发燃料电池汽车，消除机动车尾气污染
D．加大石油、煤的开采速度，增加化石燃料的供应量
解析：选D。石油、煤等化石燃料燃烧时会产生SO2等大气污染物，不符合“蓝天工程”的要求。
2．汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是( )
A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物
B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2
C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应
D．催化转化的总反应为2NO＋O2＋4COeq \(=====,\s\up7(催化剂))4CO2＋N2
解析：选D。反应过程中NO、O2为氧化剂，N2为还原产物；汽车尾气中的N2不是污染物；NO和O2的反应不需要催化剂；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：2NO＋O2===2NO2，2NO2＋4COeq \(=====,\s\up7(催化剂))N2＋4CO2，将两步反应式合并可得总反应式为2NO＋O2＋4COeq \(=====,\s\up7(催化剂))4CO2＋N2。
3．下列关于浓硝酸和浓硫酸的叙述中正确的是( )
A．常温下都可用铝制容器贮存
B．露置在空气中，容器内酸液的质量都会减轻
C．常温下都能与铜较快反应
D．露置在空气中，容器内酸液的浓度都会增大
解析：选A。浓H2SO4吸水增重，B错误；浓H2SO4常温下与Cu不反应，C错误；浓H2SO4吸水、浓HNO3挥发都会使酸液的浓度减小，D错误。
4．下列关于硝酸的说法正确的是( )
A．硝酸与金属反应，主要是＋5价氮得电子
B．与金属反应时，稀硝酸可能被还原为更低价态，则稀硝酸氧化性强于浓硝酸
C．硝酸电离出H＋，能被Zn、Fe等金属还原成H2
D．常温下，向浓HNO3中投入Fe片，会产生大量红棕色气体
解析：选A。硝酸与金属反应，主要是＋5价氮得电子，生成氮的低价化合物，一般不生成氢气；浓HNO3比稀HNO3氧化性强，根据Cu与浓HNO3和稀HNO3的反应剧烈程度可以证明；常温下铁遇浓硝酸发生钝化，不会生成大量红棕色气体。
5．铜粉放入稀硫酸中，加热后无现象，当加入一种盐后，铜粉质量减小，溶液变蓝，同时有气体产生。此盐应是( )
A．KCl B．FeCl3
C．KNO3 D．K2CO3
解析：选C。铜粉不能与盐酸反应，HNO3可以氧化铜粉，使之形成Cu2＋，而FeCl3与铜粉反应无气体放出，故加入的应是硝酸盐。
6. 38.4 mg铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到22.4 mL(标准状况)气体，则反应消耗的硝酸的物质的量可能是( )
A．1.0×10－3 ml B．1.6×10－3 ml
C．2.2×10－3 ml D．2.4×10－3 ml
解析：选C。浓硝酸适量，在反应过程中变稀，实际上发生了两个反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。反应消耗的HNO3包括起酸性作用和起氧化性作用的两部分，前者反应后以Cu(NO3)2形式存在，后者被还原后生成NO2、NO气体。从两个方程式看出Cu＋2HNO3(酸)～Cu(NO3)2，HNO3(氧化剂)～NO2(或NO)，所以反应消耗的HNO3的物质的量为eq \f(38.4×10－3 g,64 g/ml)×2＋eq \f(22.4×10－3L,22.4 L/ml)＝1.2×10－3 ml＋1.0×10－3 ml＝2.2×10－3 ml。
7．相同质量的铜片分别投入足量的下列四种酸中(必要时可加热)，充分反应后在相同条件下得到的气体体积由大到小的顺序是( )
①浓硫酸 ②浓硝酸 ③稀硫酸 ④稀硝酸
A．②④①③ B．②①④③
C．①②④③ D．③④①②
解析：选B。1 ml Cu与浓硫酸反应可生成1 ml SO2，1 ml Cu与浓硝酸反应可生成2 ml NO2，1 ml Cu与稀硝酸反应可生成2/3 ml NO，Cu与稀硫酸不反应。
8．如图所示，甲是某学生验证铜和浓硝酸反应的装置，乙、丙是另外两位同学对甲装置改进后的装置：
(1)甲、乙、丙三个装置中共同发生的反应的化学方程式是________________________________________________________________________。
(2)和甲装置相比，乙装置的优点是____________________________________________；________________________________________________________________________。
(3)为了进一步验证NO2和水的反应，某学生设计了丙装置。实验时先关闭弹簧夹________，再打开弹簧夹________，才能使NO2气体充满②试管；当气体充满②试管后，将铜丝提起与溶液脱离。欲使烧杯中的水进入②试管，应该__________________________。
解析：(1)铜和浓硝酸反应的化学方程式是Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。(2)根据题目给定的装置图可知，乙装置有尾气处理装置，同时可以通过上下移动铜丝来控制反应的发生与停止。(3)实验时应先关闭弹簧夹c，再打开弹簧夹a、b，才能使NO2气体充满②试管；当气体充满②试管后，将铜丝提起与溶液脱离停止反应。欲使烧杯中的水进入②试管应该先关闭b，再关闭a，然后打开c，用手捂住试管②。
答案：(1)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(2)可以控制反应的发生和停止 吸收NO2气体，防止污染环境
(3)c a、b 先关闭b，再关闭a，然后打开c，用手捂住试管②
9．在浓硝酸中放入适量铜片：
(1)开始反应的化学方程式为__________________________________________________，实验现象为____________________________。
(2)若铜有剩余，则反应将要结束时的化学方程式为_____________________________。
(3)待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，原因是________________________________________________________________________。
(4)若将12.8 g铜跟一定量的浓硝酸反应，铜消耗完时，共产生气体5.6 L(标准状况下)。则所消耗硝酸的物质的量是________。
解析：(1)浓硝酸与铜片反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓) === Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
(2)铜跟浓硝酸反应时，随着反应的进行，硝酸浓度不断减小，故反应最后阶段发生的是铜与稀硝酸的反应。
(3)反应停止后，反应体系中有Cu、Cu2＋、NOeq \\al(－,3)，加入稀硫酸后，H2SO4电离出H＋，又“生成了HNO3”，故又会有Cu溶解。
(4)产生的5.6 L气体是NO2和NO的混合气体。根据N原子守恒可算出被还原的HNO3的物质的量，再根据Cu的量可算出显酸性的HNO3的物质的量[Cu反应后转化为Cu(NO3)2，故显酸性的HNO3的物质的量应为Cu的物质的量的2倍]。消耗HNO3的总物质的量＝起酸作用HNO3的物质的量＋被还原HNO3的物质的量。铜的物质的量为eq \f(12.8 g,64 g·ml－1)＝0.2 ml，起酸性作用的HNO3的物质的量为0.2 ml×2＝0.4 ml，NO2和NO的总物质的量为eq \f(5.6 L,22.4 ml·L－1)＝0.25 ml，则起氧化剂作用的HNO3(即被还原的HNO3)总物质的量为0.25 ml，故总共所消耗的硝酸的物质的量为0.4 ml＋0.25 ml＝0.65 ml。
答案：(1)Cu＋4HNO3(浓) === Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 铜片逐渐溶解，溶液逐渐变蓝色，有红棕色气体产生
(2)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
(3)加入稀硫酸后，H2SO4电离出H＋，与原溶液中的NOeq \\al(－,3)构成强氧化性条件(即相当于溶液中又“生成了稀硝酸”)
(4)0.65 ml
10．氮的氧化物和硫的氧化物是导致酸雨的物质。
(1)形成酸雨的原理之一可简单表示如下：
回答下列问题：
①酸雨的pH________(填“＞”“＜”或“＝”)5.6。
②D物质的化学式为____________。
③反应②的化学方程式为____________________________________________。
(2)在一定条件下氨亦可用来将氮氧化物转化为无污染的物质。写出氨和一氧化氮在一定条件下反应的化学方程式：_________________________________________________，
反应中氧化剂是________，还原剂是________。
(3)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＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O
现有V L某NaOH溶液能完全吸收n ml NO2和m ml NO组成的大气污染物。
①所用烧碱溶液的物质的量浓度至少为________ml·L－1。
②若所得溶液中c(NOeq \\al(－,3))∶c(NOeq \\al(－,2))＝1∶9，则原混合气体中NO2和NO的物质的量之比n∶m＝________。
解析：(1)①酸雨的pH＜5.6，正常雨水的pH＝5.6。②由图示转化可知，A为SO2，B为SO3，C为H2SO4，D为H2SO3。(2)NH3和NO反应生成的无污染物质是N2和H2O。(3)①因产物NaNO3、NaNO2中n(Na＋)＝n(N)，故n(NaOH)＝n(NO)＋n(NO2)＝(m＋n) ml，c(NaOH)＝eq \f(m＋n,V) ml·L－1。②NO2与NO混合气体与NaOH溶液反应可以认为先后发生如下反应：
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
m m 2m
2NO2＋2NaOH===NaNO2 ＋ NaNO3＋H2O
n－m eq \f(1,2)(n－m) eq \f(1,2)(n－m)
当V(NO2)≥V(NO)时能吸收完全，所以c(NOeq \\al(－,3))∶c(NOeq \\al(－,2))＝eq \f(\f(1,2)（n－m）,2m＋\f(1,2)（n－m）)＝eq \f(1,9)，解得n∶m＝3∶2。
答案：(1)①＜ ②H2SO3 ③2SO2＋O2eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))2SO3
(2)6NO＋4NH3eq \(=====,\s\up7(一定条件下))5N2＋6H2O NO NH3
(3)①eq \f(m＋n,V) ②3∶2
课程标准
核心素养
1.结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解硝酸的主要性质。
2.认识硝酸在生产中的应用和对生态环境的影响。3.认识氮及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质的性质，实现物质的转化。
1.宏观辨识与微观探析：能说明硝酸的性质与应用之间的关系。
2.科学态度与社会责任：能运用氮及其化合物知识分析讨论生产、生活中简单的化学问题(如酸雨防治、环境保护等)，认识化学科学对社会可持续发展的贡献。
组成
浓硝酸和浓盐酸的混合物，体积比为1∶3
特性
能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解
测试时间/h
0
1
2
3
4
雨水的pH
4.73
4.63
4.56
4.55
4.55
课堂小结
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