2020版高考化学（经典版）一轮复习教师用书：第四章第4节氮及其重要化合物

 第4节　氮及其重要化合物
[考试说明]　1.掌握氮的重要化合物的主要性质及其应用。2.了解氮及其重要化合物的制备方法。3.掌握氨气的实验室制法。4.了解氮及其重要化合物对环境的影响。
[命题规律]　氮及其化合物是中学化学的重要知识点之一，是历届各地高考的热点，考查的方法有：一是结合氮及其化合物的转化考查基本概念、基本理论；二是以NOx和HNO3的性质考查相关实验及计算；三是以框图推断考查氮及其化合物的性质和应用；四是结合相关工业生产考查含氮化合物对环境质量的影响；五是以实验题形式考查氨气的实验室制法及性质探究。
考点1　氮气及其氧化物
知识梳理
1.氮元素在自然界中的存在及氮的固定

2．氮气(N2)
(1)物理性质：无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水，熔点、沸点很低。
(2)化学性质
N2的电子式为N⋮⋮N，结构式为N≡N，由于分子中含有的氮氮三键键能很大，分子结构稳定，在通常状况下，化学性质很不活泼。
①与氧气反应：N2＋O22NO(汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮)。
②与氢气反应：N2＋3H22NH3(工业合成氨的反应原理)。
③与Mg反应：3Mg＋N2Mg3N2。
3．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。
(2)NO和NO2性质的比较

续表


(1)NO只能用排水法收集，不能用排空气法收集；而NO2只能用向上排空气法收集，不能用排水法收集。
(2)NO2气体存在平衡：2NO2N2O4，故常温时没有纯净的NO2或N2O4气体。
(3)NO2虽然与水反应生成HNO3，但不是硝酸的酸酐。硝酸的酸酐是N2O5；NO2不是酸性氧化物。
(4)NO2能使湿润的淀粉－碘化钾试纸变蓝，原因是二氧化氮先与水反应生成HNO3，HNO3再将碘化钾氧化为I2，最终淀粉遇I2变蓝。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)NO2溶于水时生成HNO3，故NO2是硝酸的酸酐。(×)
错因：HNO3的酸酐是N2O5。
(2)工业合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应。(√)
错因：__________________________________________________________
(3)NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象。(×)
错因：NO2与H2O反应生成HNO3，硝酸会将Fe2＋氧化为Fe3＋，且自身被还原为NO气体。
(4)NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂，二者的物质的量之比为3∶1。(×)
错因：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，由反应方程式分析可知：NO2既是氧化剂又是还原剂。
(5)溴蒸气和NO2都为红棕色气体用湿润的淀粉­KI试纸可以鉴别。(×)
错因：溴蒸气和NO2均可以使湿润的淀粉­KI试纸变蓝，故无法鉴别。
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组训练
题组一 氮气及氮的循环
1．下列变化不属于氮的固定的是(　　)
A．工业上将NH3和CO2在高温高压下制成CO(NH2)2
B．空气中的O2和N2在闪电时化合成NO
C．豆科植物的根瘤菌把氮气变成NH3
D．工业上用N2和H2来合成NH3
答案　A
解析　氮的固定是指将游离态的氮转变为氮的化合物，A项不符合题意。
2．下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是(　　)
①N2→NO2　②NO2→NO　③NO2→HNO3　④N2→NO　⑤N2→NH3
A．① B．②⑤
C．④ D．③④
答案　C
解析　该题有两个要求：(1)必须加入氧化剂；(2)一步反应就能完成。反应①、③、④从化合价角度来看都升高，但反应①N2→NO2不能一步反应完成；而反应③NO2→HNO3，虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能实现，如3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应④N2→NO必须加入氧化剂且一步反应就能完成。
题组二 NO、NO2的性质及对环境的影响
3．随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。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．催化转化总化学方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2
答案　D
解析　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＋4CO===N2＋4CO2，将两步反应式合并可得总化学方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2。
4．某无色透明的混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将此混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色。下列对于原混合气体成分的判断中正确的是(　　)
A．肯定有SO2、O2和NO
B．肯定没有Cl2、O2和NO2
C．可能有Cl2和O2
D．肯定只有NO
答案　B
解析　该混合气体为无色气体，不含Cl2和NO2，混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，含有SO2；剩余气体通入空气，很快变为红棕色，所以还含NO，则一定不含O2。
题组三 氮的氧化物与水的反应
5．将充有a mL NO和b mL NO2气体的试管倒立于水槽中，然后通入a mL O2。气体体积均在同温同压下测定，且b>a，则充分反应后，试管中气体在同温同压下的体积为(　　)
A. mL B. mL
C. mL D. mL
答案　A
解析　已知反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3,4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3；由这两个反应可得NO＋NO2＋O2＋H2O===2HNO3，b>a，则同温同压下反应中NO2过量(b－a)mL，而过量的NO2与水反应生成 mL NO。
6．在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为(　　)
①1.2 mL　②2.4 mL　③3 mL　④4 mL
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
答案　D
解析　4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3　若剩余的气体是O2，则V(NO2)＝×(12 mL－2 mL)＝8 mL，V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。若剩余的气体是NO(2 mL)⇒6 mL NO2，则V(O2)＝×(12 mL－6 mL)＝1.2 mL。

氮的氧化物和O2、H2O反应的计算方法
(1)关系式法
①NO2和O2混合气体溶于水的计算：
由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知：
V(NO2)∶V(O2)
②NO与O2同时通入水中：
由4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
可知：
V(NO)∶V(O2)
③NO2、NO、O2三种混合气体通入水中：
a．可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。
b．也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情况处理。
(2)得失电子守恒法
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。

考点2　氨和铵盐
知识梳理
1.氨的分子结构与性质
(1)分子结构
分子式：NH3，电子式：，空间构型：三角锥形，属于极性分子。
(2)物理性质
无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化可用作制冷剂，极易溶于水(约1∶700)，可由喷泉实验证明。
(3)化学性质
①与水反应：NH3＋H2ONH3·H2O，氨的水溶液叫氨水，呈弱碱性：NH3·H2ONH＋OH－。
a．组成：三种分子：NH3、H2O、NH3·H2O；
三种离子：NH、OH－、H＋。
b．性质：氨水质量分数越大，其密度越小。
c．NH3·H2O为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：
NH3·H2ONH3↑＋H2O(可用于制备少量NH3)。
②氨气与酸反应
a．蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为有白烟生成，将浓盐酸改为浓硝酸，也会出现相同的现象。化学方程式为HCl＋NH3===NH4Cl，NH3＋HNO3===NH4NO3。
b．与CO2等酸性氧化物反应：NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3或2NH3＋CO2＋H2O===(NH4)2CO3。
③NH3的还原性
氨的催化氧化：4NH3＋5O24NO＋6H2O；
与CuO的反应：2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O。
④与盐溶液反应
将氨水加入下列溶液，完成下表：

2．氨气的制法
(1)工业制法：N2＋3H22NH3。
(2)实验室制法
①原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
②实验装置

装置类型：固＋固气体。
③净化装置：如图Ⅰ或图Ⅱ所示(不能用浓H2SO4、P2O5、CaCl2、无水硫酸铜作干燥剂)。

④收集方法：向下排空气法。在集气管口塞一团干燥的棉花，目的是：减小NH3与空气的对流速度，收集到较纯净的NH3。
⑤验满方法：a.将湿润的红色石蕊试纸放置在试管口附近，若试纸变蓝色，说明NH3已收集满。b.将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟产生，说明NH3已收集满。
3．铵盐及NH4的检验
(1)铵盐的物理性质
铵盐一般是白色晶体，均易溶于水。
(2)铵盐的化学性质

(3)NH的检验
未知液湿润的红色石蕊试纸变蓝色，则证明含NH。

(1)干燥氨气不能用浓硫酸，也不能用无水CaCl2(8NH3＋CaCl2===CaCl2·8NH3)，通常用碱石灰干燥氨气。
(2)吸收氨气时要注意防止倒吸。
可用于吸收氨气并能防倒吸的常用装置为

(3)铵盐受热都能分解，但不是所有的铵盐分解都发生非氧化还原反应，如5NH4NO32HNO3＋4N2↑＋9H2O。
(4)制氨时铵盐不选(NH4)2CO3、NH4HCO3、NH4NO3等，因它们受热易分解，使产生的NH3中混有较多的杂质气体，另外NH4NO3易爆炸；选碱时，用Ca(OH)2而不用NaOH或KOH，因NaOH、KOH具有吸湿性，易结块，不利于产生氨，且在高温下均能腐蚀玻璃。
(5)实验室制取少量NH3的两种简易方法

①加热浓氨水(图甲)
反应原理：NH3·H2ONH3↑＋H2O。
②浓氨水中加固态碱性物质(图乙)
反应原理：浓氨水中存在以下平衡：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，加入固态碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等)，消耗水且使c(OH－)增大，使平衡逆向移动，同时反应放热，促进NH3·H2O的分解。
(6)引发喷泉的几种方法
①使烧瓶内的气体迅速溶于水或某种液体中。
②使烧瓶内气体温度降低，使气压减小。
③使烧瓶外待喷液面上的气压增大。
(7)喷泉实验的几种常见装置

说明：装置②中最好采用顶部有孔的烧瓶。装置③引发喷泉的方法是打开止水夹，用热毛巾或双手捂热烧瓶，松开后片刻即形成喷泉现象。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)液氨和氨水在组成上相同。(×)
错因：液氨为纯净物，氨水是氨气溶于水形成的溶液，属混合物，组成不同。
(2)液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂。(√)
错因：___________________________________________________________
(3)向AgNO3溶液中滴加过量氨水，溶液澄清，Ag＋与NH3·H2O能大量共存。(×)
错因：向AgNO3溶液中滴加过量氨水，会生成Ag(NH3)2OH，故Ag＋与NH3·H2O不能大量共存。
(4)可用蘸浓盐酸的棉棒检验输送氨气的管道是否漏气。(√)
错因：__________________________________________________________
(5)检验NH时，往试样中加入NaOH溶液，微热，用湿润的蓝色石蕊试纸检验逸出的气体。(×)
错因：检验NH3用湿润的红色石蕊试纸。
(6)NH4Cl为强酸弱碱盐，所以可用加热法除去NaCl固体中的NH4Cl。(×)
错因：用加热法除去NaCl中的NH4Cl，利用的是氯化铵的不稳定性，而与NH4Cl为强酸弱碱盐没有因果关系。
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组训练
题组一 氨与铵盐的性质、NH的检验
1．如图，利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所做的解释正确的是(　　)


选项
实验现象
解释
A
浓盐酸附近产生白烟，浓硫酸附近无明显现象
NH3与挥发出的HCl反应生成了NH4Cl，与浓H2SO4不反应
B
氯化物溶液变浑浊
该溶液一定是AlCl3溶液
C
FeCl2液滴中先出现灰绿色沉淀，一段时间后变成红褐色
FeCl2与NH3反应生成的Fe(OH)2被NH3氧化为Fe(OH)3
D
湿润的红色石蕊试纸变蓝
NH3与H2O反应生成的NH3·H2O电离出OH－
答案　D
解析　向NaOH固体上滴加浓氨水产生NH3。NH3遇挥发出的HCl生成NH4Cl固体而产生白烟，H2SO4难挥发，但NH3也能与H2SO4反应生成(NH4)2SO4，A错误；氨水能使MgCl2、AlCl3等溶液变浑浊，B错误；Fe(OH)2被O2氧化为Fe(OH)3，与NH3无关，C错误；NH3与H2O反应生成的NH3·H2O电离出OH－而显碱性，D正确。
2．NH3是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(如图)。下列有关表述正确的是(　　)

A．NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥
B．NH4Cl、HNO3和Na2CO3受热时都易分解
C．NH3和NO2在一定条件下可发生氧化还原反应
D．图中所涉及的盐类物质均可以水解
答案　C
解析　NaHCO3不能用作肥料，A错误；Na2CO3很稳定，受热时不易分解，B错误；图中的NaCl是强酸强碱盐，不水解，D错误。
题组二 氨气的实验室制法
3．实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置，其中正确的是(　　)


A．①是氨气发生装置 B．③是氨气发生装置
C．②是氨气吸收装置 D．④是氨气收集、检验装置
答案　B
解析　加热条件下，氯化铵分解生成氨气与氯化氢，但氨气和氯化氢遇冷很快生成氯化铵，所以不能得到NH3，A错误；可用NaOH固体或生石灰或碱石灰与浓氨水制备NH3，B正确；倒置的漏斗插入液面太深无法防止倒吸，C错误；应在试管口堵一团棉花，防止形成对流，D错误。
4．氨气是一种重要化合物，在工农业生产、生活中有着重要应用。
(1)“氨的催化氧化”是工业生产硝酸的重要步骤。某化学课外活动小组设计了如下装置模拟该实验过程，并用水吸收制取硝酸(固定装置略去)：

①A装置的分液漏斗中盛放浓氨水，则烧瓶中盛放的药品应该是________(填化学式)。
②反应后，装置E中除存在较多的H＋外，还可能存在的一种阳离子是____________，试设计实验证明这种离子的存在__________________________
____________________________________________________________________。
③下列哪个装置可以同时起到装置D和E的作用________(填代号)。

(2)若将氯气和氨气在集气瓶中混合，会出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结，另一生成物是空气的主要成分之一，请写出反应的化学方程式：________________________，该反应生成的还原产物的化学键类型是________。
答案　(1)①Na2O2
②NH　取E中少许溶液放入一支洁净试管中，滴加氢氧化钠溶液，加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，证明溶液中含有NH　③b
(2)3Cl2＋8NH3===6NH4Cl＋N2　离子键、共价键
解析　(1)①该实验中需要氧气和氨气，且该装置中的反应物是固液混合，所以液体是浓氨水，固体是过氧化钠，即烧瓶中盛放的药品是Na2O2。
②4NH3＋5O24NO＋6H2O，反应过程中氧气和氨气还有剩余，由2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NH3＋HNO3===NH4NO3知，E中有NH4NO3，所以另一种阳离子是铵根离子。取E中少许溶液放入一支洁净试管中，加入氢氧化钠溶液，加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，证明溶液中含有NH。③D、E装置的作用是防止倒吸、制取硝酸，故选b。
(2)氯气和氨气能生成白烟，且生成空气的主要成分之一，根据氧化还原反应价态规律和元素守恒知，白烟是氯化铵，另一生成物是氮气，所以反应方程式为3Cl2＋8NH3===6NH4Cl＋N2，还原产物是氯化铵，氯化铵中氯离子和铵根离子之间存在离子键，铵根离子中氮原子和氢原子之间存在共价键，所以化学键类型是离子键和共价键。
题组三 喷泉实验
5．如图是课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案。下列有关操作不可能引发喷泉现象的是(　　)

A．挤压装置①的胶头滴管，使CCl4全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹
B．挤压装置②的胶头滴管，使NaOH溶液全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹
C．用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹
D．向装置④的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹
答案　B
解析　H2难溶于NaOH溶液，不能形成较大压强差，不能引发“喷泉”现象。


喷泉实验的原理

(1)喷泉实验的原理
使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差，利用大气压将烧瓶下面烧杯中的液体压入烧瓶内，在尖嘴导管口形成喷泉。
(2)形成喷泉的类型
下面是几种常见的能形成喷泉的气体和液体。

(3)喷泉实验的引发
加入某种试剂；采取一定操作使烧瓶内的气体与烧杯中的液体接触。

考点3　硝酸
知识梳理
1.物理性质
(1)纯硝酸为无色、有刺激性气味的液体。
(2)硝酸沸点较低，易挥发，在空气中遇水蒸气形成白雾。
2．化学性质
(1)强酸性
稀硝酸使紫色石蕊试液变红。
(2)不稳定性
①反应：4HNO3(浓)2H2O＋4NO2↑＋O2↑。
②硝酸保存在棕色试剂瓶中，置于冷暗处，不能用橡胶塞。
(3)强氧化性
①与金属反应
常温下，铁、铝遇冷的浓HNO3能发生钝化。
稀硝酸与铜反应：
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，
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的反应为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。
如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式为3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
(4)与有机物反应
①硝化反应(与反应)
＋HO—NO2NO2＋H2O。
②颜色反应：蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。
3．用途：化工原料，用于制化肥、染料、炸药等。

(1)硝酸能与除Au、Pt外的所有的金属反应，但不生成氢气；与变价金属反应时，金属能够被氧化为最高价态。
(2)硝酸浓度越大，越容易分解。长期存放的浓硝酸呈黄色，原因是HNO3分解产生的NO2又溶于硝酸。工业盐酸中常混有FeCl3，也呈黄色。
(3)浓、稀硝酸均有强氧化性，浓度越大，氧化性越强，一般对应还原产物中氮的化合价越高。
(4)浓硝酸能使紫色石蕊溶液变红，加热褪色。在这一反应过程中浓硝酸表现出酸性和强氧化性，可将红色物质氧化成无色物质。
(5)NO的检验
试液(浓缩后)蓝色溶液＋红棕色气体。若待测液较稀，相当于Cu与稀硝酸反应，反应较慢，现象不明显。因此可将稀溶液浓缩后再检验。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)浓硝酸的还原产物一般是NO2，而稀硝酸的还原产物一般是NO，并且硝酸的浓度越大，氧化性越强。(√)
错因：____________________________________________________________
(2)硝酸与金属反应时，只体现硝酸的强氧化性。(×)
错因：例：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，此反应中HNO3既体现酸性又体现强氧化性。
(3)硝酸与活泼金属Mg、Al等反应产生H2，而与Cu反应产生NO或者NO2。(×)
错因：硝酸具有强氧化性，与金属反应不生成H2。
(4)硝酸可与Na2S反应制得H2S气体。(×)
错因：硝酸与Na2S发生氧化还原反应无H2S生成。
(5)Cu在KNO3溶液和稀H2SO4中均不溶解，但能溶解在其混合液中。(√)
错因：___________________________________________________________
(6)久置的浓HNO3呈黄色，可向其中通入空气或O2消除其黄色。(√)
错因：___________________________________________________________
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组训练
题组一 硝酸的性质
1．下列有关硝酸化学性质的叙述中，正确的是(　　)
A．浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色
B．硝酸能与Na2CO3反应，但不生成CO2
C．硝酸可与Na2S反应制得H2S气体
D．浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色
答案　D
解析　稀硝酸只可使蓝色石蕊试纸变红，浓硝酸使蓝色石蕊试纸先变红后褪色，故A错误；硝酸是一种氧化性酸，可氧化许多还原性物质，因此硝酸与Na2S反应不能生成H2S，与Na2CO3反应能生成CO2，所以B、C错误；D正确。
2．下列有关实验现象和解释或结论都正确的是(　　)

A．①② B．③④
C．②③④ D．②④
答案　D
解析　过量的铁粉加入稀HNO3，生成Fe2＋，加入KSCN溶液时，颜色不变，故①错误；浓HNO3久置变黄是因为HNO3分解产生的NO2溶于HNO3，故②正确；Al箔遇浓HNO3钝化，稀HNO3会使Al箔溶解，故③错误；浓硝酸具有酸性和强氧化性，可使蓝色石蕊试纸先变红色后褪色，故④正确，选D。
题组二 硝酸与金属反应的相关计算
3．某稀溶液中含有4 mol KNO3和2.5 mol H2SO4，向其中加入1.5 mol Fe，充分反应(已知NO被还原为NO)。下列说法正确的是(　　)
A．反应后生成NO的体积为28 L
B．所得溶液中c(Fe2＋)∶c(Fe3＋)＝1∶1
C．所得溶液中c(NO)＝2.75 mol·L－1
D．所得溶液中的溶质只有FeSO4
答案　B
解析　A项，未指明标准状况，无法计算NO的体积；C项，未指明溶液的体积，无法计算浓度；D项，K＋不会参与反应，因而溶质必定有K2SO4；B项，首先考虑酸性条件Fe被氧化为Fe3＋，进行过程计算，H＋不足，按H＋完全反应计算消耗Fe和NO的物质的量：
Fe　 ＋　 NO　＋　4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O
1．25 mol 1.25 mol 5 mol 1.25 mol
剩余的Fe再被Fe3＋氧化
Fe　　＋　2Fe3＋===3Fe2＋
0．25 mol 0.5 mol 0.75 mol
则剩余n(Fe3＋)＝1.25 mol－0.5 mol＝0.75 mol
则反应后溶液中n(Fe2＋)＝n(Fe3＋)＝0.75 mol，故B正确。
4．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。
答案　(1)5.824 　5.376　(2)1.52 mol
(3)　(4)57.8
解析　(1)n(Cu)＝＝0.51 mol，在反应中失去电子的物质的量n(e－)＝2×0.51 mol＝1.02 mol。11.2 L混合气体的物质的量为0.5 mol，n(NO)＋n(NO2)＝0.5 mol，n(NO)×3＋n(NO2)×1＝1.02 mol，则n(NO)＝0.26 mol，n(NO2)＝0.24 mol，V(NO)＝0.26 mol×22.4 L·mol－1＝5.824 L，V(NO2)＝0.24 mol×22.4 L·mol－1＝5.376 L。
(2)参加反应的HNO3的物质的量＝n[Cu(NO3)2]×2＋n(NO)＋n(NO2)＝2×0.51 mol＋0.5 mol＝1.52 mol。
(3)加入NaOH恰好使溶液中的Cu2＋全部转化成沉淀，此时溶质为NaNO3，根据钠离子守恒有n(NaNO3)＝n(NaOH)＝V×10－3L×a mol·L－1＝aV×10－3 mol，由N原子守恒可得n(HNO3)＝n(NaNO3)＋n(NO)＋n(NO2)＝(aV×10－3＋0.5) mol，c(HNO3)＝＝ mol·L－1。
(4)根据得失电子守恒，双氧水得到的电子等于NO、NO2失去的电子，则0.26×3＋0.24×1＝30%××2，m(H2O2)＝57.8 g。

硝酸与金属反应的计算方法

高考真题实战
1．(高考集萃)判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
(1)(2017·江苏高考)由于NH3易溶于水，因此可用作制冷剂。(　　)
(2)(2017·江苏高考)利用NH3NOHNO3完成物质间的转化。(　　)
(3)(2017·北京高考)氨气使AlCl3溶液产生白色沉淀过程中气体被还原。(　　)
(4)(2016·江苏高考)下述变化可以实现：
N2NH3NH4Cl(aq)。(　　)
(5)(2016·江苏高考)NH4HCO3受热易分解，所以可用作氮肥。(　　)
(6)(2016·全国卷Ⅰ)用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO。(　　)
(7)(2015·全国卷Ⅱ)浓硝酸中加入用砂纸打磨过的铝条，产生红棕色气体。(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×
解析　(1)NH3可作制冷剂是由于液氨汽化时吸收大量的热，与其溶解性无关，错误。
(2)NO与H2O不反应，不能生成HNO3，错误。
(3)NH3使AlCl3溶液产生白色沉淀是由于发生了反应：AlCl3＋3NH3＋3H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl，该反应为非氧化还原反应，错误。
(5)NH4HCO3作氮肥是因为其含有NH，不是因为它受热分解，错误。
(6)NO能与O2反应生成NO2，不能用排空气法收集NO气体，错误。
(7)铝条遇浓HNO3发生钝化，不会产生红棕色气体，错误。
2．(2017·北京高考)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(　　)



①
②
③
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中木炭与浓硝酸发生了反应
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
答案　D
解析　浓HNO3具有不稳定性，①中浓HNO3受热发生分解反应：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O，故①中所得红棕色气体是NO2和O2的混合气体，A正确；②中红热木炭加入浓HNO3中，有红棕色气体产生，该气体为NO2，但不能说明浓HNO3与木炭发生了反应，可能是浓HNO3在红热木炭作用下发生分解产生了NO2，B正确；③中红热木炭未插入浓HNO3中，有红棕色气体产生，说明浓HNO3具有挥发性，且挥发产生的HNO3被还原生成NO2，故红棕色气体为还原产物，C正确；③的气体产物中检测出CO2，不能说明木炭一定与浓HNO3发生了反应，可能是红热木炭与浓HNO3分解产生的O2反应生成CO2，D错误。
3．(2015·北京高考)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是(　　)

A．氮元素均被氧化
B．工业合成氨属于人工固氮
C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化
D．碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环
答案　A
解析　在雷电作用下N2与O2反应生成NO，氮元素被氧化，工业合成氨属于人工固氮，合成氨过程中氮元素被还原，A错误，B正确；由图可看出含氮无机物和含氮有机物可以相互转化，C正确；合成蛋白质的过程中就有碳、氢、氧元素的参与，D正确。
4．(2015·全国卷Ⅰ)我国清代《本草纲目拾遗》中记叙无机药物335种，其中“强水”条目下写道：“性最烈，能蚀五金……其水甚强，五金八石皆能穿滴，惟玻璃可盛。”这里的“强水”是指(　　)
A．氨水 B．硝酸
C．醋 D．卤水
答案　B
解析　根据题述信息，可知“强水”具有强氧化性和酸性，四个选项只有硝酸符合，故选B。
5．(2018·江苏高考节选)NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。
(1)用酸性(NH2)2CO水溶液吸收NOx，吸收过程中存在HNO2与(NH2)2CO生成N2和CO2的反应。写出该反应的化学方程式：______________________。
(2)在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。
①NH3与NO2生成N2的反应中，当生成1 mol N2时，转移的电子数为________mol。
②将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置如图1)。

反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示，在50～250 ℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是__________________________________________________________________________________________________；当反应温度高于380 ℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是____________________________________。

答案　(1)2HNO2＋(NH2)2CO===2N2↑＋CO2↑＋3H2O
(2)①　②迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大　催化剂活性下降；NH3与O2反应生成了NO
解析　(1)HNO2与(NH2)2CO反应生成N2和CO2，N元素的化合价由HNO2中＋3价降至0价，由(NH2)2CO中－3价升至0价，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为2HNO2＋(NH2)2CO===2N2↑＋CO2↑＋3H2O。
(2)①NH3与NO2的反应为8NH3＋6NO27N2＋12H2O，该反应中NH3中－3价的N升至0价，NO2中＋4价的N降至0价，生成7 mol N2转移24 mol电子。生成1 mol N2时转移电子数为 mol。
②因为反应时间相同，所以低温时主要考虑温度和催化剂对化学反应速率的影响；高温时NH3与O2发生催化氧化反应。在50～250 ℃范围内，NOx的去除率迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大而催化剂的活性降低。
6．(2017·北京高考)SCR和NSR技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NOx排放。
(1)SCR(选择性催化还原)工作原理：
　
①尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为NH3和CO2，该反应的化学方程式：_____________________________________________________________________。
②反应器中NH3还原NO2的化学方程式：______________________________
____________________________。
③当燃油中含硫量较高时，尾气中SO2在O2作用下会形成(NH4)2SO4，使催化剂中毒。用化学方程式表示(NH4)2SO4的形成：________________________________________________________________。
④尿素溶液浓度影响NO2的转化，测定溶液中尿素(M＝60 g·mol－1)含量的方法如下：取a g尿素溶液，将所含氮完全转化为NH3，所得NH3用过量的V1 mL c1 mol·L－1 H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用V2 mL c2 mol·L－1NaOH溶液恰好中和，则尿素溶液中溶质的质量分数是________。
(2)NSR(NOx储存还原)工作原理：
NOx的储存和还原在不同时段交替进行，如图a所示。

图a

图b
①通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原。储存NOx的物质是________。
②用H2模拟尾气中还原性气体研究了Ba(NO3)2的催化还原过程，该过程分两步进行，图b表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系。第一步反应消耗的H2与Ba(NO3)2的物质的量之比是________。
③还原过程中，有时会产生笑气(N2O)。用同位素示踪法研究发现笑气的产生与NO有关。在有氧条件下，15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO。将该反应的化学方程式补充完整：____________15NNO＋H2O。
答案　(1)①CO(NH2)2＋H2OCO2＋2NH3
②8NH3＋6NO27N2＋12H2O
③2SO2＋O2＋4NH3＋2H2O===2(NH4)2SO4　
④
(2)①BaO　②8∶1　③415NO＋4NH3＋3O2415NNO＋6H2O
解析　(1)①尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为NH3和CO2，结合原子守恒写出化学方程式：CO(NH2)2＋H2O2NH3＋CO2。
②由SCR工作原理图可知，反应器中NH3还原NO2生成N2和H2O，结合得失电子守恒及原子守恒写出化学方程式：8NH3＋6NO27N2＋12H2O。
③燃油中含硫量较高时，尾气中SO2在O2作用下会形成(NH4)2SO4，结合得失电子守恒及原子守恒写出化学方程式：2SO2＋O2＋2H2O＋4NH3===2(NH4)2SO4。
④分析尿素含量测定操作，结合N原子守恒可得关系式：CO(NH2)2～2NH3～ H2SO4～(NH4)2SO4，则有n[CO(NH2)2]＝n(H2SO4)＝c1 mol·L－1×V1×10－3 L－1/2×c2 mol·L－1×V2×10－3 L＝(c1V1－1/2c2V2)×10－3 mol，m[CO(NH2)2]＝(c1V1－1/2c2V2)×10－3mol×60 g·mol－1＝0.06(c1V1－1/2c2V2) g，故尿素溶液中溶质的质量分数为[0.06(c1V1－1/2c2V2) g]/a g×100%＝。
(2)①由图a可知，NOx储存过程中，NO和O2在Pt催化下生成NO2，并被BaO吸收生成Ba(NO3)2而被储存，Ba(NO3)2再被还原为N2，故储存NOx的物质是BaO。
②第一步反应为H2与Ba(NO3)2反应生成NH3,1 mol Ba(NO3)2被还原生成2 mol NH3，转移电子的物质的量为2×[5― (―3)] mol＝16 mol。根据氧化还原反应中得失电子守恒可知，参加反应的H2的物质的量为16 mol×1/2＝8 mol，故消耗H2和Ba(NO3)2的物质的量之比为8 mol∶1 mol＝8∶1。
③已知反应物中有15NO、NH3和O2，产物中有15NNO和H2O，结合得失电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式：3O2＋415NO＋4NH3415NNO＋6H2O。