专题7 第二单元 重要的含氮化工原料 第二课时 讲义（知识点+练习）【新教材】2020-2021学年高一下学期化学（苏教版（2019）必修二）
展开专题7 氮与社会可持续发展第二单元 重要的含氮化工原料第2课时 硝酸学习导航1.可以从物质类别、氮元素的价态的角度预测分析硝酸的性质，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。2.了解硝酸对人类发展的贡献。知识解读知识点一 硝酸的性质1．硝酸的物理性质2.硝酸的化学性质(1)酸的通性写出下列反应的离子方程式：①硝酸和氢氧化钠反应：H＋＋OH－===H2O。②硝酸和氧化钠反应：2H＋＋Na2O===2Na＋＋H2O。③硝酸和碳酸钙反应：2H＋＋CaCO3===Ca2＋＋CO2↑＋H2O。(2)不稳定性：见光或受热易分解，化学方程式为4HNO3eq \o(=====,\s\up7(△),\s\do5(或光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O。长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的NO2溶于硝酸中，实验室常将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，并密封贮存在低温、避光处。(3)强氧化性①和金属(Cu)反应的实验探究写出上述反应的化学方程式：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。②与Fe、Al反应常温下，浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化，保护内部金属不再与酸反应，所以可以用铁质容器或铝质容器盛放浓硝酸。加热时，铁、铝可以与浓硝酸反应。③与非金属反应写出碳与浓硝酸在加热时反应的化学方程式：C＋4HNO3(浓)eq \o(=====,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。重点归纳金属与硝酸反应的一般规律(1)金属与反应， 的还原产物可以为、、、等，的浓度越低，还原产物中氮的价态越低，但不会生成。(2)足量金属与一定量浓硝酸反应时，随着硝酸浓度的降低，产物也发生改变。(3)金属与硝酸反应的一般通式： 金属+浓→ 金属硝酸盐+↑+ 金属+稀→金属硝酸盐+↑+反应中部分硝酸作为氧化剂被还原，部分起酸的作用生成硝酸盐(硝酸与非金属反应，一般只显氧化性)。知识点二 硝酸的制备及应用1．工业制备原理写出上述转化的化学方程式，并指出含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应①N2＋3H2eq \o(,\s\up11(高温、高压),\s\do4(催化剂))2NH3，N2发生还原反应。②4NH3＋5O2eq \o(=====,\s\up11(催化剂),\s\do4(△))4NO＋6H2O，NH3发生氧化反应。③2NO＋O2===2NO2，NO发生氧化反应。④3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NO2既发生氧化反应，又发生还原反应。2．应用硝酸是一种重要的化工原料，常用来制造氮肥、燃料、塑料、炸药、硝酸盐等。硝酸在实验室里是一种重要的化学试剂。随堂演练1.提纯含有少量硝酸钡杂质的硝酸钾溶液，可以使用的方法为（ ） A. 加入过量碳酸钠溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸 B. 加入过量硫酸钾溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸 C. 加入过量硫酸钠溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸 D. 加入过量碳酸钾溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸2.锌与很稀的硝酸反应生成硝酸锌、硝酸铵和水。当生成1 mol硝酸锌时，被还原的硝酸的物质的量为：（ ） A. 0.25 mol B. 0.5 mol C. 1 mol D. 2 mol3.足量的铜与一定量的浓硝酸反应得到硝酸铜溶液和NO、N2O4、NO2的混合气体，这些气体与1.68LO2（标准状况）混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸，则和铜反应的硝酸的物质的量可能是（ ） A. 0.55mol B. 0.4mol C. 0.6mol D. 0.65mol4.下列关于工业制硫酸和硝酸的说法错误的是( ) A. 工业制硝酸是将NO2溶于水，同时通入氧气以提高转化率，减少尾气排放 B. 工业制硫酸会产生SO2和SO3尾气 C. 工业制硫酸应对SO2进行循环利用 D. 工业制硝酸和硫酸排放的尾气是造成酸雨的主要原因5.一定质量的铜分别与足量的稀硝酸和浓硝酸完全反应，在相同条件下用排水法收集反应产生的气体，下列叙述正确的是( ) A. 硝酸浓度越大，硝酸被还原之后的生成物的价态越低，对应的硝酸的氧化性越弱 B. 硝酸浓度不同，生成Cu(NO3)2的物质的量不同 C. 硝酸浓度越大，产生的气体越少 D. 两者用排水法收集到的气体体积相等6.足量铜与一定量浓硝酸反应得到硝酸铜溶液和NO2、NO、N2O的混合气体，这些气体与X L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5 mol·L﹣1NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，消耗NaOH溶液的体积是240 mL，则X的值为( ) A. 2.24 B. 3.36 C. 4.48 D. 6.727.已知铜在常温下能被稀硝酸溶解，其反应的化学方程式如下：3Cu＋8HNO3=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O （1）被氧化的元素是________，被还原的元素是________； （2）氧化剂与还原剂的物质的量之比是________； （3）用双线桥法分析上述反应的电子转移方向和数目________ 8.某同学比较了Cu和浓硝酸与稀硝酸反应后的还原产物不同，说明浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。该同学认为浓硝酸能把NO氧化为NO2 ， 同学们讨论后设计了实验验证了NO能被浓硝酸氧化，同学们组装了如右所示装置验证以上结论，完成下列问题： （1）M仪器的名称是________ （2）写出甲中反应的离子方程式：________； （3）各装置按甲、乙、丙连接，则：a 接________、________接________、________； （4）在实验之前通入N2的目的是：________； （5）乙中观察到的现象是：________；乙中反应的化学方程式为：________； （6）写出丙中两种气体按1:1反应的离子方程式________。 答案解析1.【答案】 D 【解析】【解答】A. 硝酸钾中混有少量硝酸钡，先加入过量碳酸钠溶液，碳酸钠与硝酸钡反应生成碳酸钡和硝酸钠，此时引入了碳酸钠，硝酸钠，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸，未能除去杂质，A项不符合题意； B. 硝酸钾中混有少量硝酸钡，先加入过量硫酸钾溶液，硫酸钾与硝酸钡反应生成硫酸钡和硝酸钾，此时引入了硫酸钾，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸，未能除去杂质，B项不符合题意；C. 硝酸钾中混有少量硝酸钡，先加入过量硫酸钠溶液，硫酸钠与硝酸钡反应生成硫酸钡和硝酸钠，此时引入了硫酸钠，硝酸钠，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸，未能除去杂质，C项不符合题意；D. 硝酸钾中混有少量硝酸钡，先加入过量碳酸钾溶液，碳酸钾与硝酸钡反应生成碳酸钡和硝酸钾，此时引入了碳酸钾，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸以除去过量的碳酸钾，D项符合题意；故答案为：D。2.【答案】 A 【解析】【解答】Zn与HNO3反应生成Zn(NO3)2、NH4NO3和H2O的化学方程式为：4Zn＋10HNO3=4Zn(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O，由反应的化学方程式可知，当生成4molZn(NO3)2时，被还原的HNO3为1mol；因此当生成1molZn(NO3)2时，被还原的HNO3的物质的量为0.25mol，A符合题意； 故答案为：A3.【答案】 A 【解析】【解答】由题知，铜化合价升高数=硝酸化合价降低数=氧气化合价降低数= 4×1.6822.4 =0.3(mol)，n(Cu)= 0.3mol2 =0.15mol，和铜反应的硝酸的物质的量=生成Cu(NO3 ) 2的硝酸的物质的量+发生还原反应的硝酸的物质的量。(1) 硝酸被还原为NO，硝酸的物质的量为：0.15×2+ 0.33 =0.4(mol)；(2) 硝酸被还原为N2O4、NO2, 硝酸的物质的量为：0.15×2+0.3=0.6(mol)；(3) 硝酸被还原为NO、N2O4、NO2 的混合气体，硝酸的物质的量为：在0.4-0.6之间， 故答案为：A。 4.【答案】 D 【解析】【解答】A．工业制硝酸过程中要不断通入氧气，以提高NO、NO2的原料利用率，通入氧气后生成物中无气体生成可减少尾气排放，A不符合题意； B．工业制硫酸会产生SO2和SO3尾气，需要处理达标后才允许排放，B不符合题意；C．二氧化硫催化氧化成三氧化硫的反应是可逆反应，二氧化硫不能完全转化，所以工业生产中尾气要循环利用，C不符合题意；D．空气中的SO2主要来自煤燃烧，特别是生活锅炉，尾气处理较差，数量庞大，是形成酸雨的主要原因，D符合题意；故答案为：D。5.【答案】 D 【解析】【解答】A.浓硝酸与铜生成二氧化氮，稀硝酸与铜生成一氧化氮，故硝酸浓度大，硝酸被还原之后的生成物的价态高，对应的硝酸的氧化性强，A不符合题意； B.只要反应掉的铜相等，生成的硝酸铜的量也相同，因为硝酸足量，铜完全转化为硝酸铜，B不符合题意；C.浓硝酸反应，铜与二氧化氮的物质的量比是1：2，排水法收集三分子二氧化氮变成一分子一氧化氮（排水法不与氧气接触），所以铜与一氧化氮的物质的量比是3：2；稀硝酸反应，铜与稀硝酸反应生成一氧化氮，铜与一氧化氮的物质的量比是3：2（在无氧气的条件下一氧化氮不与水发生反应），所以生成的气体的量应该是相同的，C不符合题意；D.两者用排水法收集到得气体均为一氧化氮，体积相同，D符合题意；故答案为：D。6.【答案】 D 【解析】【解答】生成NO2、NO、N2O的混合气体与X L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸，纵观整个过程，由电子转移守恒，可知Cu提供电子等于氧气获得的电子，即Cu提供电子n(e-)= XL22.4L/mol ×4，向所得硝酸铜溶液中加入NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，沉淀为Cu(OH)2 ， 由电荷守恒可知，Cu提供电子物质的量等于氢氧化铜中氢氧根的物质的量，故n(NaOH)=c·V=5 mol/L×0.24 L=1.2 mol， XL22.4L/mol ×4=1.2 mol，解得X=6.72 L，故合理选项是D。 7.【答案】 （1）Cu；N （2）2:3 （3）【解析】【解答】（1）Cu元素化合价升高，被氧化，N元素的化合价降低，被还原，故答案为：Cu；N；（2）Cu为还原剂，HNO3为氧化剂，3molCu失去电子与2molN得到电子相同，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为2:3，故答案为：2:3；（3）用双线桥法分析上述反应的电子转移方向和数目为 ，故答案为： 。 8.【答案】 （1）圆底烧瓶 （2）3Cu + 2NO3- +8H+ =3Cu2+ + 2NO↑ +4H2O （3）b；c；e；d （4）排除装置中的空气，防止对实验的干扰 （5）有气泡放出，液面上有红棕色气体产生；NO +2HNO3 = 3NO2+H2O （6）NO +NO2 + 2OH- =2NO2- + H2O 【解析】【解答】(1)根据图示，M仪器为圆底烧瓶，故答案为：圆底烧瓶；(2)根据实验目的，要验证浓硝酸把NO氧化为NO2 ， 甲中需要先制备NO，反应的离子方程式为3Cu + 2NO3- +8H+ =3Cu2+ + 2NO↑ +4H2O，故答案为：3Cu + 2NO3- +8H+ =3Cu2+ + 2NO↑ +4H2O；(3) 根据装置特点和实验目的，装置甲制备NO，装置乙中盛放浓硝酸，用于验证浓硝酸把NO氧化为NO2 ， 装置丙中盛放NaOH溶液吸收尾气NO2 ， 防止污染空气，因此各装置按甲、乙、丙连接，则a 接、c接e、d，故答案为：b；c；e；d；(4)装置中有空气，生成的NO能够被b空气中的氧气氧化，因此在实验之前通入N2 ， 可以排除装置中的空气，防止对实验的干扰，故答案为：排除装置中的空气，防止对实验的干扰；(5) 根据实验目的，浓硝酸能把NO氧化为NO2 ， 乙中观察到的现象是有气泡放出，液面上有红棕色气体产生；乙中浓硝酸将NO氧化生成NO2 ， 反应的化学方程式为NO +2HNO3 = 3NO2+H2O，故答案为：有气泡放出，液面上有红棕色气体产生；NO +2HNO3 = 3NO2+H2O；(6)丙中NO 和NO2按1:1与氢氧化钠溶液反应生成亚硝酸钠，反应的离子方程式为NO +NO2 + 2OH- =2NO2- + H2O，故答案为：NO +NO2 + 2OH- =2NO2- + H2O。 颜色状态气味密度特性无色液体刺激性ρ(HNO3)>ρ(H2O)易挥发实验操作a.将铜片置于具支试管的底部，用分液漏斗向试管内加入2 mL浓硝酸，将产生的气体通入倒置于水槽里充满水的集气瓶中b.在上述装置中，用分液漏斗向试管内加5 mL水，稀释硝酸，继续收集产生的气体实验现象a.浓硝酸反应比较剧烈，铜丝逐渐溶解，产生红棕色气体，溶液逐渐变深蓝色；集气瓶中充满eq \f(1,3)体积的无色气体b.稀硝酸反应比较缓慢，铜丝逐渐溶解，产生无色气体，溶液逐渐变蓝色，集气瓶中充满了无色气体实验结论硝酸无论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强
