新高考化学一轮复习讲义 第4章 第23讲 硝酸和含氮化合物的转化关系
展开要正确理解基础,不是会做几个简单题就叫基础扎实。对于一轮复习,基础就是像盖房子一样,需要着力做好两件大事:一是夯实地基,二是打好框架。
2、扎实训练学科基本技能、理解感悟学科基本方法。
一轮复习,要以教材为本,全面细致的回顾课本知识,让学生树立“教材是最好的复习资料”的观点,先引导学生对教材中所涉及的每个知识点进行重新梳理,对教材中的概念、定理、定律进一步强化理解。
3、培养学生积极的学习态度、良好的复习习惯和运用科学思维方法、分析解决问题的能力。
落实学生解题的三重境界:一是“解”,解决当前问题。二是“思”,总结解题经验和方法。三是“归”,回归到高考能力要求上去。解题上强化学生落实三个字:慢(审题),快(书写),全(要点全面,答题步骤规范)。
4、有计划、有步骤、有措施地指导学生补齐短板。
高三复习要突出重点,切忌主次不分,无的放矢。要在“精讲”上下足功夫。抓住学情,讲难点、重点、易混点、薄弱点;讲思路、技巧、规范;讲到关键处,讲到点子上,讲到学生心里去。
第23讲 硝酸 含氮化合物的转化关系
复习目标 1.掌握硝酸的性质及应用。2.了解氮及其化合物的转化关系。
考点一 典型的氧化性酸——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
反应:4HNO3(浓)eq \(======,\s\up7(△或光照))2H2O+4NO2↑+O2↑。
(2)强氧化性
硝酸无论浓、稀都具有强氧化性,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
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
浓硝酸与C反应:C+4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up7(△))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:
3Fe2++4H++NOeq \\al(-,3)===3Fe3++NO↑+2H2O。
(3)与有机物反应
①硝化反应(与反应):
+HNO3eq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(△))+H2O;
②显色反应:含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。
1.常温下,铁、铝在浓硝酸中的钝化为化学变化( )
2.可用稀HNO3与FeS固体反应制取H2S( )
3.铜、碳分别与浓HNO3反应,都体现了浓硝酸的强氧化性和酸性( )
4.在酸性条件下,NOeq \\al(-,3)与I-、Fe2+、SOeq \\al(2-,3)等离子均不能大量共存( )
5.Cu在KNO3溶液和稀H2SO4中均不溶解,但能溶解在其混合液中( )
6.试管内壁上的银镜可用稀HNO3除去,也可用氨水除去( )
7.浓HNO3和氯水均用棕色试剂瓶保存,其原理相同( )
8.浓HNO3溅到皮肤上,皮肤会变黄( )
答案 1.√ 2.× 3.× 4.√ 5.√ 6.× 7.√ 8.√
一、金属与硝酸反应的定性分析
1.用动态观点理解Cu与浓HNO3的反应
向一定量的浓硝酸中加入过量的铜片。
(1)反应开始阶段产生________________色气体,化学方程式为_________________。
(2)反应进行一段时间后又产生无色气体,此时的化学方程式为_________________。
(3)待反应停止后,再加入少量的稀硫酸,这时Cu片上又有气泡产生,原因是_______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
答案 (1)红棕 Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O (2)3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O (3)加入稀硫酸后,氢离子与原溶液中的硝酸根离子构成强氧化性酸,又能与过量的铜反应
二、金属与硝酸反应的定量计算
2.在100 mL 稀HNO3和稀H2SO4组成的混合溶液中,两种酸的物质的量浓度之和为0.4 ml·
L-1。向该溶液中加入足量的铜粉后加热,充分反应后,所得溶液中Cu2+的物质的量浓度最大值为________________(反应前后溶液体积变化忽略不计)。
答案 0.24 ml·L-1
解析 反应的离子方程式为3Cu+2NOeq \\al(-,3)+8H+===3Cu2++2NO↑+4H2O,铜足量,由上述反应方程式可知,NOeq \\al(-,3)和H+的物质的量之比为1∶4时,反应生成的铜离子物质的量最大,设HNO3、H2SO4的物质的量分别为x、y,则n(NOeq \\al(-,3))∶n(H+)=x∶(x+2y)=1∶4,x+y=0.4 ml·
L-1×0.1 L,解得x=0.016 ml、y=0.024 ml,由方程式可知,生成铜离子的物质的量为
0.016 ml×eq \f(3,2)=0.024 ml,故铜离子的最大浓度为eq \f(0.024 ml,0.1 L)=0.24 ml·L-1。
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 ml·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______________ ml·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 ml (3)eq \f(aV×10-3+0.5,0.14) (4)57.8
解析 (1)n(Cu)=eq \f(32.64 g,64 g·ml-1)=0.51 ml,设混合气体中NO的物质的量为x,NO2的物质的量为y。根据气体在标准状况下的总体积为11.2 L,有:x+y=0.5 ml。根据得失电子守恒,有:3x+y=(0.51×2) ml。解得x=0.26 ml,y=0.24 ml。则V(NO)=0.26 ml×22.4 L·ml-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 ml×2+0.5 ml=1.52 ml。(3)HNO3在反应中一部分变成气体,一部分以NOeq \\al(-,3)的形式留在溶液中。变成气体的HNO3的物质的量为0.5 ml。加入NaOH溶液至恰好使溶液中Cu2+全部转化为沉淀,则溶液中只有NaNO3,其物质的量为10-3aV ml,也就是以NOeq \\al(-,3)形式留在溶液中的HNO3的物质的量为10-3aV ml。所以,c(HNO3)=eq \f(aV×10-3+0.5,0.14) ml·
L-1。(4)由得失电子守恒得2×n(Cu)=2×n(H2O2),eq \f(32.64 g,64 g·ml-1)×2=n(H2O2)×2,n(H2O2)=0.51 ml,则m(H2O2)=17.34 g。需30%的双氧水:eq \f(17.34 g,30%)=57.8 g。
金属与硝酸反应计算的思维流程
三、硝酸氧化性实验探究
4.某学习小组为探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱,按下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。
可选药品:浓硝酸、3 ml·L-1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳。
已知:氢氧化钠溶液不与NO反应,能与NO2反应:2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O。
请回答下列问题:
(1)实验应避免有害气体排放到空气中。装置③、④、⑥中盛放的药品依次是________________________________________________________________________。
(2)滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性,加入药品,打开弹簧夹后________________________________________________________________________。
(3)装置①中发生反应的化学方程式是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(4)装置②的作用是_______________________________________________________
________________________________________________________________________,
发生反应的化学方程式是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)该小组得出的结论所依据的实验现象是___________________________________
________________________________________________________________________。
(6)实验结束后,同学们发现装置①中溶液呈绿色,而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致,而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个实验方案来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是________(填字母)。
a.加热该绿色溶液,观察颜色变化
b.加水稀释该绿色溶液,观察颜色变化
c.向该绿色溶液中通入氮气,观察颜色变化
d.向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体,观察颜色变化
答案 (1)3 ml·L-1稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液 (2)通入一段时间CO2,关闭弹簧夹,将装置⑤中的导管末端伸入倒置的烧瓶内 (3)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O (4)将NO2转化为NO 3NO2+H2O===2HNO3+NO (5)装置③中液面上方气体仍为无色,装置④中液面上方气体由无色变为红棕色 (6)acd
解析 (1)根据装置特点和实验目的,装置⑤收集NO,装置⑥中盛放NaOH溶液吸收NO2,因为要验证稀HNO3不能氧化NO,所以装置③中应该盛放3 ml·L-1稀硝酸。
(2)由于装置中残存的空气能氧化NO而对实验产生干扰,所以滴加浓HNO3之前需要通入一段时间的CO2赶走装置中的空气,同时也需将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内防止反应产生的NO气体逸出。
(5)NO通过稀HNO3后,若无红棕色NO2产生,说明稀HNO3不能氧化NO,所以盛放稀HNO3装置的液面上方没有颜色变化即可说明。装置④中盛放的是浓HNO3,若浓HNO3能氧化NO,则装置④的液面上方会产生红棕色气体。
(6)要证明是Cu(NO3)2浓度过高或是溶解了NO2导致装置①中溶液呈绿色,可设计将溶解的NO2赶走(a、c方案),再观察颜色变化。也可在Cu(NO3)2浓溶液中通入NO2,观察比较反应后的颜色变化(d方案),确定是不是由溶有NO2引起的。
考点二 氮及其化合物的相互转化
1.氮在自然界中的循环
2.含氮元素物质之间的转化关系
(1)歧化——同一物质中某元素的化合价在同一反应中既升高又降低。
如:3NO2+H2O===2HNO3+NO
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
(2)归中——不同物质中同一元素的不同化合价在同一反应中只靠拢。
如:6NO+4NH3eq \(=====,\s\up7(△))5N2+6H2O
NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O
3.氮元素的“价类二维图”
氮元素有多种可变化合价,物质的种类较多,在复习时要从物质类别和价态变化理解这些物质之间的转化关系。
一、氮的循环
1.(2022·石家庄市高三模拟)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是( )
A.①和②均属于氮的固定
B.氢、氧元素也参与了自然界中的氮循环
C.④中每生成1 ml NOeq \\al(-,3),消耗2 ml O2
D.③和⑤过程中氮元素分别被还原和氧化
答案 D
解析 氮的固定指将N2转化为氮的化合物,反应①将N2转化为NO,属于氮的固定,反应②属于植物固氮,A正确;由图示知,氮循环过程中涉及氢、氧元素,B正确;反应④是O2将NH3氧化为NOeq \\al(-,3),N元素化合价由-3价升高到+5价,失去8个电子,即1 ml NOeq \\al(-,3)生成失去电子8 ml,失去的电子被O2得到,根据转移电子关系O2~4e-,知得8 ml电子需要2 ml O2,C正确;反应③中NO被氧化为NOeq \\al(-,3),氮元素被氧化,反应⑤中NOeq \\al(-,3)被还原为N2,氮元素被还原,D错误。
2.(2022·江苏镇江市调研)空气中的氮气可通过人工固氮获得氨气,氨气是重要的化工原料,通过氨氧化法可制得硝酸,反应过程如图:
N2eq \(―――――――――――→,\s\up7(H2、高温、高压、催化剂),\s\d5(转化①))NH3eq \(――――――→,\s\up7(O2、催化剂、△),\s\d5(转化②))NOeq \(――――→,\s\up7(O2),\s\d5(转化③))NO2eq \(―――――→,\s\up7(H2O、O2),\s\d5(转化④))HNO3
硝酸是一种强氧化性酸,制硝酸工业产生的尾气中含有氮氧化物,应处理后才能排放。下列说法不正确的是( )
A.常温下,浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中
B.BaSO3固体能溶于稀硝酸,生成Ba(NO3)2,放出SO2气体
C.工业上,当转化①的反应达到平衡时,需不断地从混合气体中分离出NH3,将未反应的原料气送回合成塔以提高原料的利用率
D.转化④中,当V(NO2)∶V(O2)=4∶1时,理论上NO2全部转化为HNO3
答案 B
解析 硝酸是氧化性酸,BaSO3固体能溶于稀硝酸,被氧化生成硫酸钡,硝酸被还原生成NO,B错误。
二、氮元素“价类二维图”的分析应用
3.(2022·河北省三河市第一中学质检)如图是氮元素形成物质的价类二维图及氮循环的部分信息:
下列说法正确的是( )
①可通过雷电作用将b转化为c,这是一种固氮方式
②可通过加氧化剂将e转化为f
③a→c→d→f这几个反应中,均发生了N元素被氧化的反应
④g只具有氧化性,还可能与碱发生反应
⑤将f转化为d必须选用合适的还原剂才能实现
⑥h可与f反应生成i
A.①③⑤⑥ B.②③④
C.①③⑥ D.①④⑤
答案 C
解析 根据物质类别及与N元素化合价的关系可知:a是NH3;b是N2;c是NO;d是NO2;e是N2O5;f是HNO3;g是HNO2;h是NH3·H2O;i是NH4NO3。①在雷电作用下N2与O2反应产生NO,从而实现了N元素的单质向化合物的转化,这是一种固氮方式,正确;②e是N2O5,f是HNO3,N2O5与水反应产生HNO3,反应过程中元素化合价不变,因此反应不需要加入氧化剂就可以实现,错误;③在a→c→d→f这几个反应中,N元素化合价升高,失去电子,被氧化,因此均发生了N元素被氧化的反应,正确;④g是HNO2,属于酸,N元素化合价是+3价,介于最高价和最低价之间,因此既具有氧化性又具有还原性,同时也能与碱发生中和反应产生盐和水,错误;⑤f是HNO3,光照条件下自身分解即可生成NO2(d),可以不用其他还原剂,错误;⑥HNO3与NH3·H2O发生中和反应产生NH4NO3和水,正确。
4.研究氮及其化合物的性质,可以有效改善人类的生存环境。氮元素化合价—物质类别关系图如图:
回答下列问题:
(1)在催化剂和加热的条件下,物质A生成NO是工业制硝酸的重要反应,反应的化学方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在加热条件下,物质C的浓溶液与碳单质反应,写出反应的化学方程式:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)实验室中,检验溶液中含有NHeq \\al(+,4)的操作方法是
________________________________________________________________________。
(4)物质B为红棕色气体,写出该物质与水反应的离子方程式:_________________
________________________________________________________________________,
当反应消耗0.15 ml物质B时,转移电子的物质的量为________。
答案 (1)4NH3+5O2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4NO+6H2O
(2)C+4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up7(△))CO2↑+4NO2↑+2H2O
(3)取少量溶液于试管中,加入氢氧化钠溶液,稍微加热,若有使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体产生,则证明溶液中含有NHeq \\al(+,4) (4)3NO2+H2O===2H++2NOeq \\al(-,3)+NO 0.1 ml
解析 由氮元素化合价—物质类别关系分析,A为氨气,B为二氧化氮,C为硝酸。(4)物质B为NO2,二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,反应的离子方程式为3NO2+H2O===2H++2NOeq \\al(-,3)+NO,反应中3 ml NO2参加反应,转移电子总数为2 ml,当反应消耗0.15 ml物质B时,转移电子的物质的量为0.15 ml×eq \f(2,3)=0.1 ml。
1.正误判断
(1)浓HNO3和稀HNO3与Cu反应的还原产物分别为NO2和NO,故稀HNO3氧化性更强(2021·河北,10D)( × )
(2)向浓HNO3中插入红热的炭,产生红棕色气体,证明炭可与浓HNO3反应生成NO2(2021·山东,5C)( × )
2.(2018·全国卷Ⅱ,8)研究表明,氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关(如下图所示)。下列叙述错误的是( )
A.雾和霾的分散剂相同
B.雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵
C.NH3是形成无机颗粒物的催化剂
D.雾霾的形成与过度施用氮肥有关
答案 C
解析 NH3参与反应生成铵盐,是反应物,不是催化剂,C项错误;雾和霾的分散剂都是空气,A项正确;过度施用氮肥会增加大气中氨的含量,D项正确。
3.(2017·北京,12)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( )
A.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中木炭与浓硝酸产生了反应
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 ①中浓HNO3受热分解,发生反应4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up7(△))4NO2↑+O2↑+2H2O,产生的气体为混合气体,故A正确;由①可知,浓硝酸受热分解可生成红棕色气体NO2,所以“产生红棕色气体”不能说明②中木炭能与浓硝酸发生反应,故B正确;根据①和②,浓硝酸反应产生红棕色NO2时需要加热,所以浓硝酸具有挥发性才可与上方红热木炭接触,同时,N元素化合价降低,所以生成的NO2为还原产物,故C正确;红热的木炭可与空气中的O2反应生成CO2,故D错误。
4.(2021·广东1月适应性测试,10)部分含氮物质的分类与相应氮元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.a可经催化氧化生成b
B.b为红棕色,可转化为c
C.密闭体系中,c存在2NO2N2O4
D.d的溶液与Cu反应可生成b或c
答案 B
解析 由题中信息知,a为NH3,b为NO,NH3可经催化氧化生成NO,A说法正确;b为NO,为无色气体,与氧气反应可转化为c,即NO2,B说法错误;d为硝酸,Cu与稀硝酸溶液反应生成NO,与浓硝酸反应生成NO2,D说法正确。
课时精练
1.硝酸被称为“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是( )
A.浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色——酸性和强氧化性
B.不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性
C.要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性
D.能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去——强氧化性
答案 D
解析 D项中“滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去”,其褪色的原因可能是因为硝酸的强氧化性把酚酞氧化而褪色,但也有可能是硝酸与氢氧化钠发生中和反应,究竟是哪个原因,还需要实验验证,D项不准确。
2.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FeO反应,只表现氧化性
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 硝酸是一种具有强氧化性的强酸,并且浓度越大,氧化性越强。浓硝酸可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色,故A错误;硝酸是一种强氧化性酸,可氧化许多还原性物质,因此硝酸与Na2S反应不能生成H2S,与FeO反应时表现氧化性和酸性,故B、C错误。
3.下列有关实验操作、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所致,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。
4.氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分,人类活动影响了氮循环中的物质转化,如图所示。下列说法不正确的是( )
A.工业合成氨属于人工固氮过程
B.硝化过程中氮元素被还原
C.含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化
D.反硝化过程有助于稳定N2在大气中的含量
答案 B
解析 人工固氮是人为的条件下将氮元素的单质转化为化合物的过程,所以工业上用氮气和氢气合成氨气属于人工固氮过程,A正确;硝化过程中氨气、铵根离子中-3价的氮元素化合价变化为NOeq \\al(-,2)、NOeq \\al(-,3)中的+3价、+5价的氮,元素的化合价升高,失电子被氧化,发生氧化反应,B错误;NOeq \\al(-,2)、NOeq \\al(-,3)经同化作用变为动植物蛋白中的N元素,动植物蛋白经氨化作用转化为氨气或铵根离子,故含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化,C正确;反硝化过程,生成氮气,向大气提供氮气,即反硝化过程有助于弥补人工固氮对氮循环造成的影响,D正确。
5.(2022·郑州市高三一模)如图是某元素M的价类二维图,其中X是一种强碱,A为正盐,通常条件下Z是无色液体,D的相对分子质量比E小16,图中呈现了各物质的转化关系。下列说法正确的是( )
A.A中只含有离子键
B.B物质可以和Y反应直接转化为E
C.D、E均可以用向上排空气法收集
D.通过氢氧化钠溶液可以除去D中含有的少量E
答案 D
解析 A为正盐,X是一种强碱,二者反应生成氢化物B,则A为铵盐,B为NH3;B连续与Y反应得到氧化物D与氧化物E,E的相对分子质量比D大16,则Y为O2、C为N2、D为NO、E为NO2,通常条件下Z是无色液体,E与Z反应得到含氧酸F,则Z为H2O、F为HNO3,F与X发生酸碱中和反应得到G为硝酸盐。A为铵盐,属于离子化合物,含有离子键,铵根离子中还含有N—H共价键,故A错误;B为NH3,Y为O2,E为NO2,氨气与氧气反应生成NO,不会直接生成NO2,故B错误;D为NO,NO能够与氧气反应,不能用排空气法收集,故C错误;一氧化氮不与NaOH溶液反应,二氧化氮与氢氧化钠溶液反应,通过氢氧化钠溶液可以除去NO中含有的少量NO2,故D正确。
6.一定温度下,探究铜与稀HNO3反应过程如下:
下列说法不正确的是( )
A.过程Ⅰ中生成无色气体的离子方程式是3Cu+2NOeq \\al(-,3)+8H+===3Cu2++2NO↑+4H2O
B.步骤Ⅲ反应速率比Ⅰ快的原因是NO2溶于水,使c(HNO3)增大
C.由实验可知,NO2对该反应具有催化作用
D.当活塞不再移动时,再抽入空气,铜可以继续溶解
答案 B
解析 B项,步骤Ⅲ中硝酸的浓度没有Ⅰ中大,因为部分硝酸转化成了一氧化氮,因此反应速率比Ⅰ快的原因不可能是c(HNO3)增大,错误;C项,由实验可知,步骤Ⅲ反应速率比Ⅰ快,说明NO2对该反应具有催化作用,正确;D项,当活塞不再移动时,再抽入空气,一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮,二氧化氮溶于水生成硝酸,能够与铜继续反应,正确。
7.将相同质量的铜分别与足量的浓硝酸、稀硝酸反应,下列叙述正确的是( )
A.硝酸浓度越大消耗的硝酸越少,产生的有毒气体也越少
B.反应中转移的电子总数:稀硝酸少于浓硝酸
C.试管内壁上的铜用浓硝酸除去比用稀硝酸好,因为反应速率快
D.两者用排水法收集的气体的体积相同
答案 D
解析 铜完全反应,在进行相关计算时以铜为标准,等质量的铜在反应中失去的电子数相同,生成的Cu(NO3)2的量相同,浓硝酸被还原为NO2,化合价由+5降到+4,每个氮原子只得到1个电子,稀HNO3被还原时每个氮原子得到3个电子,故被还原的浓硝酸多、稀硝酸少,生成的NO2也比NO多。用排水法收集气体时,由于会发生反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,故两种情况收集到的气体一样多。
8.某同学进行有关铜、硝酸、硫酸化学性质的实验,实验过程如图所示:
下列说法正确的是( )
A.稀硝酸一定被还原为NO2
B.②中溶液存在:c(Cu2+)+c(H+)=c(NOeq \\al(-,3))+c(OH-)
C.由上述实验得出结论:常温下,Cu既可与稀硝酸反应,也可以与稀硫酸反应
D.③⑥中反应的离子方程式:3Cu+2NOeq \\al(-,3)+8H+===3Cu2++2NO↑+4H2O
答案 D
解析 稀硝酸与铜发生反应:3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,生成的硝酸铜溶液为蓝色,试管口NO被空气中的O2氧化生成红棕色的二氧化氮,但硝酸被还原生成NO,故A错误;②中溶液存在电荷守恒:2c(Cu2+)+c(H+)=c(NOeq \\al(-,3))+c(OH-),故B错误;由实验可得出结论:常温下Cu可以和稀硝酸反应,但不能与稀硫酸反应,故C错误。
9.某同学做“FeSO4被HNO3氧化”的实验,发现溶液变深棕色。猜想可能是生成的NO2或NO与Fe2+或Fe3+反应,使溶液变为深棕色,设计下列装置探究。下列说法错误的是( )
A.先检查装置气密性,加入药品后,关闭c,打开a和b,再通入一段时间N2
B.关闭a、c,打开b及分液漏斗活塞,反应后丙中溶液变为深棕色,丁中溶液无明显变化,证明NO与Fe2+反应
C.甲中反应一段时间后,更新丙、丁中试剂,关闭a和b,打开c,反应后丙中溶液变为深棕色,丁中溶液无明显变化,证明NO2也可与Fe2+反应
D.该实验的缺陷是缺少尾气吸收装置
答案 C
解析 先检查装置气密性,加入药品后,为防止装置中的氧气影响实验结果,需关闭c,打开a和b,通入一段时间氮气,将装置内的空气排尽,故A正确;关闭a、c,打开b及分液漏斗活塞,浓硝酸与Cu反应生成NO2,NO2通入水中与水反应生成NO,NO进入丙和丁后,丙中含亚铁离子的溶液变为深棕色,而丁中无明显变化,说明NO与Fe2+反应,故B正确;甲中反应一段时间后浓硝酸变稀,生成的气体中有NO,所以该操作无法证明NO2是否与
Fe2+反应,故C错误;实验中未反应的NO2和NO会污染空气,需要尾气处理装置,故D正确。
10.(2022·安徽皖江名校联考)某兴趣小组设计用铁粉将NO还原为N2(同时生成FeO)。下列说法不正确的是( )
已知:①浓硝酸可氧化NO;②NaOH溶液能吸收NO2,不吸收NO。
A.装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d
B.装置E中发生反应的化学方程式为
2NO+2Feeq \(=====,\s\up7(△))2FeO+N2
C.装置D的作用是吸收挥发出来的硝酸和产生的NO2
D.装置B的作用是干燥,防止水蒸气进入E中干扰反应
答案 D
解析 根据实验原理“NO被灼热的铁粉还原为N2,同时生成FeO”,所以首先应制备纯净干燥的NO。利用铜与稀硝酸反应生成NO,由于硝酸具有挥发性,所以制得的NO中会混有硝酸蒸气和产生的NO2,故先通过装置D除去挥发出的HNO3和产生的NO2,再通过F干燥,得到纯净干燥的NO,然后进入E中与铁粉反应,最后处理多余的NO,由于NaOH溶液不与NO反应,而浓硝酸可氧化NO生成NO2,所以先通过B氧化NO,再通过C吸收,故上述装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d,A项正确;装置E中NO被灼热的铁粉还原为N2,同时生成FeO,反应的化学方程式为2NO+2Feeq \(=====,\s\up7(△))2FeO+N2,B项正确;装置D盛放的是水,其作用是除去挥发出的HNO3和产生的NO2,C项正确;装置B盛放的是浓硝酸,可以将NO氧化为NO2,便于氢氧化钠溶液充分吸收,D项错误。
11.氮及其化合物的转化关系如图所示。
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.上述所有标号的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
答案 D
解析 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,氮气与氧气不能直接生成NO2。
12.(2022·武汉市汉阳一中高三模拟)用图所示装置进行实验,探究硝酸与铁反应的产物。
已知:FeSO4+NOFe(NO)SO4(棕色) ΔH<0 。
下列说法正确的是( )
A.滴入浓硝酸加热前没有明显现象的原因是温度低,反应速率太慢
B.实验现象③说明反应后A 中溶液含有 Fe2+
C.实验现象④说明 A 中有 NO 生成
D.可用浓 NaOH 溶液和湿润的红色石蕊试纸检验硝酸的还原产物中是否有 NHeq \\al(+,4)
答案 D
解析 常温时,铁遇浓硝酸形成致密氧化膜,阻止反应进一步发生,故A错误;取少量A中溶液,加几滴氯水,再滴入KSCN溶液,溶液变为红色,只能说明这时溶液中有Fe3+,无法说明原溶液中是Fe2+还是Fe3+,故B错误;取少量B中溶液加热,B中棕色溶液变浅,有无色气体逸出,且在空气中变为红棕色,只能说明Fe(NO)SO4分解生成NO,但由于铜和浓硝酸反应生成红棕色气体二氧化氮,二氧化氮和水反应生成一氧化氮,一氧化氮能使硫酸亚铁溶液变成棕色,所以不能证明铁和浓硝酸反应过程中有NO生成,故C错误。
13.(2022·玉溪市易门县第一中学模拟)硝酸与金属反应后所得还原产物与硝酸的浓度和金属的活泼性有关。10 mL 0.5 ml·L-1 HNO3与0.048 g Mg恰好完全反应。若氮元素只被还原到一种价态,下列说法不正确的是( )
A.HNO3作还原剂
B.HNO3浓度越低,N元素还原价态越低
C.反应中转移电子数为0.004 ml
D.还原产物可能为NH4NO3
答案 A
解析 HNO3与金属反应时,表现酸性和强氧化性,故A错误;HNO3浓度越高,氧化性越强,氧化同种金属时,N元素被还原的价态就越高,故B正确;HNO3与Mg反应,还原剂只有Mg,Mg的化合价由0→+2,0.048 g Mg的物质的量为0.002 ml,根据得失电子守恒,反应中转移电子为0.004 ml,故C正确;硝酸的物质的量为0.01 L×0.5 ml·L-1=0.005 ml,生成0.002 ml Mg(NO3)2,根据N原子守恒,可能生成0.0005 ml NH4NO3,若生成0.0005 ml NH4NO3转移电子为0.004 ml,符合得失电子守恒,故D正确。
14.氮元素形成的化合物种类十分丰富。请根据以下工业制硝酸的原理示意图回答含氮化合物相关的问题:
(1)下列有关NH3的说法中,不正确的是________(填字母)。
A.工业合成NH3需要在高温、高压、催化剂下进行
B.NH3可用来生产碳铵和尿素等化肥
C.NH3可用浓硫酸或无水氯化钙干燥
D.NH3受热易分解,须置于冷暗处保存
(2)NH3易溶于水,标准状况下,用充满NH3的烧瓶做喷泉实验,水充满整个烧瓶后所形成溶液的物质的量浓度为______ ml·L-1。
(3)氨气燃烧的化学方程式为_______________________________________________。
(4)HNO3是一种重要的化工原料,工厂生产出的浓硝酸可用铝槽车或铁槽车来运输。在常温下能使铝、铁钝化,说明浓硝酸具有很强的________性。
(5)“吸收塔” 尾部会有含NO、NO2等氮氧化物的尾气排出,为消除它们对环境的污染,通常用以下两种方法处理:
①纯碱溶液吸收法。纯碱溶液与NO2的反应原理为Na2CO3+2NO2===NaNO3+__________+CO2(完成化学方程式)。
②氨转化法。已知7 ml氨恰好能将含NO和NO2共6 ml的混合气体完全转化为N2,则混合气体中NO和NO2的物质的量之比为________,若用通式NOx表示氮氧化物,则每摩尔氨可将________ ml的NOx转化为N2。
答案 (1)CD (2)eq \f(1,22.4)(或0.045) (3)4NH3+3O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2N2+6H2O (4)氧化 (5)①NaNO2 ②1∶3 eq \f(3,2x)
解析 (1)C项,NH3可与硫酸或氯化钙发生化合反应,错误;D项,NH3不易分解,错误。(5)②7 ml氨失去21 ml电子,根据题意和得失电子守恒可得n(NO)+n(NO2)=6 ml,2n(NO)+4n(NO2)=21 ml,解得n(NO)=1.5 ml,n(NO2)=4.5 ml,则混合气体中NO和NO2的物质的量之比为1∶3,若用通式NOx表示氮氧化物,反应过程中NOx分子得到2x e-,则每摩尔氨可将eq \f(3,2x) ml的NOx转化为N2。①
②
③
序号
实验操作
现象
解释或结论
①
过量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反应后,滴入KSCN溶液
溶液呈红色
稀HNO3将Fe氧化为Fe3+
②
浓HNO3久置或光照
变黄色
HNO3不稳定易分解
③
Al箔插入稀HNO3中
无现象
Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的氧化膜
④
用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上
试纸先变红色后褪色
浓HNO3具有酸性和强氧化性
实验1
实验2
①③中溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生
⑥中溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生
主要实验操作
实验现象
打开弹簧夹,通入一段时间CO2后,滴入浓硝酸后无明显现象,加热三颈烧瓶,反应开始后停止加热。
①A 中有红棕色气体产生,一段时间后,气体颜色逐渐变浅;反应停止后,A 中无固体剩余;
②B 中溶液变棕色
取少量A 中溶液,加几滴氯水,再滴入硫氰化钾溶液
③溶液变为红色
取少量 B 中溶液,加热
④B中棕色溶液变浅,有无色气体逸出,且在空气中变为红棕色
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