2024年高考化学一轮复习　第24讲　氮及其氧化物　硝酸 学案（含答案）

这是一份2024年高考化学一轮复习　第24讲　氮及其氧化物　硝酸 学案（含答案），共12页。
考点一 氮及其氧化物
1．氮的固定
2．氮气
(1)物理性质：____色____味的气体，密度比空气略小，____溶于水。
(2)化学性质
写出有关化学方程式：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
(3)下列氮气的用途叙述中，分别应用了氮气的什么性质？
①文物馆将贵重文物保存在氮气中___________________________________________。
②氮气是合成氨工业的重要原料_____________________________________________。
③雷电是自然界重要的固氮方式_____________________________________________。
④医疗上，液氮是常见的冷冻剂______________________________________________。
3．氮的氧化物
(1)氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1→＋5价都有对应的氧化物，如N2O、____、N2O3、NO2(或______)、N2O5，其中属于酸性氧化物的是N2O3、________。
(2)NO和NO2的比较
提醒 ①NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。②验证某无色气体为NO的方法是向该无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。
4．氮氧化物对环境的污染及防治
(1)常见的污染类型
①光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。
②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。
③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。
④NO与血红蛋白结合使人中毒。
(2)常见的NOx尾气处理方法
①碱液吸收法
工业尾气中的NOx常用碱液吸收处理，NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是 n(NO2)≥n(NO)。
②催化转化法
在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)，或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。
1．固氮反应一定属于氧化还原反应( )
2．N2与O2在放电条件下直接化合成NO2( )
3．可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物( )
4．利用AgNO3、CCl4和蒸馏水均可鉴别NO2和溴蒸气( )
5．NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象( )
一、氮气、NO和NO2的性质
1．(2023·南京调研)氮是生命活动不可缺少的重要元素。下列叙述错误的是( )
A．液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境
B．点燃的镁条在氮气中不反应
C．氮气是工业合成氨的原料之一
D．氮的固定是将大气中的氮气转化成氮的化合物
2．下列有关氮的氧化物的说法正确的是( )
A．NO和NO2混合气体的尾气可以用水吸收
B．4.6 g NO2和N2O4混合气体中含有的氧原子数目小于0.2NA
C．用湿润的淀粉-KI试纸鉴别Br2(g)和NO2
D．除去NO中混有少量NO2气体时，可以用水洗涤后再干燥
二、氮的氧化物与O2、H2O反应定量关系应用
3．将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2 mL无色气体。
(1)若剩余的气体是________，则NO2、O2的体积分别是________。
(2)若剩余的气体是________，则NO2、O2的体积分别是________。
三、废气中氮氧化物的治理
4．(1)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式：
________________________________________________________________________。
(2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。如4NH3＋6NOeq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))5N2＋6H2O，写出氨气转化NO2的化学方程式：___________________________________________________________，
该反应中氧化产物与还原产物的质量之比为___________________________________。
(3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。
①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________。
②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是________________。
考点二 硝酸
1．物理性质
硝酸是____色、____挥发、________气味的液体。
2．化学性质
(1)不稳定性
反应：________________________________________________________________________。
(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。
①与金属反应
稀硝酸与铜反应的化学方程式：_____________________________________________
________________________________________________________________________；
浓硝酸与铜反应的化学方程式：____________________________________________
________________________________________________________________________。
②与非金属反应
浓硝酸与C反应的化学方程式：_____________________________________________
________________________________________________________________________。
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：____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)与有机物反应
①硝化反应(与反应)：
________________________________________________________________________；
②颜色反应：含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸加热后变____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( )
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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
二、金属与硝酸反应的定量计算
2．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。
3．(2022·河北唐山高三期末)向含x ml HNO3和y ml H2SO4的混合稀溶液中缓慢加入铁粉，其氧化产物与所加铁粉的物质的量关系如图所示：
回答下列问题：
(1)Oa段发生反应的离子方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)dc段表示的是________(填“Fe2＋”或“Fe3＋”)物质的量变化。
(3)x＝________，y＝________。
(4)反应至c点，可收集到标准状况下的气体为________L。
金属与硝酸反应计算的思维流程
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。
(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．(2022·江苏，8)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是( )
A．自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3
B．侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl
C．工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3
D．多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”
3．(2022·北京，12)某MOFs的多孔材料刚好可将N2O4“固定”，实现了NO2与N2O4分离并制备HNO3，如图所示：

已知：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＜0
下列说法不正确的是( )
A．气体温度升高后，不利于N2O4的固定
B．N2O4被固定后，平衡正移，有利于NO2的去除
C．制备HNO3的原理为：2N2O4＋O2＋2H2O===4HNO3
D．每制备0.4 ml HNO3，转移电子数约为6.02×1022
4．(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
第24讲 氮及其氧化物 硝酸
考点一
归纳整合
1．游离 化合 人工
2．(1)无 无 难 (2)①3Mg＋N2eq \(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2 ②N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3 ③N2＋O2eq \(=========,\s\up7(放电或高温))2NO (3)①N2的稳定性 ②N2的氧化性 ③N2的还原性 ④N2的沸点低，液氮易汽化，且汽化吸收热量
3．(1)NO N2O4 N2O5 (2)无色的气体 红棕色、有刺激性气味的气体 不溶于水 2NO＋O2===2NO2
易错辨析
1．√ 2.× 3.× 4.√ 5.×
专项突破
1．B 2.D
3．(1)O2 8 mL、4 mL
(2)NO 10.8 mL、1.2 mL
解析 解题依据的化学方程式：
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3；
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
设O2的体积为x，剩余的气体有两种可能：
(1)若剩余O2，则V剩＝x－eq \f(1,4)×(12 mL－x)＝2 mL，解得x＝4 mL，则NO2的体积是8 mL；
(2)若剩余NO，则V剩＝eq \f(1,3)×[(12 mL－x)－4x]＝2 mL，解得x＝1.2 mL，则NO2的体积是10.8 mL。
4．(1)2CO＋2NOeq \(=====,\s\up7(催化剂))N2＋2CO2
(2)8NH3＋6NO2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))7N2＋12H2O 4∶3
(3)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
②NaNO2
考点二
归纳整合
1．无 易 有刺激性
2．(1)4HNO3eq \(=====,\s\up7(光照))2H2O＋4NO2↑＋O2↑ (2)①3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O ②C＋4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O ③3Fe2＋＋4H＋＋NOeq \\al(－,3)===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O
(3)①＋HNO3eq \(―――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(△))＋H2O ②黄
易错辨析
1．√ 2.× 3.× 4.√ 5.√ 6.× 7.√ 8.√
专项突破
1．(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
2．(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的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。
3．(1)Fe＋NOeq \\al(－,3)＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O (2)Fe2＋ (3)0.1 0.2 (4)3.36
解析 (3)在Oa段NOeq \\al(－,3)完全转化为NO，由离子方程式可得，n(NO)＝n(Fe3＋)＝0.1 ml，即x＝0.1；c点溶质为FeSO4，溶液中Fe2＋为0.2 ml，即n(FeSO4)＝0.2 ml，根据硫酸根离子守恒得，n(H2SO4)＝n(FeSO4)＝0.2 ml，即y＝0.2。
(4)Fe＋NOeq \\al(－,3)＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O
0.1 ml 0.1 ml
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
0.1 ml 0.05 ml
所以V＝(0.1 ml＋0.05 ml)×22.4 L·ml－1＝3.36 L。
真题演练 明确考向
1．(1)× (2)×
2．A 3.D
4．D [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。]
性质
NO
NO2
色、味、态
水溶性
易溶于水
毒性
有毒，大气污染物之一
有毒，大气污染物之一
与水反应
不反应
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
与氧气反应
不反应
①
②
③