2025届高中化学全程复习学案全套21氮气、氮氧化物及硝酸

这是一份2025届高中化学全程复习学案全套21氮气、氮氧化物及硝酸，共9页。学案主要包含了师说·助学，易错诊断，教考衔接，对点演练，师说·延伸等内容，欢迎下载使用。

1.了解氮及其氧化物的主要性质和应用，了解氮氧化物对环境的影响。
2．掌握硝酸的性质和应用。
考点一 氮及其氧化物
1.氮元素的存在与氮的固定
2．氮气
写出反应①②③的化学方程式：
①N2＋3Mg点燃=== Mg3N2；
②________________；
③N2＋O22NO。
【师说·助学】 Mg3N2遇水剧烈反应，生成氢氧化镁和氨气。
3．氮的氧化物
(1)氮有多种价态的氧化物
在氮的氧化物中，属于酸性氧化物的有____________。
(2)NO、NO2的比较
【师说·助学】 验证NO的方法：遇O2(或空气)无色气体变为红棕色，该气体为NO。
4．氮氧化物对环境的影响及尾气处理方法
(1)对环境的影响
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 HNO2和HNO3随雨雪降到地面。
③破坏臭氧层：NOx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。
【易错诊断】 判断正误，错误的说明理由。
1．固氮反应一定属于氧化还原反应：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2．NO中的NO2杂质气体，可通过盛有水的洗气瓶除去：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都稳定存在：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
4．N2与O2在放电条件下直接化合成NO2：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【教考衔接】
典例1 [2021·河北卷，4]硫和氮及其化合物对人类生存和社会发展意义重大，但硫氧化物和氮氧化物造成的环境问题也日益受到关注，下列说法正确的是( )
A．NO2和SO2均为红棕色且有刺激性气味的气体，是酸雨的主要成因
B．汽车尾气中的主要大气污染物为NO、SO2和PM2.5
C．植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料，实现氮的固定
D．工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除
典例2 [2022·湖南卷，9]科学家发现某些生物酶体系可以促进H＋和e－的转移(如a、b和c)，能将海洋中的NO-2转化为N2进入大气层，反应过程如图所示。
下列说法正确的是( )
A．过程Ⅰ中NO-2发生氧化反应
B．a和b中转移的e－数目相等
C．过程Ⅱ中参与反应的n(NO)∶n(NH+4)＝1∶4
D．过程Ⅰ→Ⅲ的总反应为NO-2+NH+4===N2↑＋2H2O
【对点演练】
考向一 氮氧化物对环境的影响
1．汽车排放的尾气中含有NO2，NO2是城市大气污染的主要污染物之一。在日光照射下，NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应，从而不断产生O3，加重空气污染。反应过程为①2NO2―→2NO＋2O，②2NO＋O2―→2NO2，③O＋O2―→O3。下列对该反应过程及生成物叙述正确的是( )
A．NO2起催化剂作用
B．NO起催化剂作用
C．NO2只起氧化剂作用
D．O3与O2为同分异构体
2．汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。
(1)汽车尾气中的CO来自________________，NO来自______________________________。
(2)汽车尾气对环境的危害主要有____________________________(至少填两种)。
考向二 废气中氮氧化物的治理
3．(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＋6NO5N2＋6H2O，写出氨气转化NO2的化学方程式：________________________________。
(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________________。
考向三 氮氧化物与氧气、水反应的计算
4．如图所示，相同条件下，两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体，分别倒置于水槽中，然后通过导管缓慢通入氧气，边通边慢慢摇动试管，直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散，则两个试管内溶液物质的量浓度之比为________。
5．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________。
计算氮氧化物溶于水的方法
(1)若NO和O2通入同一容器的足量水中，总关系式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。
(2)若NO2和O2通入同一容器的足量水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，若NO2相对O2过量，还有反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
考点二 硝酸
1.物理性质
硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，与水互溶。久置呈黄色。
2．化学性质
(1)不稳定性：____________________________。
(2)强氧化性：不论浓、稀硝酸都有强氧化性，而且浓度越大氧化性越强。
按要求完成下列反应的离子方程式或化学方程式：
①与金属反应：
稀硝酸与铜反应：________________________________________________；
浓硝酸与铜反应：________________________________________________。
②与非金属反应：
浓硝酸与C的反应：________________________________________________；
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：________________________________。
【师说·助学】 关于金属与硝酸反应的两点说明：①HNO3与金属反应一般不产生H2；②硝酸的还原产物不仅有NO2、NO，可能有N2O、N2或NH4NO3。
3．工业制法
(1)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO：________________________________。
(2)NO进一步氧化生成NO2：2NO＋O2===2NO2。
(3)用水吸收NO2生成HNO3：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
【易错诊断】 判断正误，错误的说明理由。
1．硝酸可与Na2S反应制得H2S气体：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2．常温下，将Al片放入浓硝酸中无明显现象，原因是Al与浓硝酸不反应：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．浓硝酸、浓硫酸的浓度大，书写离子方程式时写分子式，不拆写为离子形式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
4．浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【教考衔接】
典例1 下列关说法正确的是( )
A．工业上用氨的催化氧化制备NO2[2023·浙江1月，5C]
B．常温下铁与浓硝酸反应可制备NO2[2023·浙江1月，5D]
C．工业合成氨：N2＋3H22NH3[2023·辽宁卷，3A]
D．铜与稀硝酸：Cu+4H++2NO-3===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O[2023·浙江6月，9C]
典例2 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
【师说·延伸】 对比典例2中的三个实验，证明浓硝酸与木炭反应生成NO2的最佳实验为实验③。
【对点演练】
考向一 定性探究铜与硝酸的反应
1．在浓硝酸中放入Cu片，
(1)反应开始时的化学方程式为______________________________，实验现象为__________________________。
(2)若Cu片有剩余，则反应将要结束时的化学方程式为________________________________________________________________________。
(3)待反应停止后，再加入少量的稀硫酸，这时Cu片上又有气泡产生，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
考向二 定量探究铜与硝酸的反应
2．在某100 mL的混合液中，硝酸和硫酸的物质的量浓度分别是0.4 ml/L、0.1 ml/L，向该混合液中加入1.92 g 铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中铜离子物质的量浓度是(假设反应后溶液体积不变)( )
A．0.15 ml/L B．0.225 ml/L
C．0.30 ml/L D．0.45 ml/L
3．将1.92 g铜粉投入一定量浓HNO3中，随着铜粉的溶解，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12 L(标准状况)，则反应消耗HNO3的物质的量为( )
A．0.8 ml B．0.6 ml
C．0.11 ml D．无法计算
构建“硝酸与金属反应计算”的思维模型
(1)涉及HNO3、H2SO4的混合酸与金属反应计算时应采用离子方程式计算。
(2)思维模型
▭〖温馨提示：请完成课时作业21〗
第21讲 氮气、氮氧化物及硝酸
考点一
夯实·必备知识
2．N2＋3H22NH3
3．(1)N2O3、N2O5
易错诊断
1．正确。
2．正确。
3．错误。NO易被空气中的氧气氧化，NO2易与空气中的水蒸气反应。
4．错误。N2与O2在放电条件下直接化合成NO。
突破·关键能力
教考衔接
典例1 解析：NO2是红棕色且有刺激性气味的气体，而SO2是无色有刺激性气味的气体，A错误；汽车尾气的主要大气污染物为C与N的氧化物，如NOx和CO等，B错误；氮的固定是指将游离态的氮元素转化为化合态，且植物可吸收土壤中的铵根离子或硝酸根离子作为肥料，不能直接吸收空气中的氮氧化物，C错误；工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除，如加入石灰石或石灰乳均可进行脱硫处理，D正确。
答案：D
典例2 解析：
过程Ⅰ发生的是还原反应，A项错误，由以上分析知，a、b中转移电子数目不相等，B项错误；过程Ⅱ中参加反应的n(NO)与n(NH4+)之比为1∶1，C项错误；由图知，总反应为NH4++NO2－===N2↑＋2H2O，D项正确。
答案：D
对点演练
1．解析：反应过程①＋②得O2―→2O，③O＋O2―→O3，NO2起催化剂作用，反应过程中NO2还作氧化剂，A项正确，B、C项错误；O3与O2不是同分异构体，属同素异形体，D项错误。
答案：A
2．答案：(1)汽油的不完全燃烧 N2与O2在汽车气缸内的高温环境下的反应 (2)形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应(任填两种即可)
3．答案：(1)2CO＋2NO催化剂=== N2＋2CO2
(2)8NH3＋6NO27N2＋12H2O
(3)①NO2 ＋2NaOH ===NaNO3＋NaNO2＋H2O ②NaNO2
4．解析：设试管的容积为1 L，水充满整个试管，溶液的体积是1 L，无论是NO2还是NO都转变成了HNO3，根据氮元素守恒，生成的HNO3的物质的量相等，即硝酸的物质的量浓度相等。
答案：1∶1
5．解析： 首先分析剩余的2 mL气体有两种可能。如果剩余2 mL O2，则V(NO2)＝45×(12－2) mL＝8 mL，则混合气中V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。若剩余的2 mL气体是NO，则混合气中的V(O2)＝(12 mL－2 mL×3)×15＝1.2 mL。
答案：1.2 mL或4 mL
考点二
夯实·必备知识
2．(1)4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O 2①3Cu+8H++2NO3-===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O Cu+4H++2NO3-===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O ②C＋4HNO3(浓) △=== CO2↑＋4NO2↑＋2H2O ③3Fe2++4H++NO3-===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O
3．(1)4NH3＋5O24NO＋6H2O
易错诊断
1．错误。硝酸将S2－氧化为S，反应中无H2S气体生成。
2．错误。常温下，Al与浓硝酸发生钝化反应。
3．错误。浓硝酸拆写为离子形式，浓硫酸写分子式，不能拆写为离子形式。
4．错误。浓硝酸能使蓝色石蕊试纸先变为红色后褪色；稀硝酸使蓝色石蕊试纸最终变为红色。
突破·关键能力
教考衔接
典例1 解析：工业上利用氨与氧气催化氧化生成一氧化氮和副产物水，A错误；常温下铁与浓硝酸会发生钝化，不能制备二氧化氮，B错误；工业合成氨是利用氮气和氢气在催化剂的条件下反应生成的，反应方程式为N2＋3H22NH3，C正确；铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水：3Cu+8H++2NO3- ===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，故D错误。
答案：C
典例2 解析：①中浓HNO3受热分解，发生反应：4HNO3(浓) △=== 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。
答案：D
对点演练
1．答案：(1)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 溶液逐渐变蓝色，有红棕色气体逸出
(2)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
(3)加入稀硫酸后，氢离子与原溶液中硝酸根离子构成强氧化性酸，又能与过量的铜反应
2．解析：溶液中同时存在H＋和NO3-时就能够与Cu发生反应。该溶液中H＋实际为0.06 ml，应该根据离子方程式进行计算。
3Cu ＋ 8H＋＋ 2NO3-===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
3 8 2 3
0.03 ml 0.06 ml 0.04 ml x
根据各物质的量的关系可知，H＋不足，应根据H＋进行计算。x＝3×0.06 ml÷8＝0.022 5 ml，因此，铜离子浓度为0.225 ml/L。
答案：B
3．解析：①被还原的硝酸的物质的量即为气体NO2与NO物质的量的总和，被还原n(HNO3)＝1.12L22.4 L·ml-1＝0.05 ml；②未被还原的HNO3的物质的量等于Cu(NO3)2中NO3-的物质的量，n(Cu)＝1.92 g64 g·ml-1＝0.03 ml，所以n[Cu(NO3)2]＝0.03 ml；③消耗的HNO3的物质的量为0.03 ml×2＋0.05 ml＝0.11 ml，故C项正确。
答案：C
氮元素的价态
＋1
＋2
＋3
＋4
＋5
氧化物的化学式
N2O
NO
N2O3
NO2、N2O4
N2O5
NO
NO2
物理性质
无色气体，难溶于水
通常为红棕色、有刺激性气味的气体
与O2反应
2NO＋O2===2NO2
不反应
与H2O反应
不反应
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
收集方法
排水法
向上排空气法
①
②
③