2021高三全国统考化学（经典版）一轮学案：第4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，是高考的热点，考查形式主要有：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＋1价的N2O、＋2价的NO、＋3价的N2O3、＋4价的NO2、N2O4、＋5价的N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。
(2)NO和NO2性质的比较
性质
NO
NO2
颜色、状
态、气味
无色无味气体
红棕色有刺激性气味的气体
溶解性
难溶于水
与水反应
毒性
有毒(跟血红蛋白结合)，大气污染物之一
有毒，大气污染物之一

续表
性质
NO
NO2
与水反应
不反应
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
与氧气
反应
2NO＋O2===2NO2
不反应
对环境
的影响
导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层


(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，可用NaOH溶液处理尾气2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，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。

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)NH3＋HCl===NH4Cl，这个反应属于氮的固定。(×)
错因：游离态的氮(单质)转化为化合态的氮才叫氮的固定。
(2)NO2溶于水时生成HNO3，故NO2是硝酸的酸酐。(×)
错因：HNO3的酸酐是N2O5。
(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，故无法用其鉴别。
2．已知常温常压下在1 L水中可溶解40 L NO2，NO2能与NaOH溶液发生反应：2NaOH＋2NO2===NaNO3＋NaNO2＋H2O。以下各种尾气吸收装置中，不适合吸收NO2气体的是(　　)

答案　B
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　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：

现象
离子方程式
FeCl3溶液
生成红
褐色沉淀
Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH
AlCl3溶液
生成白
色沉淀
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH

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：减少NH3与空气的对流，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能生成NH3，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。

1.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)氨水可用作制冷剂。(×)
错因：是液氨可用作制冷剂，不是氨水。
(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)2]OH，故Ag＋与NH3·H2O不能大量共存。
(4)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。
(5)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。
2．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
题组训练
题组一 氨与铵盐的性质、NH的检验
1．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
2．(1)氢化铵(NH4H)与氯化铵的结构相似，写出NH4H与H2O反应的化学方程式：________________________________________________________________________
______________________。
(2)用浓NH4Cl溶液处理过的舞台幕布不易着火，其原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)NH4H＋H2O===NH3·H2O＋H2↑
(2)NH4Cl分解吸热，使温度降低，且产生的气体隔绝了空气
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，防止与空气对流，D错误。
4．某化学兴趣小组利用如图所示装置制取氨并探究氨的有关性质。

(1)装置A中烧瓶内试剂可选用________(填字母代号)。
a．碱石灰　b．浓硫酸　c．生石灰　d．五氧化二磷
e．烧碱
(2)若探究氨的溶解性，需在K2的导管末端连接下表装置中的________(填序号)装置，当装置D中集满氨后，关闭K1、K2，打开K3，引发喷泉的实验操作是________________________________________。
备选装置(其中水中含酚酞溶液)



Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
(3)若探究氨的还原性，需打开K1、K3，K2处导管连接制取纯净、干燥氯气的装置。
①用二氧化锰与浓盐酸制取氯气，生成气体必须通过分别盛有________、________的洗气瓶。
②D中氨与氯气反应产生白烟，同时生成一种无色无味的气体，该反应的化学方程式为________________________________________________。
③从K3处导管逸出的气体中含有少量Cl2，则C装置中应盛放________(填化学式)溶液，反应的离子方程式为______________________________________________。
答案　(1)ace
(2)Ⅱ(或Ⅲ)　用热毛巾将装置D的烧瓶捂热(其他合理答案均可)
(3)①饱和食盐水　浓硫酸
②3Cl2＋8NH3===6NH4Cl＋N2
③NaOH　Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
解析　(1)在浓氨水中存在平衡：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，向其中加入生石灰[发生反应CaO＋H2O===Ca(OH)2]或烧碱，都会使平衡左移，同时放出大量的热促进氨水的挥发。碱石灰的主要成分是烧碱和生石灰，原理同上，都可快速制备氨。
(3)②探究氨具有还原性，氯气与氨反应产生白烟，联系NH3＋HCl===NH4Cl可知，“白烟”的成分为氯化铵，氯元素化合价降低，则生成的“无色无味的气体”必为氨的氧化产物，可推知为氮气。
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。
6．(1)图中胶头滴管中的水挤入烧瓶后，观察到的现象是______________________。

(2)按如图装置进行NH3性质实验。

①先打开旋塞1，B瓶中的现象是
________________________________________________________________________，
原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
稳定后，关闭旋塞1。
②再打开旋塞2，B瓶中的现象是
________________________________________________________________________。
答案　(1)气球逐渐变大
(2)①有白烟生成　两瓶中压强A>B，打开旋塞1后A瓶中的氯化氢移动到B瓶中，与B瓶中的氨气反应生成氯化铵，能看到白烟　②液体进入B瓶中，溶液的颜色变红
解析　(2)A瓶的压强大于B瓶的，因此A瓶中的氯化氢进入B瓶中，与氨气反应生成氯化铵，可以看到B瓶中有白烟生成。由于氯化氢和氨气反应导致B瓶中的压强降低，且B瓶中的氯化氢相对过量，因此当打开旋塞2时，石蕊水溶液会被倒吸入B瓶中，遇氯化氢溶液变红色。

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。
气体
HCl
NH3
CO2、Cl2、
SO2、H2S
NO2
NO、O2
(4∶3)
NO2、O2
(4∶1)
吸收剂
水、NaOH
溶液
水
NaOH溶液
水
水
水
(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见光或受热分解：4HNO32H2O＋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)： 。
②颜色反应：含有苯环的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等少数金属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。
(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。

1.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，故稀硝酸的氧化性更强。(×)
错因：浓HNO3的氧化性强于稀HNO3，与还原产物的价态无关。
(2)硝酸与金属反应时，只体现硝酸的强氧化性。(×)
错因：HNO3与金属反应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)久置的浓HNO3呈黄色，是因为含有Fe3＋。(×)
错因：久置的浓HNO3呈黄色，是因为HNO3分解生成的NO2又溶于HNO3所致。
2．下列说法正确的是(　　)
A．投入铁片产生H2的溶液中可大量存在H＋、Mg2＋、SO、NO
B．可用稀硝酸除去试管内壁上的银镜
C．1.0 mol·L－1的KNO3溶液中可大量存在H＋、Fe2＋、Cl－、SO
D．硫化铜溶于硝酸的离子方程式为CuS＋2H＋===H2S↑＋Cu2＋
答案　B
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
2．下列有关实验现象和解释或结论都正确的是(　　)
选项
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
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)(2019·江苏高考)N2的结构式：N===N。(　　)
(2)(2017·江苏高考)由于NH3易溶于水，因此可用作制冷剂。(　　)
(3)(2017·江苏高考)利用NH3NOHNO3完成物质间的转化。(　　)
(4)(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。(　　)
(5)(2016·江苏高考)下述变化可以实现：
N2NH3NH4Cl(aq)。(　　)
(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。(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×
解析　(2)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．(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

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
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，也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．(2019·江苏高考)N2O、NO和NO2等氮氧化物是空气污染物，含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。
(1)N2O的处理。N2O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物，用特种催化剂能使N2O分解。NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O的化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)NO和NO2的处理。已除去N2O的硝酸尾气可用NaOH溶液吸收，主要反应为：
NO＋NO2＋2OH－===2NO＋H2O
2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O
①下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的有________(填字母)。
A．加快通入尾气的速率
B．采用气、液逆流的方式吸收尾气
C．吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液
②吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，该晶体中的主要杂质是________(填化学式)；吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是________(填化学式)。
(3)NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气，可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同，NO转化为NO的转化率随NaClO溶液初始pH(用稀盐酸调节)的变化如图所示。

①在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl－和NO，其离子方程式为
________________________________________________________________________。
②NaClO溶液的初始pH越小，NO转化率越高。其原因是
________________________________________________________________________。
答案　(1)2NH3＋2O2N2O＋3H2O
(2)①BC　②NaNO3　NO
(3)①3HClO＋2NO＋H2O===3Cl－＋2NO＋5H＋
②溶液pH越小，溶液中HClO的浓度越大，氧化NO的能力越强
解析　(2)②由尾气吸收的主要反应NO＋NO2＋2OH－===2NO＋H2O、2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O可知，吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，该晶体中含有的杂质为NaNO3；NO不溶于水也不与水反应，吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是NO。
(3)②在酸性条件下，ClO－转化成HClO，溶液的pH越小，生成的HClO浓度越大，HClO的氧化性越强，则NO转化率越高。
4．(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。
NH3与NO2生成N2的反应中，当生成1 mol N2时，转移的电子数为________mol。
答案　(1)2HNO2＋(NH2)2CO===2N2↑＋CO2↑＋3H2O　(2)
5．(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)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－×c2 mol·L－1×V2×10－3 L＝×10－3 mol，m[CO(NH2)2]＝×10－3mol×60 g·mol－1＝0.06 g，故尿素溶液中溶质的质量分数为
×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。