1、第15课时 氮及氮氧化物和硝酸 课标版 化学 考试要点命题规律备考策略1.了解氮单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解氮单质及其重要化合物对环境质量的影响。1.本课时的主要考查内容有:(1)N2、NO、NO2、HNO3的性质及用途。(2)硝酸的强氧化性,硝酸与金属反应的相关计算,大气污染等。2.以选择题形式考查氮单质及其化合物性质的应用和硝酸与金属反应的相关计算,如2015年北京理综,8T;2014年山东理综,9T。以填空题形式考查氮单质及其化合物间的转化。对氮单质及其氧化物的复习要注重NO、NO2之间的转化等。对硝酸的复习,主要关注其强氧化性。注意以化学实验、化工生产工艺流程为载体,反
2、应方程式的书写和有关氧化还原反应的计算等题型。考纲导学 一、氮单质和重要的氧化物1.氮元素在自然界中的存在形态及氮的固定 2.氮气的物理性质教材研读 颜色状态气味水中的溶解性 气体无味不溶无色3.氮气的化学性质 4.氮的氧化物氮有多种氧化物:N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。完成NO和NO2的比较表:2NO+O2 2NO2物质NONO2物理性质颜色无色 色毒性有毒有毒溶解性 于水易溶于水化学性质与O2反应 与H2O反应 与人体、环境的关系a.与血红蛋白结合,使人中毒(与CO相似)b.转化成NO2,形成酸雨、光化学烟雾形成酸雨、光化学烟雾红棕难溶3NO2+H2O 2HNO3+
3、NO 特别提醒(1)氮的氧化物都是大气污染物。(2)空气中氮氧化物是造成光化学烟雾的主要因素。(3)空气中NO、NO2主要来源于汽车尾气、硝酸工厂废气等。(4)NO2:既有氧化性又有还原性,以氧化性为主。NO2能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝。自测1 判断下列说法是否正确。(1)NO只能用排水法收集,不能用排空气法收集。()(2)NO2只能用排空气法收集,不能用排水法收集。()(3)NO、NO2都是酸性氧化物。()(4)氮的氧化物能导致光化学烟雾和酸雨。()(5)CO、NO、NO2都是大气污染气体,在空气中都能稳定存在。()(6)NO2溶于水时发生氧化还原反应。()(7)NO2通入FeSO4溶液中
4、始终无明显现象。()(8)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31。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)二、硝酸的性质1.物理性质(1)纯硝酸为无色、有 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。(3)质量分数在69%以上的硝酸称为浓硝酸。2.化学性质刺激性(1)强酸性稀硝酸使紫色石蕊试液。(2)不稳定性(3)强氧化性硝酸无论浓、稀都有强氧化性,而且浓度越大氧化性越强。a.与金属反应稀硝酸与铜反应:浓硝酸与铜反应:变红4HNO3(浓)2H2O+4NO2+O23Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO+4H2O b.
5、与非金属反应 c.与还原性化合物反应硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、FeSO4、KI、NaBr等还原性物质。稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式:3Fe2+4H+N 3Fe3+NO+2H2O(4)与有机物反应a.硝化反应(与C6H6反应)C6H6+HNO3 C6H5NO2+H2Ob.颜色反应:某些蛋白质遇浓硝酸时变。3OCu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2+2H2OC+4HNO3(浓)CO2+4NO2+2H2O黄色自测2 判断下列说法是否正确。(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,并且硝酸的浓度越大,氧化性越强。()(2)硝酸与金属反应时,只体
6、现硝酸的强氧化性。()(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。()(4)将浓硝酸滴在干燥的蓝色石蕊试纸上,现象是先变红后褪色。()(5)过量的铜与浓HNO3反应有NO生成。()(6)常温下,铝和铁在浓HNO3中“钝化”,说明铝和铁与浓HNO3不反应。()(7)用浓HNO3与Cu反应制备NO2。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)自测3 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
7、答案D 浓硝酸可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色,故选项A错;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,选项B、C错;选项D正确。考点一 氮氧化物对环境的影响 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,产生的一种有毒的烟雾。(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。2.常见的NOx尾气处理方法(1)碱液吸收法2NO2+2NaOH NaNO3+NaNO2+H2ONO2+NO+2NaOH 2NaNO2+H2O考点突破 NO2、NO的混合气体能被足
8、量烧碱溶液完全吸收的条件是:n(NO2)n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。(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。典例1(2015安徽淮北质检)最新的研究表明:一氧化氮吸入治疗法可快速改善SARS重症患者的缺氧状况,缓解病情。病毒学研究同时证实,一氧化氮对SARS病毒有直接抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是()A.一氧化氮是一种红棕色的气体B.常温常压下,一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合C.含等质量氧元素的一氧化氮与一氧化碳的物质的量相等D.一氧化氮易溶于
9、水,不能用排水法收集 答案C 一氧化氮是无色气体;常温常压下,一氧化氮可以与空气中的氧气直接化合生成二氧化氮;一氧化氮难溶于水,可以用排水法收集;氧元素质量相等则说明氧原子的物质的量相等,又因为每个一氧化氮分子与每个一氧化碳分子中都只含有一个氧原子,故C说法正确。易错警示(1)NO2与N2O4存在平衡:2NO2 N2O4,因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。(2)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,不能用排水法收集。(3)验证某无色气体是NO的方法是向无色气体中通入O2(或空气),无色气体变为红棕色。1-1 氮的氧化物(用NOx表示)是大气污染
10、物,必须进行处理。(1)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。汽车尾气中的CO来自于 ,NO来自于 。汽车尾气对环境的危害主要有 (至少填两种)。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。反应的化学方程式可表示为 。(2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知:4NH3+6NO 5N2+6H2O,8NH3+6NO2 7N2+12H2O。同温同压下,3.5 L NH3恰好将3.0 L NO和NO2的混合气体完全转化为N2,则原混合气体中NO和NO2的体积之比是 。(3)工业尾气中氮的氧
11、化物常采用碱液吸收法处理,若NO与NO2按物质的量之比11被足量NaOH溶液完全吸收后得到一种钠盐,该钠盐的化学式是 。答案(1)汽油的不完全燃烧 N2与O2在汽车汽缸内高温环境下的反应 形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应2xCO+2NOx 2xCO2+N2(2)13(3)NaNO2 解析(1)汽车汽缸内不断进行着汽油的燃烧反应,当空气不足时,汽油不完全燃烧,会产生CO;当空气过量时,N2和O2在高温条件下反应生成NO。汽车尾气对环境的危害很大,可以形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应。CO、NOx反应后生成的无毒气体为CO2和N2。(2)根据题意有:V(NO)+V(NO2)
12、=3.0 L,V(NO)+V(NO2)=3.5 L,则V(NO)=0.75 L,V(NO2)=2.25 L,V(NO)V(NO2)=13。(3)NO中氮元素的化合价为+2价,NO2中氮元素的化合价为+4价,二者11混合时与NaOH反应生成的盐中氮元素的化合价必然为+3价,即生成NaNO2。2343考点二 有关NOx与O2、H2O混合的计算 1.关系式法(1)NO和O2的混合气体通入水中由2NO+O2 2NO2和3NO2+H2O 2HNO3+NO得总反应方程式为4NO+3O2+2H2O 4HNO3(2)NO2和O2的混合气体通入水中由3NO2+H2O 2HNO3+NO和2NO+O2 2NO2得总
13、反应方程式为4NO2+O2+2H2O 4HNO3(3)NO、NO2和O2的混合气体通入水中先按3NO2+H2O 2HNO3+NO计算出生成NO的体积,再加上原来混合气体中NO体积,再按(1)计算。说明:4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5,(1)、(2)中的总反应都与N2O5+H2O 2HNO3等效。当混合气体溶于水时可利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断:N(N)N(O)22 5O2 52 5NO 剩余 恰好完全反应 剩余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。典例2 将容积为50
14、mL的量筒内充满二氧化氮和氧气的混合气体,倒置量筒在盛满水的水槽里,一段时间后,量筒里剩余气体体积为5 mL。则原混合气体中NO2和O2的体积比是()A.43 B.743 C.455 D.187 答案D 根据反应4NO2+O2+2H2O 4HNO3进行计算。若剩余5 mL气体为O2,那么V(NO2)=(50-5)mL=36 mL,V(O2)=14 mL,V(NO2)V(O2)=187;若剩余5 mL气体为NO,那么未与氧气发生反应的NO2为15 mL,V(O2)=(50-15)mL=7 mL,V(NO2)=43 mL,V(NO2)V(O2)=437。45152-1 如图所示,当向试管内通入21
15、 mL O2时,最后试管中的液面仍在原来的位置,则原试管中NO为()A.6 mL B.12 mL C.16 mL D.18 mL 答案B 设原试管中NO为x mL,则 x+x=21,解得x=12,故选B。34考点三 金属与硝酸反应的规律和相关计算 1.反应规律(1)HNO3与金属反应不生成H2:还原产物:浓HNO3NO2,稀HNO3NO。(2)Cu与HNO3的反应:Cu与浓HNO3反应时,若Cu足量,开始时还原产物为NO2,随着反应的进行,浓HNO3变稀,还原产物为NO,最终得到NO2与NO的混合气体。(3)Fe与稀HNO3反应:Fe过量,氧化产物为Fe2+;Fe不足,氧化产物为Fe3+。2.
16、计算方法(1)原子守恒法HNO3与金属反应时,一部分HNO3起酸性作用;另一部分HNO3作为氧化剂被还原,这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。(2)得失电子守恒法HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。(3)离子方程式计算法金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时,由于硝酸盐中N 在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应,因此此类题目应用离子方程式来计算,先作过量判断,然后根据完全反应的金属或H+或N 的量进行相关计算,且溶液中要符合电荷守恒。典例3 在浓硝酸中放入铜片,回答下列问题。(1)反应开始时的化学方程式为 ,实验现象为 。(2)
17、若铜有剩余,则反应将要结束时的化学方程式为。3O3O(3)待反应停止后,再加入少量25%的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,其原因是。(4)若将12.8 g铜与一定量的浓硝酸反应,铜耗完时,共产生气体(NO和NO2的混合物)5.6 L(标准状况)。则所消耗的硝酸的物质的量是 ,所得气体的平均相对分子质量为 。(5)铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体,这些气体与5.6 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。则消耗铜的质量为 。(6)有某硫酸和硝酸的混合溶液20 mL,其中含有硫酸的浓度为2 molL-1,含硝酸的浓度为1 molL-1
18、,现向其中加入0.96 g铜粉,充分反应后(假设只生成NO气体),最多可收集到标准状况下的气体的体积为 。答案(1)Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2+2H2O 铜片逐渐溶解,有红棕色的气体产生,溶液呈蓝色(2)3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO+4H2O(3)H2SO4电离出H+,溶液中还有N,故又会发生反应:3Cu+8H+2N 3Cu2+2NO+4H2O(4)0.65 mol 41.2(5)32 g(6)224 mL 解析(2)随着反应进行,硝酸浓度不断减小,故反应结束阶段发生的是铜与稀硝酸的反应。3O3O(4)n(NOx)=0.25 mol,故消耗n(HNO
19、3)=2n(Cu)+n(NOx)=2+0.25 mol=0.65 mol。设产生NO2的物质的量为x,则NO的物质的量为(0.25 mol-x)。根据得失电子守恒有:x1+(0.25 mol-x)3=2解得:x=0.175 mol=41.2 gmol-1故所得气体的平均相对分子质量为41.2。(5)铜的物质的量为2=0.5 mol,即消耗铜32 g。15.6 L22.4 L mol112.8 g64 g mol112.8 g64 g molrM110.175mol 46 g mol0.075 30 l0.25molmolg mo15.6 L22.4 L mol(6)n(Cu)=0.015 mo
20、l,n(N)=0.02 mol,n(H+)=0.1 mol,依据3Cu+2N+8H+3Cu2+2NO+4H2O可知Cu不足,N、H+过量,则n(NO)=n(Cu)=0.01 mol,V(NO)=0.01 mol22.4 Lmol-1=0.224 L=224 mL。3-1 有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸,其中H2SO4和HNO3的物质的量浓度分别是4 molL-1和2 molL-1,取10 mL此混合酸,向其中加入过量的铁粉,待反应结束后,可产生标准状况下的气体的体积为(设反应中HNO3被还原成NO)()A.0.448 L B.0.672 LC.0.896 L D.0.224 L3O3O3O23 答
21、案B 金属和混酸反应通过离子方程式计算比较简便。3Fe+8H+2N 3Fe2+2NO+4H2O(铁过量,产物为Fe2+),反应中Fe和H+过量,生成的NO的量以N 为准来计算,共得NO 0.448 L,过量的铁还可以和溶液中过量的H+反应产生H2,即有Fe+2H+Fe2+H2,生成的H2为0.224 L,所以气体体积共计0.672 L,应选B。3O3O 硝酸的强氧化性在反应中的体现1.硝酸与变价金属氧化物的反应如FeO与稀HNO3反应:3FeO+10HNO3(稀)3Fe(NO3)3+NO+5H2O,反应中,硝酸既表现了氧化性,又表现了酸性。而不能错误地认为:FeO+2HNO3 Fe(NO3)2
22、+H2O。2.非金属单质与HNO3反应的规律(1)被还原的HNO3占参加反应HNO3的100%。(2)HNO3表现强氧化性,不表现酸性。3.硝酸的酸性与氧化性、N 的性质(1)硝酸遇还原性物质时显氧化性,遇非还原性物质时显酸性。与金属(Pt、Au不反应,Al、Fe发生钝化)反应时,HNO3既显氧化性又显酸性。3O(2)N 的性质常温下,N 在中性或碱性溶液中不表现氧化性,在溶液中几乎与所有离子能大量共存,如与I-、S2-、Fe2+可共存。3O3O在酸性溶液中,N 和H+形成HNO3而表现强氧化性,具有还原性的某些离子则不能与其大量共存,且能溶解活动性较弱的金属。(3)HNO3能腐蚀橡胶,故保存HNO3时不能用橡胶塞,使用HNO3时应避免与橡胶接触。3O
