1、第3章物质的性质与转化第3节氮的循环第3课时硝酸人类活动对氮循环和环境的影响课后篇素养形成合格考达标练1.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.铁与稀硝酸反应不能放出氢气强氧化性C.要用棕色瓶盛装浓硝酸不稳定性D.氢氧化亚铁固体与稀硝酸混合强酸性答案D解析A项,浓硝酸因有酸性而使紫色石蕊溶液变红色,又因浓硝酸的强氧化性而使其褪色;B项,因稀硝酸有强氧化性,与铁反应不产生H2;C项,因浓硝酸不稳定,见光或受热易分解,因此应用棕色瓶盛装浓硝酸,且避光保存;D项,稀硝酸与氢氧化亚铁反应生成硝酸铁、一氧化氮和水,表现了硝酸的酸性和强氧化性。2.
2、将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应,下列叙述正确的是()A.反应生成气体的物质的量相等B.消耗硝酸的物质的量:前者多,后者少C.反应生成气体的颜色:前者浅,后者深D.反应中转移的电子总数:前者多,后者少答案B解析由反应Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2+2H2O和3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO+4H2O可知,当铜质量相同,硝酸过量时,生成气体的物质的量前者多,消耗n(HNO3)前者多,反应中转移电子总数相等。3.木炭屑与浓硝酸共热,产生的气体X等分为和两份,将两份气体分别按下图实验:则石灰水的变化可能是()A.不变浑浊,变乳白色B.变为乳白色浑浊,不变
3、浑浊C.均变为乳白色浑浊D.都不变浑浊答案B解析中X先通过水,NO2转变为NO,故澄清石灰水只与CO2反应变浑浊,中X通入澄清石灰水,依次发生3NO2+H2O2HNO3+NO,2HNO3+Ca(OH)2Ca(NO3)2+2H2O,CO2未参与反应,故不变浑浊,所以B项正确。4.下列反应中硝酸既表现出氧化性又表现出酸性的是()A.氧化铝和硝酸B.少量氧化铁和硝酸C.硫化氢和硝酸D.铜和浓硝酸答案D解析HNO3中N元素价态降低,表现HNO3的氧化性。反应中生成盐,表现出HNO3的酸性。Al2O3与HNO3反应生成Al(NO3)3和水,Fe2O3与HNO3生成Fe(NO3)3和水,都只表现HNO3的
4、酸性。Cu与浓硝酸反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,HNO3既表现出氧化性又表现出酸性。5.已知3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,则下列说法不正确的是()A.Cu做还原剂,HNO3做氧化剂B.HNO3在该反应中只有部分表现出了氧化性C.每生成22.4 L(标准状况)NO,有3 mol的电子转移D.如果有8 mol HNO3被还原,则生成了2 mol NO答案D解析根据反应:知,A项正确;HNO3在该反应中既表现酸性又表现氧化性,B项正确;根据双线桥分析,该反应每生成2 mol NO转移6 mol电子,C项正确;HNO3被还
5、原生成NO,若有8 mol HNO3被还原,则生成8 mol NO,D项错误。6.下列关于硝酸的叙述正确的是()A.NO2溶于水生成硝酸,所以NO2是酸性氧化物B.硝酸可与活泼金属反应生成盐和氢气C.浓硝酸见光或受热易分解,必须保存在棕色瓶中D.氧化亚铁和硝酸的反应只体现硝酸的强氧化性答案C解析NO2不属于酸性氧化物,A错误;HNO3与活泼金属反应不生成H2,而生成H2O、NO、NO2等,B错误;FeO与HNO3的反应中HNO3体现酸性和氧化性,D错误。7.1 L稀硝酸和稀硫酸的混合液,其物质的量浓度分别为0.1 molL-1和0.4 molL-1。若向该混合液中加入足量的铜粉,则最多能溶解铜
6、粉的质量为()A.2.4 gB.3.2 gC.6.4 gD.9.6 g答案D解析据反应原理写出反应的离子方程式为3Cu+2N+8H+3Cu2+2NO+4H2O0.1 mol0.9 molH+过量,根据n(N)计算溶解铜粉的质量,m(Cu)=9.6 g。8.(2020山东潍坊高一期末)氨氮废水超标排放是水体富营养化的重要原因,可用以下流程处理:高浓度氨氮废水低浓度氨氮废水含硝酸废水达标废水下列说法正确的是()A.过程中发生的化学反应属于氧化还原反应B.过程中NN,每转化1 mol N转移的电子数为6NAC.过程中CH3OHCO2,甲醇做还原剂D.过程中HNO3N2,转移10 mol e-时可生成
7、N211.2 L(标准状况)答案C解析过程相当于向含的溶液中加碱加热,将转变为氨气,此过程不是氧化还原反应,A项错误;中的氮元素是-3价,中的氮元素是+5价,因此每转化1 mol要转移8 mol电子,B项错误;甲醇中的碳元素是-2价,而CO2中的碳元素是+4价,因此甲醇变成CO2的过程中甲醇被氧化,做还原剂,C项正确;硝酸中的氮元素是+5价的,转化为氮气中0价的氮元素需要得到5个电子,因此转移10 mol电子可以得到2 mol的0价氮原子,即可生成1 mol氮气,D项错误。9.将加热至红热的2.4 g木炭投入盛有足量的12 molL-1浓硝酸的试管中,立即塞好塞子,如图所示连接好装置(已检查装
8、置的气密性)。(1)反应开始后,试管a中除看到木炭剧烈反应直至最后消失外,还能观察到的现象是。(2)试管b中最终(填“有”或“无”)沉淀产生,原因是。(3)试管c中发生反应的化学方程式为。(4)集气瓶e中最后收集到的气体为,理论上该气体的总体积约为L(标准状况),但实际数值(填“大于”或“小于”)这个数值。(5)若向集气瓶e中通入O2至液体又重新充满整个集气瓶,则通入O2的体积为L(标准状况,按生成气体的理论值计算)。答案(1)试管上部充满红棕色气体(2)无NO2与水反应生成的HNO3(足量)中和了Ca(OH)2(3)Ba(OH)2+CO2BaCO3+H2O、BaCO3+CO2+H2OBa(H
9、CO3)2(4)NO6.0小于(5)4.5解析(1)木炭在加热条件下与浓硝酸发生反应:C+4HNO3(浓)CO2+4NO2+2H2O。(2)混合气体通入试管b中,由于NO2与水反应生成的HNO3(足量)中和了Ca(OH)2,故试管b中最终无沉淀产生。(3)从b试管中出来的气体NO和CO2通入c试管中,CO2会和Ba(OH)2反应,经计算知CO2通过c试管后有剩余,试管d中的NaOH溶液能够吸收未反应的CO2。(4)集气瓶e中收集到的气体为NO;由相关化学方程式可知,n(NO)=n(NO2)=n(C)= mol,V(NO)= mol22.4 L mol-16.0 L。(5)向集气瓶e中通入O2后
10、发生反应:4NO+3O2+2H2O4HNO3,可得V(O2)=V(NO)=4.5 L。等级考提升练10.某化学兴趣小组进行有关Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验,实验过程如图所示。下列有关说法正确的是()A.中溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生,稀硝酸被还原为NO2B.中反应的化学方程式:3Cu+Cu(NO3)2+4H2SO44CuSO4+2NO+4H2OC.中滴加稀硫酸,铜片继续溶解,说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强D.由上述实验可知:Cu在常温下不能与稀硝酸反应答案B解析A项,实验中溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生,稀硝酸被Cu还原为NO,在试管口,NO遇到空气中的氧气反应生成NO2,所以错误;
11、B项,中反应的化学方程式为3Cu+Cu(NO3)2+4H2SO44CuSO4+2NO+4H2O,所以正确;C项,实验中滴加稀硫酸,铜片继续溶解,硝酸根离子在酸性条件下等同于硝酸,硝酸的氧化性强于稀硫酸,所以错误;D项,Cu在常温下可与稀硝酸反应,所以错误。11.在通风橱中进行下列实验:步骤现象Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡下列说法不正确的是()A.中气体由无色变红棕色的化学方程式:2NO+O22NO2B.中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应C.对比、中现象,说明稀硝酸的氧化性强于浓硝
12、酸D.针对中现象,说明常温下Fe、Cu均能与浓硝酸反应答案C解析中由于稀硝酸有强的氧化性,与铁发生氧化还原反应,硝酸得到电子被还原变为NO,NO气体为无色,当遇到空气时,NO发生反应2NO+O22NO2变为红棕色的NO2,A正确;在中浓硝酸有强的氧化性,在室温下遇铁、铝会使金属表面氧化产生一层氧化物薄膜,对内层金属起保护作用,从而防止金属的进一步反应,即发生钝化现象,因此不能进一步反应,这恰好说明浓硝酸的氧化性比稀硝酸强,因此B正确;根据以上分析可知,C错误;Fe和Cu在常温下均能与浓硝酸反应,D正确。12.常温下,将一定量的铁粉加入50 mL 10 molL-1硝酸()中,待其充分反应后,收
13、集到的气体换算成标准状况下的体积为4.2 L(),所得溶液能够使淀粉碘化钾溶液变蓝(),该溶液也能使酸性高锰酸钾溶液褪色()。下列说法中正确的是() A.中数据表明,硝酸是浓硝酸,因此Fe已经钝化B.中数据表明,生成的气体中只有NO2C.中现象表明,硝酸一定有剩余D.中现象表明,溶液中一定含有Fe2+答案D解析A项,两者反应有气体生成,由此可知硝酸与铁发生了氧化还原反应,未发生钝化,所以错误;B项,由题意可知反应中生成了Fe3+、Fe2+,说明铁过量,则硝酸先被还原生成NO2,后生成NO,所以错误;C项,铁过量硝酸无剩余,所以错误;D项,使酸性高锰酸钾溶液褪色的是Fe2+,所以正确。13.向1
14、0 mL浓度均为3 molL-1的HNO3与H2SO4的混合溶液中加入1.92 g铜,充分反应后,设溶液的体积仍为10 mL,则产生的气体在标准状况下的体积为()A.0.448 LB.0.224 LC.0.336 LD.无法求解答案A解析n(Cu)=0.03 mol,n(H+)=3 molL-10.01 L1+3 molL-10.01 L2=0.09 mol,n(N)=3 molL-10.01 L=0.03 mol,根据反应的离子方程式分析如下:3Cu+8H+2N3Cu2+2NO+4H2O3820.030.090.03可知Cu完全反应,H+和N过量,n(NO)=0.02 mol,V(NO)=0
15、.02 mol22.4 Lmol-1 =0.448 L。14.3.2 g铜与过量硝酸(8 molL-1,30 mL)充分反应,硝酸的还原产物为NO2和NO,反应后溶液中所含H+为a mol,则此时溶液中所含N为()A.(0.2+a) molB.(0.1+a) molC.(0.05+a) molD.a mol答案B解析反应后N存在于硝酸和硝酸铜中,nCu(NO3)2=n(Cu)=0.05 mol,n(HNO3)剩余=a mol,n(N)=2nCu(NO3)2+n(HNO3)剩余=(0.1+a) mol。15.1.92 g Cu投入一定量的浓硝酸中,Cu完全溶解,生成气体颜色越来越浅,共收集到标准
16、状况下的气体672 mL,将盛有此气体的容器倒扣在水槽中,通入标准状况下一定体积的氧气,恰好使气体完全溶于水,则通入的氧气的体积为()A.504 mL B.336 mL C.224 mL D.168 mL答案B解析由题意分析整个过程可看作HNO3未参加氧化还原反应,而是1.92 g Cu被氧气氧化,由2CuO2知通入的氧气(标准状况下)的体积为336 mL。16.(一)实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下:(1)氮气和氢气通过甲装置,甲装置的作用除了将气体混合、干燥,还有的作用。(2)用乙装置吸收一段时间氨后,再通入空气,同时将经加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内,能使铂丝保持红热,锥形瓶中还可
17、观察到的现象是。(3)写出乙装置中氨催化氧化的化学方程式:。(二)实验室探究铜与硝酸反应的相关问题,按下图所示装置进行实验。请回答下列问题:(4)装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是。(5)实验过程中,装置丙中出现的现象是。(6)装置丙中的试管内发生反应的离子方程式为。取下装置丙中的试管D,在其中滴加FeSO4溶液,再滴加KSCN溶液,溶液变为色。(7)待反应停止后,Cu片有剩余,取下B,加入少量质量分数为25%的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,离子方程式为。答案(1)控制气体流速从而控制气体体积比(2)有红棕色气体产生(3)4NH3+5O24NO+6H2O(4)分液漏斗(5)蒸馏水中有气泡产生
18、,生成的气体在试管上方变为红棕色(6)3NO2+H2O2H+2N+NO红(7)3Cu+2N+8H+3Cu2+2NO+4H2O解析(1)浓硫酸具有吸水性,可干燥N2和H2,因此装置甲的作用是干燥气体,装置甲的另一个作用通过观察气泡,控制氢气和氮气的流速。(2)此反应是NH3的催化氧化,铂丝保持红热,说明氨的催化氧化是放热反应,氨气催化氧化反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O,锥形瓶上方有空气,NO与空气中的氧气反应生成NO2,因此现象是有红棕色气体产生。(3)氨气的催化氧化,氨气被氧化生成NO,该反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。(4)装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的
19、名称是分液漏斗。(5)铜与浓硝酸在装置甲中的反应为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,生成红棕色的二氧化氮气体进入丙装置,发生反应3NO2+H2O2HNO3+NO,生成的一氧化氮与液面上方的空气反应生成红棕色的二氧化氮,所以装置丙中出现的现象为蒸馏水中有气泡产生,生成的气体在试管上方变为红棕色。(6)装置丙中二氧化氮气体和水反应生成硝酸和一氧化氮:3NO2+H2O2HNO3+NO,该反应的离子方程式为3NO2+H2O2H+2N+NO,生成的硝酸具有氧化性,硫酸亚铁具有还原性,两者发生氧化还原反应3Fe2+N+4H+3Fe3+NO+2H2O,生成的Fe3+与KSCN溶液反
20、应生成红色的物质。(7)加入稀硫酸后,硫酸电离的H+与原溶液中的N又组成了具有强氧化性的稀硝酸,稀硝酸再跟过量的铜反应产生气体,反应的离子方程式为3Cu+2N+8H+3Cu2+2NO+4H2O。17.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:(1)NO的体积为 L,NO2的体积为 L。(2)待产生的气体全部释放后,向溶液中加入V mL a molL-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 molL-1。答案(1)5.85.4(2)解析本题主要应用反应过程中电子守恒和元素
21、守恒来解决。(1)V(NO)+V(NO2)=11.2 L再由电子守恒可得:2=3+1由解得:V(NO)=5.8 L,V(NO2)=5.4 L。(2)根据氮元素守恒,N最终以NO、NO2及NaNO3的形式存在。因此c(HNO3)= molL-1。新情境创新练18.为了证明铜与稀硝酸反应产生一氧化氮,某校学生实验小组设计了一个实验,其装置如下图所示(加热装置和固定装置均已略去),B为一个用金属丝固定的干燥管,内装块状碳酸钙固体;E为一个空的蒸馏烧瓶;F是用于鼓入空气的双连打气球。(1)实验时,为在E烧瓶中收集到NO,以便观察颜色,必须事先赶尽其中的空气。其中第一步实验操作是。如何确定E中空气已被赶
22、尽?。(2)如何证明E中收集到的是NO而不是H2?。一段时间后,C中白色沉淀溶解,其原因是。(3)装置D的作用是。答案(1)将装CaCO3的干燥管下移与稀硝酸反应产生CO2当C处出现白色沉淀时,则说明空气已除尽(2)用F向E中鼓入空气,E内颜色变为红棕色NO2进入C生成HNO3,HNO3使CaCO3溶解(3)吸收过量的NO、NO2,防止空气污染解析(1)由题给装置可知,赶走空气要用到碳酸钙,则将装CaCO3的干燥管下移与稀硝酸反应产生CO2,当C处出现白色沉淀时,说明生成的CO2已进入C试管,则E中空气已除尽。(2)证明NO存在,使其和O2反应生成红棕色NO2,NO2溶于水生成HNO3,HNO3与CaCO3反应使沉淀溶解。(3)NO、NO2都是大气污染物,不能排放到空气中。11