1、硝酸酸雨及防治(40分钟70分)一、选择题(本题包括7小题,每小题7分,共49分)1.中办、国办在第二轮中央生态环保督察启动之际印发了中央生态环境保护督察工作规定。可见国家对环境保护的重视程度。下列环境问题与产生的主要原因不相符的是()“光化学烟雾”主要是由汽车排放的氮氧化物所引起的“酸雨”主要是由空气中CO2的浓度增大引起的“温室效应”主要是由空气中CO2浓度增大引起的“赤潮”主要是由于水体中N、P等元素含量过高而引起的A.只有B.只有C.全部D.只有【解析】选D。“酸雨”主要是由空气中SO2或NOx的浓度增大引起的。【补偿训练】酸雨能造成多方面的危害,下列说法中与酸雨有直接关系的是 ()造
2、成植物死亡造成土壤酸化使湖泊富营养化,鱼类死亡危害建筑设施危害桥梁和电缆A.B.C.D.【解析】选D。酸雨的危害是多方面的,但水体富营养化是由于水中氮、磷元素含量增高的缘故,与酸雨无关。酸雨能使湖泊的酸性增强,鱼类因不适应也会死亡。2.(2020淄博高一检测)在下列反应中,HNO3既表现出氧化性,又表现出酸性的是()A.H2S+2HNO3(浓)S+2NO2+2H2OB.Fe2O3+6HNO32Fe(NO3)3+3H2OC.4HNO34NO2+O2+2H2OD.3Cu+8HNO33Cu(NO3)2+2NO+4H2O【解析】选D。A项反应中硝酸只表现氧化性;B项硝酸只表现酸性,不是氧化还原反应;硝
3、酸分解,既表现出氧化性,又表现出还原性,不表现出酸性;硝酸被还原生成NO,表现为氧化性,生成硝酸铜,表现为酸性。3.(2020济南高一检测)氮及其化合物的变化关系如图所示。则下列说法不正确的是()A.路线是工业生产硝酸的主要途径B.路线、是雷电固氮生成硝酸的主要途径C.反应中,NO2作氧化剂,H2O作还原剂D.液氨可用作制冷剂,硝酸可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等【解析】选C。氨经一系列反应得硝酸,A正确;雷电固氮是N2NONO2HNO3,B正确;在反应3NO2+H2O2HNO3+NO中,NO2既作氧化剂又作还原剂,C错误;D正确。【补偿训练】通过一步反应不能直接完成的是()N2NO2
4、NO2NONH3NONH3N2CuCu(NO3)2 HNO3NO2A.B.C.D.【解析】选D。N2与氧气反应生成NO再与氧气反应生成NO2需两步完成;NO2与水反应生成NO,一步完成;NH3与氧气反应生成NO,一步完成;NH3与氯气反应生成N2,一步完成;Cu与硝酸反应生成Cu(NO3)2,一步完成;浓硝酸与铜反应生成NO2,一步完成。4.下列有关防治或减少酸雨的措施中不可行的是()A.对燃煤及燃煤烟气进行脱硫B.对含SO2、NO2的废气处理后再排空C.人工收集大气雷电产生的氮的氧化物D.推广天然气、甲醇等作为汽车的燃料【解析】选C。对燃煤及燃煤烟气进行脱硫,可以减少硫酸型酸雨的产生,A可行
5、;对含SO2、NO2的废气处理后再排空,可以减少酸雨,B可行;人工收集大气雷电产生的氮的氧化物不现实,C不可行;推广天然气、甲醇等作为汽车的燃料,可以减少燃煤的使用,有利于减少酸雨,D可行。5.(2020洛阳高一检测)公元8世纪,炼金术士贾比尔本哈扬在干馏硝石的时候发现并制得了硝酸,这是人类关于硝酸最早的记录。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.硝酸与铜的反应只表现出氧化性【解析】选C。NO2和硝酸中氮元素的化合价不相等,NO2不是酸性氧化物;硝酸与活泼金属反应时常生
6、成盐和含氮氧化物;浓硝酸见光易分解,应贮存在棕色细口瓶中;硝酸与铜反应生成硝酸铜及NO或NO2,硝酸既表现氧化性也表现出酸性。6.在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解,再加入下列物质FeCl3,Fe2O3,Cu(NO3)2,KNO3,NaCl,铜粉溶解的是()A.只有B.只有C.只有D.除之外【解析】选D。铜粉在稀硫酸中不溶解,加入两种物质时,相当于加入了Fe3+,会发生反应Cu+2Fe3+2Fe2+Cu2+,铜粉溶解;当加入两种物质时,相当于加入了N,会发生反应3Cu+8H+2N3Cu2+2NO+4H2O。因此上述物质中除之外都可使其溶解。【补偿训练】下图表示铁与不同浓度硝酸反应时,各种还原产物的
7、相对含量与硝酸溶液浓度的关系,则下列说法不正确的是()A.一般来说,硝酸与铁反应的还原产物不是单一的B.用一定量的铁粉与1 L 9.75 molL-1 HNO3溶液反应得到标况下气体2.24 L,则参加反应的硝酸的物质的量为0.1 molC.硝酸的浓度越大,其还原产物中价态越高的成分越多D.当硝酸浓度为9.75 molL-1时还原产物是NO、NO2、N2O,且其物质的量之比为531【解析】选B。根据图象可知硝酸的还原产物有多种,A正确;参加反应的硝酸包括被还原的,和显酸性的,参加反应的硝酸的物质的量大于0.1 mol,B错误;根据图象可知随着硝酸浓度的升高,NO2的含量增大,这说明硝酸的浓度越
8、大,其还原产物中价态越高的成分越多,C正确;据图象知硝酸浓度为9.75 molL-1时还原产物是NO、NO2、N2O,且其物质的量之比为1062=531,D正确。7.(2019菏泽高一检测)“绿色化学”实验已走进课堂,下列做法符合“绿色化学”的是()实验室中收集氨气采用图甲所示装置实验室中做氯气与钠反应实验时采用图乙所示装置实验室中用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨气与酸反应生成铵盐的实验实验室中采用图丙所示装置进行铜与稀硝酸的反应A.B.C.D.【解析】选C。因为氨气的密度比空气小,实验室用向下排空气法收集氨气,氨气溶于水呈弱碱性,可以使滴有酚酞的水溶液变红,符合“绿色化学”;氯气有毒,与钠
9、反应后,多余的氯气被碱液吸收,符合“绿色化学”; 浓盐酸和浓氨水都易挥发,不符合“绿色化学”;铜与稀硝酸反应生成的一氧化氮有毒,一氧化氮可以用气球收集,符合“绿色化学”。【补偿训练】如图表示Cu与HNO3反应的量的关系,哪一点表示铜与稀硝酸反应中被还原的HNO3与Cu的量的关系()【解析】选A。Cu与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,由方程式可知参加反应的硝酸只有被还原,故被还原的HNO3与Cu的关系为3Cu2HNO3(还原)。二、非选择题(本题包括2小题,共21分)8.(10分)酸雨是指pH小于5.6的雨水,个别地方雨水的pH竟低于2.1(
10、食醋的pH=3)。形成酸雨的原因是大气中含有SO2和氮氧化物。主要来源是煤和石油的燃烧。全世界每年大约有1.5亿吨SO2被排放。(1)SO2可在空气中受光照被氧化,最终与雨水反应形成酸雨。试写出这两个化学反应方程式:_。(2)汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气都含有氮氧化物,全世界每年排放量约5107 kg。NO2溶于水生成_酸。(3)酸雨可导致的危害有_。A.腐蚀建筑物B.导致树木枯萎C.造成洪涝灾害D.使生态环境恶化(4)为了减少酸雨的形成,必须对燃料中的硫化物进行_,对废气中的氮氧化物进行_。【解析】SO2在空气中被氧气氧化为SO3,SO3溶于水生成H2SO4;NO2溶于水会生成HNO
11、3;酸雨会腐蚀建筑物,使树木枯萎、生态环境恶化;为了减少酸雨的形成,必须进行燃料的脱硫、氮氧化物的碱液吸收等处理,从而减少SO2、NOx的排放量。答案:(1)2SO2+O22SO3,SO3+H2OH2SO4(2)硝(3)ABD(4)脱硫处理 碱液吸收9.(11分)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_。汽车尾气对环境的危害主要有_(至少填两种)。(2)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:_。(3)控制或减
12、少城市汽车尾气污染的方法可以有_(多选)。A.开发氢能源B.使用电动车C.限制车辆行驶D.使用乙醇汽油【解析】(1)汽车气缸内不断进行着汽油的燃烧反应,当空气不足时,汽油燃烧不完全,会产生CO;当空气过量时,N2和O2在放电或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。(2)CO、NO反应后生成的无毒气体为CO2和N2。(3)控制或减少汽车尾气污染,可采用减少化石燃料的使用并开发新能源等方法。答案:(1)汽车气缸内汽油的不完全燃烧空气中的N2与O2在汽车气缸内的放电或高温环境下的反应硝酸型酸雨、光化学烟雾(其他合理答案均可)(2)2CO+
13、2NON2+2CO2(3)A、B、D(20分钟30分)1.(6分)(2019赤峰高一检测)某化学兴趣小组进行了有关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.实验中溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生,说明稀硝酸被Cu还原为NO2B.实验中滴加稀硫酸,铜片继续溶解,说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强C.实验发生反应的化学方程式为3Cu+Cu(NO3)2+4H2SO44CuSO4+2NO+4H2OD.由上述实验可得出结论:Cu在常温下既可以与稀硝酸反应,也可以与稀硫酸反应【解析】选C。中发生3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,生成硝酸铜溶液为蓝
14、色,试管口NO被氧化生成红棕色的二氧化氮,但硝酸被还原生成NO,A错误;中加稀硫酸,Cu与稀硫酸不反应,但硝酸铜在酸性条件下具有硝酸的强氧化性,继续与Cu反应,而硝酸的氧化性强,B错误;实验发生反应的化学方程式为3Cu+Cu(NO3)2+4H2SO44CuSO4+2NO+4H2O,C正确;由上述实验可得出结论:Cu在常温下不和稀硫酸反应,D错误。【补偿训练】某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL,平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉,最多能溶解9.6 g Cu。向另一份中逐渐加入铁粉,产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析或结果错误的是()A.原混合
15、酸中N的物质的量为0.1 molB.OA段产生的是NO,AB段的反应为Fe+2Fe3+3Fe2+,BC段产生的是氢气C.第二份溶液中的最终溶质为FeSO4D.稀硫酸浓度为2.5 molL-1【解析】选A。铁粉既能与硝酸反应也能与硫酸反应,从题干图看出OA段产生的是NO,AB段的反应为Fe+2Fe3+3Fe2+,BC段产生的是氢气,反应为Fe+2H+Fe2+H2,可知N反应完了,第二份溶液中N应为33=0.1 mol,溶液中最终溶质为FeSO4,此时反应的铁的质量是14 g,即0.25 mol,故原混合酸中H2SO4浓度为=2.5 molL-1,N物质的量为0.2 mol。2.(8分)将6.4
16、g铜加入50 mL a molL-1的硝酸溶液中,铜全部溶解,得到NO2和NO的混合气体。将反应后溶液稀释至100 mL,测得N的浓度为3 molL-1。(1)混合气体中NO2和NO的总物质的量为_mol(用含a的式子表示)。(2)稀释后的溶液中H+的物质的量浓度为_molL-1。(3)若a=9,则收集到的NO2和NO混合气体在标准状况下体积为_ L。【解析】因为得到NO2和NO混合气体,说明原硝酸溶液为浓硝酸。发生的反应有:Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2+2H2O、3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO+4H2O。由n(Cu)=0.1 mol和反应后溶液中含有n
17、(N)=0.1 L3 molL-1=0.3 mol可知,反应完毕后还有HNO3剩余。剩余n(HNO3)为0.3 mol-0.1 mol2=0.1 mol。(1)由氮原子守恒得n(NO2)+n(NO)=n(HNO3)总-n(N)余=(0.05a-0.3) mol。(2)根据以上分析得c(H+)=1.0 molL-1。(3)当a=9时,硝酸的总物质的量为0.45 mol,则收集到混合气体的总物质的量为0.45 mol-0.3 mol=0.15 mol,V(NOx)=0.15 mol22.4 Lmol-1=3.36 L。答案:(1)0.05a-0.3(2)1.0(3)3.363.(16分)亚硝酸钠(
18、NaNO2)被称为工业盐,在漂白、电镀等方面应用广泛。以木炭、浓硝酸、水和铜为原料制备亚硝酸钠的装置如图所示。已知:室温下,2NO+Na2O22NaNO2;3NaNO2+3HCl3NaCl+HNO3+2NO+H2O;酸性条件下,NO或N都能与Mn反应生成N和Mn2+。请按要求回答下列问题:(1)检查完该装置的气密性,装入药品后,实验开始前通入一段时间气体Ar,然后关闭弹簧夹,再滴加浓硝酸,加热控制B中导管均匀地产生气泡,上述操作的作用是_。(2)B中观察到的主要现象为_,发生反应的离子方程式是_。(3)装置D的作用是_,发生反应的离子方程式是_。(4)预测C中反应开始阶段,固体产物除NaNO2
19、外,还含有的副产物有Na2CO3和_。为避免产生这些副产物,应在B、C装置间增加装置E,则E中盛放的试剂名称为_。【解析】(1)反应在装置C中进行时要有NO参与,实验前通入一段时间气体Ar,是为了排出装置内的空气,防止装置B中生成的NO被空气中的氧气氧化而干扰实验。(2)装置A中生成的二氧化氮在装置B中和水发生反应:3NO2+H2O2HNO3+NO,产物硝酸再和铜反应生成硝酸铜、一氧化氮和水,所以反应现象为红棕色气体消失,溶液变蓝,铜片溶解,导管口有无色气体冒出。(3)D中酸性高锰酸钾溶液除去未反应的NO,根据信息NO和Mn的氧化还原反应原理,由得失电子守恒和原子守恒配平反应:5NO+3Mn+
20、4H+5N+3Mn2+2H2O。(4)Na2CO3是由CO2和Na2O2反应生成的,则NO携带的水蒸气和Na2O2反应会生成NaOH,要避免生成Na2CO3和NaOH,需除去CO2和水蒸气,应在B、C装置间增加盛有碱石灰的装置。答案:(1)排尽装置内的空气,防止生成的NO被O2氧化(2)红棕色气体消失,铜片溶解,溶液变蓝,导管口有无色气泡冒出3NO2+H2O2H+2N+NO、3Cu+8H+2N3Cu2+2NO+4H2O(3)吸收未反应的NO3Mn+5NO+4H+3Mn2+5N+2H2O(4)NaOH碱石灰【补偿训练】某小组的同学欲探究NH3经一系列反应得到HNO3和NH4NO3的过程。NH3的
21、转化过程如图所示。甲同学分别按下图所示装置进行实验。用于A、B装置中的可选药品:浓氨水、30% H2O2溶液、蒸馏水、NaOH固体、MnO2。(1)装置A的圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为_。装置E有多种作用,下列关于装置E的作用或其中所盛液体的说法中,不正确的是_(填字母)。a.使氨气和氧气充分混合b.控制通入氨气和氧气的体积比c.平衡装置内的压强d.锥形瓶内液体是饱和食盐水(2)甲同学先点燃酒精灯,再打开K1、K2、K3、K4,反应一段时间后,成功模拟了反应过程,并将实验中产生的气体持续通入装置H一段时间后,H中的溶液变成蓝色,则其中铜片所参与反应的离子方程式为_,若制得的氨气仅按的顺序完
22、全转化为硝酸,欲使装置H中所得溶液为纯净的CuSO4溶液,理论上所需氨气在标准状况下的体积_ L(假设硝酸与铜反应产生的还原产物全部排出反应装置)。(3)甲同学认为该系列实验装置存在一处明显的设计缺陷,你认为该设计缺陷是_。【解析】(1)由题给条件和实验装置图知,装置A是制备氧气的装置,发生2H2O22H2O+O2,装置B是制备氨气的装置,装置E可以使氨气和氧气充分混合,观察装置E中气泡的速度可以控制通入氨气和氧气的体积比,装置E还可以平衡装置内的压强。因为氨气极易溶于水,所以锥形瓶中液体不能用饱和食盐水。(2)铜与稀硫酸不反应,溶液呈蓝色,说明铜与硝酸发生了反应:3Cu+8H+2N3Cu2+2NO+4H2O。n(H2SO4)=0.15 L1 molL-1=0.15 mol,n(H+)=0.15 mol2=0.3 mol,n(S)=0.15 mol,根据上述反应和题目要求,可知3S3Cu2+2HNO3,需要0.1 mol HNO3,根据NH3NONO2HNO3,可知需要NH3的物质的量为0.1 mol,在标准状况下的体积为2.24 L。(3)整套装置没有尾气处理装置。答案:(1)2H2O22H2O+O2d(2)3Cu+8H+2N3Cu2+2NO+4H2O2.24(3)缺少尾气处理装置