第四章 学案22 氮的氧化物和硝酸.docx

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第四章学案22氮的氧化物和硝酸

高中化学学习资料整理总结

学案22氮的氧化物和硝酸

[考纲要求]　1.了解氮元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。

2.了解氮元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。

3.氮元素单质及其化合物知识的综合应用。

知识点一　氮气及氮的氧化物

1．氮气

（1）氮的固定

使空气中________的氮转化为________的过程。

（2）氮气的性质

①物理性质

纯净的N2是一种无色无味的气体，难溶于水，在空气中约占总体积的______。

②结构：

电子式为__________，结构式为______，氮氮三键的键能大，分子结构稳定，化学性质不活泼。

③化学性质

通常情况下，N2化学性质很稳定，只在高温、放电、催化剂等条件下才能发生一些化学反应。

a．与H2反应：

__________________________________________________________。

b．与O2反应：

_________________________________________________________。

问题思考

1．N2的稳定性和氮元素的活泼性是否矛盾？

2．氮的氧化物

NO

NO2

物理性质

颜色

毒性

溶解性

化学性质

与O2反应

2NO＋O2===2NO2

与H2O反应

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

实验室制法（填化学方程式）

3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O

与人体、

环境的关系

①与血红蛋白结合使人中毒②转化成NO2形成酸雨、光化学烟雾

形成酸雨、光化学烟雾

特别提示　①氮的氧化物都是大气污染物。

②空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。

③空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等。

④NO2：

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。

问题思考

2．如何鉴别NO2与溴蒸气？

知识点二　硝酸

1．硝酸的物理性质

色味态：

________________；挥发性：

________；水溶性：

____________；发烟硝酸：

______________。

2．硝酸的化学性质

（1）强酸性

稀硝酸能使紫色石蕊试液变____色，浓硝酸能使石蕊试液先变____色，微热后褪色。

（2）不稳定性：

浓硝酸显黄色，是因为__________________________________________________，

说明浓硝酸具有________性，化学方程式为_________________________________

________________________________________________________________________。

（3）强氧化性

①与金属的反应

a．除Pt、Au外，大部分金属均能与HNO3反应。

b．Cu与浓、稀HNO3发生反应的化学方程式分别为：

________________________，

________________________________________________________________________。

c．Fe、Al遇冷的浓HNO3或浓H2SO4能发生________，故可以用铁、铝容器贮存冷的浓HNO3、浓H2SO4。

②与非金属反应

与浓HNO3反应时，非金属单质一般被氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸，如碳与浓HNO3反应的化学方程式为：

_________________________________________________

________________________________________________________________________。

③与某些还原性化合物或离子的反应，例如：

H2S、SO2、HBr、HI、FeCl2等。

④王水

王水由________与________按体积比1∶3混合所得，具有更强的氧化性，能使Au、Pt溶解。

问题思考

3．酸的挥发性和不稳定性有何区别？

4．如何除去浓HNO3的黄色？

一、氮的氧化物与O2、H2O混合的计算方法

1．关系式法

（1）NO、O2、H2O之间的综合反应式是

4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3

由此可知当体积比

V（NO）：

V（O2）

（2）NO2、O2、H2O之间的综合反应式是

4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3

由此可知，当体积比

V（NO2）：

V（O2）

2．电子守恒法

NO和NO2转化为硝酸时是氧化还原反应，必然遵循电子得失守恒。

典例导悟1

　将容积为50mL的量筒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5mL。

则原混合气体中NO2和O2体积比可能是__________或________。

变式演练1　将盛有12mLNO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2mL无色气体，则原混合气体中O2的体积是（　　）

①1.2mL　②2.4mL　③3.6mL　④4mL

A．①④B．②③C．①③D．②④

二、金属与硝酸反应中的有关计算

1．金属与硝酸反应一般不产生______，且浓HNO3一般被还原为________，稀HNO3被还原为______，随着反应的进行很稀的HNO3有可能被还原为N2O，甚至NH4NO3。

硝酸在反应中体现氧化性和酸性。

2．铁与硝酸反应要考虑Fe的用量，若Fe不足则生成__________，若Fe过量则生成__________。

3．铜与浓HNO3反应，若Cu过量，开始时HNO3的还原产物为______，随着反应进行浓HNO3变稀，HNO3的还原产物为______，最终应得到__________的混合气体。

4．离子共存判断中的NO若在酸性条件下NO会表现出强氧化性，不能与Fe2＋、S2－、I－、SO、Br－等离子共存。

5．金属与HNO3的反应运用“守恒法”求解，一般类型有

（1）电子守恒

金属失电子数＝________________________________________________________。

（2）物料守恒

耗HNO3的量＝盐中NO的量（表现酸性的HNO3）＋__________________。

（3）电荷守恒

HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH－）有：

c（NO）＝c（H＋）＋____________________。

典例导悟2

　（2011·安徽黄山统考）足量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1.68LO2（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。

若向所得硝酸铜溶液中加入5mol·L－1NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是（　　）

A．60mLB．45mLC．30mLD．15mL

听课记录：

变式演练2　将32.64g铜与140mL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11.2L。

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VmLamol·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。

（3）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。

三、浓、稀硝酸氧化性的比较

典例导悟3

　（2009·北京理综，27）某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验（夹持仪器已略去）。

实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。

由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。

可选药品：

浓硝酸、3mol·L－1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳

已知：

氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应。

2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O

（1）实验应避免有害气体排放到空气中。

装置③、④、⑥中盛放的药品依次是____________________。

（2）滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后________

________________________________________________________________________。

（3）装置①中发生反应的化学方程式是________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）装置②的作用是____________________，发生反应的化学方程式是

________________________________________________________________________。

（5）该小组得出的结论依据的实验现象是_____________________________________

________________________________________________________________________。

（6）实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。

甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。

同学们分别设计了以下4个试验来判断两种看法是否正确。

这些方案中可行的是（选填序号字母）__________。

a．加热该绿色溶液，观察颜色变化

b．加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化

c．向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化

d．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化

题组一　氮的氧化物

1．判断正误

（1）CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在（　　）

（2010·山东理综－13C）

（2）NO可用于某些疾病的治疗（　　）

（2010·上海－4D）

（3）NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象（　　）

（2010·上海－13A）

（4）在pH＝0的溶液中，Na＋、NO、SO、K＋可以大量共存（　　）

（2010·福建理综－10B）

（5）用稀氢氧化钠溶液吸收NO2的离子方程式是2OH－＋2NO2===NO＋NO↑＋H2O（　　）

（2010·江苏－3C）

2．（2009·宁夏理综，7）将22.4L某气态氮氧化合物与足量的灼热铜粉完全反应后，气体体积变为11.2L（体积均在相同条件下测定），则该氮氧化合物的化学式为（　　）

A．NO2B．N2O3C．N2OD．N2O4

题组二　硝酸

3．（2010·北京理综，10）下列解释实验事实的方程式不准确的是（　　）

A．0.1mol·L－1CH3COOH溶液的pH>1：

CH3COOH

CH3COO－＋H＋

B．“NO2球”浸泡在冷水中，颜色变浅：

2NO2（g）

N2O4（g）　　　ΔH<0

（红棕色）　（无色）

C．铁溶于稀硝酸，溶液变黄：

3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O

D．向Na2CO3溶液中滴入酚酞溶液，溶液变红：

CO＋H2O

HCO＋OH－

4．（2009·北京理综，8）下列叙述正确的是（　　）

A．将CO2通入BaCl2溶液中至饱和，无沉淀产生；再通入SO2，产生沉淀

B．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解；再加入Cu（NO3）2固体，铜粉仍不溶解

C．向AlCl3溶液中滴加氨水，产生白色沉淀；再加入过量NaHSO4溶液，沉淀消失

D．纯锌与稀硫酸反应产生氢气的速率较慢；再加入少量CuSO4固体，速率不改变

题组一　氮的氧化物

1．某集气瓶内装有红棕色气体，加入足量蒸馏水后盖上玻璃片振荡，得棕色溶液，气体颜色消失；再打开玻璃片后，瓶中气体又变为红棕色，则该气体可能是（　　）

A．N2、NO（g）、Br2B．NO2、NO、N2

C．NO2、NO、O2D．N2、O2、Br2（g）

2．（2011·河南南阳联考）研究发现，空气中少量的NO2能参与硫酸型酸雨的形成，反应过程如下：

①SO2＋NO2===SO3＋NO　②SO3＋H2O===H2SO4

③2NO＋O2===2NO2

NO2在上述过程中的作用与H2SO4在下述变化中的作用相似的是（　　）

①潮湿的氯气通过盛有浓H2SO4的洗气瓶

②硫化氢通入浓H2SO4中

③浓H2SO4滴入萤石中，加热

④加入少量H2SO4使乙酸乙酯水解

A．①②B．①③C．②③D．②④

3．将3体积的NO2，依次通过下列3个分别装有过量①NaHCO3饱和溶液　②浓硫酸　③Na2O2的装置后，用排水法把残留的气体收集到集气瓶中，集气瓶内气体体积应为（同温同压下测定）（　　）

A．1体积NO

B．2体积NO2和0.5体积O2

C．2体积O2

D．0.25体积O2

4．（2011·四川西昌模拟）无色的混合气体甲，可能含有NO、CO2、NO2、NH3、N2中的某几种。

将100mL甲气体经过右图实验的处理，结果得到酸性溶液，且最终几乎无气体剩余。

则甲气体的组成为（　　）

A．NH3、NO2、N2B．NH3、NO、CO2

C．NH3、NO、CO2、N2D．NO、CO2、N2

5．常温下，将充满等体积混合气体的试管倒立在水槽中，试管内气体体积不会明显减少的一组是（　　）

①

②

③

④

⑤

⑥

NO、O2

C2H4、H2

NO2、O2

Cl2、SO2

NH3、O2

CO、O2

A.②⑥B．②④C．③⑤D．①③

题组二　硝酸

6．硝酸被称为“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。

下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是（　　）

A．浓硝酸使紫色石蕊试液先变红后褪色——酸性和强氧化性

B．不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性

C．要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性

D．能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去——强氧化性

7．能正确表示下列反应的离子方程式是（　　）

A．向Fe（NO3）2稀溶液中加入盐酸：

Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O

B．铜片与浓HNO3：

Cu＋NO＋4H＋===Cu2＋＋NO↑＋2H2O

C．碳酸氢铵溶液与足量的NaOH溶液混合后加热：

NH＋OH－NH3↑＋H2O

D．AlCl3溶液中滴加足量氨水：

Al3＋＋4NH3·H2O===AlO＋4NH＋2H2O

8．碳跟浓硫酸共热产生的气体X和铜跟浓硝酸反应产生的气体

Y同时通入盛有足量氯化钡溶液的洗气瓶中（如图装置），下列有关说法正确的是（　　）

A．洗气瓶中产生的沉淀中有碳酸钡

B．在Z导管出来的气体中无二氧化碳

C．洗气瓶中产生的沉淀是硫酸钡

D．洗气瓶中无沉淀产生

9．（2010·山东烟台高三期末）1.92g铜和一定量的浓硝酸反应，随着铜的不断减少，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当Cu全部反应时，共收集到标准状况下气体1.12L，则反应中消耗HNO3的物质的量是（　　）

A．0.12molB．0.1mol

C．0.11molD．0.2mol

10.已知硝酸铜溶液呈蓝色。

但在铜与浓硝酸、稀硝酸反应的实验中，同学们发现除了生成的气体颜色不相同外，最终溶液的颜色也不相同：

前者呈绿色，而后者呈蓝色。

甲、乙同学为此进行了实验探究。

甲：

在Ⅰ、Ⅱ两支试管中分别加入等体积的浓HNO3和稀HNO3，再向两支试管中分别投入等质量的铜片，充分反应后铜均无剩余。

结果：

Ⅰ中溶液呈绿色，Ⅱ中溶液呈蓝色。

乙：

分别取Ⅰ中的绿色溶液于两支试管Ⅲ、Ⅳ中，对试管Ⅲ进行多次振荡、静置，最终溶液颜色由绿色转变为深蓝色；向试管Ⅳ中缓缓加水并不停振荡，观察到溶液由绿色变为深蓝色，最后变为淡蓝色。

请回答下列问题：

（1）分别写出Cu与浓HNO3、稀HNO3反应的化学方程式：

_____________________、

________________________________________________________________________。

（2）甲的实验________（“能”或“不能”）说明溶液呈现不同的颜色与其物质的量浓度无关，这是因为充分反应后，Ⅰ、Ⅱ两试管中Cu（NO3）2溶液的物质的量浓度________（填“相等”或“不相等”）。

（3）请你根据乙的实验，推测Cu与浓HNO3反应后溶液呈绿色的原因是________

________________________________________________________________________。

（4）请设计一个方案，验证你所得到的上述结论：

_____________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

11.

（固定装置略去）

某兴趣小组设计出如图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”的实验，以探究化学实验的绿色化。

（1）实验前，关闭活塞b，试管d中加水至浸没长导管口，塞紧试管c和d的胶塞，加热c。

其目的是________________________________________________________________。

（2）在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分液漏斗a向c中加入2mL浓硝酸。

c中反应的化学方程式是_____________________________________________________

________________________________________________________________________。

再由a向c中加2mL蒸馏水，c中的实验现象是_____________________________

________________________________________________________________________。

（3）表中是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是________。

理由是

________________________________________________________________________。

方案

反应物

甲

Cu、浓HNO3

乙

Cu、稀HNO3

丙

Cu、O2、稀HNO3

（4）该兴趣小组还用上述装置进行实验证明氧化性KMnO4>Cl2>Br2，操作步骤为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，

实验现象为____________________；但此实验的不足之处是_____________________。

学案22　氮的氧化物和硝酸

【课前准备区】

知识点一

1．

（1）游离态　化合态氮

（2）①4/5　②N⋮⋮N　N≡N　③a.N2＋3H2

2NH3

b．N2＋O22NO

2.

NO

NO2

物理性质

颜色

无色

红棕色

毒性

有毒

有毒

溶解性

不溶

能溶

知识点二

1．无色有刺激性气味的液体　易挥发　与水以任意比互溶　质量分数大于98%的硝酸

2．

（1）红　红

（2）HNO3分解产生的NO2溶解在硝酸中　不稳定　4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O

（3）①b.Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O

3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

c．钝化

②C＋4HNO3（浓）CO2↑＋4NO2↑＋2H2O

④浓硝酸　浓盐酸

问题思考

1．不矛盾，氮元素的活泼性是指氮原子的活泼性，而氮气的性质不仅与原子结构有关，还与氮分子的构成有关；氮气中的N≡N键能很大，故分子很稳定。

2．由于NO2和Br2在性质上有不少相似性：

①均具有氧化性；②溶于水均有酸生成；

③均可与碱反应；④均为红棕色等。

所以不能用淀粉－KI试纸、pH试纸、NaOH溶液来鉴别，但二者性质又有差别，可以用下列方法鉴别：

①AgNO3溶液；②CCl4；③用水洗法。

3．二者有着本质区别。

酸的挥发性是一种物理性质，指的是酸以分子状态离开溶液逸出。

一般低沸点酸挥发性强。

而不稳定性指化学性质，指的是酸分子分解生成新的物质。

4．浓硝酸常呈黄色是因为HNO3分解生成NO2溶于HNO3中，去掉黄色的方法是通入少量O2（空气），使其发生反应：

4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。

【课堂活动区】

二、1.H2　NO2　NO

2．Fe（NO3）3　Fe（NO3）2

3．NO2　NO　NO2和NO

5．

（1）生成气体时HNO3得电子数

（2）气体中的N原子（被还原的HNO3）的量

（3）n×c（Mn＋）（Mn＋代表金属离子）

典例导悟

1　18∶7　43∶7

解析　NO或NO2与O2混合气体与水的反应计算关系式可由下列化学方程式推导出来。

2NO＋O2===2NO2①

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO②

由②×2＋①得

4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③

由①×③＋②×②

4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④

③、④两式就是平时计算经常用到的关系式。

设剩余的5mL为O2，则参加反应③的NO2和O2的总体积为：

50mL－5mL＝45mL

则原混合气体里，NO2的体积为：

45mL×4/5＝36mL。

O2的体积为：

50mL－36mL＝14mL

即NO2与O2的体积比为：

36∶14＝18∶7。

设剩余的5mL为NO，由②式得过量的NO2体积为15mL，则发生反应③的NO2和O2的总体积为50mL－15mL＝35mL

则原混合气体里，O2的体积为：

35mL×1/5＝7mL，NO2的体积为：

50mL－7mL＝43mL

即NO2与O2的体积为：

43∶7。

2　A　[O2为氧化剂，Cu为还原剂，HNO3相当于仅仅发生了复分解反应n（Cu）＝2n（O2）＝0.15mol，n（NaOH）＝2n（Cu）＝0.3mol，V（NaOH）＝＝0.06L＝60mL，故选A。

]

3　

（1）3mol·L－1稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液

（2）通入CO2一段时间，关闭