第4章 第20讲 硝酸 含氮物质的转化(Word教参)-【正禾一本通】2025年高考化学高三一轮总复习高效讲义（人教版2019 双选版）

第20讲　硝酸　含氮物质的转化 【备考目标】　1.掌握硝酸的性质及应用。2.能从物质类别、氮的化合价变化理解氮及其化合物的转化关系。3．能从含氮物质的性质和转化的视角解释生产、生活中的相关现象。 考点1　硝酸 硝酸是无色、易挥发的液体，有刺激性气味，能与水以任意比例混溶。 1．不稳定性 反应：4HNO3(浓)2H2O＋4NO2↑＋O2↑。 (1)市售浓硝酸呈黄色的原因是硝酸分解产生的NO2溶于其中。 (2)硝酸保存在棕色试剂瓶中，置于冷暗处，瓶塞不能用橡胶塞。 2．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。 (1)与金属反应 ①常温下，浓硝酸使铁、铝钝化； ②稀硝酸与铜反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O； ③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：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。 稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式为3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。 3．与有机物反应 (1)硝化反应(与反应)： ； (2)显色反应：含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。 [注意]　①浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红，后褪色，该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性。②常温下，铁、铝遇浓硝酸能发生“钝化”，并非不反应，故浓硝酸可以用铁桶盛放。 【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)将铁屑放入稀硝酸中证明Fe比H2活泼(×) (2)将浓硝酸滴加到用砂纸打磨过的铝条上，产生红棕色气体(×) (3)过量的铜与浓硝酸反应有一氧化氮生成(√) (4)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(√) (5)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(×) (6)Cu在KNO3溶液和稀H2SO4中均不溶解，能溶解在二者的混合溶液中(√) 一、定性分析金属与硝酸的反应 1．一定温度下，探究铜与稀硝酸反应，过程如图所示，下列说法不正确的是(　　 ) A．过程Ⅰ中生成无色气体的离子方程式是3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O B．过程Ⅲ反应速率比Ⅰ快的原因是NO2溶于水，使c(HNO3)增大 C．由实验可知，NO2对该反应具有催化作用 D．当活塞不再移动时，再抽入空气，铜可以继续溶解 解析：选B。随着反应进行，溶液中生成硝酸铜，根据氮元素守恒，过程Ⅲ中硝酸的浓度没有Ⅰ中的大，因此反应速率增大的原因不是硝酸浓度增大，B项错误；过程Ⅲ反应速率比Ⅰ快，结合B项分析及实验过程可知，NO2对反应具有催化作用，C项正确；当活塞不再移动时，再抽入空气，NO与氧气、水反应生成硝酸，能与铜继续反应，D项正确。 二、金属与硝酸反应的定量计算 2．某100 mL混合液中，HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4 mol·L－1和0.1 mol·L－1，向该混合溶液中加入1.92 g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中Cu2＋的物质的量浓度(忽略体积变化)为(　　 ) A．0.15 mol·L－1 B．0.225 mol·L－1 C．0.35 mol·L－1 D．0.45 mol·L－1 解析：选B。解答本题要从离子反应的角度来考虑，H2SO4提供的H＋可以和NO构成强氧化性环境，继续氧化铜单质。HNO3、H2SO4混合溶液中H＋总的物质的量为0.06 mol，NO的物质的量为0.04 mol，Cu的物质的量为0.03 mol。 Cu与稀硝酸发生反应： 3Cu 　 ～ 　8H＋　 ～ 　2NO 3 8 2 0.03 mol 0.06 mol 0.04 mol H＋量不足，应根据H＋的物质的量来计算。 3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 8 3 0.06 mol n(Cu2＋) n(Cu2＋)＝0.06 mol×＝0.022 5 mol，c(Cu2＋)＝＝0.225 mol·L－1。 3．将3.84 g Cu和一定量的浓HNO3反应，当Cu反应完全时，共收集到2.24 L NO2和NO气体(标准状况，不考虑NO2转化为N2O4)，则反应中消耗HNO3的物质的量为__________________。 解析：铜与硝酸反应转化为Cu(NO3)2、NO和NO2，根据铜原子守恒n[Cu(NO3)2]＝n(Cu)＝＝0.06 mol，NO和NO2的物质的量共为n＝＝＝0.1 mol，根据氮原子守恒：n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO)＋n(NO2)＝2×0.06 mol＋0.1 mol＝0.22 mol。 答案：0.22 mol 三、实验探究硝酸的性质 4．某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO而设计了下列实验，装置如图所示(加热装置和固定装置均已略去)。图中K为止水夹(处于关闭状态)，F是一半空的注射器。请回答有关问题： (1)设计装置A的目的是________________________________________________________________________。 (2)在完成(1)中的“操作”后，将装置B中铜丝插入稀硝酸中并微热，观察到装置B中的现象是__________________________；B中反应的离子方程式为________________________________________________________________________。 (3)装置E和F的作用是___________________________________________________； 为实现此作用，其操作方法是________________________________________________。 (4)装置D的作用是吸收多余的氮氧化物，防止污染空气，兼有的功能是____________。 答案：(1)产生CO2，赶走装置中的空气，防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰 (2)Cu丝表面产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝　3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O (3)验证NO的生成　将注射器中的空气推入E中，若E中气体变为红棕色则说明生成了NO (4)防止倒吸 考点2　氮及其化合物的转化 利用“价—类”二维图掌握氮及其化合物之间的转化 写出“价—类”二维图中指定反应的化学方程式(或离子方程式)。 ①4NH3＋5O24NO＋6H2O ②N2＋3H22NH3 ③N2＋O22NO ④2NO＋O2===2NO2 ⑤3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ⑥HNO3＋NaOH===NaNO3＋H2O ⑦3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O ⑧3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ⑨NH3＋H2O⇌NH3·H2O ⑩NH3·H2ONH3↑＋H2O ⑪NH3·H2O⇌NH＋OH－ ⑫NH＋OH－⇌NH3·H2O__ ⑬NH3＋HCl===NH4Cl__ ⑭NH4Cl＋NaOHNH3↑＋H2O＋NaCl__ 一、氮及其化合物的转化 1．(2023·广东广州二中三模)如图是某元素常见物质的“价—类”二维图，其中d为红棕色气体，f和g均为正盐。下列说法不正确的是(　　 ) A．b是空气中含量最多的气体 B．工业上通过a→c→d→e来制备HNO3 C．g只能做氧化剂 D．f可用于制化肥和火药 解析：选C。由题干信息d为红棕色气体，则d为NO2，说明该图为N元素的“价—类”二维图，则可知：a为NH3、b为N2、c为NO、d为NO2，e为HNO3，f和g均为正盐，则f为硝酸盐、g为亚硝酸盐。b为N2，是空气中含量最多的气体，A正确； NH3和氧气催化氧化生成一氧化氮气体，一氧化氮和氧气生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸，B正确； g为亚硝酸盐，其中氮元素的价态为＋3价，根据价态分析g既可作为氧化剂也可以作为还原剂，C错误； f为硝酸盐，是火药中最常用的氧化剂之一，且可作为氮肥，D正确。 2．（双选）某工厂拟综合处理含NH废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分)，设计了如下流程： 下列说法不正确的是(　　 ) A.固体1中主要含有Ca(OH)2、CaSO3 B．X可以是空气，且需过量 C．捕获剂所捕获的气体主要是CO D．处理含NH废水时，发生反应的离子方程式为：NH＋NO===N2↑＋2H2O 解析：选AB。SO2、CO2与过量石灰乳反应生成CaSO3、CaCO3，故固体1中主要含有CaSO3、CaCO3、Ca(OH)2，A项不正确；X可以是空气，但不能过量，若空气过量，通过NaOH溶液后得不到NaNO2溶液，而是得到NaNO3溶液，B项不正确；N2无污染，CO无法被NaOH溶液吸收，捕获剂主要捕获CO，C项正确；NH与NO在溶液中发生氧化还原反应生成N2和H2O，D项正确。 二、氮及其化合物的制备 3．合成氨及其衍生工业是化工生产的重要门类，请结合图示判断下列说法正确的是(　　 ) A．合成氨采用400～500 ℃是为了提高原料转化率和反应速率 B．湿润的淀粉­KI试纸可以鉴别气体2和溴蒸气 C．在饱和NaCl溶液中先通入过量CO2再通入过量NH3可得到固体1 D．1 L气体1、2的混合气与1 L NH3在一定条件下转化为对环境无害的物质，混合气中二者的体积比为1∶1 解析：选D。由图可知：气体1为NO，气体2为NO2，NO2与水反应生成硝酸，固体1为NaHCO3，NaHCO3受热分解生成固体2为Na2CO3；1 L NO、NO2的混合气体与1 L NH3在一定条件下转化为对环境无害的物质，化学方程式为：2NH3＋NO＋NO22N2＋3H2O，NO、NO2的体积比等于化学计量数之比，为1∶1，故D正确。 4．氮化锂(Li3N)是一种重要的化工试剂，在空气中易潮解。实验室制备Li3N的原理是6Li＋N22Li3N。某实验小组拟设计实验制备Li3N并探究其性质。(装置可重复使用) 回答下列问题： (1)装饱和NH4Cl溶液的仪器是____________________(填名称)。 (2)按气流从左至右的顺序，装置的连接顺序为A→____→____→B→____。(B用两次) (3)仪器连接中两个B装置的作用分别是____________________________________。实验室锂保存在________(填“煤油”或“石蜡”)中。 (4)实验时，先点燃________(填“A处”或“C处”)酒精灯。 (5)A装置中制备N2的反应的化学方程式为____________________________。 (6)如果氮化锂产品中混有Li2O，可能的原因是____________________________。 (7)取0.1 g Li3N粗产品(设杂质只有Li2O)于试管中，向试管中滴加蒸馏水，用镊子夹一块湿润的红色石蕊试纸于试管口，试纸变蓝色，向试管中滴加几滴酚酞溶液，溶液变红色，Li3N与水反应的化学方程式为____________________________________。 解析：氮化锂在空气中易潮解，为防止氮化锂潮解，C装置前后都要连接干燥装置。A制备N2，B干燥N2，C中锂与氮气反应生成Li3N，C装置后再次连接B防止D中水蒸气进入C使Li3N潮解，最后用D收集未反应的氮气。 (1)根据装置图，装饱和NH4Cl溶液的仪器是分液漏斗。 (3)C装置前连接B的作用是干燥氮气，C装置后连接B的作用是吸收D中挥发出的水蒸气，防止水蒸气进入C使Li3N潮解。锂的密度小于煤油，实验室锂保存在石蜡中。 (4)锂与氧气能反应，实验时，先用氮气排出装置内的空气，所以先点燃A处酒精灯。 (5)A装置中亚硝酸钠和氯化铵在加热条件下生成氯化钠、氮气、水，制备N2的反应的化学方程式为NaNO2＋NH4ClNaCl＋N2↑＋2H2O。 (6)锂与氧气能反应生成Li2O，如果氮化锂产品中混有Li2O，可能的原因是装置内空气没有排尽。 (7)试纸变蓝色，说明放出氨气，向试管中滴加几滴酚酞溶液，溶液变红色，说明生成氢氧化锂， 与水反应的化学方程式为Li3N＋3H2O===3LiOH＋NH3↑。 答案：(1)分液漏斗　(2)B　C　D (3)C装置前连接B的作用是干燥氮气，C装置后连接B的作用是吸收D中挥发出的水蒸气　石蜡　(4)A处 (5)NaNO2＋NH4ClNaCl＋N2↑＋2H2O (6)装置内空气没有排尽　(7)Li3N＋3H2O===3LiOH＋NH3↑ 1．(2018·全国卷Ⅱ)研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关(如下图所示)。下列叙述错误的是(　　) A．雾和霾的分散剂相同 B．雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵 C．NH3是形成无机颗粒物的催化剂 D．雾霾的形成与过度施用氮肥有关 解析：选C。NH3参与反应生成铵盐，是反应物，不是催化剂，C项错误。雾和霾的分散剂都是空气，A项正确。雾霾中的无机颗粒物含有硝酸铵和硫酸铵，B项正确。过度施用氮肥会增加大气中氨的含量，D项正确。 2．(2021·河北高考)关于非金属含氧酸及其盐的性质，下列说法正确的是(　　) A．浓H2SO4具有强吸水性，能吸收糖类化合物中的水分并使其炭化 B．NaClO、KClO3等氯的含氧酸盐的氧化性会随溶液的pH减小而增强 C．加热NaI与浓H3PO4混合物可制备HI，说明H3PO4比HI酸性强 D．浓HNO3和稀HNO3与Cu反应的还原产物分别为NO2和NO，故稀HNO3氧化性更强 解析：选B。浓硫酸能使蔗糖炭化，体现的是其脱水性，而不是吸水性，A错误；NaClO在水溶液中会发生水解，离子方程式为ClO－＋H2O⇌HClO＋OH－，pH减小，则酸性增强，会促使平衡向正反应方向移动，生成氧化性更强的HClO，ClO在酸性条件下可生成具有强氧化性的氯气、二氧化氯等气体，增强氧化能力，B正确；HI的沸点低，易挥发，加热NaI与浓H3PO4混合物发生反应生成HI，利用的是高沸点酸制备低沸点酸的原理，C错误；相同条件下根据铜与浓硝酸、稀硝酸反应的剧烈程度可知，浓硝酸的氧化性大于稀硝酸的氧化性，D错误。 3．(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(　　 ) 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中木炭与浓硝酸产生了反应 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 解析：选D。①中浓HNO3受热分解，发生反应：4HNO3(浓)4NO2↑＋O2↑＋2H2O，产生的气体为混合气体，故A正确；由①可知，浓硝酸受热分解可生成红棕色气体NO2，所以“产生红棕色气体”不能说明②中木炭与浓硝酸发生反应，故B正确；根据①和②，浓硝酸反应产生红棕色NO2时需要加热，所以浓硝酸具有挥发性才可与上方红热木炭接触，同时，N元素化合价降低，所以生成的NO2为还原产物，故C正确；红热的木炭可与空气中的O2反应生成CO2，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$