专题05 重要的含氮化工原料（八大题型）-【举一反三】2024-2025学年高一化学同步讲与练（苏教版2019必修第二册）

专题05 重要的含氮化工原料 ◆题型01 氨和硝酸的物理性质与用途 ◆题型02 氨的催化氧化 ◆题型03 喷泉实验 ◆题型04 氨水的弱碱性 ◆题型05 硝酸的强氧化性 ◆题型06 工业制硝酸的原理、流程分析 ◆题型07 有关氨和硝酸的实验探究 ◆题型08 有关硝酸反应的化学计算 ◆题型01 氨和硝酸的物理性质与用途 知识积累 1．氨的分子结构 分子式 电子式 结构式 空间构型 分子极性 NH3 键角107°18′ 三角锥形 极性分子 2．物理性质 （1）氨是一种无色、有刺激性气味的气体，密度比空气的小。氨在加压下容易液化，液化时放热。液氨汽化时吸收大量的热，使周围温度急剧降低，因此工业上可作制冷剂。 （2）氨是一种极易溶于水的气体，常温常压下，1体积水大约可溶解700体积的氨气。 5.氨的用途 ①氨是氮肥工业，有机合成工业，制造硝酸、铵盐和纯碱的原料。 ②NH3易液化，当液态NH3汽化时要吸收大量的热，使周围温度急剧降低，因此，液氨常用作制冷剂。 1．硝酸物理性质 硝酸是无色，易挥发，具有刺激性气味的液体，易溶于水。浓硝酸常因为溶解有NO2而呈黄色。质量分数为69%的硝酸为常用浓硝酸。98%以上的硝酸称之为发烟硝酸。 【特别提醒】发烟硝酸的“发烟”原因是挥发出来的硝酸和空气中的水蒸汽形成的硝酸小液滴，所发出的“烟”实际上是“雾”。 1.硝酸的用途 （1）在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等； （2）在有机化学中，浓硝酸与浓硫酸的混合液是重要的硝化试剂。 【典例1】下列含氮物质的性质与用途具有对应关系的是 A．氮气性质稳定，可用于合成氨 B．氨气易液化，可用作制冷剂 C．氨水显弱碱性，可用作化肥 D．浓硝酸有强氧化性，可用于制备硝酸铵 【变式1-1】工业生产中为了盛装大量浓硝酸，可作为罐体材料的是 A．锌 B．铝 C．铜 D．铂 【变式1-2】下列叙述中正确的是 A．易液化，液氨常用作制冷剂 B．可用铁、铝制容器盛装浓硝酸和稀硝酸 C．铵盐受热分解一定都会产生氨气 D．可用淀粉-KI试纸鉴别红棕色的蒸气和气体 【变式1-3】（江苏无锡·高一期末）氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)       △H=-92.4kJ·mol-1。下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是 A．NH3极易溶于水，液氨常用作制冷剂 B．N2不溶于水，常用作保护气 C．HNO3具有强氧化性，可用于制硝酸盐类氮肥 D．NH4Cl溶液呈酸性，可用作焊接时的除锈剂 ◆题型02 氨的催化氧化 知识积累 氨的催化氧化，反应化学方程式：4NH3＋5O24NO＋6H2O，NH3在反应中作还原剂。 应用：工业上制取硝酸。 【特别提醒】NO很容易与O2化合，为什么氨的催化氧化反应的产物是NO而不是NO2呢？这是因为NO在常温下易与O2化合，而加热时NO2不稳定，易分解为N0和O2，150℃时几乎分解完全，所以氨被O2氧化生成NO。待冷却后NO与O2反应转化为NO2。 【典例2】氨催化氧化制硝酸的流程示意图如下。 回答下列问题： （1）写出氧化炉中氨催化氧化的化学方程式______________________________________。 （2）氧化炉和吸收塔中通入足量空气而不是氧气的原因是______________________。 （3）氨与硝酸反应可用于生产炸药硝酸铵，请写出该反应的离子方程式是____________________________。 （4）已知氨氮废水中氨元素多以NH和NH3·H2O的形式存在。某工厂处理氨氨废水的流程如下： 已知：达标废水中氯元素主要以Cl－形式存在。 ①过程Ⅰ鼓入热空气的作用是_________________________________。 ②过程Ⅱ加入NaClO可将废水中的NH3·H2O转化为无污染气体，该反应的化学方程式为___________________________________。 ③过程Ⅲ加入的溶液X可能是_______(填标号)。 A．KOH溶液 B．Na2CO3溶液 C．Na2SO3溶液 D．KMnO4溶液 【变式2-1】用氨催化氧化法制硝酸产生的工业尾气中含有、NO和等氮氧化物。用NaClO溶液吸收尾气，可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同，NO转化为的转化率随NaClO溶液初始pH(用稀盐酸调节)的变化如图所示。下列说法错误的是 A．氨催化氧化生成的化学方程式为 B．溶于水的离子方程式为 C．HClO氧化NO的能力比NaClO强 D．向NaClO溶液中通入NO后，溶液pH增大 【变式2-2】如图表示A、B、C、D、E五种含氮物质相互转化的关系图。其中A、B、C、D常温下都是气体，B为红棕色。 回答下列问题： （1）A→D反应常用于人工固氮，写出该反应的化学方程式： 。 （2）D→C是工业制硝酸的重要反应，化学方程式为 。 （3）B与一定量的氧气混合通入水中能被完全吸收，则B与的物质的量之比为 ，若该反应转移个电子，则参加反应的B的物质的量为 mol。 ◆题型03 喷泉实验 知识积累 1．原理和装置 （1）氨气喷泉实验 形成 原理 当气体接触外部的水或溶液时，由于气体大量溶解或与溶液中的溶质发生化学反应，从而使容器内气压迅速降低，在外界大气压作用下，外部液体迅速进入容器，通过尖嘴导管喷出，形成喷泉。 引发操作 打开止水夹，挤压胶头滴管的胶头，或其他形成压强差引发液体向容器中流动喷射的操作。 （2）实验成功的关键——“三要” ①装置气密性——要好。 ②烧瓶和气体——要干。 ③烧瓶内的氨气——要满。 2．喷泉的常见类型 方法 减小内压法 增大外压法 装置 原理 减小烧瓶内气体压强，形成压强差，产生喷泉现象 增大锥形瓶内气体压强，形成压强差，产生喷泉现象 3．常见产生喷泉实验的组合 气体 NH3 HCl SO2、CO2、NO2、Cl2 NO2和O2 吸收剂 水或盐酸 水或氢氧化钠溶液 浓氢氧化钠溶液 水 4.喷泉实验的发散装置及操作方法 喷泉实验是中学化学的重要实验，其本质是形成压强差而引发液体上喷，以教材中的装置(发散源)可设计如图所示的多种不同的装置和采用不同的操作(如使气体溶于水、热敷或冷敷、生成气体等)来形成喷泉。 设计说明：装置(Ⅰ)向锥形瓶通入少量空气，将少量水压入烧瓶，导致大量氨溶解，形成喷泉。装置(Ⅱ)省去了胶头滴管，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨与水接触，即发生喷泉(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶中，瓶内氨溶于水)。装置(Ⅲ)在水槽中加入能使水温升高的物质致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气体压强增大而产生喷泉。装置(Ⅳ)向烧瓶中通入一定量的H2S和SO2，现象为有淡黄色粉末状物质生成，瓶内壁附有水珠，NaOH溶液上喷形成喷泉。装置(Ⅴ)打开①处的止水夹并向烧瓶中缓慢通入等体积的HCl气体后关闭该止水夹，等充分反应后再打开②处的止水夹，观察到先有白烟产生，后产生喷泉。装置(Ⅵ)中，挤压胶头滴管，然后打开导管上部的两个活塞，则在右面烧瓶出现喷烟现象，再打开导管下部活塞，则可产生双喷泉。 【典例3】下列选项中能完成图示过程的是 选项 a (干燥气体) b(液体) c(液体) A NO2 水 水 B Cl2 饱和NaOH溶液 水 C HCl NaOH溶液 滴有酚酞的水溶液 D NH3 水 滴有酚酞的水溶液 【变式3-1】下图是课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案，下列有关操作不可能引发喷泉的是(　　) A．挤压装置①的胶头滴管使CCl4全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹 B．挤压装置②的胶头滴管使NaOH溶液全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹 C．用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹 D．在装置④的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹 【变式3-2】用传感技术测定喷泉实验中的压强变化来认识喷泉实验的原理。下列说法正确的是 A．制取氨气时烧瓶中的固体常用CaO或CaCl2 B．关闭a，将单孔塞(插有吸入水的胶头滴管)塞紧颈口c，打开b，完成喷泉实验。电脑绘制三颈烧瓶内压强变化曲线如图2，则E点时喷泉最剧烈 C．喷泉实验结束后，发现水未充满三颈烧瓶，肯定是因为装置的气密性不好 D．工业上，若出现液氨泄漏，喷稀盐酸比喷水处理效果好 【变式3-3】利用如图所示的装置，可以验证NH3和HCl的有关性质。实验前a、b、c活塞均关闭。 （1）若要在烧瓶Ⅱ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅰ中不产生“喷泉”现象，其操作方法是_______________。 （2）若先打开a、c活塞，再挤压胶头滴管，在烧瓶中可观察到的现象是____________。 （3）通过挤压胶头滴管和控制活塞的开关，在烧瓶Ⅰ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅱ中不产生“喷泉”现象，其操作方法是_____________________________________________。 若要在该装置中产生双喷泉现象，其操作方法是____________________________________________。 ◆题型04 氨水的弱碱性 知识积累 氨与水的反应： 氨的水溶液俗称氨水，显弱碱性，反应的方程式为NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－。 a.氨溶于水得氨水，氨水是混合物，溶液中存在的微粒有三种分子：NH3·H2O、NH3、H2O；三种离子：NH4+、OH－及少量的H+。 b.NH3·H2O为可溶性一元弱碱，具有碱的通性。氨水可使紫色石蕊试液变蓝，故常用湿润的红色石蕊试纸检验NH3的存在。 c.NH3·H2O不稳定，易分解：NH3·H2ONH3↑＋H2O。 【特别提醒】①NH3是中学化学中唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，可在推断题中作为解题突破口。 ②氨水呈碱性，NH3·H2O属于一元弱碱，计算氨水的浓度时，溶质按NH3进行计算。 ③氨气、液氨、一水合氨、氨水的区别： 名称 成分(化学式) 类别 氨气 NH3 非电解质 液氨 NH3(氨气的液体状态) 非电解质 一水合氨 NH3·H2O 弱电解质 氨水 NH3、H2O、NH3·H2O、NH4+、OH－、H＋(少量) 混合物 【典例1】下列关于氨水的说法不正确的是 A．氨水和液氨不同，氨水是由多种粒子构成的，液氨的组成中只有氨分子 B．氨水中物质的量浓度最大的粒子是NH3·H2O(除水外) C．氨水显弱碱性，故通常保存在金属容器中 D．在1 mol·L-1氨水中，NH3·H2O、、NH3的物质的量浓度之和为1 mol·L-1 【变式1-1】如图所示，利用培养皿探究NH3的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水会产生氨气，立即用另一表面皿扣在上面。 下表中对实验现象所做的解释正确的是 实验现象 解释 A 浓盐酸附近产生白烟 NH3与浓盐酸反应产生了NH4Cl固体 B 浓硫酸附近无明显现象 NH3与浓硫酸不发生反应 C 氯化物溶液变浑浊 该溶液一定是AlCl3溶液 D 干燥红石蕊试纸不变色，湿润红石蕊试纸变蓝 NH3是一种可溶性碱 【变式1-2】如图所示，A是能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体；C、D均为空气的主要成分；E是一种有毒气体能与血红蛋白结合，反应II在三元催化器催化作用下常用于汽车尾气的转化。 ①写出实验室制A的化学方程式： 。A在生产生活中有广泛的用途，写出其中的一个用途： 。 ②写出反应I的化学方程式 ； ③写出反应II的化学方程式 。 ◆题型05 硝酸的强氧化性 知识积累 1．硝酸的化学性质 （1）不稳定性 反应：4HNO3(浓)2H2O＋4NO2↑＋O2↑。 （2）强氧化性 硝酸无论浓、稀都具有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。 按要求完成下列反应的方程式： ①与金属反应 稀硝酸与铜反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O； 浓硝酸与铜反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。 ②与非金属反应 浓硝酸与C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： 3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。 【特别提醒】 硝酸氧化性总结 1.金属与HNO3反应一般不生成H2，浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原为NO。 2.在利用HNO3的酸性时，要注意考虑它的强氧化性。 如 FeO与稀硝酸反应时的方程式应是3FeO+10HNO3(稀)=3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O而不是FeO+2HNO3=Fe(NO3)2+H2O。 类似的反应还有：Fe(OH)2、Na2S、Na2SO3等与稀HNO3的反应。 3.硝酸与金属反应时，既表现强氧化性又表现强酸性。金属与HNO3反应时，常用守恒法确定HNO3与Cu的关系。 （1）原子守恒：n(参加反应HNO3)=n(硝酸盐中的NO3-)+n(还原产物中的N原子)； （2）电子守恒：金属失去电子的物质的量=HNO3中N转化为还原产物得到电子的物质的量。 4.硝酸与铁反应情况 硝酸与铁反应时，由于存在反应Fe+2Fe3+=3Fe2+，当HNO3过量时，产物为Fe(NO3)3；当Fe过量时，产物为Fe(NO3)2；当Fe与HNO3恰好耗尽时，产物可能是Fe(NO3)3或Fe(NO3)2或Fe(NO3)3、Fe(NO3)2的混合物。 5.浓硝酸与Cu反应分析 浓硝酸与Cu反应时，若Cu过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为NO2，但随着反应的进行硝酸变稀，其还原产物将为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，反应停止后若加稀H2SO4，产物Cu(NO3)2中的NO3-在酸性条件下继续与Cu反应，3Cu+8H+2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H20。 6.NO3-在离子共存问题的判断中的特殊性 （1）在中性或碱性溶液中，NO3-无强氧化性。 （2）当水溶液中有大量H+存在时，NO3-就表现出强氧化性，如在有H+、NO3-存在的溶液中就不能存在Fe2+、S2-、I-、SO32--等还原性离子。 【典例5-1】在下列反应中，既表现出氧化性，又表现出酸性的是 A． B． C． D． 【典例5-2】一定温度下，探究铜与稀硝酸的反应，反应过程如图，下列说法不正确的是    A．过程Ⅰ中生成气体的离子方程式为3Cu+8H++2NO=3Cu2++2NO↑+4H2O B．当活塞不再移动时，再抽入空气，金属铜屑继续溶解 C．①中产生的现象可以用来检验该无色气体 D．过程Ⅲ反应速率比过程Ⅰ快的原因是反应物浓度增大 【典例5-3】下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是(　　) 序号 实验操作 现象 解释或结论 ① 过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液 溶液呈红色 稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋ ② 浓HNO3久置或光照 变黄色 HNO3不稳定易分解 ③ Al箔插入稀HNO3中 无现象 Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜 ④ 用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上 试纸先变红色后褪色 浓HNO3具有酸性和强氧化性 A.①② B．③④ C．②③④ D．②④ 【变式5-1】工业上以铜屑为原料制备硝酸铜，从节约原料和环境保护的角度，下列4种方法中，最适宜采用的是 A． B． C． D． 【变式5-2】下列关于硝酸的说法正确的是 A．浓HNO3与浓HCl按3：1的体积比混合，所得的混合物叫王水 B．硝酸与金属反应时，主要是+5价的氮得电子 C．硝酸电离出的H+，能被Zn、Fe等金属还原成H2 D．常温下，向浓HNO3中投入Fe片，会产生大量的红棕色气体 【变式5-3】下列离子能在酸性和碱性溶液中都能大量共存的是 ①、、、；②、、、 ；③、、、；④、、、；⑤、、、；⑥、、、 A．①③ B．③⑤ C．③④ D．②⑤ 【变式5-4】某化学学习小组采用如图所示装置，对浓硝酸与木炭的反应进行探究。 请回答下列问题: （1）检查装置气密性后，将燃烧匙中的木炭在酒精灯上加热至红热状态，伸入三颈烧瓶中，并塞紧瓶塞，滴加浓硝酸，可观察到三颈烧瓶中气体的颜色为　　　　　　　，产生该气体的化学方程式是　　　　　　。   （2）装置C中盛有足量Ba(OH)2溶液，炽热的木炭与浓硝酸反应后可观察到C中出现白色沉淀，该白色沉淀为　　　　(填化学式)。   （3）装置B的作用是　　　　　　。   （4）装置D中收集到了无色气体，部分同学认为是NO，还有部分同学认为是O2。 ①下列对该气体的检验方法合适的是　　　　　　。  A.敞口观察装置D中集气瓶内气体的颜色变化 B.将湿润的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内，观察蓝色石蕊试纸是否变红 C.将带火星的木条伸入集气瓶中，观察木条是否复燃 ②如果D中集气瓶中收集的无色气体是氧气，则氧气的来源是　　　　　　。  ◆题型06 工业制硝酸的原理、流程分析 知识积累 （1）制硝酸的工艺流程： （2）写出上述转化的化学方程式，并指出含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应： ①N2＋3H22NH3，N2发生还原反应。 ②4NH3＋5O24NO＋6H2O，NH3发生氧化反应。 ③2NO＋O2===2NO2，NO发生氧化反应。 ④3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NO2既发生氧化反应，又发生还原反应。 【典例6】工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如下图所示： 下列说法错误的是 A．过程①属于氮的固定 B．氮气在足量氧气中也可以通过一步反应生成NO2 C．过程④反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2 D．常温下可用铁质容器储存浓硝酸 【变式6-1】实验室模拟氨催化氧化法制硝酸的装置如图所示（无水CaCl2可用于吸收氨气），下列说法错误的是 A．装置①、②、⑤依次盛装碱石灰、无水CaCl2、NaOH溶液 B．装置③中气体呈红棕色 C．装置④中溶液可使紫色石蕊溶液变红，说明有HNO3生成 D．通空气的主要作用是鼓出氨气，空气可用N2代替 ◆题型07 有关氨和硝酸的实验探究 【典例7】已知氨可以与灼热的氧化铜反应生成氮气和金属铜，用下面示意图中的装置可以实现该反应。    试回答下列问题： （1）请写出A中反应的化学方程式为 。 （2）装置B的作用是 ，碱石灰 (填“可以”或“不可以”)用无水CaCl2替代，请说出原因 。 （3）请写出C中反应的化学方程式为 ，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为 。 （4）若将图1甲区域中的装置换成图2装置，回答下列问题：    ①实验进行一段时间后，装置D 中的现象为 。 ②装置E中的浓H2SO4的作用是 ， 。 【变式7-1】某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的是NO气体，设计了如下实验。实验装置如图所示： （1）装置A中生成CO2的作用是___________，证明该实验目的达到的现象是___________。 （2）观察到（1）中的现象后，关闭K，将装置B中铜丝插入稀硝酸，并微热之，观察到装置B中的现象是___________；B中反应的离子方程式是___________。 （3）装置E和F的作用是___________；为实现此目的，需推动注射器，将F中空气通入E中，可观察到的现象是___________。 （4）D装置的作用是___________(答两点)。 【变式7-2】氮氧化物的污染一直是全球性问题，请按要求作答。 Ⅰ.下图的甲、乙、丙均可作为验证铜和浓硝酸反应的装置：    （1）甲、乙、丙三个装置中共同发生的化学方程式是 。 （2）和甲装置相比，乙装置的优点是① ② 。 （3）为了进一步验证NO2和水的反应，某学生设计了丙装置。实验时先关闭活塞 ，再打开活塞 ，才能使NO2气体充满②试管；当气体充满②试管后，将铜丝提起与溶液脱离。欲使烧杯中的水进入②试管，应该 。 Ⅱ.NSR技术是一种新颖的尾气治理技术，也称储存还原法。其的储存和还原在不同时段交替进行，如图a所示。    （4）通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原。储存NOx的物质是 。 （5）用H2模拟尾气中还原性气体研究了Ba(NO3)2的催化还原过程，该过程分两步进行，图b表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系。第一步反应消耗的H2与Ba(NO3)2的物质的量之比是 。    （6）还原过程中，有时会产生笑气(N2O)。用同位素示踪法研究发现笑气的产生与NO有关。在有氧条件下15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO，另外还有H2O生成。写出该反应的化学方程式 。 ◆题型08 有关硝酸反应的化学计算 知识积累 1．硝酸与金属反应的规律 硝酸与金属单质反应时一部分被还原，一部分生成硝酸盐，故硝酸既表现了酸性又表现了氧化性，但硝酸与金属反应一般不生成H2。 （1）硝酸与铜的反应： 在反应中硝酸的作用可用如图表示： 可以看出，随HNO3浓度的降低，还原产物会由NO2变为NO。 ①由氮原子守恒可知，无论是NO2还是NO，被还原的硝酸与被还原生成气体的物质的量总是相等的； ②未被还原的NO与Cu2＋构成Cu(NO3)2，NO的物质的量为Cu2＋物质的量的2倍； ③运用电子守恒、原子守恒，便可顺利求解参加反应的Cu、HNO3以及产物NO2、NO之间量的关系。 （2）稀硝酸与铁的反应： Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O① 3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O② 反应物的量与生成物的关系如图所示： 上述反应首先发生反应①，若Fe剩余再发生反应③Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2，合并①③即可得反应②。所以，无论反应①还是反应②，被还原的HNO3皆占参与反应的HNO3的。 2．金属与硝酸反应常用的计算方法 （1）原子守恒法：HNO3与金属反应时，反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量等于显酸性的HNO3(以硝酸盐的NO形式存在于溶液中)的物质的量与显氧化性的HNO3(以NOx的形式存在)的物质的量之和。 （2）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）电荷守恒：HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH－)有：c(NO)＝c(H＋)＋n×c(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。 金属与硝酸反应计算的思维流程 【典例8】64g铜与9mol•L-1的浓硝酸0.5L充分反应，铜完全溶解，生成含NO2、NO的混合气体33.6L(在标准状况下)。若反应前后硝酸溶液的体积没有变化，下列说法错误的是 A．发生还原反应的硝酸有1.5mol B．将生成的NO2、NO与足量O2混合通入水中，需要标准状况下的氧气11.2L C．混合气体中NO2与NO的体积比为5：1 D．反应后溶液中NO的浓度为3mol•L-1 【变式8-1】把8.0g铁粉投入40mL某HNO3溶液中，充分反应后剩余固体2.4g，产生NO2和NO的混合气体0.12mol。若不考虑N2O4的存在，则原HNO3溶液的物质的量浓度（    ） A．6.0mol·L-1 B．7.0mol·L -1 C．8.0mol·L -1 D．9.0mol·L -1 【变式8-2】硝酸与金属反应后所得还原产物与硝酸的浓度和金属的活泼性有关。10 mL 0.5 mol·L－1 HNO3与 0.048 g Mg恰好完全反应。若氮元素只被还原到一种价态，下列说法不正确的是(　　) A．HNO3作还原剂 B．HNO3浓度越低，N元素还原价态越低 C．反应中转移电子数为0.004 mol D．还原产物可能为NH4NO3 【变式8-3】Zn与硝酸反应时，硝酸溶液的浓度不同，产物也不相同。与不同浓度硝酸反应时，反应的Zn与被还原硝酸的物质的量关系如图。还原产物为NH4NO3的曲线是（    ） / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题05 重要的含氮化工原料 ◆题型01 氨和硝酸的物理性质与用途 ◆题型02 氨的催化氧化 ◆题型03 喷泉实验 ◆题型04 氨水的弱碱性 ◆题型05 硝酸的强氧化性 ◆题型06 工业制硝酸的原理、流程分析 ◆题型07 有关氨和硝酸的实验探究 ◆题型08 有关硝酸反应的化学计算 ◆题型01 氨和硝酸的物理性质与用途 知识积累 1．氨的分子结构 分子式 电子式 结构式 空间构型 分子极性 NH3 键角107°18′ 三角锥形 极性分子 2．物理性质 （1）氨是一种无色、有刺激性气味的气体，密度比空气的小。氨在加压下容易液化，液化时放热。液氨汽化时吸收大量的热，使周围温度急剧降低，因此工业上可作制冷剂。 （2）氨是一种极易溶于水的气体，常温常压下，1体积水大约可溶解700体积的氨气。 5.氨的用途 ①氨是氮肥工业，有机合成工业，制造硝酸、铵盐和纯碱的原料。 ②NH3易液化，当液态NH3汽化时要吸收大量的热，使周围温度急剧降低，因此，液氨常用作制冷剂。 1．硝酸物理性质 硝酸是无色，易挥发，具有刺激性气味的液体，易溶于水。浓硝酸常因为溶解有NO2而呈黄色。质量分数为69%的硝酸为常用浓硝酸。98%以上的硝酸称之为发烟硝酸。 【特别提醒】发烟硝酸的“发烟”原因是挥发出来的硝酸和空气中的水蒸汽形成的硝酸小液滴，所发出的“烟”实际上是“雾”。 1.硝酸的用途 （1）在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等； （2）在有机化学中，浓硝酸与浓硫酸的混合液是重要的硝化试剂。 【典例1】下列含氮物质的性质与用途具有对应关系的是 A．氮气性质稳定，可用于合成氨 B．氨气易液化，可用作制冷剂 C．氨水显弱碱性，可用作化肥 D．浓硝酸有强氧化性，可用于制备硝酸铵 【答案】B 【解析】A．氮气可用于合成氨，是因为氮气能与氢气反应生成氨气，故不选A； B．氨气易液化，汽化吸热，可用作制冷剂，故选B； C．氨水可用作化肥，是因为氨水中含有N元素，故不选C； D．浓硝酸用于制备硝酸铵，元素化合价不变，体现硝酸的酸性，没有体现硝酸的强氧化性，故不选D； 选B。 【变式1-1】工业生产中为了盛装大量浓硝酸，可作为罐体材料的是 A．锌 B．铝 C．铜 D．铂 【答案】B 【解析】浓硝酸具有强的氧化性，常温下能够使铁、铝发生钝化生成致密的氧化膜，阻止反应继续进行，所以通常可以铁罐、铝罐运输储存浓硝酸；浓硝酸与铜、镁反应，不能用镁、铜运输存储浓硝酸；铂为贵重金属，不用于存储运输浓硝酸，故选：B。 【变式1-2】下列叙述中正确的是 A．易液化，液氨常用作制冷剂 B．可用铁、铝制容器盛装浓硝酸和稀硝酸 C．铵盐受热分解一定都会产生氨气 D．可用淀粉-KI试纸鉴别红棕色的蒸气和气体 【答案】A 【解析】A．液氨汽化吸收大量的热，具有制冷作用可用作制冷剂，A正确； B．常温下，铁、铝在浓硝酸中发生钝化，所以铁、铝制容器盛装浓硝酸，但能与稀硝酸反应，不能盛装，B错误； C．如硝酸铵加热条件下发生氧化还原反应，生成氮气等，C错误； D．蒸气和气体都可氧化淀粉-KI使其变蓝，可用通入水中，看溶液颜色进行鉴别，D错误； 故选A。 【变式1-3】（江苏无锡·高一期末）氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)       △H=-92.4kJ·mol-1。下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是 A．NH3极易溶于水，液氨常用作制冷剂 B．N2不溶于水，常用作保护气 C．HNO3具有强氧化性，可用于制硝酸盐类氮肥 D．NH4Cl溶液呈酸性，可用作焊接时的除锈剂 【答案】D 【解析】A．液氨汽化吸收大量的热，具有制冷作用，可用作制冷剂，与氨气的水溶性无关，故A错误； B．氮气含有氮氮三键，其化学性质稳定，一般不与物质发生反应，可用作保护气，与氮气难溶于水无关，故B错误； C．HNO3可用于制硝酸铵等氮肥是利用硝酸的酸性，与具有强氧化性无关，故C错误； D．NH4Cl溶液水解呈酸性，可用于除铁锈，能使三氧化二铁溶于酸溶液，故D正确； 故答案选D。 ◆题型02 氨的催化氧化 知识积累 氨的催化氧化，反应化学方程式：4NH3＋5O24NO＋6H2O，NH3在反应中作还原剂。 应用：工业上制取硝酸。 【特别提醒】NO很容易与O2化合，为什么氨的催化氧化反应的产物是NO而不是NO2呢？这是因为NO在常温下易与O2化合，而加热时NO2不稳定，易分解为N0和O2，150℃时几乎分解完全，所以氨被O2氧化生成NO。待冷却后NO与O2反应转化为NO2。 【典例2】氨催化氧化制硝酸的流程示意图如下。 回答下列问题： （1）写出氧化炉中氨催化氧化的化学方程式______________________________________。 （2）氧化炉和吸收塔中通入足量空气而不是氧气的原因是______________________。 （3）氨与硝酸反应可用于生产炸药硝酸铵，请写出该反应的离子方程式是____________________________。 （4）已知氨氮废水中氨元素多以NH和NH3·H2O的形式存在。某工厂处理氨氨废水的流程如下： 已知：达标废水中氯元素主要以Cl－形式存在。 ①过程Ⅰ鼓入热空气的作用是_________________________________。 ②过程Ⅱ加入NaClO可将废水中的NH3·H2O转化为无污染气体，该反应的化学方程式为___________________________________。 ③过程Ⅲ加入的溶液X可能是_______(填标号)。 A．KOH溶液 B．Na2CO3溶液 C．Na2SO3溶液 D．KMnO4溶液 【答案】（1）4NH3＋5O24NO＋6H2O （2）有稀释反应气的作用，避免反应过于激烈(或成本低) （3）NH3＋H＋＝NH （4）①降低氨气溶解度，使氨气逸出 ②3NaClO＋2NH3·H2O＝3NaCl＋N2↑＋5H2O ③C 【解析】氨气和空气在氧化炉中发生催化氧化生成NO，NO、空气、水在吸收塔中反应生成硝酸；氨氮废水中氨元素多以NH和NH3·H2O的形式存在，加入氢氧化钠、鼓入热空气排出氨气，低浓度废水加NaClO可将废水中的NH3·H2O转化为无污染的氮气，用还原剂把剩余的NaClO还原为氯化钠，得到达标废水。 （1）氧化炉中氨催化氧化生成一氧化氮和水，反应的化学方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O；（2）氧化炉和吸收塔中通入足量空气而不是氧气，有稀释反应气的作用，避免反应过于激烈或降低生产成本；（3）NH3与硝酸电离的H＋反应生成NH，其离子方程式为NH3＋H＋＝NH；（4）①温度升高，氨气的溶解度降低，过程Ⅰ鼓入热空气的作用是降低氨气溶解度，使氨气逸出；②过程Ⅱ加入NaClO可将废水中的NH3·H2O转化为无污染的氮气，NaClO被还原为氯化钠，氯元素化合价由＋1降低为－1，N元素化合价由－3升高为0，根据得失电子守恒及质量守恒，该反应的化学方程式为3NaClO＋2NH3·H2O＝3NaCl＋N2↑＋5H2O；③过程Ⅲ加入的溶液X的目的是把剩余的NaClO还原为氯化钠，所以X可能是Na2SO3，故选C项。 【变式2-1】用氨催化氧化法制硝酸产生的工业尾气中含有、NO和等氮氧化物。用NaClO溶液吸收尾气，可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同，NO转化为的转化率随NaClO溶液初始pH(用稀盐酸调节)的变化如图所示。下列说法错误的是 A．氨催化氧化生成的化学方程式为 B．溶于水的离子方程式为 C．HClO氧化NO的能力比NaClO强 D．向NaClO溶液中通入NO后，溶液pH增大 【答案】D 【解析】A．氨催化氧化生成，N元素化合价由-3升高为+1、O元素化合价由0降低为-2，根据得失电子守恒，化学方程式为，故A正确； B．NO2溶于水生成硝酸和NO，反应的离子方程式为，故B正确； C．根据图示，pH越小NO转化率越大，可知HClO氧化NO的能力比NaClO强，故C正确； D．向NaClO溶液中通入NO后，发生反应3NaClO+2NO+H2O= 3NaCl+2HNO3，溶液pH减小，故D错误； 选D。 【变式2-2】如图表示A、B、C、D、E五种含氮物质相互转化的关系图。其中A、B、C、D常温下都是气体，B为红棕色。 回答下列问题： （1）A→D反应常用于人工固氮，写出该反应的化学方程式： 。 （2）D→C是工业制硝酸的重要反应，化学方程式为 。 （3）B与一定量的氧气混合通入水中能被完全吸收，则B与的物质的量之比为 ，若该反应转移个电子，则参加反应的B的物质的量为 mol。 【答案】（1） （2） （3）4:1 1 【分析】A、B、C、D、E五种含氮物质相互转化的关系图。其中A、B、C、D常温下都是气体，B为红棕色，B为二氧化氮；A为氮气，氮气和氧气生成一氧化氮C，一氧化氮和氧气生成二氧化氮D，二氧化氮和水生成硝酸E，硝酸和铜生成一氧化氮、硝酸铜；氮气和氢气生成氨气D，氨气和氧气催化氧化生成一氧化氮； 【解析】（1）A→D反应为氮气和氢气催化生成氨气，； （2）D→C为氨气和氧气催化氧化生成一氧化氮和水，； （3）二氧化氮B与一定量的氧气混合通入水中能被完全吸收生成硝酸，反应为，则二氧化氮与的物质的量之比为4:1；该反应电子转移情况为，若该反应转移个电子，则参加反应的二氧化氮的物质的量为1mol。 ◆题型03 喷泉实验 知识积累 1．原理和装置 （1）氨气喷泉实验 形成 原理 当气体接触外部的水或溶液时，由于气体大量溶解或与溶液中的溶质发生化学反应，从而使容器内气压迅速降低，在外界大气压作用下，外部液体迅速进入容器，通过尖嘴导管喷出，形成喷泉。 引发操作 打开止水夹，挤压胶头滴管的胶头，或其他形成压强差引发液体向容器中流动喷射的操作。 （2）实验成功的关键——“三要” ①装置气密性——要好。 ②烧瓶和气体——要干。 ③烧瓶内的氨气——要满。 2．喷泉的常见类型 方法 减小内压法 增大外压法 装置 原理 减小烧瓶内气体压强，形成压强差，产生喷泉现象 增大锥形瓶内气体压强，形成压强差，产生喷泉现象 3．常见产生喷泉实验的组合 气体 NH3 HCl SO2、CO2、NO2、Cl2 NO2和O2 吸收剂 水或盐酸 水或氢氧化钠溶液 浓氢氧化钠溶液 水 4.喷泉实验的发散装置及操作方法 喷泉实验是中学化学的重要实验，其本质是形成压强差而引发液体上喷，以教材中的装置(发散源)可设计如图所示的多种不同的装置和采用不同的操作(如使气体溶于水、热敷或冷敷、生成气体等)来形成喷泉。 设计说明：装置(Ⅰ)向锥形瓶通入少量空气，将少量水压入烧瓶，导致大量氨溶解，形成喷泉。装置(Ⅱ)省去了胶头滴管，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨与水接触，即发生喷泉(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶中，瓶内氨溶于水)。装置(Ⅲ)在水槽中加入能使水温升高的物质致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气体压强增大而产生喷泉。装置(Ⅳ)向烧瓶中通入一定量的H2S和SO2，现象为有淡黄色粉末状物质生成，瓶内壁附有水珠，NaOH溶液上喷形成喷泉。装置(Ⅴ)打开①处的止水夹并向烧瓶中缓慢通入等体积的HCl气体后关闭该止水夹，等充分反应后再打开②处的止水夹，观察到先有白烟产生，后产生喷泉。装置(Ⅵ)中，挤压胶头滴管，然后打开导管上部的两个活塞，则在右面烧瓶出现喷烟现象，再打开导管下部活塞，则可产生双喷泉。 【典例3】下列选项中能完成图示过程的是 选项 a (干燥气体) b(液体) c(液体) A NO2 水 水 B Cl2 饱和NaOH溶液 水 C HCl NaOH溶液 滴有酚酞的水溶液 D NH3 水 滴有酚酞的水溶液 【答案】D 【分析】该气体能形成喷泉，溶液充满烧瓶，且溶液显红色，结合物质的性质分析解答。 【解析】A．二氧化氮溶于水生成硝酸和一氧化氮，溶液无色，且不能充满烧瓶，A不符合； B．氯气和氢氧化钠溶液反应，可以形成喷泉，溶液充满烧瓶，但不是红色的，B不符合； C．氯化氢和氢氧化钠溶液反应生成氯化钠，溶液显中性，可以形成喷泉，溶液充满烧瓶，但不是红色的，C不符合； D．氨气极易溶于水，可形成喷泉，生成一水合氨，溶液显碱性，遇酚酞变红色，D符合； 答案选D。 【变式3-1】下图是课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案，下列有关操作不可能引发喷泉的是(　　) A．挤压装置①的胶头滴管使CCl4全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹 B．挤压装置②的胶头滴管使NaOH溶液全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹 C．用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹 D．在装置④的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹 【答案】B 【解析】H2难溶于NaOH溶液，不能使烧瓶内外形成较大压强差，故不能引发喷泉。 【变式3-2】用传感技术测定喷泉实验中的压强变化来认识喷泉实验的原理。下列说法正确的是 A．制取氨气时烧瓶中的固体常用CaO或CaCl2 B．关闭a，将单孔塞(插有吸入水的胶头滴管)塞紧颈口c，打开b，完成喷泉实验。电脑绘制三颈烧瓶内压强变化曲线如图2，则E点时喷泉最剧烈 C．喷泉实验结束后，发现水未充满三颈烧瓶，肯定是因为装置的气密性不好 D．工业上，若出现液氨泄漏，喷稀盐酸比喷水处理效果好 【答案】D 【解析】A．CaO溶于水与水反应放出大量热，促使浓氨水分解放出大量氨气，CaCl2与氨气结合生成络合物，不能制备氨气，A错误；B．根据图示，C点压强最小，此时喷泉最剧烈，B错误；C．氨气密度比空气小，所以氨气首先聚集在三颈烧瓶的上方；若发现水未充满三颈烧瓶，可能是氨气未将烧瓶中的空气完全排尽，而不能说是因为装置的气密性不好，C错误；D．氨气能够极易溶于水，不仅能够与稀盐酸水溶液反应产生NH3·H2O，而且还能够与稀盐酸中的HCl发生反应生成NH4Cl，而在水中NH3只能溶于水反应产生NH3·H2O，有若出现液氨泄漏，喷稀盐酸比喷水处理效果好，D正确；故合理选项是D。 【变式3-3】利用如图所示的装置，可以验证NH3和HCl的有关性质。实验前a、b、c活塞均关闭。 （1）若要在烧瓶Ⅱ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅰ中不产生“喷泉”现象，其操作方法是_______________。 （2）若先打开a、c活塞，再挤压胶头滴管，在烧瓶中可观察到的现象是____________。 （3）通过挤压胶头滴管和控制活塞的开关，在烧瓶Ⅰ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅱ中不产生“喷泉”现象，其操作方法是_____________________________________________。 若要在该装置中产生双喷泉现象，其操作方法是____________________________________________。 【答案】（1）先打开a、b活塞，再挤压胶头滴管(或先挤压胶头滴管，再打开a、b活塞) （2）烧瓶Ⅱ中导管口处产生白烟 （3）先打开a、c活塞，再挤压胶头滴管(或先打开a活塞，挤压胶头滴管，再打开c活塞)，片刻后，关闭a活塞，然后打开b活塞　先打开a、c活塞，再挤压胶头滴管(或先打开a活塞，挤压胶头滴管，再打开c活塞)，片刻后，打开b活塞 【解析】（1）打开a、b活塞，再将胶头滴管中的水挤入烧瓶Ⅱ中，由于NH3极易溶于水，使烧瓶内气体压强迅速减小，烧杯中的水迅速进入烧瓶Ⅱ中，形成喷泉。 （2）先打开a、c活塞，再将胶头滴管中的水挤入烧瓶Ⅱ中，烧瓶Ⅱ中的压强迅速减小，烧瓶Ⅰ中的HCl气体会进入到烧瓶Ⅱ中，且与NH3化合生成NH4Cl而产生白烟。 （3）在（2）基础上，若关闭a活塞，打开b活塞，烧杯中的水会迅速进入烧瓶Ⅰ中，形成喷泉；若打开b活塞，不关闭a活塞，烧瓶中的水便会同时进入烧瓶Ⅰ和Ⅱ中，形成双喷泉。 ◆题型04 氨水的弱碱性 知识积累 氨与水的反应： 氨的水溶液俗称氨水，显弱碱性，反应的方程式为NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－。 a.氨溶于水得氨水，氨水是混合物，溶液中存在的微粒有三种分子：NH3·H2O、NH3、H2O；三种离子：NH4+、OH－及少量的H+。 b.NH3·H2O为可溶性一元弱碱，具有碱的通性。氨水可使紫色石蕊试液变蓝，故常用湿润的红色石蕊试纸检验NH3的存在。 c.NH3·H2O不稳定，易分解：NH3·H2ONH3↑＋H2O。 【特别提醒】①NH3是中学化学中唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，可在推断题中作为解题突破口。 ②氨水呈碱性，NH3·H2O属于一元弱碱，计算氨水的浓度时，溶质按NH3进行计算。 ③氨气、液氨、一水合氨、氨水的区别： 名称 成分(化学式) 类别 氨气 NH3 非电解质 液氨 NH3(氨气的液体状态) 非电解质 一水合氨 NH3·H2O 弱电解质 氨水 NH3、H2O、NH3·H2O、NH4+、OH－、H＋(少量) 混合物 【典例1】下列关于氨水的说法不正确的是 A．氨水和液氨不同，氨水是由多种粒子构成的，液氨的组成中只有氨分子 B．氨水中物质的量浓度最大的粒子是NH3·H2O(除水外) C．氨水显弱碱性，故通常保存在金属容器中 D．在1 mol·L-1氨水中，NH3·H2O、、NH3的物质的量浓度之和为1 mol·L-1 【答案】C 【解析】A．氨水和液氨不同，氨水是混合物，液氨是纯净物，氨水是由多种粒子构成的，比如、OH-、NH3、NH3∙H2O等，液氨的组成中只有氨分子，A项正确；B．氨水是一水合氨分子的水溶液，一水合氨是弱碱，只有少部分电离，因此物质的量浓度最大的粒子是 (除水外)，B项正确；C．氨水中，部分电离，，溶液显弱碱性，金属易被腐蚀，故不能用金属容器保存氨水，C项错误；D．在氨水中，根据N原子守恒，D项正确；答案选C。 【变式1-1】如图所示，利用培养皿探究NH3的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水会产生氨气，立即用另一表面皿扣在上面。 下表中对实验现象所做的解释正确的是 实验现象 解释 A 浓盐酸附近产生白烟 NH3与浓盐酸反应产生了NH4Cl固体 B 浓硫酸附近无明显现象 NH3与浓硫酸不发生反应 C 氯化物溶液变浑浊 该溶液一定是AlCl3溶液 D 干燥红石蕊试纸不变色，湿润红石蕊试纸变蓝 NH3是一种可溶性碱 【答案】A 【解析】A项，NaOH固体溶于水放热，氨水易挥发。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，会产生氨气，与浓盐酸挥发出的HCl反应生成氯化铵固体，反应现象是产生白烟，正确；B项，氨气为碱性气体，与浓硫酸发生中和反应生成硫酸铵，错误；C项，氨气与氯化物在溶液中发生复分解反应生成氢氧化物，如使氯化物溶液变浑浊，可能生成难溶性氢氧化物，但不一定为Al(OH)3，也可能为Mg(OH)2等沉淀，错误；D项，氨气使湿润的红色石蕊试纸变蓝的原因是与水反应生成NH3•H2O，NH3•H2O电离生成OH－离子使溶液呈碱性，但OH－不是NH3电离产生，因此氨气为非电解质，不属于碱，错误。 【变式1-2】如图所示，A是能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体；C、D均为空气的主要成分；E是一种有毒气体能与血红蛋白结合，反应II在三元催化器催化作用下常用于汽车尾气的转化。 ①写出实验室制A的化学方程式： 。A在生产生活中有广泛的用途，写出其中的一个用途： 。 ②写出反应I的化学方程式 ； ③写出反应II的化学方程式 。 【答案】若A是能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则A为NH3，C、D均为空气的主要成分，且A与D能反应生成B，则D为O2 ， 所以C为N2 ， B为NO，E是一种有毒气体能与血红蛋白结合，且B与E反应生成C，则E为CO； ①A为NH3，实验室制A是利用氯化铵和氢氧化钙共热生成氨气、氯化钙和水，发生反应的化学方程式为：； A在生产生活中有广泛的用途，如：液氨做制冷剂、做化肥、做生产纯碱的原料、做生产硝酸的原料等； ②反应I是氨气与氧气催化氧化生成NO和水，发生反应的化学方程式为； ③反应II是NO与CO在催化剂作用下反应生成N2和CO2，发生反应的化学方程式。 ◆题型05 硝酸的强氧化性 知识积累 1．硝酸的化学性质 （1）不稳定性 反应：4HNO3(浓)2H2O＋4NO2↑＋O2↑。 （2）强氧化性 硝酸无论浓、稀都具有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。 按要求完成下列反应的方程式： ①与金属反应 稀硝酸与铜反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O； 浓硝酸与铜反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。 ②与非金属反应 浓硝酸与C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： 3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。 【特别提醒】 硝酸氧化性总结 1.金属与HNO3反应一般不生成H2，浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原为NO。 2.在利用HNO3的酸性时，要注意考虑它的强氧化性。 如 FeO与稀硝酸反应时的方程式应是3FeO+10HNO3(稀)=3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O而不是FeO+2HNO3=Fe(NO3)2+H2O。 类似的反应还有：Fe(OH)2、Na2S、Na2SO3等与稀HNO3的反应。 3.硝酸与金属反应时，既表现强氧化性又表现强酸性。金属与HNO3反应时，常用守恒法确定HNO3与Cu的关系。 （1）原子守恒：n(参加反应HNO3)=n(硝酸盐中的NO3-)+n(还原产物中的N原子)； （2）电子守恒：金属失去电子的物质的量=HNO3中N转化为还原产物得到电子的物质的量。 4.硝酸与铁反应情况 硝酸与铁反应时，由于存在反应Fe+2Fe3+=3Fe2+，当HNO3过量时，产物为Fe(NO3)3；当Fe过量时，产物为Fe(NO3)2；当Fe与HNO3恰好耗尽时，产物可能是Fe(NO3)3或Fe(NO3)2或Fe(NO3)3、Fe(NO3)2的混合物。 5.浓硝酸与Cu反应分析 浓硝酸与Cu反应时，若Cu过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为NO2，但随着反应的进行硝酸变稀，其还原产物将为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，反应停止后若加稀H2SO4，产物Cu(NO3)2中的NO3-在酸性条件下继续与Cu反应，3Cu+8H+2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H20。 6.NO3-在离子共存问题的判断中的特殊性 （1）在中性或碱性溶液中，NO3-无强氧化性。 （2）当水溶液中有大量H+存在时，NO3-就表现出强氧化性，如在有H+、NO3-存在的溶液中就不能存在Fe2+、S2-、I-、SO32--等还原性离子。 【典例5-1】在下列反应中，既表现出氧化性，又表现出酸性的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．反应中HNO3中的N元素的化合价全部降低，被还原，故只表现出氧化性，A不合题意； B．反应中HNO3中的N元素的化合价全部不变，只表现出酸性，B不合题意； C．反应中HNO3中的N元素的化合价全部降低被还原，但O元素的化合价升高被氧化，故既表现出氧化性，又表现出还原性，C不合题意； D．反应中HNO3中的N元素的化合价部分降低，被还原，还有一部分不变，表现酸性，故既表现出氧化性，又表现出酸性，D符合题意； 故选D。 【典例5-2】一定温度下，探究铜与稀硝酸的反应，反应过程如图，下列说法不正确的是    A．过程Ⅰ中生成气体的离子方程式为3Cu+8H++2NO=3Cu2++2NO↑+4H2O B．当活塞不再移动时，再抽入空气，金属铜屑继续溶解 C．①中产生的现象可以用来检验该无色气体 D．过程Ⅲ反应速率比过程Ⅰ快的原因是反应物浓度增大 【答案】D 【解析】A．已知3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，则过程I中生成气体的离子方程式为3Cu+8H++2NO=3Cu2++2NO↑+4H2O，A正确； B．当活塞不再移动时，再抽入空气，由于NO、O2和H2O能够继续反应生成HNO3，反应原理为：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，故金属铜屑能继续溶解，B正确； C．一氧化氮为无色气体，和氧气反应转化为红棕色二氧化氮气体，①中产生的现象可以用来检验该无色气体，C正确； D．由题干图示信息可知，反应Ⅲ速率比反应Ⅰ明显加快，故由实验可知，NO2对该反应具有催化作用， D错误； 故选D。 【典例5-3】下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是(　　) 序号 实验操作 现象 解释或结论 ① 过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液 溶液呈红色 稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋ ② 浓HNO3久置或光照 变黄色 HNO3不稳定易分解 ③ Al箔插入稀HNO3中 无现象 Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜 ④ 用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上 试纸先变红色后褪色 浓HNO3具有酸性和强氧化性 A.①② B．③④ C．②③④ D．②④ 【答案】D 【解析】过量的铁粉加入稀HNO3生成Fe2＋，加入KSCN溶液时颜色不变，故①错误；浓HNO3久置变黄是因为HNO3分解产生的NO2溶于HNO3所致，故②正确；Al箔遇浓HNO3钝化，稀HNO3会使Al箔溶解，故③错误；浓硝酸具有酸性和强氧化性，可使蓝色石蕊试纸先变红色后褪色，故④正确。 【变式5-1】工业上以铜屑为原料制备硝酸铜，从节约原料和环境保护的角度，下列4种方法中，最适宜采用的是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A．铜和浓硝酸生成硝酸铜和二氧化氮气体，生成污染性气体且氮元素利用率较低，A不符合题意； B．铜和氧气生成氧化铜，氧化铜和硝酸生成硝酸铜和水，不生成污染性气体且氮元素利用率较高，B符合题意； C．铜和稀硝酸生成硝酸铜和一氧化氮气体，生成污染性气体且氮元素利用率较低，，C不符合题意； D．铜和浓硫酸生成硫酸铜和二氧化硫，硫酸铜和硝酸钡生成硫酸钡沉淀和硝酸铜；二氧化硫为污染性气体，D不符合题意； 故选B。 【变式5-2】下列关于硝酸的说法正确的是 A．浓HNO3与浓HCl按3：1的体积比混合，所得的混合物叫王水 B．硝酸与金属反应时，主要是+5价的氮得电子 C．硝酸电离出的H+，能被Zn、Fe等金属还原成H2 D．常温下，向浓HNO3中投入Fe片，会产生大量的红棕色气体 【答案】B 【解析】A． 浓HNO3与浓HCl按1:3的体积比混合，所得的混合物叫王水，A错误； B． 硝酸是氧化性酸，具有强氧化性，硝酸与金属反应时，主要是+5价的氮得电子，B正确； C．硝酸是氧化性酸，具有强氧化性，反应中氮原子得化合价降低，硝酸与金属反应时，能被Zn、Fe等金属还原成含氮化合物等而不是氢气 ，C错误； D． 常温下，向浓HNO3中投入Fe片，会发生钝化，不会产生大量的红棕色气体，D错误； 答案选B。 【变式5-3】下列离子能在酸性和碱性溶液中都能大量共存的是 ①、、、；②、、、 ；③、、、；④、、、；⑤、、、；⑥、、、 A．①③ B．③⑤ C．③④ D．②⑤ 【答案】B 【解析】①在酸性溶液中、发生氧化还原反应，不能大量共存； ②碱性溶液中转化为沉淀，酸性溶液中、发生氧化还原反应，不能大量共存； ③、、、在酸性和碱性溶液中都能大量共存； ④碱性溶液中、不能大量共存，酸性溶液中不能大量共存； ⑤、、、在酸性和碱性溶液中都能大量共存； ⑥在酸性溶液中、不能大量共存； 答案选B。 【变式5-4】某化学学习小组采用如图所示装置，对浓硝酸与木炭的反应进行探究。 请回答下列问题: （1）检查装置气密性后，将燃烧匙中的木炭在酒精灯上加热至红热状态，伸入三颈烧瓶中，并塞紧瓶塞，滴加浓硝酸，可观察到三颈烧瓶中气体的颜色为　　　　　　　，产生该气体的化学方程式是　　　　　　。   （2）装置C中盛有足量Ba(OH)2溶液，炽热的木炭与浓硝酸反应后可观察到C中出现白色沉淀，该白色沉淀为　　　　(填化学式)。   （3）装置B的作用是　　　　　　。   （4）装置D中收集到了无色气体，部分同学认为是NO，还有部分同学认为是O2。 ①下列对该气体的检验方法合适的是　　　　　　。  A.敞口观察装置D中集气瓶内气体的颜色变化 B.将湿润的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内，观察蓝色石蕊试纸是否变红 C.将带火星的木条伸入集气瓶中，观察木条是否复燃 ②如果D中集气瓶中收集的无色气体是氧气，则氧气的来源是　　　　　　。  【答案】（1）红棕色 C+4HNO3(浓)4NO2↑+CO2↑+2H2O （2）BaCO3　（3）防倒吸　（4）①AC　②浓硝酸的分解 【解析】（1）装置A中发生的是浓硝酸与木炭的反应，生成NO2、CO2、H2O，三颈烧瓶中显示的是NO2的红棕色。（2）NO2、CO2通入Ba(OH)2溶液分别生成Ba(NO3)2和BaCO3，由于Ba(OH)2溶液足量，故溶液为碱性环境，BaCO3不溶解，以沉淀形式析出。（3）为防止装置C中酸性气体溶解速率太快而导致C中溶液进入三颈烧瓶，装置B应为防倒吸装置。（4）①NO与足量O2反应生成红棕色的NO2，A正确；NO和O2均不具有酸性，B错误；O2能使带火星的木条复燃，而NO不能，C正确。②装置A中木炭除与浓硝酸的反应外，硝酸不稳定，部分浓硝酸还会发生分解:4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O。 ◆题型06 工业制硝酸的原理、流程分析 知识积累 （1）制硝酸的工艺流程： （2）写出上述转化的化学方程式，并指出含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应： ①N2＋3H22NH3，N2发生还原反应。 ②4NH3＋5O24NO＋6H2O，NH3发生氧化反应。 ③2NO＋O2===2NO2，NO发生氧化反应。 ④3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NO2既发生氧化反应，又发生还原反应。 【典例6】工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如下图所示： 下列说法错误的是 A．过程①属于氮的固定 B．氮气在足量氧气中也可以通过一步反应生成NO2 C．过程④反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2 D．常温下可用铁质容器储存浓硝酸 【答案】B 【解析】A． 过程①是氮气和氢气高温高压催化剂作用下反应生成氨气，属于氮的固定，故A正确； B． 氮气在足量氧气中可以通过一步反应生成NO，不能生成NO2，故B错误； C． 过程④3NO2+H2O=2HNO3+NO，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2，故C正确； D． 铁在浓硝酸中发生钝化，金属表面生成一薄层致密氧化物薄膜，阻止内部反应继续进行，常温下可用铁质容器储存浓硝酸，故D正确； 故选B。 【变式6-1】实验室模拟氨催化氧化法制硝酸的装置如图所示（无水CaCl2可用于吸收氨气），下列说法错误的是 A．装置①、②、⑤依次盛装碱石灰、无水CaCl2、NaOH溶液 B．装置③中气体呈红棕色 C．装置④中溶液可使紫色石蕊溶液变红，说明有HNO3生成 D．通空气的主要作用是鼓出氨气，空气可用N2代替 【答案】D 【分析】空气通入浓氨水后，氨气和氧气的混合气体经过干燥后进入装有催化剂的硬质玻璃管，发生催化氧化，4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O，生成的气体经过无水CaCl2，除去氨气和水蒸气，在装置③中NO与空气中的氧气反应生成NO2，并收集，④中的水可以吸收排出的二氧化氮，尾气中的NO在⑤中被吸收，防止污染，因此⑤中可以选用氢氧化钠溶液，据此分析解答。 【解析】A．根据上述分析，装置①、②、⑤依次盛装碱石灰、无水CaCl2、NaOH溶液，故A正确； B．装置③NO被氧化生成NO2，气体呈红棕色，故B正确； C．装置④中发生3NO2 + H2O =2HNO3 + NO，溶液显酸性，可使紫色石蕊溶液变红，故C正确； D．通空气的主要作用是鼓出氨气并提供氧气，空气不能用N2代替，故D错误； 故选D。 ◆题型07 有关氨和硝酸的实验探究 【典例7】已知氨可以与灼热的氧化铜反应生成氮气和金属铜，用下面示意图中的装置可以实现该反应。    试回答下列问题： （1）请写出A中反应的化学方程式为 。 （2）装置B的作用是 ，碱石灰 (填“可以”或“不可以”)用无水CaCl2替代，请说出原因 。 （3）请写出C中反应的化学方程式为 ，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为 。 （4）若将图1甲区域中的装置换成图2装置，回答下列问题：    ①实验进行一段时间后，装置D 中的现象为 。 ②装置E中的浓H2SO4的作用是 ， 。 【答案】（1）2NH4Cl＋Ca(OH)2 CaCl2＋2NH3↑＋2H2O （2）作为干燥剂去除水蒸气 不可以 易与氨气结合生成络合物 （3）3CuO+2NH33Cu+N2↑+3H2O 3：2 （4）装置D中物质变蓝 吸收氨气防止污染空气 吸收空气中的水气防止空气中的水进入装置D产生干扰 【分析】装置A制备氨气，装置B干燥氨气，装置C氨气还原氧化铜，最后排水法收集生成的氮气，据此解答。 【解析】（1）装置A制备氨气，A中反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2 CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。 （2）生成的氨气中含有水蒸气，所以装置B的作用是作为干燥剂去除水蒸气，由于CaCl2易与氨气结合生成络合物，所以碱石灰不可以用无水CaCl2替代。 （3）C中氨气还原氧化铜生成氮气、铜和水，反应的化学方程式为3CuO+2NH33Cu+N2↑+3H2O，该反应中氧化剂是氧化铜，还原剂是氨气，二者的物质的量之比为3：2。 （4）①无水硫酸铜遇水变为蓝色，所以实验进行一段时间后，装置D中的现象为装置D中物质变蓝。 ②反应中氨气有剩余，且空气中含有水蒸气，所以装置E中的浓H2SO4的作用是吸收氨气防止污染空气，同时吸收空气中的水气防止空气中的水进入装置D产生干扰。 【变式7-1】某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的是NO气体，设计了如下实验。实验装置如图所示： （1）装置A中生成CO2的作用是___________，证明该实验目的达到的现象是___________。 （2）观察到（1）中的现象后，关闭K，将装置B中铜丝插入稀硝酸，并微热之，观察到装置B中的现象是___________；B中反应的离子方程式是___________。 （3）装置E和F的作用是___________；为实现此目的，需推动注射器，将F中空气通入E中，可观察到的现象是___________。 （4）D装置的作用是___________(答两点)。 【答案】（1）利用生成的CO2将整套装置内的空气赶尽，以排除对Cu与稀HNO3反应生成的气体产物观察的干扰 C中产生白色沉淀 （2）铜丝上产生气泡，稀硝酸液面上气体仍为无色，溶液变为淡蓝色 3Cu＋8H＋＋2NO=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O （3）验证NO的生成 无色气体变为红棕色 （4）吸收一氧化氮排出的二氧化碳和反应生成的氮氧化物，防止氮氧化物污染空气 【解析】由实验装置图可知，装置A中稀硝酸与碳酸钙反应生成的二氧化碳气体赶净装置中的空气，避免对一氧化氮气体检验产生干扰；装置B中铜与硝酸的反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，装置E中收集到无色气体一氧化氮，将F中的空气充入E中可检验一氧化氮的生成；装置C可检验装置中空气是否排尽；装置D为尾气处理装置，用于吸收装置中的二氧化碳和反应生成氮的氧化物，防止污染空气。 （1）因烧瓶中有空气，反应生成的一氧化氮能与空气中的氧气反应生成二氧化氮，干扰一氧化氮的检验，利用A装置中稀硝酸与碳酸钙反应生成的二氧化碳气体赶净装置中的空气，避免对一氧化氮气体检验产生干扰；当C中澄清石灰水变浑浊时，说明装置中的空气已经排尽，故答案为：利用生成的二氧化碳赶尽整个装置内的空气，避免对NO的检验造成干扰；C中产生白色沉淀； （2）关闭K，将装置B中铜丝插入稀硝酸，并微热之，铜与硝酸的反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，反应的离子方程式为3Cu＋8H＋＋2NO=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，实验时可观察到铜丝上产生气泡，稀硝酸液面上气体仍为无色，溶液变为淡蓝色，故答案为：铜丝上产生气泡，稀硝酸液面上气体仍为无色，溶液变为淡蓝色；3Cu＋8H＋＋2NO=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O； （3）将F中的空气推入E中，一氧化氮与空气中的氧气反应生成红棕色的二氧化氮，当E中无色气体变为红棕色，可以验证一氧化氮的生成，故答案为：验证NO的生成；无色气体变为红棕色； （4）装置D中的氢氧化钠溶液可以吸收一氧化氮排出的二氧化碳，也能吸收反应生成的氮氧化物，防止氮氧化物污染空气，故答案为：吸收一氧化氮排出的二氧化碳和反应生成的氮氧化物，防止氮氧化物污染空气。 【变式7-2】氮氧化物的污染一直是全球性问题，请按要求作答。 Ⅰ.下图的甲、乙、丙均可作为验证铜和浓硝酸反应的装置：    （1）甲、乙、丙三个装置中共同发生的化学方程式是 。 （2）和甲装置相比，乙装置的优点是 ① ② （3）为了进一步验证NO2和水的反应，某学生设计了丙装置。实验时先关闭活塞 ，再打开活塞 ，才能使NO2气体充满②试管；当气体充满②试管后，将铜丝提起与溶液脱离。欲使烧杯中的水进入②试管，应该 。 Ⅱ.NSR技术是一种新颖的尾气治理技术，也称储存还原法。其的储存和还原在不同时段交替进行，如图a所示。    （4）通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原。储存NOx的物质是 。 （5）用H2模拟尾气中还原性气体研究了Ba(NO3)2的催化还原过程，该过程分两步进行，图b表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系。第一步反应消耗的H2与Ba(NO3)2的物质的量之比是 。    （6）还原过程中，有时会产生笑气(N2O)。用同位素示踪法研究发现笑气的产生与NO有关。在有氧条件下15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO，另外还有H2O生成。写出该反应的化学方程式 。 【答案】（1）Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O （2）可以通过上下移动铜丝来控制反应的发生与停止 可吸收NO2气体，防止污染环境 （3）c a、b 先关闭b，再关闭a，然后打开c，用手捂住试管② （4）BaO （5）8:1 （6） 【分析】装置甲中，铜片与浓硝酸在敞口试管内发生反应，生成的NO2直接扩散到大气中；装置乙中，铜丝可以上下移动，向上移动铜丝至与浓硝酸脱离，反应停止，向下移动铜丝至铜丝与浓硝酸接触，反应发生，生成的NO2气体用NaOH溶液吸收，可以防止大气污染；装置丙中，生成的NO2收集在试管内，可以探究NO2在水中的溶解性。 【解析】（1）甲、乙、丙三个装置中，共同发生的反应是Cu与浓硝酸的反应，化学方程式为Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。答案为：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O； （2）由分析可知，和甲装置相比，乙装置的优点是： ①可以通过上下移动铜丝来控制反应的发生与停止； ②可吸收NO2气体，防止污染环境。答案为：可以通过上下移动铜丝来控制反应的发生与停止；可吸收NO2气体，防止污染环境； （3）实验时，若让NO2气体进入试管，需将试管内的空气排出，所以先关闭活塞c，再打开活塞a、b，才能使NO2气体充满②试管；当气体充满②试管后，将铜丝提起与溶液脱离。欲使烧杯中的水进入②试管，需让试管内产生负压，所以应该先关闭b，再关闭a，然后打开c，用手捂住试管②。答案为：c；a、b；先关闭b，再关闭a，然后打开c，用手捂住试管②； （4）从图中可以看出，BaO与NOx反应生成Ba(NO3)2，Ba(NO3)2再分解为BaO等，则储存NOx的物质是BaO。答案为：BaO； （5）第一步反应为8H2+Ba(NO3)2=BaO+2NH3+5H2O，则消耗的H2与Ba(NO3)2的物质的量之比是8:1。答案为：8:1； （6）在有氧条件下，15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO，另外还有H2O生成，则该反应的化学方程式为。答案为：。 ◆题型08 有关硝酸反应的化学计算 知识积累 1．硝酸与金属反应的规律 硝酸与金属单质反应时一部分被还原，一部分生成硝酸盐，故硝酸既表现了酸性又表现了氧化性，但硝酸与金属反应一般不生成H2。 （1）硝酸与铜的反应： 在反应中硝酸的作用可用如图表示： 可以看出，随HNO3浓度的降低，还原产物会由NO2变为NO。 ①由氮原子守恒可知，无论是NO2还是NO，被还原的硝酸与被还原生成气体的物质的量总是相等的； ②未被还原的NO与Cu2＋构成Cu(NO3)2，NO的物质的量为Cu2＋物质的量的2倍； ③运用电子守恒、原子守恒，便可顺利求解参加反应的Cu、HNO3以及产物NO2、NO之间量的关系。 （2）稀硝酸与铁的反应： Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O① 3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O② 反应物的量与生成物的关系如图所示： 上述反应首先发生反应①，若Fe剩余再发生反应③Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2，合并①③即可得反应②。所以，无论反应①还是反应②，被还原的HNO3皆占参与反应的HNO3的。 2．金属与硝酸反应常用的计算方法 （1）原子守恒法：HNO3与金属反应时，反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量等于显酸性的HNO3(以硝酸盐的NO形式存在于溶液中)的物质的量与显氧化性的HNO3(以NOx的形式存在)的物质的量之和。 （2）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）电荷守恒：HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH－)有：c(NO)＝c(H＋)＋n×c(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。 金属与硝酸反应计算的思维流程 【典例8】64g铜与9mol•L-1的浓硝酸0.5L充分反应，铜完全溶解，生成含NO2、NO的混合气体33.6L(在标准状况下)。若反应前后硝酸溶液的体积没有变化，下列说法错误的是 A．发生还原反应的硝酸有1.5mol B．将生成的NO2、NO与足量O2混合通入水中，需要标准状况下的氧气11.2L C．混合气体中NO2与NO的体积比为5：1 D．反应后溶液中NO的浓度为3mol•L-1 【答案】D 【解析】A．生成含NO2、NO的混合气体33.6L(在标准状况下)物质的量为=1.5mol，根据氮元素守恒，发生还原反应的硝酸的物质的量为1.5mol，故A正确； B．体混合物与氧气、水反应又生成硝酸，纵观整个过程，Cu失去电子物质的量等于氧气获得的电子，则需要氧气物质的量为 =0.5mol，标况下需要氧气体积为0.5mol×22.4L/mol=11.2L，故B正确； C．64g Cu的物质的量为1mol，NO和NO2混合气体的物质的量为1.5mol，令NO和NO2的物质的量分别为xmol、ymol，则：x+y＝1.5，3x+y＝1×2，解得x=0.25，y=1.25，混合气体中NO2与NO的体积比为5:1，故C正确； D．由A可知，生成含NO2、NO的总物质的量为1.5mol，反应后溶液中NO的浓度为=6mol•L-1，故D错误； 故选D。 【变式8-1】把8.0g铁粉投入40mL某HNO3溶液中，充分反应后剩余固体2.4g，产生NO2和NO的混合气体0.12mol。若不考虑N2O4的存在，则原HNO3溶液的物质的量浓度（    ） A．6.0mol·L-1 B．7.0mol·L -1 C．8.0mol·L -1 D．9.0mol·L -1 【答案】C 【分析】把8g纯铁粉投入到某HNO3溶液中，充分反应后剩余固体2.4g，说明生成硝酸亚铁，硝酸完全反应，反应中硝酸起氧化剂、酸性作用，起酸性作用的酸性生成硝酸亚铁，根据Fe元素守恒计算硝酸亚铁，起氧化剂作用的硝酸生成NO和NO2，根据N元素守恒可知n (HNO3) =2n[Fe (NO3) 2]+n (NO+NO2)，据此解答。 【解析】把8g纯铁粉投入到某HNO3溶液中，充分反应后剩余固体2.4g，说明生成硝酸亚铁，硝酸完全反应，参加反应的Fe的质量= 8g- 2.4g= 5.6g， 其物质的量，故n[Fe (NO3) 2] = 0.1mol，反应中硝酸起氧化剂、酸性作用，起酸性作用的酸性生成硝酸亚铁，起氧化剂作用的硝酸生成NO和NO2，根据N元素守恒可知n(HNO3) = 2n[Fe (NO3) 2] +n(NO+ NO2) = 0.1mol×2+0.12mol= 0.32mol，所以原HNO3溶液的物质的量浓度=8.0 mol/L。 故选C； 【变式8-2】硝酸与金属反应后所得还原产物与硝酸的浓度和金属的活泼性有关。10 mL 0.5 mol·L－1 HNO3与 0.048 g Mg恰好完全反应。若氮元素只被还原到一种价态，下列说法不正确的是(　　) A．HNO3作还原剂 B．HNO3浓度越低，N元素还原价态越低 C．反应中转移电子数为0.004 mol D．还原产物可能为NH4NO3 【答案】A 【解析】HNO3与金属反应时，表现酸性和强氧化性，故A错误；HNO3浓度越高，氧化性越强，氧化同种金属时，N元素被还原的价态就越高，故B正确；HNO3与Mg反应，还原剂只有Mg，Mg的化合价由0→＋2，0.048 g Mg的物质的量为0.002 mol，根据得失电子守恒，反应中转移电子为0.004 mol，故C正确；硝酸的物质的量为0.01 L×0.5 mol·L－1＝0.005 mol，生成0.002 mol Mg(NO3)2，根据N原子守恒，可能生成0.0005 mol NH4NO3，若生成0.0005 mol NH4NO3转移电子为0.004 mol，符合得失电子守恒，故D正确。 【变式8-3】Zn与硝酸反应时，硝酸溶液的浓度不同，产物也不相同。与不同浓度硝酸反应时，反应的Zn与被还原硝酸的物质的量关系如图。还原产物为NH4NO3的曲线是（    ） 【答案】A 【分析】根据题中Zn与被还原硝酸的物质的量关系图可知，本题考查氧化还原反应的计算，运用氧化还原反应中得失电子守恒和原子守恒分析。 【解析】锌和稀硝酸发生氧化还原反应，反应后Zn从0价被氧化为+2价，硝酸还原产物为NH4NO3，即硝酸中氮原子从+5价被还原为-3价，由得失电子守恒和原子守恒写出反应的化学方程式为：4Zn+10HNO3=4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O，此时已反应的锌与被还原的硝酸的物质的量之比为4：1，符合的只有曲线A， 答案选A。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$