第3节 氮的循环 第3课时（同步讲义） 化学鲁科版2019必修第一册

第3章　物质的性质与转化 第3节 氮的循环 3.3.3硝酸人类活动对氮循环和环境的影响 教学目标 1.通过对硝酸性质的学习,认识硝酸的物理性质、化学性质以及典型实验现象,能书写主要反应的化学方程式,知道它们的主要应用;建立从物质类别、元素价态角度实现含有氮元素的物质之间转化的思想和方法。 2.通过人类对氮循环的影响,了解酸雨、光化学烟雾和富营养化等环境问题的危害以及如何减少氮氧化物的排放,树立环保意识,同时知道常见氮的化合物在实验室中的安全使用注意事项。 3.能够预测陌生的含有氮元素物质的性质、反应或实验现象,设计方案制备含有氮元素的物质和研究它们的性质。 重点和难点 重点：硝酸的物理性质和化学性质。 难点：探究含氮元素物质的性质。 ◆知识点一 硝酸 1．物理性质 ①纯硝酸为 色、易 、有 气味的 体。 ②硝酸沸点 ，易 。 想一想：打开盛浓硝酸的试剂瓶有什么现象？ HNO3质量分数为95%以上的浓硝酸称为“ ”。 2．实验探究 实验装置及操作 实验现象 实验结论 3.化学性质 (1)酸性：属于强酸，具有酸的通性，能和碱、碱性氧化物、某些盐发生复分解反应。 (2)不稳定性：受热或见光易分解，其化学方程式为： (3)强氧化性： ①与金属反应 能与除 以外的大多数金属反应，通常浓硝酸的还原产物是NO2，稀硝酸的还原产物是 。 a. Cu与浓HNO3反应的化学方程式为： 。 Cu与稀HNO3反应的化学方程式为： 。 b．与Fe、Al反应 常温下浓硝酸可使 表面形成致密的氧化膜而钝化，保护内部金属不再与酸反应，所以可以用 盛放浓硝酸。 ②与非金属反应 浓硝酸在加热条件下，还能与碳等非金属单质发生氧化还原反应，如碳与浓硝酸反应的化学方程式为 4.硝酸的用途 硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造 、 、染料等，也是实验室里重要的化学试剂。 特别提醒 （1）铜投入稀硫酸中不会溶解，再向溶液中投入KNO3固体，铜会不会溶解？为什么？ （2）向过量的铜片与一定量的浓硝酸充分反应后的溶液中加入稀硫酸，铜片的质量会发生什么变化？如果有变化，请写出反应的离子方程式。 提示：（1）会溶解。由离子方程式8H＋＋2NO＋3Cu===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O可知，只要溶液中同时有H＋和NO，就相当于存在HNO3，铜就会因发生反应而溶解。 （2）铜片的质量会减少。溶液中有NO，稀硫酸中有H＋，所以铜会继续和硝酸发生反应：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。 即学即练 1．对于硝酸的物理性质，下列叙述不正确的是(　　) A．可以与水以任意比互溶 B．不易挥发 C．有刺激性气味 D．质量分数在95%以上的浓硝酸为发烟硝酸 2．下列说法中，正确的是(　　) A．碳与浓硝酸反应时，浓硝酸既表现氧化性又表现酸性 B．在0.1 mol·L－1的盐酸中，K＋、Fe2＋、SO、NO能大量共存 C．56 g Fe与硝酸发生氧化还原反应时，Fe转移的电子是3 mol D．室温下，可用铝槽车贮存或运输浓硝酸 ◆知识点二 硝酸的工业制备 1.硝酸工业生产的流程 2.写出有关化学方程式: N2→NH3 NH3→NO4： NO→NO2： NO2→HNO3: 3．硝酸与金属反应的“三个守恒” ① 守恒：金属失电子数＝n（NO2）＋3n（NO）。 ② 守恒：n（HNO3）＝xn[M（NO3）x]＋n（NO2）＋n（NO）。 若向反应后溶液中加入NaOH溶液恰好使Mx＋（Mx＋代表金属离子）沉淀完全，此时溶质为NaNO3，则存在： n（Na＋）＝n（NO）＝n（HNO3）－n（NO）－n（NO2）。 ③ 守恒：HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH－）有c（NO）＝c（H＋）＋xc（Mx＋）。 特别提醒 1．过量的铜片与一定量的浓硝酸充分反应，生成的气体的成分是什么？为什么？ 答案：生成的气体的成分为NO、NO2的混合物。铜先与浓硝酸反应生成NO2，随着反应的进行浓硝酸变成稀硝酸，得到NO气体，所以是NO和NO2的混合气体。 2．向上题反应后的溶液中加入稀硫酸，铜片的质量会发生什么变化？如果有变化写出反应的离子方程式。 答案：铜片的质量会减少，溶液中有NO，稀硫酸电离出H＋，所以铜会继续和硝酸反应。3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。 即学即练 1．在铜与稀硝酸的反应中，若有1 mol HNO3被还原，则参加反应的铜的物质的量为（　　） A． mol　　　　　　 B． mol C． mol D．3 mol 2．将一定质量铁粉加入装有100 mL某浓度的稀硝酸溶液中充分反应。容器中剩有m g的铁粉，收集到448 mL NO气体(标准状况)。 (1)所得溶液中溶质的化学式是________________。 (2)原硝酸溶液的物质的量浓度为________ mol·L－1。 ◆知识点三 人类活动对氮循环和环境的影响 1．氮元素的活化 N2NH、NO 2．人类活动对氮循环的影响——增加活化氮的量 (1)) 的消耗量急剧增加； (2)化学合成氮肥的量迅速上升； (3)豆科植物种植面积增大。 3．人类活动对环境的影响 (1)大气污染 ① ：汽车尾气中的氮氧化物和 碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的一种有毒的烟雾。 ② ：含氮物质的过度排放，导致它们在大气、土壤、水体中富集，在一定程度上促进了雾霾的形成。 ③ ：氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。 (2)水体污染——富营养化 当进入水的氮元素增大时，会造成水体的 ，导致藻类“疯长”并覆盖在水面上。 4．减少人类活动对氮循环和环境影响的措施 (1)控制进入大气、土壤和水体中含有氮元素的物质的量。 (2)增强生态系统对 的物质的吸收能力，如 等。 即学即练特别提醒 绿色化学 （1）绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学，其核心思想就是改变“先污染后治理”的观念和做法，利用化学原理和技术手段，减少或消除产品在生产和应用中涉及的有害化学物质，实现从源头减少或消除环境污染。 （2）按照绿色化学的思想，最理想的“原子经济性反应”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子利用率（即期望产物的总质量与生成物的总质量之比）为100%。 1．“保护环境，就是保护人类自己。”下列环境问题与产生的主要原因不相符的是(　　) ①“臭氧空洞”主要是大量使用氟氯代烃等引起的 ②“光化学烟雾”主要是由NO2等引起的 ③“酸雨”主要是由空气中CO2浓度增大引起的 ④“白色污染”主要是由聚乙烯塑料等引起的 ⑤“温室效应”主要是由空气中CO2浓度增大引起的 ⑥“赤潮”主要是由水体中P、N等元素过量引起的 A．①②④　　　　　　 B．②③⑤ C．⑤⑥ D．只有③ 2．化学与环境密切相关，下列有关说法错误的是(　　) A．CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成 B．对酸性物质的排放加以控制，开发新清洁能源是减少酸雨的有效措施 C．NO2、NO等氮氧化物是形成光化学烟雾的主要污染物 D．大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧 一、硝酸 1．实验探究硝酸的性质： 实验装置及操作 实验现象 瓶口产生白雾，闻到刺激性气味 反应缓慢，有少量气泡产生，溶液变蓝 反应剧烈，有大量气泡产生，溶液变蓝 无明显现象 2.物理性质： 颜色 状态 气味 密度 特性 无色 液态 刺激性 ρHNO3＞ρH2O 易挥发 二、硝酸的化学性质 1．酸的通性：硝酸在水溶液中可以电离出H＋，具有酸的通性，电离方程式：HNO3===H＋＋NO。 2．不稳定性 (1)不稳定性：浓硝酸受热或见光易分解，化学方程式为4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。 (2)保存方法：保存在棕色试剂瓶里，放置在阴凉处。 3．强氧化性 (1)硝酸能与除铂、金、钛以外的大多数金属反应，如：Cu、Ag等 Cu与浓硝酸反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。 Cu与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 (2)使金属钝化：常温下，浓硝酸可使Fe、Al表面形成致密的氧化膜而钝化。 (3)浓硝酸在加热条件下，能与碳单质发生氧化还原反应。化学方程式为C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。 三、人类活动对氮循环和环境的影响 1．以NO和NO2为主的氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的重要原因。 2．汽车尾气中的氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的一种有毒烟雾，称为光化学烟雾。 3．水体中过量的氮会对水体造成污染，当进入水体的氮元素的含量增大时，会造成水体的富营养化，导致藻类“疯长”并迅速地覆盖在水面上。水体中的氮主要来源于工业废水、生活污水、农田灌溉以及水产养殖所投入的饵料和肥料等。 4．减少人类活动对氮循环和环境的影响措施 (1)控制进入大气、土壤和水体中含有氮元素的物质的量。 (2)增强生态系统对含有氮元素的物质的吸收能力。 5.常见的环境污染 环境污染 形成原因 主要危害 温室效应 大气中CO2的含量不断增加 全球变暖,冰雪融化 酸雨 SO2和氮氧化物的排放 土壤、湖泊酸化,腐蚀建筑物 光化学烟雾 氮氧化物和碳氢化合物的排放 危害人体健康和植物生长,降低大气能见度 臭氧空洞 氮氧化物和氟氯代烃的排放 地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧 赤潮和水华 含磷洗衣粉的大量使用及其废水的任意排放使水体富营养化 藻类过度繁殖,水质恶化,海水中为赤潮,淡水中为水华 白色污染 聚乙烯塑料的大量使用,任意丢弃 破坏土壤结构和生态环境 特别提醒 （1）硝酸分解生成的NO2溶于硝酸中，所以久置的浓硝酸呈黄色。 （2）硝酸与金属反应不能生成氢气。硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般情况下，浓硝酸被还原为NO2，稀硝酸被还原为NO。 （3）常温下，浓硝酸使Al、Fe钝化，但加热时，保护膜被破坏，所以加热时浓硝酸也可使Al、Fe溶解。 （4）热的浓硝酸可将非金属单质（碳、硫、磷等）氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸。 （5）硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如SO2、FeO、Fe2＋、Br－、I－、 S2－、SO等。 实践应用 1.下列反应中硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是(　　)。 A.使石蕊溶液变红 B.与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2 C.与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3 D.与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2 2．下列因果关系表述不正确的是(　　) 选项 原因 结果 A 大量植树造林 温室效应 B SO2和NO2气体的大量排放 酸雨 C 含氮、磷等生活废水的大量排放 水华、赤潮 D 汽车尾气的大量排放 光化学烟雾 考点一 硝酸 【例1】下列关于硝酸的说法正确的是（　　） A.硝酸与金属反应时，主要是＋5价的氮得电子 B．浓硝酸与浓盐酸按3∶1的体积比所得的混合物叫王水 C．硝酸电离出的H＋，能被Zn、Fe等金属还原成H2 D．常温下，向浓硝酸中投入铁片，会产生大量的红棕色气体 解题要点 王水中浓盐酸与浓硝酸的体积比是3∶1，B错误；硝酸是强氧化性酸，和金属反应，一般不产生H2 【变式1-1】下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是(　　)。 选项 实验操作 现象 解释或结论 A 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+ B 常温下,Fe、Al放入浓HNO3或浓H2SO4中 无明显现象 Fe、Al与浓HNO3或浓H2SO4发生钝化 C 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 D 用玻璃棒蘸取少量浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上 试纸变红色 浓HNO3具有酸性 【变式1-2】我国清代《本草纲目拾遗》中记载无机药物335种,其中“强水”条目下写道:“性最猛烈,能蚀五金……其水甚强,五金八石皆能穿漏,惟玻璃可盛。”这里的“强水”是指(　　)。 A.氨水 B.硝酸 C.醋 D.卤水 考点二 硝酸的相关计算 【例2】浓硝酸正常情况下为无色透明液体。有窒息性刺激气味。浓硝酸含量为68%左右，对于稀硝酸， 一般我们认为浓稀之间的界线是6 mol·L－1，市售普通试剂级硝酸浓度约为68%左右。在盛有一定量浓硝酸的试管中加入6.4 g铜片，发生反应。请回答下列问题： (1)开始阶段，观察到的现象为________，反应的化学方程式是______。 (2)反应结束后，铜片有剩余，再加入少量20%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，反应的离子方程式是__________________________。 (3)若6.4 g铜片消耗完时，共产生气体2.8 L(标准状况)。则整个反应过程中所消耗的HNO3的物质的量为________。 解题要点反应关系： ①≥4，Fe(NO3)3； ②≤，Fe(NO3)2； ③<<4，Fe(NO3)3和Fe(NO3)2； ①Fe(NO3)3　②Fe(NO3)2　③Fe(NO3)3和Fe(NO3)2 【变式2-1】将1.92 g铜粉投入到某硫酸和硝酸的混合溶液中，其中，硫酸和硝酸的浓度均为1 mol/L，溶液体积为40 mL，待充分反应后若只生成NO气体，则最多可收集到标准状况下的NO的体积为(　　) A．336 mL　　　　　　 B．112 mL C．448 mL D．224 mL 【变式2-2】将一定质量铁粉加入装有100 mL某浓度的稀硝酸溶液中充分反应。容器中剩有m g的铁粉，收集到448 mL NO气体(标准状况)。 (1)所得溶液中溶质的化学式是________________。 (2)原硝酸溶液的物质的量浓度为________ mol·L－1。 考点三 人类活动对氮循环和环境的影响 【例3】光化学烟雾是汽车尾气在紫外线作用下生成的有害烟雾,由氮的氧化物和烃类等一次污染物,与它们发生一系列光化学反应生成的臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸酯(PAN)等二次污染物组成。光化学烟雾导致眼睛及黏膜受刺激,引发呼吸道疾病,严重时使人头痛、呕吐,甚至死亡。下列叙述中错误的是(　　)。 A.光化学烟雾的分散剂为空气 B.NO2为酸性氧化物 C.O2转化成O3的反应为非氧化还原反应 D.汽车节能减排措施可以缓解光化学烟雾带来的污染 解题要点 常见的环境污染 环境污染 形成原因 主要危害 温室效应 大气中CO2含量不断增加 全球变暖，冰雪融化，释放有毒气体 酸雨 SO2和氮氧化物的排放 土壤酸化，腐蚀建筑物 光化学烟雾 氮氧化物和碳氢化合物的排放 危害人体健康和植物生长 臭氧空洞 氮氧化物和氟氯代烃的排放 地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧 赤潮和水华 含磷洗衣粉的大量使用及其废水的任意排放 使藻类过度繁殖，水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华 白色污染 聚乙烯塑料的大量使用，任意丢弃 破坏土壤结构和生态环境 【变式3-1】1．下列现象的产生与人为排放大气污染物氮氧化物无关的是(　　) A．温室效应　 B．光化学烟雾 C．酸雨 D．水体的富营养化 【变式3-2】下列关于氮及其化合物的说法正确的是（　　） A．氯化铵和碘单质都可以用加热法进行提纯，且二者原理相同 B．汽车尾气中的氮氧化物是光化学烟雾形成的因素之一 C．NH3→NO→NO2→N2O4→HNO3的转化中氮元素均被氧化 D．铜比铁的还原性弱，因此可用铜质容器盛放浓硝酸 基础达标 1．下列实验事实的原理解释错误的是 选项 实验事实 原理解释 A 浓硫酸能使蔗糖变黑 浓硫酸将蔗糖氧化为碳单质 B 能使酸性高锰酸钾溶液褪色 将还原为 C 浓硝酸能将氧化为，而稀硝酸不能 浓硝酸的氧化性强于稀硝酸 D 维生素C能使加碘食盐的淀粉水溶液变蓝 维生素C将食盐中的还原成，遇淀粉溶液变蓝 A．A B．B C．C D．D 2．下列物质不会钝化的是 A．Fe和浓硫酸 B．Fe和稀硝酸 C．Al和浓硫酸 D．Al和浓硝酸 3．氨的循环示意图如图所示，下列说法错误的是 A．对于氮元素来说，硝化作用是氧化过程 B．对于氨元素来说，反硝化作用是还原过程 C．有还原作用，对应的产物叫还原产物 D．图中厌氧氧化过程没有参与 4．关于铜与浓硝酸的反应：(浓)，下列说法不正确的是 A．是氧化产物 B．硝酸既体现氧化性又体现酸性 C．生成时转移电子数为 D．氧化剂与还原剂的物质的量之比为4：1 5．3.2g铜与过量硝酸(、30mL)充分反应，硝酸的还原产物为二氧化氮和一氧化氮，反应后溶液中含amol氢离子，则此时溶液中所含硝酸根离子的物质的量为 A．(0.2＋a)mol B．(0.1＋a)mol C．(0.05＋a)mol D．amol 6．如图表示与反应的量的关系，、、、四点中表示铜与稀硝酸反应中被还原的与的量的关系的点是 A．点 B．点 C．点 D．点 7．氮元素在海洋中的循环，是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用如图表示，下列关于海洋氮循环的说法中正确的是    A．海洋中不存在游离态的氮 B．②中的含氮物质转化属于氮的固定 C．④中的含氮物质转化属于氮的还原 D．向海洋中排放含的废水不会影响的含量 8．元素化合价和物质类别是认识物质的两个重要维度，构建元素化合价和物质类别的“价类二维图”是学习元素及其化合物的一种重要方法。如图是氮元素的“价类二维图”，下列说法正确的是 A．a点对应的物质约占空气质量的78% B．b点对应物质的化学式为 C．e点对应的物质能使紫色石蕊试液变蓝 D．f点对应的物质可由e对应的物质与碱反应生成 综合应用 9．向稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量的变化如图所示(已知硝酸只被还原为气体)。下列分析错误的是 A．氧化性： B．A点溶液中的溶质为和 C．原混合酸中的物质的量浓度为 D．原混合酸中物质的量浓度为 10．向一定质量的Cu和Cu2O组成的混合物中加入一定浓度的稀硝酸250mL，当固体物质完全溶解后生成Cu(NO3)2和2.24LNO气体(标况下)。在所得溶液中加入0.5mol/L的NaOH溶液1.0L，生成沉淀的质量为19.6g，此时溶液呈中性且铜离子已完全沉淀。下列有关说法正确的是 A．Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余的HNO3为0.1mol B．原稀硝酸中HNO3的物质的量为0.5mol C．铜离子刚好沉淀完全，溶液中溶质为NaNO3，浓度为0.5mol/L D．原固体混合物中Cu和Cu2O的物质的量之比为1∶2 11．某同学用粉和含有的稀硝酸进行反应，两种物质恰好反应均无剩余，且只被还原成NO。下列说法正确的是 A．过量铁与稀硝酸的离子方程式： B．该反应中Fe的氧化产物既有也有，且 C．再向溶液中通入气体可将完全转化为 D．生成的NO气体分子数为 12．下列有关物质性质与用途具有对应关系的是 A．通常情况下的化学性质很稳定，因此可在焊接金属时作保护气 B．铵盐受热易分解，实验室可利用固体分解制取氨气 C．铁、铝常温下与浓硝酸不反应，可用铁质或铝制容器盛放浓硝酸 D．浓硫酸具有吸水性，可用来干燥氨气 13．下列有关物质性质与用途具有对应关系的是 A．铝常温下与浓硝酸不反应，可用铝制容器盛放浓硝酸 B．通常情况下的化学性质很稳定，因此可在焊接金属时作保护气 C．具有两性，可用作耐高温材料 D．石墨具有导电性，可用于制作笔芯 14．下列各组中的反应可以用同一个离子方程式表示的是 A．氧化钠与稀盐酸混合；氧化铜与稀硫酸 B．氢氧化铜、氢氧化钡分别与盐酸反应 C．Zn分别与稀盐酸和稀硝酸反应 D．和分别与氢氧化钠溶液反应 15．与一定浓度的反应，生成、、、和水，当和的物质的量之比为时，则反应中起酸性作用的与被还原的的物质的量之比为 A． B． C． D． 16．将1.52g铜镁合金完全溶解于50mL密度为1.40g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中，得到NO2和N2O4的混合气体0.05mol，向反应后的溶液中加入1.0mol/LNaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到2.54g沉淀。下列说法正确的是 A．该合金中铜与镁的物质的量之比是1∶2 B．该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是7.0mol/L C．NO2和N2O4的混合气体中，N2O4的体积分数是20% D．得到2.54g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是600mL 17．取Cu和CuO的混合物共为amol，向其中加入VmL2.0mol•L﹣1稀硝酸，混合物完全溶解，同时生成4.48LNO(标准状况)。向所得溶液中加入400mL2.5mol•L﹣1NaOH溶液，恰好使Cu2+沉淀完全，沉淀经洗涤、充分灼烧后得到32.0g固体。下列分析判断错误的是 A．a=0.4 B．V=600 C．amol混合物中m(Cu)：m(CuO)=5：12 D．反应中转移的电子数目为0.6NA 拓展培优 18．回答下列问题： (1)汽车尾气中含有等多种污染物，已成为城市空气的主要污染源。汽油和柴油中基本不含氮元素，汽车尾气中生成的化学方程式为 ；若在汽车的排气管上安装一个三元催化器，它能使与均转化为无毒气体，该反应的化学方程式为 。 (2)工业上常采用石灰石对燃煤进行脱硫处理，其主要原理为吸收,同时与空气作用生成石膏,此过程中总反应的化学方程式为 。 (3)工业生产中为了盛装大量浓硝酸，下列材料可选作罐体材料的是____________（填序号）。 A．镁 B．铜 C．铂 D．铝 (4)通常市售浓硝酸的质量分数为63%，密度为,则 。 (5)汽车尾气中的和,通过调节其体积比，可用溶液完全吸收，生成硝酸盐或亚硝酸盐。当时，二者完全反应生成的化学方程式为 。标准状况下仅含和的混合气被完全吸收生成和,若,消耗的物质的量为 。 19．氮的化合物研究是环境科学的热点课题之一。 (1)锌与不同密度硝酸溶液反应时，还原产物百分比与硝酸密度的关系如下图所示，下列说法不正确的是 (填序号)。 A．一般来说， 不同密度硝酸与锌反应的还原产物不是单一的 B．足量锌与一定量密度为1.36 gmL的硝酸反应，还原产物始终是NO和NO2 C．硝酸的密度越大，其还原产物中高价态的成分所占比例越多 (2)某容器中发生一个化学反应， 已知反应物和生成物是由Fe2+、、Fe3+、、H+和H2O六种粒子组成的。在反应过程中测得Fe3+、的含量随时间变化的曲线如下图所示，写出该反应的离子方程式 。 (3)向空气中排放NO2会破坏臭氧层，发生反应为O3+2NO2=O2+N2O5，该反应的还原产物是 (填化学式)。 (4)如下图是氮氧化物NOx的储存还原的工作原理：NOx的储存过程与还原过程在不同时刻是交替进行的，若还原过程中还原性气体为H2，则参加反应的H2与生成的N2的质量之比为 。 (5)含氮废水不仅会引起水体富营养化而导致黑臭，而且对人群及其他生物产生毒害作用。现采用铝还原法来将还原为N2，请配平该化学反应方程式并在该反应方程式上用单线桥表示该反应中电子转移情况： 。 _____KNO3+______Al+_____H2O=_____N2↑+_____Al(OH)3+_____KOH 20．完成下列填空。 I．已知铜在常温下可以与浓硝酸发生氧化还原反应： 。 (1)被还原的和未被还原的个数比为 。 (2)浓硝酸在该反应中体现出来的性质有_____(填字母)。 A．氧化性 B．还原性 C．酸性 D．碱性 (3)配平化学方程式 。 。 Ⅱ．黑火药是中国四大发明之一，当黑火药发生操炸时，发生如下 (4)该反应中，氧化剂是 ，每生成2个分子，转移电子的数目为 。 Ⅲ．产生的可以用溶液吸收，化学方程式为：。 (5)请用双线桥法标出该反应电子转移情况： 。 (6)请类比和溶液反应的方程式，写出和澄清石灰水反应的化学方程式 。 21．Ⅰ．如图是某常见非金属元素的价类二维图。 (1)f的浓溶液长时间放置可能出现黄色，请用化学方程式表达出现黄色的原因： 。 (2)在铁粉中加足量f的稀溶液，则对应的离子反应方程式 。 (3)在一定量的铜中加入f的稀溶液，充分反应后有铜剩余，在混合物中加入几滴稀硫酸，铜继续溶解，请写出铜继续溶解的离子反应方程式 。 Ⅱ．某实验小组拟采用如图所示装置利用a还原CuO，并检验其氧化产物。 (4)M中盛装试剂的名称为 ，仪器Q的名称为 。 (5)实验刚开始时，需赶净装置中的空气，其操作为：关闭，打开，当 (填实验操作及现象)时，关闭，打开。 (6)实验过程中，整个装置内的气体始终为无色的。设计实验证明氧化产物为b而不是e： 。 Ⅲ．氮氧化物的治理问题越来越引起人们的重视。 (7)烟气脱硝技术(SCR工艺)是a在金属催化剂的作用下，在300～400℃时，将氮氧化物还原为b和水。则a与d反应的化学方程式为 。 (8)尾气d可用NaOH溶液处理，该反应的离子方程式为 ，还原产物为 (填化学式)。 22．回答下列问题： Ⅰ.自然界中硫元素的存在如图1，硫元素的常见化合价与部分物质类别的对应关系如图2，回答下列问题： (1)图2中的N对应图1中物质的化学式为 。 (2)X与Z反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。 (3)Na2SO3溶液易被氧化成Na2SO4，检验Na2SO3溶液是否变质的试剂为 。 (4)铜和M的浓溶液反应生成Z的化学方程式为 。 Ⅱ.氮氧化物(NOx)是大气污染物之一，处理NOx对于环境保护具有重要的意义。 在一定条件下NH3可将NO2还原。甲同学在实验室对该反应进行了探究。实验设计如图(部分夹持装置省略)。 (5)装置D中发生反应的离子方程式是 。 (6)在装置M中NH3和NO2充分反应，生成两种对环境友好的物质，则该反应的化学方程式 。 (7)工业生产中利用氨水吸收少量SO2和NO2，原理如图所示。NO2被吸收过程的离子方程式是 。 23．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，设计了如下实验方案。 (1)甲同学设计如图实验(实验过程中玻璃塞为打开状态)。 ①组装好装置并检验气密性后，如何加入稀硝酸？ 。 ②如何控制反应的进行？ 。 ③如何验证产生的气体为NO? 。 (2)乙同学设计了如图实验(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是存有空气的注射器。 ①设计装置A的目的是 。 ②装置E和F的作用是 。为实现此作用，操作是 。 ③装置D的作用是 。 24．某化学学习小组借助如图装置对浓硝酸的性质进行探究。 (1)连接装置， 后开始如下实验：将燃烧匙中的木炭在酒精灯上加热至红热状态，立即伸入三颈烧瓶中，并塞紧瓶塞滴加浓硝酸，可观察到瓶中产生红棕色的气体。 (2)装置C中盛有足量的Ba(OH)2溶液，反应一段时间后可观察到C中出现白色沉淀，该白色沉淀为 (写化学式)。 (3)装置D中收集到了无色气体，同学甲认为是NO，乙认为是O2，丙认为是NO和O2。 ①甲、乙、丙三人的判断中肯定不合理的是 。 ②下列对该气体的检验方法合适的是 (填字母)。 A．敞口观察集气瓶内气体的颜色变化 B．将润湿的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内，观察试纸是否变红 C．将带火星的木条伸入集气瓶中，观察木条是否复燃 ③如果集气瓶中收集到的无色气体是氧气，则氧气的来源是(用化学方程式表示) 。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3章　物质的性质与转化 第3节 氮的循环 3.3.3硝酸人类活动对氮循环和环境的影响 教学目标 1.通过对硝酸性质的学习,认识硝酸的物理性质、化学性质以及典型实验现象,能书写主要反应的化学方程式,知道它们的主要应用;建立从物质类别、元素价态角度实现含有氮元素的物质之间转化的思想和方法。 2.通过人类对氮循环的影响,了解酸雨、光化学烟雾和富营养化等环境问题的危害以及如何减少氮氧化物的排放,树立环保意识,同时知道常见氮的化合物在实验室中的安全使用注意事项。 3.能够预测陌生的含有氮元素物质的性质、反应或实验现象,设计方案制备含有氮元素的物质和研究它们的性质。 重点和难点 重点：硝酸的物理性质和化学性质。 难点：探究含氮元素物质的性质。 ◆知识点一 硝酸 1．物理性质 ①纯硝酸为无色、易挥发、有刺激性气味的液体。 ②硝酸沸点低，易挥发。 想一想：打开盛浓硝酸的试剂瓶有什么现象？瓶口会产生白雾 HNO3质量分数为95%以上的浓硝酸称为“发烟硝酸”。 2．实验探究 实验装置及操作 实验现象 实验结论 瓶口产生白雾,闻到刺激性气味 硝酸易挥发,有刺激性气味 将稀硝酸注入试管中,Cu和稀硝酸缓慢反应,产生无色气体,在试管口变为红棕色,溶液变蓝 铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成　　　　NO气体  反应剧烈,有红棕色气体产生,溶液变为蓝绿色 铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成　　NO2气体  试管中有气泡产生,试管口处看到　　　　　红棕色气体  铁与稀硝酸常温下可以反应, 生成NO气体  无明显现象 发生钝化 3.化学性质 (1)酸性：属于强酸，具有酸的通性，能和碱、碱性氧化物、某些盐发生复分解反应。 (2)不稳定性：受热或见光易分解，其化学方程式为：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O (3)强氧化性： ①与金属反应 能与除金、铂、钛以外的大多数金属反应，通常浓硝酸的还原产物是NO2，稀硝酸的还原产物是NO。 a. Cu与浓HNO3反应的化学方程式为：. Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。 Cu与稀HNO3反应的化学方程式为：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 b．与Fe、Al反应 常温下浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化，保护内部金属不再与酸反应，所以可以用铁容器或铝容器盛放浓硝酸。 ②与非金属反应 浓硝酸在加热条件下，还能与碳等非金属单质发生氧化还原反应，如碳与浓硝酸反应的化学方程式为 C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。 4.硝酸的用途 硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、硝酸盐、染料等，也是实验室里重要的化学试剂。 特别提醒 （1）铜投入稀硫酸中不会溶解，再向溶液中投入KNO3固体，铜会不会溶解？为什么？ （2）向过量的铜片与一定量的浓硝酸充分反应后的溶液中加入稀硫酸，铜片的质量会发生什么变化？如果有变化，请写出反应的离子方程式。 提示：（1）会溶解。由离子方程式8H＋＋2NO＋3Cu===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O可知，只要溶液中同时有H＋和NO，就相当于存在HNO3，铜就会因发生反应而溶解。 （2）铜片的质量会减少。溶液中有NO，稀硫酸中有H＋，所以铜会继续和硝酸发生反应：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。 即学即练 1．对于硝酸的物理性质，下列叙述不正确的是(　　) A．可以与水以任意比互溶 B．不易挥发 C．有刺激性气味 D．质量分数在95%以上的浓硝酸为发烟硝酸 【答案】B 【解析】硝酸易挥发。 2．下列说法中，正确的是(　　) A．碳与浓硝酸反应时，浓硝酸既表现氧化性又表现酸性 B．在0.1 mol·L－1的盐酸中，K＋、Fe2＋、SO、NO能大量共存 C．56 g Fe与硝酸发生氧化还原反应时，Fe转移的电子是3 mol D．室温下，可用铝槽车贮存或运输浓硝酸 【答案】D 【解析】碳与浓硝酸反应时生成CO2、NO2和H2O，HNO3全部被还原为NO2，则浓硝酸只表现氧化性，A错误；在0.1 mol·L－1盐酸中存在大量H＋，在H＋存在下，Fe2＋与NO因能发生氧化还原反应而不能大量共存，B错误；因Fe与硝酸反应的相对物质的量不知道，Fe是否完全反应或反应后是生成Fe2＋还是生成Fe3＋都无法确定，故Fe转移的电子数也无法确定，C错误。 ◆知识点二 硝酸的工业制备 1.硝酸工业生产的流程 2.写出有关化学方程式: N2→NH3:N2+3H22NH3。  NH3→NO4：NH3+5O24NO+6H2O。  NO→NO2：2NO+O22NO2 NO2→HNO3:3NO2+H2O2HNO3+NO 3．硝酸与金属反应的“三个守恒” ①电子守恒：金属失电子数＝n（NO2）＋3n（NO）。 ②原子守恒：n（HNO3）＝xn[M（NO3）x]＋n（NO2）＋n（NO）。 若向反应后溶液中加入NaOH溶液恰好使Mx＋（Mx＋代表金属离子）沉淀完全，此时溶质为NaNO3，则存在： n（Na＋）＝n（NO）＝n（HNO3）－n（NO）－n（NO2）。 ③电荷守恒：HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH－）有c（NO）＝c（H＋）＋xc（Mx＋）。 特别提醒 1．过量的铜片与一定量的浓硝酸充分反应，生成的气体的成分是什么？为什么？ 答案：生成的气体的成分为NO、NO2的混合物。铜先与浓硝酸反应生成NO2，随着反应的进行浓硝酸变成稀硝酸，得到NO气体，所以是NO和NO2的混合气体。 2．向上题反应后的溶液中加入稀硫酸，铜片的质量会发生什么变化？如果有变化写出反应的离子方程式。 答案：铜片的质量会减少，溶液中有NO，稀硫酸电离出H＋，所以铜会继续和硝酸反应。3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。 即学即练 1．在铜与稀硝酸的反应中，若有1 mol HNO3被还原，则参加反应的铜的物质的量为（　　） A． mol　　　　　　 B． mol C． mol D．3 mol 【答案】C 【解析】HNO3被还原为NO，1 mol HNO3得3 mol电子，而1 mol Cu失2 mol电子，若有1 mol HNO3被还原，则参加反应的铜的物质的量为 mol。 2．将一定质量铁粉加入装有100 mL某浓度的稀硝酸溶液中充分反应。容器中剩有m g的铁粉，收集到448 mL NO气体(标准状况)。 (1)所得溶液中溶质的化学式是________________。 (2)原硝酸溶液的物质的量浓度为________ mol·L－1。 【答案】(1)Fe(NO3)2　(2)0.8 【解析】(1)因有铁粉剩余，故反应产物为Fe(NO3)2。 (2)NO的物质的量＝0.02 mol 则由方程式可得 8HNO3(稀)＋3Fe===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 8 2 n(HNO3) 0.02 mol n(HNO3)＝0.08 mol，c(HNO3)＝0.8 mol·L－1。 ◆知识点三 人类活动对氮循环和环境的影响 1．氮元素的活化 N2NH、NO 2．人类活动对氮循环的影响——增加活化氮的量 (1))化石燃料的消耗量急剧增加； (2)化学合成氮肥的量迅速上升； (3)豆科植物种植面积增大。 3．人类活动对环境的影响 (1)大气污染 ①光化学烟雾：汽车尾气中的氮氧化物和 碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的一种有毒的烟雾。 ②雾霾：含氮物质的过度排放，导致它们在大气、土壤、水体中富集，在一定程度上促进了雾霾的形成。 ③酸雨：氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。 (2)水体污染——富营养化 当进入水的氮元素增大时，会造成水体的 富营养化，导致藻类“疯长”并覆盖在水面上。 4．减少人类活动对氮循环和环境影响的措施 (1)控制进入大气、土壤和水体中含有氮元素的物质的量。 (2)增强生态系统对含有氮元素的物质的吸收能力，如保护森林、植树造林等。 即学即练特别提醒 绿色化学 （1）绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学，其核心思想就是改变“先污染后治理”的观念和做法，利用化学原理和技术手段，减少或消除产品在生产和应用中涉及的有害化学物质，实现从源头减少或消除环境污染。 （2）按照绿色化学的思想，最理想的“原子经济性反应”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子利用率（即期望产物的总质量与生成物的总质量之比）为100%。 1．“保护环境，就是保护人类自己。”下列环境问题与产生的主要原因不相符的是(　　) ①“臭氧空洞”主要是大量使用氟氯代烃等引起的 ②“光化学烟雾”主要是由NO2等引起的 ③“酸雨”主要是由空气中CO2浓度增大引起的 ④“白色污染”主要是由聚乙烯塑料等引起的 ⑤“温室效应”主要是由空气中CO2浓度增大引起的 ⑥“赤潮”主要是由水体中P、N等元素过量引起的 A．①②④　　　　　　 B．②③⑤ C．⑤⑥ D．只有③ 【答案】D 【解析】“酸雨”有硫酸型和硝酸型两种类型，造成硫酸型酸雨的气体是SO2，造成硝酸型酸雨的气体是氮氧化物。 2．化学与环境密切相关，下列有关说法错误的是(　　) A．CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成 B．对酸性物质的排放加以控制，开发新清洁能源是减少酸雨的有效措施 C．NO2、NO等氮氧化物是形成光化学烟雾的主要污染物 D．大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧 【答案】A 【解析】CO2是空气的成分之一，酸雨是指pH<5.6的雨水，NO2和SO2排放到空气中易形成酸雨，CO2不会导致酸雨，故A说法错误。 一、硝酸 1．实验探究硝酸的性质： 实验装置及操作 实验现象 瓶口产生白雾，闻到刺激性气味 反应缓慢，有少量气泡产生，溶液变蓝 反应剧烈，有大量气泡产生，溶液变蓝 无明显现象 2.物理性质： 颜色 状态 气味 密度 特性 无色 液态 刺激性 ρHNO3＞ρH2O 易挥发 二、硝酸的化学性质 1．酸的通性：硝酸在水溶液中可以电离出H＋，具有酸的通性，电离方程式：HNO3===H＋＋NO。 2．不稳定性 (1)不稳定性：浓硝酸受热或见光易分解，化学方程式为4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。 (2)保存方法：保存在棕色试剂瓶里，放置在阴凉处。 3．强氧化性 (1)硝酸能与除铂、金、钛以外的大多数金属反应，如：Cu、Ag等 Cu与浓硝酸反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。 Cu与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 (2)使金属钝化：常温下，浓硝酸可使Fe、Al表面形成致密的氧化膜而钝化。 (3)浓硝酸在加热条件下，能与碳单质发生氧化还原反应。化学方程式为C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。 三、人类活动对氮循环和环境的影响 1．以NO和NO2为主的氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的重要原因。 2．汽车尾气中的氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的一种有毒烟雾，称为光化学烟雾。 3．水体中过量的氮会对水体造成污染，当进入水体的氮元素的含量增大时，会造成水体的富营养化，导致藻类“疯长”并迅速地覆盖在水面上。水体中的氮主要来源于工业废水、生活污水、农田灌溉以及水产养殖所投入的饵料和肥料等。 4．减少人类活动对氮循环和环境的影响措施 (1)控制进入大气、土壤和水体中含有氮元素的物质的量。 (2)增强生态系统对含有氮元素的物质的吸收能力。 5.常见的环境污染 环境污染 形成原因 主要危害 温室效应 大气中CO2的含量不断增加 全球变暖,冰雪融化 酸雨 SO2和氮氧化物的排放 土壤、湖泊酸化,腐蚀建筑物 光化学烟雾 氮氧化物和碳氢化合物的排放 危害人体健康和植物生长,降低大气能见度 臭氧空洞 氮氧化物和氟氯代烃的排放 地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧 赤潮和水华 含磷洗衣粉的大量使用及其废水的任意排放使水体富营养化 藻类过度繁殖,水质恶化,海水中为赤潮,淡水中为水华 白色污染 聚乙烯塑料的大量使用,任意丢弃 破坏土壤结构和生态环境 特别提醒 （1）硝酸分解生成的NO2溶于硝酸中，所以久置的浓硝酸呈黄色。 （2）硝酸与金属反应不能生成氢气。硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般情况下，浓硝酸被还原为NO2，稀硝酸被还原为NO。 （3）常温下，浓硝酸使Al、Fe钝化，但加热时，保护膜被破坏，所以加热时浓硝酸也可使Al、Fe溶解。 （4）热的浓硝酸可将非金属单质（碳、硫、磷等）氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸。 （5）硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如SO2、FeO、Fe2＋、Br－、I－、 S2－、SO等。 实践应用 1.下列反应中硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是(　　)。 A.使石蕊溶液变红 B.与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2 C.与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3 D.与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2 【答案】B 【解析】A项,HNO3只表现酸性;B项,Cu与稀硝酸反应时,部分起酸的作用生成Cu(NO3)2,部分作氧化剂被还原为NO;C项,2HNO3+Na2CO3CO2↑+H2O+2NaNO3,HNO3只表现强酸性;D项,HNO3将S氧化为H2SO4,自身被还原为NO2,在该反应中HNO3只表现强氧化性。 2．下列因果关系表述不正确的是(　　) 选项 原因 结果 A 大量植树造林 温室效应 B SO2和NO2气体的大量排放 酸雨 C 含氮、磷等生活废水的大量排放 水华、赤潮 D 汽车尾气的大量排放 光化学烟雾 【答案】A 【解析】植物光合作用会吸收二氧化碳，大量植树造林不会导致温室效应，A错误；SO2和NO2气体大量排放，最终会转变成硫酸和硝酸，形成酸雨，B正确；氮、磷是植物的营养元素，含氮、磷等生活废水的大量排放，会导致水体富营养化，藻类“疯长”，引发水华、赤潮，C正确；汽车尾气的大量排放，会产生氮氧化物，从而造成光化学烟雾，D正确。 考点一 硝酸 【例1】下列关于硝酸的说法正确的是（　　） A.硝酸与金属反应时，主要是＋5价的氮得电子 B．浓硝酸与浓盐酸按3∶1的体积比所得的混合物叫王水 C．硝酸电离出的H＋，能被Zn、Fe等金属还原成H2 D．常温下，向浓硝酸中投入铁片，会产生大量的红棕色气体 【答案】A 【解析】硝酸是一种强氧化性的酸，它的氧化性主要是由＋5价的氮元素表现出来，A正确；王水中浓盐酸与浓硝酸的体积比是3∶1，B错误；硝酸是强氧化性酸，和金属反应，一般不产生H2，C错误；常温下浓硝酸能使Fe钝化，不会产生大量的红棕色气体，D错误。 解题要点 王水中浓盐酸与浓硝酸的体积比是3∶1，B错误；硝酸是强氧化性酸，和金属反应，一般不产生H2 【变式1-1】下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是(　　)。 选项 实验操作 现象 解释或结论 A 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+ B 常温下,Fe、Al放入浓HNO3或浓H2SO4中 无明显现象 Fe、Al与浓HNO3或浓H2SO4发生钝化 C 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 D 用玻璃棒蘸取少量浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上 试纸变红色 浓HNO3具有酸性 【答案】B 【解析】稀硝酸与铁粉反应,铁首先被氧化成Fe3+,过量的铁粉将Fe3+还原,最终得到Fe2+,再滴入KSCN溶液,溶液不显红色,A项错误;常温下,Fe、Al在浓HNO3或浓H2SO4中发生钝化,生成致密的氧化膜阻止了反应的进行,B项正确;Al箔能与稀HNO3反应,现象为Al箔溶解并放出气体,C项错误;强氧化性的物质都有漂白性,浓硝酸具有氧化性,能使蓝色石蕊试纸先变红后褪色,D项错误。 【变式1-2】我国清代《本草纲目拾遗》中记载无机药物335种,其中“强水”条目下写道:“性最猛烈,能蚀五金……其水甚强,五金八石皆能穿漏,惟玻璃可盛。”这里的“强水”是指(　　)。 A.氨水 B.硝酸 C.醋 D.卤水 【答案】B 【解析】根据所给四种物质的氧化性强弱可判断,该“强水”为硝酸,硝酸具有强氧化性,可溶解大部分金属。 考点二 硝酸的相关计算 【例2】浓硝酸正常情况下为无色透明液体。有窒息性刺激气味。浓硝酸含量为68%左右，对于稀硝酸， 一般我们认为浓稀之间的界线是6 mol·L－1，市售普通试剂级硝酸浓度约为68%左右。在盛有一定量浓硝酸的试管中加入6.4 g铜片，发生反应。请回答下列问题： (1)开始阶段，观察到的现象为________，反应的化学方程式是______。 (2)反应结束后，铜片有剩余，再加入少量20%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，反应的离子方程式是__________________________。 (3)若6.4 g铜片消耗完时，共产生气体2.8 L(标准状况)。则整个反应过程中所消耗的HNO3的物质的量为________。 【答案】(1)铜片逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，产生红棕色的气体 Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O (2)3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O (3)0.325 mol 【解析】(1)因为浓硝酸的氧化性很强，可以将铜氧化，同时它本身被还原为红棕色的NO2气体，所以现象是铜片逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，产生红棕色的气体。 (2)反应后的溶液中有NO，加入稀硫酸后，NO会继续氧化铜单质。 (3)起酸性作用的HNO3的物质的量n(HNO3)＝2n(Cu)＝0.2 mol；被还原的HNO3的物质的量n(HNO3)＝＝0.125 mol。故整个反应过程中所消耗的HNO3的物质的量为0.2 mol＋0.125 mol＝0.325 mol。解题要点反应关系： ①≥4，Fe(NO3)3； ②≤，Fe(NO3)2； ③<<4，Fe(NO3)3和Fe(NO3)2； ①Fe(NO3)3　②Fe(NO3)2　③Fe(NO3)3和Fe(NO3)2 【变式2-1】将1.92 g铜粉投入到某硫酸和硝酸的混合溶液中，其中，硫酸和硝酸的浓度均为1 mol/L，溶液体积为40 mL，待充分反应后若只生成NO气体，则最多可收集到标准状况下的NO的体积为(　　) A．336 mL　　　　　　 B．112 mL C．448 mL D．224 mL 【答案】C 【解析】根据3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 　　 3　　8　　　2　　　　　　　2 0.03 0.12 0.04 x 可见0.03 mol铜完全反应，H＋、NO3均过量，故3∶0.03＝2∶x x＝0.02 mol V(NO)＝0.02×22.4 L/mol×1 000 mol/L＝448 mL。 【变式2-2】将一定质量铁粉加入装有100 mL某浓度的稀硝酸溶液中充分反应。容器中剩有m g的铁粉，收集到448 mL NO气体(标准状况)。 (1)所得溶液中溶质的化学式是________________。 (2)原硝酸溶液的物质的量浓度为________ mol·L－1。 【答案】(1)Fe(NO3)2　(2)0.8 【解析】(1)因有铁粉剩余，故反应产物为Fe(NO3)2。 (2)NO的物质的量＝0.02 mol 则由方程式可得 8HNO3(稀)＋3Fe===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 8 2 n(HNO3) 0.02 mol n(HNO3)＝0.08 mol，c(HNO3)＝0.8 mol·L－1。 考点三 人类活动对氮循环和环境的影响 【例3】光化学烟雾是汽车尾气在紫外线作用下生成的有害烟雾,由氮的氧化物和烃类等一次污染物,与它们发生一系列光化学反应生成的臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸酯(PAN)等二次污染物组成。光化学烟雾导致眼睛及黏膜受刺激,引发呼吸道疾病,严重时使人头痛、呕吐,甚至死亡。下列叙述中错误的是(　　)。 A.光化学烟雾的分散剂为空气 B.NO2为酸性氧化物 C.O2转化成O3的反应为非氧化还原反应 D.汽车节能减排措施可以缓解光化学烟雾带来的污染 【答案】B 【解析】A项,光化学烟雾的分散剂为空气,分散质为各种污染物,正确;B项,NO2与水反应生成硝酸和一氧化氮,不属于酸性氧化物,错误;C项,O2转化成O3的反应中没有元素化合价的变化,属于非氧化还原反应,正确;D项,汽车节能减排措施可以减少空气污染物的排放,缓解光化学烟雾带来的污染,正确。 解题要点 常见的环境污染 环境污染 形成原因 主要危害 温室效应 大气中CO2含量不断增加 全球变暖，冰雪融化，释放有毒气体 酸雨 SO2和氮氧化物的排放 土壤酸化，腐蚀建筑物 光化学烟雾 氮氧化物和碳氢化合物的排放 危害人体健康和植物生长 臭氧空洞 氮氧化物和氟氯代烃的排放 地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧 赤潮和水华 含磷洗衣粉的大量使用及其废水的任意排放 使藻类过度繁殖，水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华 白色污染 聚乙烯塑料的大量使用，任意丢弃 破坏土壤结构和生态环境 【变式3-1】1．下列现象的产生与人为排放大气污染物氮氧化物无关的是(　　) A．温室效应　 B．光化学烟雾 C．酸雨 D．水体的富营养化 【答案】A 【解析】温室效应主要来自CO2的大量排放，和氮氧化物无关。氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。水体中过量的含氮元素的物质对水体会造成污染，使水体富营养化，导致藻类“疯长”。 【变式3-2】下列关于氮及其化合物的说法正确的是（　　） A．氯化铵和碘单质都可以用加热法进行提纯，且二者原理相同 B．汽车尾气中的氮氧化物是光化学烟雾形成的因素之一 C．NH3→NO→NO2→N2O4→HNO3的转化中氮元素均被氧化 D．铜比铁的还原性弱，因此可用铜质容器盛放浓硝酸 【答案】B 【解析】氯化铵受热分解为氨和氯化氢气体，两种气体遇冷又重新生成氯化铵，使其得以提纯，而碘单质加热提纯是利用升华的原理，二者原理不同，故A错误；汽车尾气中的氮氧化物是光化学烟雾形成的因素之一，故B正确；NO2→N2O4的转化中氮元素化合价没有变化，未被氧化，故C错误；铜可与浓硝酸反应，因此不可用铜质容器盛放浓硝酸，故D错误。 基础达标 1．下列实验事实的原理解释错误的是 选项 实验事实 原理解释 A 浓硫酸能使蔗糖变黑 浓硫酸将蔗糖氧化为碳单质 B 能使酸性高锰酸钾溶液褪色 将还原为 C 浓硝酸能将氧化为，而稀硝酸不能 浓硝酸的氧化性强于稀硝酸 D 维生素C能使加碘食盐的淀粉水溶液变蓝 维生素C将食盐中的还原成，遇淀粉溶液变蓝 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A．浓硫酸使蔗糖变黑膨胀，体现了浓硫酸的脱水性，A错误； B．高锰酸钾具有强氧化性，和亚铁离子发生氧化还原反应生成锰离子和铁离子，B正确； C．浓硝酸能将氧化为，而稀硝酸不能，说明浓硝酸氧化性更强，C正确； D．维生素C具有还原性，将食盐中的还原成，遇淀粉溶液变蓝，D正确； 故选A。 2．下列物质不会钝化的是 A．Fe和浓硫酸 B．Fe和稀硝酸 C．Al和浓硫酸 D．Al和浓硝酸 【答案】B 【详解】A．常温，铁遇浓硫酸被钝化，A不符合题意； B．常温，稀硝酸能将铁氧化，但不会生成致密氧化膜，不能将铁钝化，B符合题意； C．常温，铝遇浓硫酸会被钝化，C不符合题意； D．常温，铝遇浓硝酸会被钝化，D不符合题意； 故答案为：B。 3．氨的循环示意图如图所示，下列说法错误的是 A．对于氮元素来说，硝化作用是氧化过程 B．对于氨元素来说，反硝化作用是还原过程 C．有还原作用，对应的产物叫还原产物 D．图中厌氧氧化过程没有参与 【答案】C 【详解】A。读图的关键是看题图中箭头的方向。硝化作用（氮元素化合价升高）：，故A不选； B．反硝化作用（氮元素化合价降低），故B不选； C．，有还原作用，对应的产物叫氧化产物，故选C； D．厌氧氧化；与发生归中反应生成，没有氧气参与反应，故D不选。 答案选C 4．关于铜与浓硝酸的反应：(浓)，下列说法不正确的是 A．是氧化产物 B．硝酸既体现氧化性又体现酸性 C．生成时转移电子数为 D．氧化剂与还原剂的物质的量之比为4：1 【答案】D 【分析】根据方程式可知，Cu为还原剂，硝酸铜为氧化产物，4molHNO3中2mol体现酸性，2mol体现氧化性，NO2为还原产物，生成2molNO2转移2mol电子，据此回答。 【详解】A．根据分析可知，是氧化产物，A正确； B．根据分析可知，硝酸既体现氧化性又体现酸性，B正确； C．生成2molNO2转移2mol电子，所以生成时转移电子数为，C正确； D．根据分析可知，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1，D错误； 故选D。 5．3.2g铜与过量硝酸(、30mL)充分反应，硝酸的还原产物为二氧化氮和一氧化氮，反应后溶液中含amol氢离子，则此时溶液中所含硝酸根离子的物质的量为 A．(0.2＋a)mol B．(0.1＋a)mol C．(0.05＋a)mol D．amol 【答案】B 【详解】首先计算3.2g铜的物质的量，。铜与过量硝酸反应后，溶液中的溶质为Cu(NO3)2和剩余的HNO3。根据铜原子守恒，n(Cu2+)=n(Cu)=0.05mol，在Cu(NO3)2中， 。又已知反应后溶液中含a mol氢离子，这部分氢离子来自剩余的HNO3，那么。所以溶液中所含硝酸根离子的物质的量； 故选B。 6．如图表示与反应的量的关系，、、、四点中表示铜与稀硝酸反应中被还原的与的量的关系的点是 A．点 B．点 C．点 D．点 【答案】A 【详解】与稀硝酸反应的化学方程式为，由化学方程式可知参加反应的只有被还原，故被还原的与的关系为(被还原)，故选：A。 7．氮元素在海洋中的循环，是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用如图表示，下列关于海洋氮循环的说法中正确的是    A．海洋中不存在游离态的氮 B．②中的含氮物质转化属于氮的固定 C．④中的含氮物质转化属于氮的还原 D．向海洋中排放含的废水不会影响的含量 【答案】B 【详解】A．游离态的氮指零价态的氮，有氮气，故A错误； B．②中氮气转化为铵根离子，氮元素由游离态转变为化合态，属于氮的固定，故B正确； C．④中氮元素的化合价升高，氮元素被氧化，故C错误； D．转化关系图中硝酸根离子增多，反硝化作用增强，向海洋排放含的废水会影响海洋中的含量，故D错误； 故选B。 8．元素化合价和物质类别是认识物质的两个重要维度，构建元素化合价和物质类别的“价类二维图”是学习元素及其化合物的一种重要方法。如图是氮元素的“价类二维图”，下列说法正确的是 A．a点对应的物质约占空气质量的78% B．b点对应物质的化学式为 C．e点对应的物质能使紫色石蕊试液变蓝 D．f点对应的物质可由e对应的物质与碱反应生成 【答案】D 【分析】由图可知，a点对应物质为氮气、b点对应物质为一氧化氮、c点对应物质为二氧化氮、d点对应物质为五氧化二氮、e点对应物质为硝酸、f点对应物质为硝酸盐。 【详解】A．由分析可知，a点对应物质为氮气，氮气约占空气体积的78%，故A错误； B．由分析可知，b点对应物质为一氧化氮，分子式为NO，故B错误； C．由分析可知，e点对应物质为硝酸，硝酸溶液能使紫色石蕊试液变红色，故C错误； D．由分析可知，f点对应物质为硝酸盐，可由硝酸溶液与碱溶液发生复分解反应制得，故D正确； 故选D。 综合应用 9．向稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量的变化如图所示(已知硝酸只被还原为气体)。下列分析错误的是 A．氧化性： B．A点溶液中的溶质为和 C．原混合酸中的物质的量浓度为 D．原混合酸中物质的量浓度为 【答案】D 【分析】氧化能力：NO(H+)>Fe3+>H+，OA段发生反应：Fe+NO+4H+=Fe3++NO↑+2H2O，AB段发生反应：Fe+2Fe3+=3Fe2+，BC段发生反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑，NO完全反应消耗11.2gFe，根据OA段离子方程式计算n(NO)，最终消耗22.4gFe，产生溶液中溶质为FeSO4，根据守恒可知n(SO)=n(H2SO4)=n(FeSO4)=n(Fe)。 【详解】A．由上述分析以及结合图像，可知氧化性：，故A正确； B．到A点时，硝酸根已经反应完，此时溶质为为和，AB段发生反应：Fe+2Fe3+=3Fe2+，故B正确； C．最终消耗22.4gFe，产生溶液中溶质为FeSO4，n(Fe)==0.4mol，原溶液中n(H2SO4)=n(FeSO4)=n(Fe)=0.4mol，则原混合酸中H2SO4的物质的量浓度为=2mol•L-1，故C正确； D．NO完全反应消耗11.2gFe，消耗Fe的物质的量为0.2mol，由Fe+NO+4H+=Fe3++NO↑+2H2O可知，原溶液中n(NO)=n(Fe)=0.2mol，物质的量浓度为=1mol/L，故D错误； 答案选D。 10．向一定质量的Cu和Cu2O组成的混合物中加入一定浓度的稀硝酸250mL，当固体物质完全溶解后生成Cu(NO3)2和2.24LNO气体(标况下)。在所得溶液中加入0.5mol/L的NaOH溶液1.0L，生成沉淀的质量为19.6g，此时溶液呈中性且铜离子已完全沉淀。下列有关说法正确的是 A．Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余的HNO3为0.1mol B．原稀硝酸中HNO3的物质的量为0.5mol C．铜离子刚好沉淀完全，溶液中溶质为NaNO3，浓度为0.5mol/L D．原固体混合物中Cu和Cu2O的物质的量之比为1∶2 【答案】A 【分析】向所得溶液中加入0.5mol/L 的NaOH溶液1L，溶液呈中性，金属离子已完全沉淀，此时溶液中溶质为NaNO3，n(NaNO3)=n(NaOH)=0.5mol/L×1L=0.5mol，沉淀为Cu(OH)2，质量为19.6g，其物质的量为：=0.2mol，根据铜元素守恒有n(Cu)+2n(Cu2O)=n[Cu(OH)2]，所以反应后的溶液中n[[Cu(NO3)2]=n[Cu(OH)2]=0.2mol，据此进行解答。 【详解】A．反应后的溶液中加入氢氧化钠溶液，氢氧化钠与硝酸铜反应，剩余的氢氧化钠与硝酸反应，最后为硝酸钠溶液，根据氮元素守恒可知反应后溶液中n(HNO3)+2n[[Cu(NO3)2]=n(NaNO3)，所以n(HNO3)=n(NaNO3)-2n[[Cu(NO3)2]=0.5mol-2×0.2mol=0.1mol，故A正确； B．根据N元素守恒可知n(HNO3)=n(NO)+n(NaNO3)，根据电子转移守恒可知：3n(NO)=2n(Cu)+2n(Cu2O)，所以3n(NO)=2×0.1mol+2×0.05mol，解得n(NO)=0.1mol，根据Na元素可知n(NaNO3)=n(NaOH)=0.5mol/L×1L=0.5mol，所以n(HNO3)=n(NO)+n(NaNO3)=0.1mol+0.5mol=0.6mol；故B错误； C．根据Na元素可知n(NaNO3)=n(NaOH)=0.5mol/L×1L=0.5mol，在所得溶液中加入0.5mol/L的NaOH溶液1.0L后得到溶液体积大于1L，NaNO3浓度小于0.5mol/L，故C错误； D．设Cu和Cu2O的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量有 64x+144y=13.6，根据铜元素守恒有x+2y=0.2，联立方程解得x=0.1，y=0.05，则：n(Cu)∶n(Cu2O)=0.1mol∶0.05mol=2∶1，故D错误； 答案选A。 11．某同学用粉和含有的稀硝酸进行反应，两种物质恰好反应均无剩余，且只被还原成NO。下列说法正确的是 A．过量铁与稀硝酸的离子方程式： B．该反应中Fe的氧化产物既有也有，且 C．再向溶液中通入气体可将完全转化为 D．生成的NO气体分子数为 【答案】D 【详解】A．过量铁与稀硝酸反应生成亚铁离子和NO，离子方程式为：，故A错误； B．设反应结束后有xmol，有ymol，根据铁守恒，x+y=1mol，根据得失电子守恒，，解得x=0.25mol、y=0.75mol，则，故B错误； C．未说明是否在标准状况下，不能确定HCl的物质的量，故C错误； D．由B项计算可知，被还原的，还原产物全为NO，故生成的NO气体分子数为，故D正确； 故选D。 12．下列有关物质性质与用途具有对应关系的是 A．通常情况下的化学性质很稳定，因此可在焊接金属时作保护气 B．铵盐受热易分解，实验室可利用固体分解制取氨气 C．铁、铝常温下与浓硝酸不反应，可用铁质或铝制容器盛放浓硝酸 D．浓硫酸具有吸水性，可用来干燥氨气 【答案】A 【详解】A．中氮原子之间存在氮氮三键，通常情况下的化学性质很稳定，因此可在焊接金属时作保护气，A正确； B．铵盐的热稳定性差，受热易分解，但实验室利用和氢氧化钙固体反应制备氨气，不是利用固体分解制取氨气，B错误； C．铁、铝常温下遇浓硝酸钝化，属于化学变化，C错误； D．浓硫酸能与氨气反应，不能干燥氨气，D错误； 故选A。 13．下列有关物质性质与用途具有对应关系的是 A．铝常温下与浓硝酸不反应，可用铝制容器盛放浓硝酸 B．通常情况下的化学性质很稳定，因此可在焊接金属时作保护气 C．具有两性，可用作耐高温材料 D．石墨具有导电性，可用于制作笔芯 【答案】B 【详解】A．铝常温下遇浓硝酸钝化，属于化学变化，A错误； B．中氮原子之间存在氮氮三键，通常情况下的化学性质很稳定，因此可在焊接金属时作保护气，B正确； C．Al2O3可用作耐高温材料，因为Al2O3熔点高，C错误； D．石墨质地软且为黑色，可用于制作铅笔芯，D错误； 故选B。 14．下列各组中的反应可以用同一个离子方程式表示的是 A．氧化钠与稀盐酸混合；氧化铜与稀硫酸 B．氢氧化铜、氢氧化钡分别与盐酸反应 C．Zn分别与稀盐酸和稀硝酸反应 D．和分别与氢氧化钠溶液反应 【答案】D 【详解】A．氧化钠与稀盐酸混合反应生成氯化钠和水，反应的离子方程式为：Na2O+2H+=H2O+2Na+，氧化铜与稀硫酸反应生成硫酸铜和水，反应的离子方程式为：Cu2O+2H+=H2O+Cu2+，故A不符合题意； B．氢氧化铜与盐酸反应生成氯化铜和水，离子方程式为：Cu(OH) 2+2H+=2H2O+Cu2+，氢氧化钡分别与盐酸反应生成氯化钡和水，离子方程式为：OH-+H+=H2O，故B不符合题意； C． Zn与稀盐酸反应生成氯化锌和氢气，Zn和稀硝酸反应生成硝酸锌、NO和水，产生气体不同，离子方程式不相同，故C不符合题意； D．与氢氧化钠溶液反应生成硫酸钠和水，实质为OH-+H+=H2O，与氢氧化钠溶液反应生成硫酸钠和水，实质为OH-+H+=H2O，离子方程式相同，故D符合题意； 15．与一定浓度的反应，生成、、、和水，当和的物质的量之比为时，则反应中起酸性作用的与被还原的的物质的量之比为 A． B． C． D． 【答案】A 【详解】Cu2S与一定浓度的HNO3反应中，Cu2S中铜元素由+1价被氧化为+2价、硫元素由-2价被氧化为+6价，硝酸起氧化剂与酸的作用，起氧化剂作用HNO3中氮元素被还原为NO2和NO，令NO2和NO的物质的量均为1mol，根据电子转移守恒可知：n(Cu2S)×[6-(-2)+1×2]=1mol×(5-4)+1mol×(5-2)，解得n(Cu2S)=0.4mol．被还原的硝酸的物质的量等于NO2和NO的物质的量之和为2mol，根据硫元素守恒，n(CuSO4)=0.4mol，根据铜元素守恒，n[ ]=2n(Cu2S)-n(CuSO4)=0.4mol，则起酸性作用的的物质的量为2×n[ ]=0.8mol，则反应中起酸性作用的与被还原的的物质的量之比为0.8:2=2:5，故选A。 16．将1.52g铜镁合金完全溶解于50mL密度为1.40g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中，得到NO2和N2O4的混合气体0.05mol，向反应后的溶液中加入1.0mol/LNaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到2.54g沉淀。下列说法正确的是 A．该合金中铜与镁的物质的量之比是1∶2 B．该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是7.0mol/L C．NO2和N2O4的混合气体中，N2O4的体积分数是20% D．得到2.54g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是600mL 【答案】C 【详解】A．金属离子全部沉淀时，得到2.54g沉淀为氢氧化铜、氢氧化镁，故沉淀中氢氧根的质量为，氢氧根的物质的量为，根据电荷守恒可知，金属提供的电子物质的量等于氢氧根的物质的量，令铜、镁合金中Cu、Mg的物质的量分别为xmol、ymol，则：、，解得x=0.02，y=0.01，故合金中铜与镁的物质的量之比是2：1，故A错误； B．该浓硝酸密度为1.40g/mL、质量分数为63%，则该浓硝酸的物质的量浓度为：，故B错误； C．标况下，NO2和N2O4混合气体的物质的量为0.05mol，设二氧化氮的物质的量为amol，则四氧化二氮的物质的量为（0.05-a）mol，根据电子转移守恒可知，，解得：a=0.04，N2O4的体积分数为，故C正确； D．金属离子全部沉淀时，反应后溶质为硝酸钠，根据氮元素守恒可知，硝酸钠的物质的量为，根据钠离子守恒可知n（NaOH）=n（NaNO3）=0.64mol，故需要氢氧化钠溶液的体积为：，故D错误。 故答案选C。 17．取Cu和CuO的混合物共为amol，向其中加入VmL2.0mol•L﹣1稀硝酸，混合物完全溶解，同时生成4.48LNO(标准状况)。向所得溶液中加入400mL2.5mol•L﹣1NaOH溶液，恰好使Cu2+沉淀完全，沉淀经洗涤、充分灼烧后得到32.0g固体。下列分析判断错误的是 A．a=0.4 B．V=600 C．amol混合物中m(Cu)：m(CuO)=5：12 D．反应中转移的电子数目为0.6NA 【答案】C 【分析】只有Cu与稀硝酸反应生成NO，n(NO)=0.2mol，由得失电子守恒可知n(Cu)=0.3mol，反应后加入NaOH溶液，溶质只有硝酸钠时，Cu2+恰好沉淀完全，沉淀经洗涤、充分灼烧后得到32.0g固体为CuO，n(CuO)=0.4mol，由Cu原子守恒可知，原混合物中n(CuO)=0.4mol﹣0.3mol=0.1mol，以此来解答。 【详解】A．原混合物中n(CuO)=0.1mol，n(Cu)=0.3mol，则a=0.4，故A正确； B．反应后加入NaOH溶液，溶质只有硝酸钠时，Cu2+沉淀完全，n(NaOH)=0.4L×2.5mol/L=1mol，硝酸在反应中作酸和氧化剂，由原子守恒可知V×10﹣3L×2mol/L=1mol+0.2mol，解得V=600，故B正确； C．amol混合物中m(Cu)：m(CuO)=0.3mol×64g/mol：0.1mol×80g/mol=12：5，故C错误； D．N元素的化合价由+5价降低为+2价，n(NO)=0.2mol，则反应中转移的电子数目为0.2mol×(5﹣2)×NAmol﹣1=0.6NA，故D正确； 故选：C。 拓展培优 18．回答下列问题： (1)汽车尾气中含有等多种污染物，已成为城市空气的主要污染源。汽油和柴油中基本不含氮元素，汽车尾气中生成的化学方程式为 ；若在汽车的排气管上安装一个三元催化器，它能使与均转化为无毒气体，该反应的化学方程式为 。 (2)工业上常采用石灰石对燃煤进行脱硫处理，其主要原理为吸收,同时与空气作用生成石膏,此过程中总反应的化学方程式为 。 (3)工业生产中为了盛装大量浓硝酸，下列材料可选作罐体材料的是____________（填序号）。 A．镁 B．铜 C．铂 D．铝 (4)通常市售浓硝酸的质量分数为63%，密度为,则 。 (5)汽车尾气中的和,通过调节其体积比，可用溶液完全吸收，生成硝酸盐或亚硝酸盐。当时，二者完全反应生成的化学方程式为 。标准状况下仅含和的混合气被完全吸收生成和,若,消耗的物质的量为 。 【答案】(1) (2) (3)D (4)14.2 (5) 0.5 【详解】（1）汽车尾气中生成NO的化学方程式为；CO与NO均转化为无毒气体，可知产物为氮气和二氧化碳，反应方程式为：； （2）吸收，同时与氧气作用生成，化学方程式为； （3）镁、铜、铂均能与浓硝酸发生反应，常温下Al与浓硝酸发生钝化，因此可用铝罐车盛装大量浓硝酸，故选D； （4）浓硝酸的质量分数为63%，密度为1.42，则14.2。 （5）当V(NO)=V(NO2)时，发生反应的化学方程式为：；标准状况下（1mol）仅含和的混合气被完全吸收，若，生成和，根据守恒可知两种盐的物质的量之和为1mol，据Na原子守恒，可知消耗的物质的量为0.5。 19．氮的化合物研究是环境科学的热点课题之一。 (1)锌与不同密度硝酸溶液反应时，还原产物百分比与硝酸密度的关系如下图所示，下列说法不正确的是 (填序号)。 A．一般来说， 不同密度硝酸与锌反应的还原产物不是单一的 B．足量锌与一定量密度为1.36 gmL的硝酸反应，还原产物始终是NO和NO2 C．硝酸的密度越大，其还原产物中高价态的成分所占比例越多 (2)某容器中发生一个化学反应， 已知反应物和生成物是由Fe2+、、Fe3+、、H+和H2O六种粒子组成的。在反应过程中测得Fe3+、的含量随时间变化的曲线如下图所示，写出该反应的离子方程式 。 (3)向空气中排放NO2会破坏臭氧层，发生反应为O3+2NO2=O2+N2O5，该反应的还原产物是 (填化学式)。 (4)如下图是氮氧化物NOx的储存还原的工作原理：NOx的储存过程与还原过程在不同时刻是交替进行的，若还原过程中还原性气体为H2，则参加反应的H2与生成的N2的质量之比为 。 (5)含氮废水不仅会引起水体富营养化而导致黑臭，而且对人群及其他生物产生毒害作用。现采用铝还原法来将还原为N2，请配平该化学反应方程式并在该反应方程式上用单线桥表示该反应中电子转移情况： 。 _____KNO3+______Al+_____H2O=_____N2↑+_____Al(OH)3+_____KOH 【答案】(1)B (2)8Fe2+++10H+=8Fe3+++3H2O (3)N2O5 (4)5:14 (5) 【详解】（1）A．根据图像可知，随硝酸密度的不同，还原产物不同，在硝酸密度为1.4g/mL时，主要产物是NO2，随着硝酸密度逐渐降低，产物NO2逐渐减少而NO的相对含量逐渐增多，当密度为1.36g/mL时，主要产物是NO2和NO，当硝酸的密度降到1.1g/mL时，离子成为主要产物，A正确； B．由于锌是足量的，随着硝酸密度逐渐降低，产物NO2逐渐减少而NO的相对含量逐渐增多，当密度为1.36g/mL时，主要产物是NO2和NO，当硝酸的密度降到1.1g/mL时，成为主要产物，B错误； C．还原产物中的物质的量分数随硝酸密度减少而增大，铵根离子中氮元素化合价最低，是-3价，在硝酸密度为1.4g/mL时，主要产物NO2，硝酸的密度越大，其还原产物中高价态的成分所占比例越多，C正确； 故选B； （2）由曲线变化图可知，随着反应的进行，的含量逐渐减小，而Fe3+的含量从0开始增加，故Fe3+是生成物，则Fe2+和应是反应物，N元素的化合价降低，其还原产物为，结合化合价升降守恒，反应的离子方程式为8Fe2+++10H+=8Fe3+++3H2O； （3）根据题意可知，该反应中，臭氧中的氧由0价降低到N2O5中的-2价，发生还原反应，故还原产物是N2O5； （4）若还原性气体为H2，“还原”过程中，H2与Ba(NO3)2反应生成BaO、N2和H2O，H2中H元素的化合价由0价升高至+1价，失去电子，Ba(NO3)2中N元素的化合价由+5价降低至0价，得到电子，由得失电子守恒可知，参加反应的H2与生成的N2的物质的量之比是5:1，质量之比为5:14； （5） KNO3+Al+H2O→N2↑+ Al(OH)3+KOH中，Al元素的化合价由0升高为+3价，失去电子，N元素的化合价由+5价降低为0，得到电子，由电子、电荷守恒及原子守恒可知，化学方程式为：6KNO3+10Al+18H2O=3N2↑+10Al(OH)3+6KOH，每生成3molN2，转移电子为3mol×2×(5-0)=30mol，用单线桥表示该反应中电子转移情况： 。 20．完成下列填空。 I．已知铜在常温下可以与浓硝酸发生氧化还原反应： 。 (1)被还原的和未被还原的个数比为 。 (2)浓硝酸在该反应中体现出来的性质有_____(填字母)。 A．氧化性 B．还原性 C．酸性 D．碱性 (3)配平化学方程式 。 。 Ⅱ．黑火药是中国四大发明之一，当黑火药发生操炸时，发生如下 (4)该反应中，氧化剂是 ，每生成2个分子，转移电子的数目为 。 Ⅲ．产生的可以用溶液吸收，化学方程式为：。 (5)请用双线桥法标出该反应电子转移情况： 。 (6)请类比和溶液反应的方程式，写出和澄清石灰水反应的化学方程式 。 【答案】(1)1：1 (2)AC (3) (4) KNO3、S 8 (5) (6) 【详解】（1）由反应式可知，有4mol参加反应时，生成NO2有2mol被还原，生成硝酸铜有2mol未被还原，则被还原的和未被还原的个数比为1∶1； （2）由反应式可知，反应中一部分被还原生成NO2，一部分生成Cu(NO3)2，分别体现出浓硝酸的氧化性和酸性，故选AC； （3）该反应中锰元素化合价从+7降低至+2价，氮元素化合价从+3升高至+5价，由电子转移守恒，反应转移10个电子，高锰酸钾、硫酸锰系数为2，KNO2、KNO3系数都是5，由钾原子守恒，可知硫酸钾系数为1，根据元素守恒可知反应物缺少H2SO4，最后结合原子守恒，配平：； （4）由反应式可知，反应中氮元素和硫元素的化合价均降低，均发生还原反应，则该反应中，氧化剂是KNO3、S，碳元素的化合价升高被氧化，碳是反应的还原剂，发生氧化反应，反应生成3个，转移电子的数目为12，则生成2个，转移电子的数目为8； （5）由反应式可知，反应中氮元素的化合价既有升高被氧化又有降低被还原，二氧化氮即是氧化剂又是还原剂，亚硝酸钠是反应的还原产物，硝酸钠是氧化产物，反应消耗2个二氧化氮，反应转移电子的数目为1个，表示反应电子转移情况的双线桥为：； （6）类比NO2和NaOH溶液的反应，二氧化氮与澄清石灰水反应生成亚硝酸钙、硝酸钙和水，反应的化学方程式为：。 21．Ⅰ．如图是某常见非金属元素的价类二维图。 (1)f的浓溶液长时间放置可能出现黄色，请用化学方程式表达出现黄色的原因： 。 (2)在铁粉中加足量f的稀溶液，则对应的离子反应方程式 。 (3)在一定量的铜中加入f的稀溶液，充分反应后有铜剩余，在混合物中加入几滴稀硫酸，铜继续溶解，请写出铜继续溶解的离子反应方程式 。 Ⅱ．某实验小组拟采用如图所示装置利用a还原CuO，并检验其氧化产物。 (4)M中盛装试剂的名称为 ，仪器Q的名称为 。 (5)实验刚开始时，需赶净装置中的空气，其操作为：关闭，打开，当 (填实验操作及现象)时，关闭，打开。 (6)实验过程中，整个装置内的气体始终为无色的。设计实验证明氧化产物为b而不是e： 。 Ⅲ．氮氧化物的治理问题越来越引起人们的重视。 (7)烟气脱硝技术(SCR工艺)是a在金属催化剂的作用下，在300～400℃时，将氮氧化物还原为b和水。则a与d反应的化学方程式为 。 (8)尾气d可用NaOH溶液处理，该反应的离子方程式为 ，还原产物为 (填化学式)。 【答案】(1) (2) (3) (4) 生石灰 球型干燥管 (5)用湿润的红色石蕊试纸靠近处的导管口，试纸变蓝；或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近处的导管口，有白烟生成 (6)向集气瓶中通空气(或打开瓶塞)，如果气体不变色，则证明NH3的氧化产物是N2，而不是NO (7) (8) 或 【分析】某常见非金属元素的价类二维图，看图可知最高价为+5价，最低价为-3价，因此为N元素，根据价态和物质类别可知a为NH3，b为N2，e为NO，d为NO2，c为N2O5，f为HNO3，h为NaNO3，以此解答该题。 【详解】（1）f为HNO3，浓HNO3长时间放置可能出现黄色，是由于HNO3分解产生的NO2溶于浓HNO3中，反应为：，故答案为：。 （2）f为HNO3，在铁粉中加足量HNO3的稀溶液，则对应的离子反应方程式： ，故答案为：。 （3）f为HNO3，在一定量的铜中加入HNO3的稀溶液，充分反应后有铜剩余，在混合物中加入几滴稀硫酸，提供了反应所需的氢离子，铜继续溶解，离子反应方程式：，故答案为：。 （4）a为NH3，仪器M中盛装试剂的名称为生石灰，仪器Q的名称为球型干燥管，用于除去氨气中的水蒸气，故答案为：生石灰；球型干燥管。 （5）实验刚开始时，要用氨气将装置中的空气排净，防止空气中的气体对实验造成影响，方法为：关闭，打开，当用湿润的红色石蕊试纸靠近处的导管口，试纸变蓝(或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近处的导管口，有白烟生成)时，关闭，打开，故答案为：用湿润的红色石蕊试纸靠近处的导管口，试纸变蓝；或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近处的导管口，有白烟生成。 （6）由价类图可知b是N2、e是NO，而一氧化氮遇空气会与氧气反应生成红棕色的二氧化氮，但氮气不会，因此证明氧化产物是氮气而不是一氧化氮的方法为：向集气瓶中通空气(或打开瓶塞)，如果气体不变色，则证明的氧化产物是，而不是NO，故答案为：向集气瓶中通空气(或打开瓶塞)，如果气体不变色，则证明NH3的氧化产物是N2，而不是NO。 （7）由价类图可知，a为NH3、d为NO2、b为N2，由题意知，氨气和二氧化氮发生氧化还原反应生成了氮气和水，依据得失电子守恒和原子守恒，其化学方程式为： ，故答案为：。 （8）由价类图可知，d为NO2，用NaOH溶液处理，该反应的离子方程式为：。氧化剂化合价降低，得到还原产物，因此还原产物为或，故答案为：；或。 22．回答下列问题： Ⅰ.自然界中硫元素的存在如图1，硫元素的常见化合价与部分物质类别的对应关系如图2，回答下列问题： (1)图2中的N对应图1中物质的化学式为 。 (2)X与Z反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。 (3)Na2SO3溶液易被氧化成Na2SO4，检验Na2SO3溶液是否变质的试剂为 。 (4)铜和M的浓溶液反应生成Z的化学方程式为 。 Ⅱ.氮氧化物(NOx)是大气污染物之一，处理NOx对于环境保护具有重要的意义。 在一定条件下NH3可将NO2还原。甲同学在实验室对该反应进行了探究。实验设计如图(部分夹持装置省略)。 (5)装置D中发生反应的离子方程式是 。 (6)在装置M中NH3和NO2充分反应，生成两种对环境友好的物质，则该反应的化学方程式 。 (7)工业生产中利用氨水吸收少量SO2和NO2，原理如图所示。NO2被吸收过程的离子方程式是 。 【答案】(1) (2) (3)盐酸和溶液 (4) (5) (6)8NH3+6NO27N2+12H2O (7) 【分析】装置A用氯化铵和氢氧化钙固体反应生成氨气，装置B可用于干燥氨气，所用试剂是碱石灰，D中铜和浓硝酸生成二氧化氮，通过C干燥后进入M，M中氨气和二氧化氮催化反应； 【详解】（1）对比图1和图2可知，图2中的N为含-2硫的盐，对应图1中物质的化学式为； （2）X为H2S，Z为SO2，二者反应的化学方程式为，反应中氧化剂是SO2，还原剂是H2S，二者的物质的量之比为； （3）硫酸根离子和钡离子生成不溶于酸的硫酸钡沉淀，故检验Na2SO3溶液是否变质的试剂为盐酸和溶液； （4）M为硫酸，Z为SO2，铜和浓硫酸溶液反应生成硫酸铜、水和SO2，反应的化学方程式为； （5）装置D中铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、水和二氧化氮， ； （6）NH3和NO2充分反应，生成两种对环境友好的物质，根据质量守恒可知，生成氮气和水，反应为：8NH3+6NO27N2+12H2O； （7）二氧化硫和氨水生成亚硫酸铵，通入二氧化氮生成氮气，且得到铵盐，则二氧化硫被亚硫酸根离子还原为氮气，反应为：。 23．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，设计了如下实验方案。 (1)甲同学设计如图实验(实验过程中玻璃塞为打开状态)。 ①组装好装置并检验气密性后，如何加入稀硝酸？ 。 ②如何控制反应的进行？ 。 ③如何验证产生的气体为NO? 。 (2)乙同学设计了如图实验(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是存有空气的注射器。 ①设计装置A的目的是 。 ②装置E和F的作用是 。为实现此作用，操作是 。 ③装置D的作用是 。 【答案】(1) 打开活塞，加入稀硝酸至液面a处 通过关闭或开启活塞可以控制反应的进行 反应开始后，胶塞下方有无色气体生成，打开活塞，分液漏斗中气体变为红棕色，证明反应产生的气体为NO (2) 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 验证NO的生成 将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色，则说明反应生成了NO 吸收多余的氮氧化物，防止污染空气；防止倒吸 【分析】此装置可以随时让反应发生，也可以随时让反应停止。玻璃塞应始终打开。方法是开启或关闭活塞。具体操作为：打开活塞，液面与胶塞间的气体被排出后，液体与铜丝接触，发生反应生成NO气体；关闭活塞后，生成的NO气体将液体下压，从而导致液体与铜丝脱离接触，反应停止。 【详解】（1）①打开活塞使左右大气相通，加入稀硝酸，液面才能达到a处。则操作为：打开活塞，加入稀硝酸至液面a处。 ②关闭或开启活塞能控制U形管内产生气体的压强，当关闭活塞时，左侧压强增大，能使铜和稀硝酸分离从而停止反应。则操作为：通过关闭或开启活塞可以控制反应的进行。 ③一氧化氮是无色气体，如要证明反应产生的气体是一氧化氮，需要将活塞打开，使空气进入分液漏斗中，分液漏斗中气体变为红棕色，则证明反应所产生的气体是一氧化氮。则验证方法为：反应开始后，胶塞下方有无色气体生成，打开活塞，分液漏斗中气体变为红棕色，证明反应产生的气体为NO。 （2）①装置中含有空气，对NO的检验有干扰，A产生的CO2可以排除装置中的空气。则设计目的是：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将注射器F中的空气推入E中，若气体变为红棕色，则说明反应生成了NO。则装置E和F的作用是：验证NO的生成。操作是：将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色，则说明反应生成了NO。 ③氮氧化物是大气污染物，可用氢氧化钠溶液吸收，干燥管可以防止倒吸。则D的作用是：吸收多余的氮氧化物，防止污染空气；防止倒吸。 【点睛】铜丝与稀硝酸发生反应为3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。 24．某化学学习小组借助如图装置对浓硝酸的性质进行探究。 (1)连接装置， 后开始如下实验：将燃烧匙中的木炭在酒精灯上加热至红热状态，立即伸入三颈烧瓶中，并塞紧瓶塞滴加浓硝酸，可观察到瓶中产生红棕色的气体。 (2)装置C中盛有足量的Ba(OH)2溶液，反应一段时间后可观察到C中出现白色沉淀，该白色沉淀为 (写化学式)。 (3)装置D中收集到了无色气体，同学甲认为是NO，乙认为是O2，丙认为是NO和O2。 ①甲、乙、丙三人的判断中肯定不合理的是 。 ②下列对该气体的检验方法合适的是 (填字母)。 A．敞口观察集气瓶内气体的颜色变化 B．将润湿的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内，观察试纸是否变红 C．将带火星的木条伸入集气瓶中，观察木条是否复燃 ③如果集气瓶中收集到的无色气体是氧气，则氧气的来源是(用化学方程式表示) 。 【答案】(1)检验装置气密性 (2)BaCO3 (3) 丙 C 4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O 【分析】本题为实验探究题，探究炽热的木炭与浓硝酸反应，即装置A发生的反应为：C+4HNO3(浓)4NO2+CO2+2H2O，装置B为防止倒吸装置，装置C为NO2与H2O反应，3NO2+H2O=2HNO3+NO，由于NO和O2反应生成NO2而不能共存，若装置D中收集的气体含有O2说明A中发生了副反应4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O，据此分析解题。 【详解】（1）有气体生成或气体参与的反应，实验前必须先检查装置的气密性，故答案为：检查装置的气密性； （2）装置C中盛有足量Ba(OH)2溶液，二氧化碳通入其中，产生白色BaCO3沉淀，故答案为：BaCO3； （3）①甲、乙、丙三人的判断中肯定不合理的是丙，因为NO与O2不能共存，会反应生成NO2，故答案为：丙； ② A．如果集气瓶内气体是NO，虽然通过敞口观察可以看到红棕色，但氮的氧化物有毒，会污染空气，A不合题意； B．湿润的蓝色石蕊试纸不能区别一氧化氮和氧气，B不合题意； C．将带火星的木条伸入集气瓶中，观察木条是否复燃，可以判断集气瓶中是否是氧气，C符合题意， 故答案为：C； ③如果集气瓶中收集到的无色气体是氧气，则氧气的来源是浓硝酸受热分解：4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O，故答案为：4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $