5.2.5 含氮物质的转化及 硝酸与金属反应的相关计算 课件 2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第二节　 氮及其化合物 课时4 N的转化与计算 N的转化 氮的价类二维图 +4 +2 0 氧化物 酸 盐 碱 +5 物质类别 化合价 -3 单质 氢化物 N2 NO NO2 NH3 NH3·H2O NH4Cl HNO3 N的转化 【探究归纳】　氮及其化合物的转化 整理好每个转化涉及的方程式（反应原理） 注意反应产物/现象/条件等 2. 若NO2与O2的混合气体同时通入水中 3NO2+H2O===2HNO3+NO ① 2NO+O2===2NO2 ② 可综合得到（即①×2+②） 4NO2+O2+2H2O===4HNO3 V(NO2)∶V(O2) 剩余气体情况如何，看混合气体通入比例： 1. 若NO与O2的混合气体同时通入水中 剩余气体情况如何，看混合气体通入比例： 2NO+O2===2NO2 ① 3NO2+H2O===2HNO3+NO ② 可综合得到（①×3+②×2） 4NO+3O2+2H2O===4HNO3 V(NO)∶V(O2) N的计算 一、氮氧化物溶于水相关计算 N的计算 一、氮氧化物溶于水相关计算 (1)无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体 溶于水，若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。 (2)对于连续发生的化学反应，可用化学方程式叠加的方法而得到复合反应， 解决问题更简便。 N的计算 二、氮氧化物溶于碱相关计算 NO不与碱反应生成盐和水 2NO2＋2NaOH====NaNO2＋NaNO3＋H2O NO＋NO2＋2NaOH====2NaNO2＋H2O NO与NO2混合时可与碱反应 《氮》作业题 (4)汽车尾气中含有CO和NOx,消除它们对大气污染的方法是安装催化转化器,使它们发生反应生成两种无毒的气体,其中一种是单质,该反应的化学方程式为 　　　　　　　　　　　 　　　　。  (5)工业上常用纯碱液来吸收NOx,有关反应的化学方程式为2NO2+Na2CO3===NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO3===2NaNO2+CO2。现有标准状况下a L NO2和b L NO的混合气体恰好被200 mL Na2CO3溶液完全吸收,则a、b应满足的关系为　　　　　　　　　　　　。Na2CO3溶液的物质的量浓 度为　　　　　　 mol·L-1。  2xCO+2NOx N2+2xCO2 a∶b≥1或a≥b 学案P2 三、硝酸与金属反应的相关计算 M＋HNO3→M(NO3)n＋还原产物＋H2O 还原产物：NO2或NO或N2O或NH4+ (1)起氧化作用的HNO3转化成了气体(NO、NO2)，可根据气体的物质的量求出。 (2)起酸性作用的HNO3转化成了硝酸盐，可以根据金属阳离子的物质的量求出。 (3)没有参加反应的HNO3，可根据溶液中H＋的物质的量求出。 三、硝酸与金属反应的相关计算 1.原子守恒法 HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用以NO3-的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3物质的量。 n(反应的硝酸)= n(被还原的硝酸)+ n(未被还原的硝酸) = n(被反应的硝酸)+2n(Cu2+) 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 3Cu＋8H＋＋2NO3-===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 学案P2 三、硝酸与金属反应的相关计算 1.将3.84 g Cu和一定量的浓HNO3反应,当Cu反应完全时,共收集到气体2.24 L NO2和NO(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 (　　) A.0.1 mol B.0.24 mol C.0.16 mol D.0.22 mol D 解　根据氮原子守恒: n消耗(HNO3) = n(被还原的HNO3) + n(表现酸性的HNO3) = n(NOx)+ 2n(Cu2+) = 2.24 L/22.4L mol-1 +2×3.84 g/64 g mol-1 = 0.22 mol 学案P2 三、硝酸与金属反应的相关计算 练习 练1：将19.5 g锌粉与一定量的浓硝酸反应生成硝酸盐、水及气体，当锌粉完全反应时收集到11.2 L NO、NO2混合气(标准状况下)，则所消耗硝酸的物质的量是(　　) A.1.2 mol B.1.1 mol C.0.9 mol D.0.8 mol 3.足量的铜和含有2.4×10-3 mol硝酸的某浓硝酸完全反应,共收集到标准状况下气体22.4 mL。参加反应的铜的质量是 (　　) A.3.84×10-2 g B.4.48×10-2 g C.4.83×10-2 g D.5.76×10-2 g B 三、硝酸与金属反应的相关计算 解题小技巧 原子守恒： n(HNO3)消耗＝x n[M(NO3)x ]＋n(NO2)＋n(NO) 氮元素守恒： ①消耗的硝酸=酸性作用＋氧化作用 ②加入的硝酸=酸性作用＋氧化作用+剩余的 三、硝酸与金属反应的相关计算 学案P2 2.电子守恒法 HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，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。 3Cu＋8H＋＋2NO3-===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 找准氧化剂还原剂的比例关系： ①从离子方程式入手【找实质】 ②从氧化产物、还原产物角度反推还原剂、氧化剂【找对应】 三、硝酸与金属反应的相关计算 硝酸作业P3 11.稀HNO3的还原产物可以是NO、N2O、N2、NH4NO3。在稀HNO3和Zn的反应中,硝酸既体现了酸性又体现了氧化性。若有10 mol HNO3参加反应,则有8 mol电子转移,由此推断稀HNO3的还原产物可能为 (　　) A.NO B.NO2 C.N2 D.NH4NO3 D 电子守恒：HNO3中氮原子得电子的物质的量=金属失电子的物质的量。 三、硝酸与金属反应的相关计算 练习 练2：某二价金属与硝酸反应时，金属与硝酸所消耗的物质的量之比为2:5，则HNO3的还原产物是 （ ） A.NH3 B.N2O C.NO D.NO2 解析:若二价金属(M)为2mol,生成2molM(NO3)2,未被还原的硝酸4mol,被还原的硝酸1mol,根据得失电子数相等,HNO3中N元素被还原成+1价, 答案为B。 B 三、硝酸与金属反应的相关计算 练习 例2：64gCu投入一定量浓硝酸中，铜完全溶解，共收集到22.4L气体。将此气体与一定体积的O2一起通入水中，恰好完全溶解，则O2的体积为（气体体积均按标准状况下计量）________ 因为 HNO3 NOx HNO3 Cu O2 所以 2n(Cu)=4n(O2 ) n(O2 )=n(Cu)/2 =0.5mol 反应步骤比较多 11.2L 三、硝酸与金属反应的相关计算 学案P2 3.溶液中电荷守恒 若向反应后的溶液中加入NaOH溶液恰好使Mx＋沉淀完全，此时溶质为NaNO3，则存在：n(Na＋)＝n(NO3-)＝n(HNO3)剩余＋xn[M(NO3)x]＝n(HNO3)总－n(NO)－n(NO2)。 2NaOH+Cu(NO3)2===2NaNO3+Cu(OH)2↓ 2NaOH+HNO3===2NaNO3+H2O 物料守恒（关系式法）： ①与氢氧化钠反应的物质=剩余硝酸＋硝酸盐 ②加入的硝酸=剩余的+酸性作用＋氧化作用 三、硝酸与金属反应的相关计算 学案P2 2.将Mg、Cu组成的m g混合物投入适量稀HNO3中恰好完全反应,固体完全溶解时收集到0.896 L(标准状况)NO气体,向反应后的溶液中加入60 mL 2 mol·L-1的NaOH溶液时,金属离子恰好沉淀完全,则形成的沉淀的质量为 (　　) A.(m+2.28) g B.(m+2.04) g C.(m+3.32) g D.(m+4.34) g B 三、硝酸与金属反应的相关计算 练习 练3：将11.9 g由Mg、Al、Fe组成的合金投入足量的NaOH溶液中，合金质量减少了2.7 g。另取等质量的合金溶于过量稀硝酸中，生成了6.72 L NO(标准状况下)，向反应后的溶液中加入适量NaOH溶液恰好使Mg2+、Al3+、Fe3+完全转化为沉淀，则沉淀的质量为(　　) A．22.1 g B．27.2 g C．30 g D．无法计算 因为金属先与硝酸、再与碱反应： m(沉淀）= m(金属）+m(OH-） n(OH-）= n(转移的e-）[可由NOx求得] 所以m(沉淀）= 11.9g+0.3mol×3×17g/mol =27.2g B 三、硝酸与金属反应的相关计算 3.将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生标准状况下的一氧化氮和二氧化氮混合气体共11.2 L。请回答下列问题： (1)产生一氧化氮的体积为________L(标准状况下)。 (2)待反应结束后，向溶液中加入V mL a mol·L－1的氢氧化钠溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部转化为沉淀，则原硝酸的浓度为________mol·L－1(不必化简)。 (3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在氢氧化钠溶液中全部转化为硝酸钠，至少需要氧气________mol。 练习 三、硝酸与金属反应的相关计算 练习 三、硝酸与金属反应的相关计算 学案P2 3.离子方程式法 金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO 3- 在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断,然后根据完全反应的金属或H+或NO3-进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。 离子方程式计算法: 若金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时， 如铜与硝酸反应，依据离子方程式3Cu＋8H＋＋2NO3- ===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O反应比例， 先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO进行相关计算，且要符合电荷守恒。 三、硝酸与金属反应的相关计算 金属与混合酸 例：向1L 0.1mol/L的HNO3和0.4mol/L的H2SO4的混合液中加入足量的铜粉，最多能溶解铜粉的质量为 ( ) 　 A.2.4g B.3.2g　 C.6.4g D.9.6g 解析:n(H+)=0.1+0.8=0.9(mol)；n(NO3-)=0.1mol 3Cu + 8H+ + 2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O 3 8 2 ？ 0.9mol 0.1mol NO3-不足,溶解n(Cu)=0.15mol;m(Cu)=9.6(g) D 练习 三、硝酸与金属反应的相关计算 硝酸作业P4 (7)在0.2 mol·L-1 HNO3和0.1 mol·L-1 H2SO4的100 mL混合液中加入3.2 g铜粉,待充分反应后(若HNO3还原产物只有NO),所得溶液中Cu2+的物质的量浓度为_______ mol·L-1(假设溶液体积不变)。  0.15 三、硝酸与金属反应的相关计算 小结 硝酸作业P4 (5)实验步骤: ①连接好仪器装置后,首先进行的操作是　　　　　　　　　。  ②将绕成螺旋状的铜丝一端插入U形管左侧胶塞内,先打开活塞A,然后从漏斗中逐渐注入稀硝酸,当U形管注满后,立即关闭活塞A,U形管中左管可观察到的现象为:铜丝的表面有气泡生成,　　　　　　　　　　　　　　。  ③待反应停止后打开活塞A,U形管左管液面上升,仪器a中可观察到 　　　　　　　　　　。  检查装置的气密性 左边液面下降,右边液面上升 a中出现红棕色气体 (6)实验评价:通过实验现象,能否得出“铜与稀硝酸反应生成的气体只有NO”的结论?说明理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 不能,由于NO2与水反应生成NO,不能确定气体中除了NO是否还有 其他气体,如N2等,若是产生NH3,也会溶于溶液中 硝酸作业P1 A级　合格过关练 选择题只有1个选项符合题意 (一)硝酸的性质及工业制法 1.下列关于硝酸说法正确的是(　　) A.硝酸与金属反应,主要是+5价氮得电子 B.与金属反应时,稀硝酸可能被还原为更低价态,则稀硝酸氧化性强于浓硝酸 C.硝酸电离出H+,能被Zn、Fe等金属还原成H2 D.常温下,向浓HNO3中投入Fe片,会产生大量红棕色气体 A 硝酸作业P1 3.对于反应3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,下列叙述正确的是 (　　) A.氧化剂和还原剂的物质的量之比为8∶3 B.被还原的HNO3和起酸性作用的HNO3的物质的量之比为3∶1 C.生成1 mol NO转移的电子数为3NA D.该反应中Cu(NO3)2为氧化产物,H2O为还原产物 C 硝酸作业T5 (4)有同学建议在装置A、B间补充装置E,装置E的作用是　　　　　　　　　　。 (5)装置D中收集到某无色气体,同学甲猜想是NO,同学乙猜想是O2。 ①若O2是由装置A中反应生成的,则生成O2对应的化学方程式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ②若同学甲的猜想正确,则移开集气瓶口的玻璃片,可观察到的现象是 　　　　　　　　　　　　　　　　　。  作安全瓶,防止倒吸 4HNO3(浓) 4NO2↑+O2↑+2H2O 集气瓶的瓶口处的气体变为红棕色 硝酸作业P4 (二)酸雨及防治 6.酸雨是对pH小于5.6的降水的统称。下列说法错误的是(　　) A.空气中的SO2溶于水,最终形成酸雨 B.工业废水任意排放是造成酸雨的主要原因 C.汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气都含有能形成酸雨的氮氧化物 D.为了减少酸雨的形成,必须减少SO2的排放量,可对燃料进行脱硫处理 B 完成《硝酸》导学案、作业卷《氮》T10-14（13选做）、作业卷《氨》T13 及时整理笔记！ 结合作业题、周末练以及每次考试卷整理典型错题！ 各班收两本时间↓ 作业 笔记本 错题本 周三晚 周六 31 计算卷P1 7.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 B H+量不足,应根据H+的物质的量来计算。 n(Cu2+)=0.06 mol×=0.022 5 mol,c(Cu2+)==0.225 mol·L-1。 计算卷P1 8.将12.8 g铜投入到60 mL一定浓度的硝酸中,恰好完全反应,产生标准状况下的NO和NO2混合气体共4.48 L。则下列叙述不正确的是 (　　) A.Cu失去了0.4 mol电子 B.原硝酸浓度10.0 mol/L C.NO和NO2物质的量之比为1∶1 D.体现酸性的硝酸为0.2 mol D VS T13 计算卷P1 9.将m g Fe、Cu合金投入足量稀硝酸中,固体完全溶解,共收集到2.24 L(标准状况)NO气体,向反应后的溶液中加入过量的NaOH溶液,下列判断正确的是 (　　) A.Fe、Cu和稀硝酸反应,稀硝酸只表现了氧化性 B.最终所得溶液中溶质只有一种 C.整个过程中有0.1 mol电子发生转移 D.理论上沉淀的质量为(m+5.1) g D 计算卷P1 2.氮元素是空气中含量最多的元素,在自然界中的分布十分广泛,在生物体内亦有极大作用。一定条件下,含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。下列说法正确的是 (　　) A.图中属于“氮的固定”的是k和l B.表示循环中发生非氧化还原反应的过程只有a C.若反应h是在NO2与H2O的作用下实现,则该反应 中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1 D.若反应i是在酸性条件下由 N与Fe2+的作用实现,则该反应的离子方程式为3Fe2++N+4H+===3Fe3++NO↑+2H2O D 1:2 c 常考点 常考点 答案　(1)5.824　(2)eq \f(aV×10－3＋0.5,0.14) (3)0.255 $