第5章 第18讲 氮及其氧化物 硝酸(教师用书Word)-【高考领航】2027年高考化学大一轮复习学案（创新版）

该高中化学高考复习讲义围绕氮及其氧化物、硝酸核心考点，按“元素存在-单质性质-化合物转化-应用与计算”逻辑架构知识，涵盖氮气固定、NO/NO₂性质及环境影响、硝酸氧化性等高考重点。通过考点梳理（如性质对比表）、方法指导（氮氧化物计算关系式）、真题训练（2025年各地高考题），帮助学生系统构建知识网络，突破难点。 讲义创新采用实验探究与模型教学，如注射器中NO与空气反应实验直观呈现物质转化，培养科学探究与实践能力。针对金属与硝酸反应计算，建立“守恒法”思维模型，结合分层练习强化科学思维，助力学生高效掌握解题技巧，为教师把控复习节奏、提升学生应考能力提供支持。

第18讲　氮及其氧化物　硝酸 [目标导航·明方向] 1．了解氮气和氮氧化物的主要性质、应用以及对生态环境的影响。　2.掌握硝酸的主要性质和应用。 考点一　氮气及氮的氧化物 1．氮元素的存在和氮的固定 2．氮气 (1)物理性质 无色、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。 (2)化学性质 写出有关反应的化学方程式： ①3Mg＋N2Mg3N2； ②N2＋3H22NH3； ③ N2＋O22NO。 (3)用途 ①化工原料，用于合成氨； ②性质稳定，代替稀有气体作焊接金属保护气，填充灯泡； ③保存粮食、水果，使其处于低氧环境中。 3．氮的氧化物 (1)氮的多种氧化物 氮有多种价态的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3和 N2O5。 (2)NO和NO2的比较 物质 NO NO2 色、味、态 无色、无味的气体 红棕色、有刺激性气味的气体 溶解性 不溶于水 易溶于水 毒性 有毒，大气污染物之一 有毒，大气污染物之一 与水反应 不反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 与氧气反应 2NO＋O2===2NO2 不反应 存在平衡 － 2NO2⥫⥬N2O4 [提醒]　NO、NO2中氮元素的化合价分别为＋2价、＋4价，处于中间价态，因此，NO、NO2均既有氧化性又有还原性。 (3)氮氧化物对环境的影响 判|断|正|误　正确的划“√”，错误的划“×”。 (1)N2分子的结构稳定，因而氮气不支持任何物质的燃烧(　　) (2)固氮反应一定属于氧化还原反应(　　) (3)NO2与水反应生成硝酸，故NO2是酸性氧化物(　　) (4)制取二氧化氮时，用水吸收尾气(　　) (5)利用AgNO3、CCl4和蒸馏水均可鉴别NO2和溴蒸气(　　) (6)汽车尾气中的氮氧化物是由化合态氮转化来的(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)× 一、氮气及氮的氧化物 1．(2025·辽宁大连一模)下列关于氮及其氧化物，说法不正确的是(　　) A．氮的固定是将N2转化成含氮化合物 B．氮元素在自然界中既有游离态又有化合态 C．NO和NO2都可稳定存在于空气中 D．N2既可作氧化剂又可作还原剂 解析：C　氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程，如与豆类植物共生的根瘤菌，能吸收大气中的氮气分子，将其转变成含氮化合物，A正确；自然界中N有游离态，如N2，也有化合态，如铵盐、硝酸盐等，B正确；NO不稳定，易与O2反应生成NO2，C错误；N2中N元素为0价，处于氮的中间价态，化合价既可以升高又可以降低，N2既可以作氧化剂又可以作还原剂，D正确。 2．在一支50 mL注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，静置后观察现象①。打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象②。振荡注射器，静置后再观察现象③。下列关于该过程的分析不正确的是(　　) A．现象①②，主要体现了NO难溶于水、具有还原性 B．现象②③，针筒示数：③<② C．过程中若将空气10 mL改成15 mL，③能观察到针筒内无气体剩余 D．此实验启示工业上制硝酸时充入适量O2可以提高氮原子利用率 解析：C　在一支50 mL注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，静置后观察现象①为注射器中气体无色，注射器活塞几乎不发生移动，说明NO难溶于水；打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象②为注射器内气体变为红棕色，气体体积减小，注射器活塞向里移动，说明NO具有还原性，被氧化为NO2；振荡注射器，静置后再观察现象③为气体由红棕色变为无色，气体体积减小，注射器活塞向里移动。过程中若将空气10 mL改成15 mL，则氧气约有3 mL，20 mL NO和3 mL氧气反应时，NO过量，故③能观察到针筒内有气体剩余，C错误。 3．将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2 mL无色气体。 (1)若剩余的气体是________，则NO2、O2的体积分别是________。 (2)若剩余的气体是________，则NO2、O2的体积分别是________。 解析：解题依据的化学方程式： 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3； 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 设O2的体积为x，剩余的气体有两种可能： (1)若剩余O2，则V剩＝x－×(12 mL－x)＝2 mL，解得x＝4 mL，则NO2的体积是8 mL。(2)若剩余NO，则V剩＝×[(12 mL－x)－4x]＝2 mL，解得x＝1.2 mL，则NO2的体积是10.8 mL。 答案：(1)O2　8 mL、4 mL　 (2)NO　10.8 mL、1.2 mL [题后归纳]　“氮氧化物溶于水计算问题”分析 无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，2NO＋O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。 (1)若NO和O2通入水中，总关系式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3(4∶3)。 (2)若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3(4∶1)。 二、氮氧化物对环境的污染及防治 4．(1)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式：___________________________________________________________________。 (2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。如4NH3＋6NO5N2＋6H2O，写出氨气转化NO2的化学方程式： ________________________________，该反应中氧化产物与还原产物的质量之比为________。 (3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。 ①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：__________________________________________________。 ②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是________。 ③NO2、NO的混合气体能被足量的烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)________n(NO)，若不能完全吸收，你认为可以采取哪种最简单的措施确保有害气体被完全吸收：__________________________________________。 答案：(1)2CO＋2NON2＋2CO2　 (2)8NH3＋6NO27N2＋12H2O　4∶3　(3)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O　②NaNO2　③>　补充适量空气 考点二　硝酸 1．物理性质 2．化学性质 (1)不稳定性 化学方程式：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，如常温下，浓硝酸使Fe、Al钝化。 ①与金属反应(填化学方程式，下同) 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 浓硝酸与木炭反应： 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＋＋===3Fe3+＋NO↑＋2H2O。 (3)与有机物反应 ①苯的硝化反应： ②显色反应：含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。 [提醒]　金属银可溶于硝酸，而金、铂不溶于硝酸，可溶于王水(浓硝酸与浓盐酸按体积比1∶3的混合物)。 3．保存 (1)保存硝酸： 棕色瓶(避光)、玻璃塞(橡胶塞易被氧化)、阴凉处(防热)。 (2)存放的浓硝酸中，因分解产生的NO2溶于HNO3而使其呈黄色。 4．工业制法的反应原理 (1)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO：4NH3＋5O24NO＋6H2O。 (2)NO进一步氧化生成NO2：2NO＋O2===2NO2。 (3)用水吸收NO2生成HNO3：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 5．用途 主要化工产品，是制造炸药、染料、塑料、硝酸盐和许多其他化工产品的主要原料。 判|断|正|误　正确的划“√”，错误的划“×”。 (1)常温下，铁、铝在浓硝酸中的钝化为化学变化(　　) (2)可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S(　　) (3)铜、木炭分别与浓硝酸反应，都体现了浓硝酸的强氧化性和酸性(　　) (4)过量的铜与浓硝酸反应，产物中一定有NO(　　) (5)Cu在KNO3溶液和稀硫酸中均不溶解，但能溶解在其混合液中(　　) (6)试管内壁上的银镜可用稀硝酸除去，也可用氨水除去(　　) (7)浓硝酸和氯水均用棕色试剂瓶保存，其原理相同(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×　(7)√ 一、硝酸的性质及应用 1. (2025·山东青岛二中月考)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对应不准确的一组是(　　) A．硝酸能与FeO反应——酸性和氧化性 B．不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性 C．要用棕色试剂瓶盛装浓硝酸——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 解析：D　D项中“滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去”，其褪色的原因可能是硝酸的强氧化性把酚酞氧化而褪色，也有可能是硝酸与氢氧化钠发生中和反应，究竟是哪个原因，还需要实验验证。 2．(2025·辽宁沈阳期末)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(　　) ① ② ③ 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中木炭与浓硝酸发生了反应 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：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中木炭能与浓硝酸发生反应，故B正确；根据①和②，浓硝酸分解产生红棕色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。 二、金属与硝酸反应的定量计算 3．将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的NO和NO2混合气体体积为11.2 L(气体摩尔体积取标准状况下的值)。请回答下列问题： (1)NO的体积为________L，NO2的体积为________L。 (2)参加反应的HNO3的物质的量是________。 (3)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a mol·L-1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀，原硝酸溶液的浓度为________mol·L-1。 (4)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。 解析：(1)n(Cu)＝＝0.51 mol，设混合气体中NO的物质的量为x，NO2的物质的量为y。气体的总体积为11.2 L，则混合气体的物质的量为＝0.5 mol，有x＋y＝0.5 mol；根据得失电子守恒有3x＋y＝(0.51×2)mol，解得x＝0.26 mol，y＝0.24 mol，V(NO)＝0.26 mol×22.4 L·mol-1＝5.824 L，V(NO2)＝11.2 L－5.824 L＝5.376 L。(2)参加反应的HNO3分两部分：一部分显酸性，生成Cu(NO3)2；另一部分被还原成NO2和NO，所以参加反应的HNO3的物质的量为0.51 mol×2＋0.5 mol＝1.52 mol。(3)HNO3在反应中一部分变成气体，一部分以的形式留在溶液中。变成气体的HNO3的物质的量为0.5 mol。加入NaOH溶液至恰好使溶液中Cu2+全部转化为沉淀，溶液中溶质只有NaNO3，其物质的量为aV×10-3 mol，故c(HNO3)＝ mol·L-1。(4)由得失电子守恒得2×n(Cu)＝2×n(H2O2)，n(H2O2)＝n(Cu)＝0.51 mol，m(H2O2)＝17.34 g，故需30%的双氧水的质量为＝57.8 g。 答案：(1)5.824　5.376　(2)1.52 mol　 (3)　(4)57.8 4．向含x mol HNO3和y mol H2SO4的混合稀溶液中缓慢加入铁粉，其氧化产物与所加铁粉的物质的量关系如图所示： 回答下列问题： (1)Oa段发生反应的离子方程式为_______________________________。 (2)dc段表示的是________(填“Fe2+”或“Fe3+”)物质的量变化。 (3)x＝________，y＝________。 (4)反应至c点，可收集到标准状况下的气体为________L。 解析：(3)在Oa段完全转化为NO，由离子方程式可得，n(NO)＝n(Fe3+)＝0.1 mol，即x＝0.1；c点溶质为FeSO4，溶液中Fe2+为0.2 mol，即n(FeSO4)＝0.2 mol，根据硫酸根离子守恒得，n(H2SO4)＝n(FeSO4)＝0.2 mol，即y＝0.2。 (4)由上述分析可知n(H＋)总＝2n(H2SO4)＋n(HNO3)＝0.5 mol， Fe＋＋4H＋===Fe3+＋NO↑＋2H2O 0.1 mol　0.4 mol　　　　0.1 mol 所以剩余的n(H＋)剩＝0.5 mol－0.4 mol＝0.1 mol， 　Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑ 　0.1 mol　　　　　0.05 mol 所以V＝(0.1 mol＋0.05 mol)×22.4 L·mol-1＝3.36 L。 答案：(1)Fe＋＋4H＋===Fe3+＋NO↑＋2H2O　(2)Fe2+　(3)0.1　0.2　(4)3.36 [思维建模]　金属与硝酸反应的思维模型 1．(2025·江苏卷，1)大气中的氮是取之不尽的天然资源。下列工业生产中以氮气作反应物的是(　　) A．工业合成氨 B．湿法炼铜 C．高炉炼铁 D．接触法制硫酸 解析：A　工业合成氨：由N2和H2在高温、高压和催化剂存在下直接合成NH3，原料中包含N2，A符合题意；湿法炼铜：由Fe与CuSO4溶液反应生成Cu和FeSO4溶液，B不符合题意；高炉炼铁：由焦炭、含铁矿石(赤铁矿、磁铁矿等)等进行反应，C不符合题意；接触法制硫酸的原料是硫黄或硫铁矿，D不符合题意。 2．(2025·广东卷，15)按如图组装装置并进行实验：将铜丝插入溶液中，当c中红色褪去时，将铜丝拔离液面。下列叙述错误的是(　　) A．a中有化合反应发生，并有颜色变化 B．b中气体变红棕色时，所含氮氧化物至少有两种 C．c中溶液红色刚好褪去时恰好完全反应 D．若将a中稀硝酸换为浓硫酸并加热，则c中溶液颜色会褪去 解析：C　化合反应是由两种或两种以上物质生成一种新物质的反应，铜与稀硝酸反应产生蓝色的硝酸铜溶液，同时生成的无色NO与装置中空气发生化合反应生成红棕色的NO2：2NO＋O2===2NO2，A正确；a中产生的NO可与b中空气中的氧气反应生成NO2，同时NO2存在平衡转化：2NO2⥫⥬N2O4，若NO未反应完全，则b中存在3种氮氧化物，若NO完全转化为NO2，则b中存在2种氮氧化物，B正确；酚酞的变色范围为8.2～10.0，则c中溶液红色刚好褪去时，溶液仍显碱性，碳酸氢根离子并未完全反应，C错误；将a中稀硝酸换为浓硫酸并加热，生成酸性氧化物SO2，过量的SO2可与NaHCO3发生反应：SO2＋NaHCO3===NaHSO3＋CO2而使溶液呈酸性，故c中溶液颜色会褪去，D正确。 3．(2025·广西卷，10)为探究不同浓度HNO3被Fe还原的产物，进行如下实验。下列说法错误的是(　　) 装置 实验 HNO3溶 液的浓度 步骤与现象 ① 12 mol·L-1 铁丝表 面有气 泡产生， 溶液变 为黄色； 取出铁丝 液面上方出现红棕色气体 ② 4 mol·L-1 试管口出现红棕色气体 ③ 0.5 mol·L-1 无明显红棕色气体；取少量上层溶液，加入足量NaOH溶液，加热，产生能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体 A．①中溶液变为黄色，可能是NO2溶于溶液 B．“试管口出现红棕色气体”说明②中的HNO3被Fe还原为NO2 C．③中无明显红棕色气体，可能是生成了N2 D．“石蕊试纸变蓝”说明③中有HNO3被Fe还原为 解析：B　①中12 mol·L-1 HNO3溶液为浓硝酸，与铁反应生成NO2(红棕色气体)，NO2溶于水可能使溶液呈黄色，该说法合理，A正确；②中试管口出现红棕色气体，是因为生成的NO在试管口被O2氧化为NO2，说明HNO3被还原为NO而非NO2，B错误；③中为0.5 mol·L-1 HNO3溶液为稀硝酸，无红棕色气体说明无NO2，若生成N2(无色气体)，则不会出现红棕色，该可能性存在，C正确；③中加入NaOH加热产生使石蕊试纸变蓝的气体(NH3)，说明溶液中含，即HNO3被还原为，D正确。 4．(2024·北京卷，16节选)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。 (1)方法一：早期以硝石(含NaNO3)为氮源制备HNO3，反应的化学方程式为：H2SO4(浓)＋NaNO3===NaHSO4＋HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和__________________________________________________________________。 (2)方法二：以NH3为氮源催化氧化制备HNO3，反应原理分三步进行。 第Ⅰ步反应的化学方程式为_____________________________________ ______________________________________________________________。 解析：(1)浓硫酸难挥发，产物HNO3易挥发，有利于复分解反应进行，体现了浓硫酸的难挥发性和酸性。(2)第Ⅰ步反应为氨气的催化氧化，化学方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O。 答案：(1)难挥发性　(2)4NH3＋5O24NO＋6H2O 学科网（北京）股份有限公司 $