第5章 第22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

该高中化学讲义围绕氮及其氧化物、硝酸高考核心考点，按“氮气性质与固定→氮氧化物转化与污染→硝酸性质及工业制法”逻辑架构知识，通过考点梳理（如氮氧化物性质对比）、方法指导（电子守恒计算）、真题训练（2025年江苏等卷），构建系统复习路径，助力突破重点难点。 讲义突出化学观念（物质性质决定用途）和科学思维（氮氧化物计算模型），设计“性质对比表+分步计算示例+污染治理方案”活动，配合分层练习（基础巩固与能力提升），高效落实核心素养，为教师把控节奏、学生提升解题能力提供有力支持。

第22讲　氮及其氧化物　硝酸 [课标标准] 1．了解氮及其氧化物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。 2．掌握硝酸的性质、应用及工业制法。 考点一　氮气　氮的氧化物 1．氮元素的存在与氮的固定 2．氮气 写出有关化学方程式： ①N2＋3Mg； ②N2＋3H22NH3； ③N2＋O2。 提醒 氮气性质稳定，通常用作保护气，如焊接金属，填充灯泡，保护粮食、水果、种子等。 3．氮的氧化物 (1)氮的多种氧化物 氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1→＋5价都有对应的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。 (2)NO和NO2的比较 性质 NO NO2 色、味、 态 无色、无味的气体 红棕色、有刺激性气味的气体 水溶性 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 自身反应 不反应 2NO2⥫⥬N2O4 提醒 NO、NO2等氮的氧化物中，氮元素处于中间价态，因此，既具有氧化性，又具有还原性。 4．氮氧化物(NOx)对环境的污染与防治 (1)常见氮氧化物的污染类型 (2)常见的氮氧化物(NOx)尾气处理方法 ①NaOH溶液吸收法：NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。 ②氨气吸收法：8NH3＋6NO25N2＋6H2O。 ③催化转化法：汽车尾气催化转化器中发生反应：2CO＋2NO2CO2＋N2。 　正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)工业上利用合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应(　　) (2)通过灼热的镁粉，可除去N2中的少量氧气(　　) (3)N2与O2在放电条件下直接化合成NO2(　　) (4)NO2是酸性氧化物，与水反应生成硝酸(　　) (5)利用AgNO3、CCl4和蒸馏水均可鉴别NO2和溴蒸气(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√ 题点1　氮气及其氧化物的性质 1．下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是(　　) A．①和②均属于氮的固定 B．氢、氧元素也参与了自然界中的氮循环 C．④中每生成，消耗2 mol O2 D．③和⑤过程中氮元素分别被还原和氧化 解析：D　反应①将N2转化为NO，属于氮的固定，反应②属于植物固氮，A正确；由图示知，氮循环过程中涉及氢、氧元素，B正确；反应④是O2将NH3氧化为，N元素化合价由－3价升高到＋5价，即生成失去8 mol电子，则每生成需要消耗2 mol O2，C正确；反应③中NO被氧化为，反应⑤中被还原为N2，D错误。 2．下列有关氮的氧化物的说法正确的是(　　) A．NO和NO2混合气体的尾气可以用水吸收 B．4.6 g NO2和N2O4的混合气体中含有的氧原子数目小于0.2NA(NA为阿伏加德罗常数的值) C．用湿润的淀粉-KI试纸可鉴别Br2(g)和NO2 D．除去NO中混有的少量NO2气体时，可以用水洗涤后再干燥 解析：D　 NO与水不反应，且NO2与H2O反应生成NO，故不能用水吸收NO和NO2混合气体，A错误；NO2和N2O4的最简式均为NO2，根据原子守恒，可按NO2计算，4.6 g NO2和N2O4混合气体中含有的氧原子数目为0.2NA，B错误；Br2(g)和NO2都能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝，不能鉴别，C错误；NO不溶于水，NO2易溶于水且能与水反应生成硝酸和NO，用水洗涤后再干燥可除杂，D正确。 题点2　氮的氧化物与水反应的相关计算 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O2，则NO2、O2的体积分别是________。 (2)若剩余的气体是NO，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)8 mL、4 mL　(2)10.8 mL、1.2 mL 　氮氧化物溶于水的分析 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)。 (3)NO2、NO、O2三种混合气体通入水中： ①可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。 ②也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情况处理。 题点3　废气中氮氧化物的治理 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(用化学方程式表示)： ①见光分解的化学方程式：4HNO3。 ②浓硝酸的保存方法是保存在棕色带有玻璃塞的细口试剂瓶中，置于冷暗处。 (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： 稀硝酸与铜反应(用化学方程式表示)：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O； 浓硝酸与铜反应(用化学方程式表示)：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。 ②与非金属反应： 浓硝酸与C反应(用化学方程式表示)：C＋4HNO3(浓)。 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。 提醒 硝酸能溶解银，但不能溶解金、铂。 (3)与有机物反应 ①硝化反应(与浓HNO3反应)： 。 ②显色反应：含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。 3．王水 浓HNO3和浓HCl体积比为1∶3的混合物叫做王水，能溶解金、铂等很不活泼的金属。 4．硝酸工业制法的反应原理 硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、染料等，工业制硝酸的原理如图： (1)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO：4NH3＋5O2。 (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。 　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)可用稀HNO3与FeS固体反应制取H2S(　　) (3)过量的铜与浓硝酸反应有一氧化氮生成(　　) (4)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(　　) (5)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(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√ 题点1　硝酸的性质及应用 1．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的性质不相对应的是(　　) A．浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色——酸性和强氧化性 B．不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性 C．要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性 D．能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液的红色褪去——强氧化性 解析：D　向滴有酚酞的NaOH溶液中滴入硝酸，溶液红色褪去，可能利用的是硝酸的酸性，也可能是强氧化性。 2．(2025·北京朝阳区二模)浓硝酸与铜作用的过程如下图所示。 现象：ⅰ.a中产生红棕色气体，溶液呈绿色，试管壁发热；b中充满红棕色气体 ⅱ.烧杯液面上方无明显变化 下列关于该过程的分析不正确的是(　　) A．a中产生红棕色气体，主要体现了浓硝酸的氧化性 B．b中气体的颜色比a中的浅，与2NO2⥫⥬N2O4正向移动有关 C．NaOH溶液吸收NO2的反应为3NO2＋2NaOH===2NaNO3＋NO＋H2O D．a中溶解6.4 g铜时，转移电子的数目为1.204×1023 解析：C　a中产生红棕色气体，发生反应Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，N元素化合价降低，主要体现了浓硝酸的氧化性，A正确；二氧化氮可以转化为无色四氧化二氮，b中气体的颜色比a中的浅，与2NO2⥫⥬N2O4正向移动有关，B正确；NO和氧气反应生成红棕色NO2，烧杯液面上方无明显变化，说明NaOH溶液吸收NO2没有生成NO，C错误；a中铜失电子生成硝酸铜，铜元素化合价由0升高为＋2价，溶解6.4 g铜时，转移电子的数目为1.204×1023，D正确。 题点2　硝酸与金属的反应 3．(2026·福建厦门一中高三检测)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混合气体的体积为11.2 L(气体摩尔体积取标准状况下的值)，下列说法中错误的是(　　) A．NO的体积为5.824 L，NO2的体积为5.376 L B．参加氧化还原反应的HNO3的物质的量是1.52 mol C．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，恰好使溶液的Cu2+全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为 mol·L-1 D．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57.8 g 解析：B　32.64 g铜的物质的量n(Cu)＝＝0.51 mol，反应产生的NO、NO2气体的物质的量n（气体）＝＝0.5 mol。假设混合气体中NO、NO2的物质的量分别是x、y，则根据气体物质的量关系可知：x＋y＝0.5 mol；根据电子守恒可知3x＋y＝0.51 mol×2，解得x＝0.26 mol，y＝0.24 mol，故反应产生的气体的体积：V(NO)＝0.26 mol×22.4 L·mol-1＝5.824 L；V(NO2)＝0.24 mol×22.4 L·mol-1＝5.376 L，A正确；参加氧化还原反应的HNO3，就是反应变为NO、NO2气体的硝酸，其物质的量是0.5 mol，B错误；在该反应中HNO3的一部分起酸的作用，与Cu2+结合形成Cu(NO3)2，其物质的量为Cu2+变为Cu(OH)2沉淀时NaOH的物质的量，n(HNO3)酸＝a mol·L-1×V×10-3 L＝aV×10-3 mol，还有一部分起氧化剂作用，反应变为NO、NO2，其物质的量n(HNO3)氧化剂＝0.5 mol，由于溶液的体积是140 mL，故原硝酸溶液的浓度c(HNO3)＝ mol·L-1，C正确；用30%的双氧水使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，双氧水得到的电子等于NO、NO2失去的电子，等于Cu变为Cu2+失去的电子。设需要30%的双氧水m g，根据电子得失守恒，有：0.26×3＋0.24×1＝0.51×2＝30%××2，解得m＝57.8，D正确。 4．(2026·湖南名校高三联考)将2.56 g Cu投入12 mL 10 mol·L-1硝酸中，恰好完全反应，向反应后的溶液中加入40 mL a mol·L-1 NaOH溶液，Cu2+恰好完全沉淀，将生成的气体与b mol O2一起通入足量NaOH溶液中，气体恰好被完全吸收生成c mol NaNO3。下列判断正确的是(　　) A．生成的气体中只有NO B．a＝3 C．b＝0.02 D．c＝0.08 解析：C　2.56 g Cu的物质的量为＝0.04 mol，若生成的气体中只含有NO，由化学方程式3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O可知，0.04 mol Cu需要消耗 mol HNO3，而12 mL 10 mol·L-1硝酸中n(HNO3)＝0.12 mol， mol<0.12 mol，说明会发生反应Cu＋4HNO3(浓＋2NO2↑＋2H2O，即生成的气体中有NO和NO2，A错误；2.56 g Cu的物质的量为0.04 mol，投入12 mL 10 mol·L-1硝酸中，恰好完全反应，向反应后的溶液中加入40 mL a mol·L-1 NaOH溶液，Cu2+恰好完全沉淀，则n[Cu(OH)2]＝0.04 mol，则n(NaOH)＝ 0.08 mol，NaOH溶液的浓度为＝a mol·L-1＝2 mol·L-1，a＝2，B错误；将生成的气体与b mol O2一起通入足量NaOH溶液中，气体恰好被完全吸收生成c mol NaNO3，由得失电子守恒可知，O2得到的电子数和Cu失去的电子数相等，则b mol×4＝0.04 mol×2，则b＝0.02，C正确；Cu和HNO3溶液反应完全后，生成NO、NO2的混合气体，向反应后的溶液中加入40 mL 2 mol·L-1 NaOH溶液后溶液中存在NaNO3，则NO、NO2的总物质的量为0.12 mol－0.08 mol＝0.04 mol，将生成的气体与0.02 mol O2一起通入足量NaOH溶液中，由N元素守恒可知，气体恰好被完全吸收生成的NaNO3的物质的量为n(NaNO3)＝0.04 mol，c＝0.04，D错误。 　金属与硝酸反应分析模型 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·海南卷，4)下列化合物性质描述错误的是(　　) ①CO　②SO2　③NO2　④Na2O2 A．既可作氧化剂也可作还原剂：①②③④ B．与水作用后溶液呈酸性：②③ C．与水反应释放O2：④ D．常态下呈现颜色：①②③④ 解析：D　CO中C为＋2价，SO2中S为＋4价，NO2中N为＋4价，Na2O2中O为－1价，均处于中间价态，均可被氧化或还原，故①②③④均可作氧化剂或还原剂，A正确；SO2与水生成H2SO3，NO2与水生成HNO3，溶液均呈酸性，B正确；Na2O2与水反应生成O2(2Na2O2＋ 2H2O===4NaOH ＋ O2↑)，C正确；CO、SO2常态下无颜色，而NO2(红棕色)、Na2O2(淡黄色)有颜色，D错误。 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．(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与装置中氧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。 学科网（北京）股份有限公司 $