生活中的含氮化合物一氮的氧化物和硝酸.docx

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生活中的含氮化合物一氮的氧化物和硝酸

第5讲　生活中的含氮化合物

（一）——氮的氧化物和硝酸

[考纲要求]　1.了解氮元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。

2.了解氮元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。

3.氮元素单质及其化合物知识的综合应用。

考点一　氮气及氮的氧化物

1．氮气

（1）氮的固定

使空气中__________的氮转化为__________的过程。

（2）氮气的性质

①物理性质

纯净的N2是一种无色无味的气体，难溶于水，在空气中约占总体积的______。

②化学性质

通常情况下，N2化学性质很稳定，只在高温、放电、催化剂等条件下才能发生一些化学反应。

a．与H2反应：

________________________________________________________________________。

b．与O2反应：

________________________________________________________________________。

2．氮的氧化物

氮有多种价态的氧化物：

N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。

完成NO和NO2的比较表：

NO

NO2

物理性质

颜色

毒性

溶解性

化学性质

与O2反应

2NO＋O2===2NO2

与H2O反应

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

实验室制法（填化学方程式）

3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O

与人体、环境的关系

①与血红蛋白结合使人中毒②转化成NO2形成酸雨、光化学烟雾

形成酸雨、光化学烟雾

特别提醒　

（1）氮的氧化物都是大气污染物。

（2）空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。

（3）空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等。

（4）NO2：

既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。

NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。

1．根据氮在元素周期表中的位置可知氮元素是一种活泼的非金属，为什么氮气很稳定？

2．农谚“雷雨发庄稼”，写出雷雨时，雨水中形成稀硝酸的化学方程式。

3．相同质量的镁条分别在氧气、氮气和空气中充分燃烧，所得固体产物的质量由大到小的顺序是________________；过量的镁条分别在相同状况下相同体积的氧气、氮气和空气中充分燃烧，所得固体产物的质量由大到小的顺序是

________________________________________________________________________。

（空气中的CO2可忽略）

4．如何鉴别NO2与溴蒸气？

5．将容积为50mL的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体，将量筒倒置在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为5mL。

则原混合气体中NO2和O2体积比可能是__________或________。

氮的氧化物的几种计算的方法

（1）NO2或NO2与N2（非O2）的混合气体溶于水时，可依据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，利用气体体积的变化差值进行计算。

（2）NO2和O2的混合气体溶于水时，由反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3进行计算。

①当V（NO2）∶V（O2）＝4∶1时，恰好完全反应，无气体剩余。

②当V（NO2）∶V（O2）>4∶1时，NO2过量，剩余气体为NO。

③当V（NO2）∶V（O2）<4∶1时，O2过量，剩余气体为O2。

（3）NO和O2的混合气体溶于水时，由反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3进行计算。

①当V（NO）∶V（O2）＝4∶3时，恰好完全反应。

②当V（NO）∶V（O2）>4∶3时，剩余气体为NO。

③当V（NO）∶V（O2）<4∶3时，剩余气体为O2。

（4）NO、NO2、O2三种混合气体同时通入水中，可先按反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO求出NO2与水反应生成NO的体积，再加上原混合气体中NO的体积，得NO的总体积，再按反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3进行计算。

（5）通常“纯净”的NO2或N2O4并不纯，因为在常温常压下它们存在着一个平衡：

2NO2N2O4，在涉及NO2气体颜色变化、压强、密度、相对分子质量等问题时，要考虑此可逆反应的存在。

考点二　硝酸

1．物理性质

色味态：

______________________；挥发性：

____挥发；水溶性：

________________；发烟硝酸：

________________________________________________________________________。

2．化学性质

3．工业上制备硝酸流程

写出上述转化的化学方程式

①________________________________________________________________________

②________________________________________________________________________

③________________________________________________________________________

6．发现盛放浓硝酸的试剂瓶中硝酸显黄色，如何处理？

7．铝和铁在浓硝酸中“钝化”是化学变化吗？

8．在下列反应中，硝酸既表现氧化性又表现酸性的是（　　）

A．FeO和HNO3B．Al（OH）3与HNO3

C．H2S和HNO3D．

CH3与HNO3

特别提醒　

（1）硝酸既有酸性又有强氧化性，当生成硝酸盐时表现出酸性，当化合价发生变化时表现出氧化性。

（2）硝酸有强氧化性，硝酸浓度越大氧化性越强，硝酸浓度越小氧化性越弱，但产物氮的化合价越低，这是因为浓HNO3氧化性很强，在反应过程中生成氮的低价氧化物在强的氧化气氛中不能存在，继续被氧化成高价的氮的氧化物，所以产物为NO2；在稀硝酸中生成的NO2继续被还原为低价产物。

硝酸与金属、非金属反应的一般规律

1．硝酸与金属反应的一般规律

（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）足量金属与一定量浓硝酸反应时，随着硝酸浓度的降低，产物也发生改变。

（3）金属与HNO3反应的一般通式为

①金属＋浓硝酸―→金属硝酸盐＋NO2↑＋H2O

反应中，表现氧化性（被还原）的HNO3占

；表现酸性生成硝酸盐的HNO3占

。

②金属＋稀硝酸―→金属硝酸盐＋NO↑＋H2O

反应中，表现氧化性（被还原）的HNO3占

；表现酸性生成硝酸盐的HNO3占

。

2．硝酸与非金属反应的规律

（1）浓硝酸能与碳、硫、磷等非金属单质反应，一般生成最高价含氧酸或最高价氧化物、二氧化氮和水。

（2）与非金属反应，HNO3表现强氧化性，不表现酸性。

【例1】　在浓硝酸中放入铜片：

（1）开始反应的化学方程式为

________________________________________________________________________，

实验现象为

________________________________________________________________________。

（2）若铜有剩余，则反应将要结束时的化学方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）若将12.8g铜与一定量的浓硝酸反应，铜消耗完时，得NO、NO2混合气体5.6L（标准状况下）。

则所消耗硝酸的物质的量是________。

金属与硝酸反应计算题

1．思维模型

2．计算中的守恒思想的应用

（1）原子守恒法

HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO

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中氮原子的物质的量。

（2）得失电子守恒法

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。

（3）电荷守恒法

HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH－）则有：

c（NO

）＝c（H＋）＋nc（Mn＋）（Mn＋代表金属离子）。

（4）离子方程式计算法

金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO

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NO

进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。

【例2】　足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68LO2（标准状况）混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。

若向所得硝酸铜溶液中加入5mol·L－1NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是（　　）

A．60mLB．45mLC．30mLD．15mL

【例3】　将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2L。

请回答：

（1）NO的体积为______L，NO2的体积为______L。

（2）待产生的气体全部释放后，向溶液中加入VmLamol·L－1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为________mol·L－1。

（3）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。

有关硝酸氧化性的实验探究

浓、稀HNO3均具有强氧化性，为了证明其强氧化性，要对其还原产物进行检验，金属与HNO3的反应一直是高考的热点，主要考查方式有现象的描述、装置的选择、实验的设计是否符合环保、化学计算等。

【例4】　如图是用浓硝酸、铜片、水等试剂探究浓、稀硝酸的

强氧化性并观察还原产物的实验装置。

Ⅰ.浓硝酸的强氧化性实验

将铜片置于具支试管的底部，在分液漏斗中加入约5mL浓硝

酸，往具支试管中放入约2mL浓硝酸，用排水法收集产生的气体。

（1）具支试管中发生反应的化学方程式：

________________________________________________________________________。

（2）实验中观察到能证明浓硝酸具有强氧化性的现象

________________________________________________________________________。

Ⅱ.稀硝酸的强氧化性实验

（3）上述反应完成后，欲进一步证明稀硝酸也具有强氧化性，紧接的简便、合理的实验操作是

________________________________________________________________________。

（3）能证明稀硝酸与铜反应产生NO的实验现象是

________________________________________________________________________

（填写代号）。

A．c中收集到无色气体

B．c中收集到的无色气体接触空气后变为红棕色

C．b中产生的无色气体接触空气后变为红棕色

Ⅲ.实验反思

（5）利用该装置先进行铜与浓硝酸反应，再进行铜与稀硝酸反应的实验，其好处是________________________________________________________________________。

Ⅳ.问题讨论

用等质量的铜片与等体积的浓硝酸、稀硝酸（硝酸均过量）反应时，发现反应后所得溶液前者呈绿色，后者呈蓝色。

对此有两种看法：

①两者颜色不同的原因是因为Cu2＋浓度差异引起的。

②前者溶液呈绿色，是因为生成的红棕色NO2溶解于溶液中引起的。

（6）你认为上述看法________（填“①”或“②”）合理。

若是①合理，说明理由，若是②合理，设计一个简单实验证明：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

高考题组一　有关氮的氧化物及硝酸所参与的离子反应

1．判断下列说法是否正确，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）NO2与水的反应：

3NO2＋H2O===2NO

＋NO＋2H＋（　　）

（2011·江苏，6B）

（2）用稀NaOH溶液吸收NO2：

2OH－＋2NO2===NO

＋NO↑＋H2O（　　）

（2010·江苏，3C）

（3）铁与稀HNO3反应：

Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑（　　）

（2009·广东理基，32A）

（4）FeS溶于稀HNO3：

FeS＋2H＋===Fe2＋＋H2S↑（　　）

（2011·新课标全国卷，12A）

（5）在1.0mol·L－1的KNO3溶液中，H＋、Fe2＋、Cl－、SO

可以大量共存（　　）

（2011·江苏，4A）

高考题组二　氮的氧化物

2．判断下列说法是否正确，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在（　　）

（2010·山东理综，13C）

（2）NO可用于某些疾病的治疗（　　）

（2010·上海，4D）

3．发射“嫦娥二号”的长三丙火箭由三个子级构成。

其中一子级上部装有液体四氧化二氮（N2O4），下部装有液体偏二甲肼（C2H8N2）。

发动机内燃烧的化学方程式为C2H8N2＋2N2O4―→3N2＋2CO2＋4H2O，该反应中（　　）

A．C2H8N2发生还原反应

B．C2H8N2是氧化剂

C．N2O4发生氧化反应

D．N2O4是氧化剂

4．（2009·宁夏理综，7）将22.4L某气态氮氧化合物与足量的灼热铜粉完全反应后，气体体积变为11.2L（体积均在相同条件下测定），则该氮氧化合物的化学式为（　　）

A．NO2B．N2O3C．N2OD．N2O4

5．（2009·台湾，25）某氮氧化合物的一分子中含有38个电子。

试问该氮氧化合物是下列的哪一选项（　　）

A．NO　　B．NO3　C．N2O　　D．N2O3　　E．N2O5

6．[2011·山东理综，28

（1）]研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。

NO2可用水吸收，相应的化学反应方程式为

________________________________________________________________________。

利用反应6NO2＋8NH3

7N2＋12H2O也可处理NO2。

当转移1.2mol电子时，消耗的NO2在标准状况下是________L。

7．（2009·上海，31）烟气中NOx是NO和NO2的混合物（不含N2O4）。

（1）根据废气排放标准，1m3烟气最高允许含400mgNOx。

若NOx中NO质量分数为0.85，则1m3烟气中最高允许含NO__________L（标准状况，保留2位小数）。

（2）工业上通常用溶质质量分数为0.150的Na2CO3水溶液（密度1.16g·mL－1）作为NOx吸收剂，该碳酸钠溶液物质的量浓度为______________mol·L－1（保留2位小数）。

（3）已知：

NO＋NO2＋Na2CO3===2NaNO2＋CO2①

2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2②

1m3含2000mgNOx的烟气用质量分数为0.150的碳酸钠溶液吸收。

若吸收率为80%，吸收后的烟气________排放标准（填“符合”或“不符合”），理由：

__________________。

（4）加入硝酸可改变烟气中NO和NO2的比，反应为：

NO＋2HNO3===3NO2＋H2O

当烟气中n（NO）∶n（NO2）＝2∶3时，吸收率最高。

1m3烟气含2000mgNOx，其中n（NO）∶n（NO2）＝9∶1。

计算：

①为了达到最高吸收率，1m3烟气需用硝酸的物质的量（保留3位小数）。

②1m3烟气达到最高吸收率90%时，吸收后生成NaNO2的质量（假设上述吸收反应中，反应①比反应②迅速。

计算结果保留1位小数）。

高考题组三　硝酸

8．判断下列说法是否正确，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解；再加入Cu（NO3）2固体，铜粉仍不溶解（　　）

（2009·北京理综，8B）

（2）a（HNO3）、b（NO）、c（NO2）可实现

间的转化（　　）

（2009·江苏，3B）

（3）

左图：

微热稀HNO3片刻，溶液中有气泡产生，广口瓶内始终保持无色（　　）

（2011·广东理综，23C）

9．（2009·北京理综，27）某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验（夹持仪器已略去）。

实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。

由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。

可选药品：

浓硝酸、3mol·L－1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳

已知：

氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应。

2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O

（1）实验应避免有害气体排放到空气中。

装置③、④、⑥中盛放的药品依次是________________________________________________________________________。

（2）滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）装置①中发生反应的化学方程式是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）装置②的作用是____________________，发生反应的化学方程式是

________________________________________________________________________。

（5）该小组得出的结论依据的实验现象是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（6）实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。

甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。

同学们分别设计了以下4个试验来判断两种看法是否正确。

这些方案中可行的是（选填序号字母）____________。

a．加热该绿色溶液，观察颜色变化

b．加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化

c．向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化

d．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化

读懂实验目的，分清装置的,作用是解好实验题的秘诀

考生答卷案例——找错纠错

失分原因分析

第

（2）问中不能写出完整的操作“关闭弹簧夹，将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内”。

原因是考虑不周。

只考虑到在得到NO之前要排净装置内的空气，而忽略了要防止NO排放到空气中的细节。

不能准确回答第（4）问中装置②的作用和第（5）问。

原因是没读懂实验目的是为了验证“浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO”。

第（6）问没有选全。

原因是没读懂目的是为了验证“溶液过浓导致还是因为溶有气体NO2所致”。

解决方案与规范指导：

1.高考现场：

解决综合实验题的基本思路是：

明确实验目的→将大装置按实验步骤拆分→明确每一个小装置的作用。

对于有气体参与的实验，其实验装置的组装有一定的规律，一般为

→

→

→

。

2．复习时：

实验考题主要涉及两大类问题：

制备实验和性质实验。

（1）制备一些较“娇气”的物质时，有一些特殊的注意事项，如：

制备NO或是Fe（OH）2之前都要先赶走氧气。

（2）性质实验

①探索性实验方案的设计，程序为物质→实验事实→科学抽象→结论

②验证性质实验方案设计，程序为物质→性质推测→实验验证→结论

课时规范训练

教材习题回扣

1．在实验室，下列试剂中需要用棕色试剂瓶保存的是（　　）

A．浓硝酸B．浓硫酸

C．碳酸钠溶液D．氯化钡溶液

2．选用下列物质填空（填序号）：

①二氧化碳　②二氧化硫　③氮氧化物　④氟氯烃

（1）会破坏臭氧层的物质是______。

（2）过量会导致温室效应加剧的物质是______。

（3）造成酸雨的物质是______。

（4）导致光化学烟雾的物质是______。

3．氮氧化物进入大气后，不仅会形成硝酸型酸雨，还可能形成光化学烟雾，因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。

（1）用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：

NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O　　　　　　①

2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O　　　　②

在反应①中，氧化剂是______，还原剂是______。

在反应②中，氧化剂是______，还原剂是______。

（2）汽车尾气中含有一氧化氮和