2019-2020年高考化學一輪復習 專題4.4 氮的氧化物和硝酸講案（含解析）.doc

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2019-2020年高考化學一輪復習 專題4.4 氮的氧化物和硝酸講案（含解析） 復習目標： 1、掌握氮及其化合物（NO、NO2、HNO3等）的物理和化學性質(zhì) 2、掌握HNO3的強氧化性及相關(guān)的計算。 3、了解氮及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響 基礎知識回顧： 一、氮氣及氮的氧化物 1、氮氣 （1）氮的固定 ①含義：使空氣中 游離態(tài) 的氮轉(zhuǎn)化為 化合態(tài)氮 的過程。 ②方法：自然固氮、人工固氮 （2）氮氣的性質(zhì) ①物理性質(zhì) 純凈的N2是一種無色無味的氣體，難溶于水，在空氣中約占總體積的 78% 。 ②結(jié)構(gòu)：電子式為N N 結(jié)構(gòu)式為 N≡N ，氮氮三鍵的鍵能大，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，化學性質(zhì)不活潑。 ③化學性質(zhì) 通常情況下，N2化學性質(zhì)很穩(wěn)定，只在高溫、放電、催化劑等條件下才能發(fā)生一些化學反應。 A．與H2反應：N2+3H22NH3 。 B．與O2反應： N2+O2=2NO 。 C．與Mg反應：N2+3MgMg3N2 。 2、氮的氧化物 NO NO2 物理性質(zhì) 顏色 無色 紅棕色 毒性 有毒 有毒 溶解性 不溶 能溶（反應） 化學性質(zhì) 與O2反應 2NO+O2=2NO2 與H2O反應 3NO2+H2O=2HNO3+NO 實驗室制法 （填化學方程式） 3Cu+8HNO3(稀)= 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O Cu+4HNO3(濃)= Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 與人體環(huán)境的關(guān)系 ①與血紅蛋白結(jié)合使人中毒 ②轉(zhuǎn)化成NO2形成酸雨、光化學煙霧 形成酸雨、光化學煙霧 【注意】 ①氮的氧化物都是大氣污染物。 ②空氣中NO2是造成光化學煙霧的主要因素。 ③空氣中NO、NO2主要來源于煤和石油的燃燒、汽車尾氣、硝酸工廠等。 ④NO2：既有氧化性又有還原性，以氧化性為主。 NO2能使?jié)駶櫟牡矸?KI試紙變藍：2NO2+2KI= 2KNO2+I2。 ⑤NO、NO2均能與NH3發(fā)生歸中反應生成N2。 NOx+NH3→N2+H2O。 ⑥氮氧化合物與堿的反應 2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O 【典型例題1】下列說法正確的是 (　　) A．CO、NO、NO2都是大氣污染氣體，在空氣中都能穩(wěn)定存在 B．NO可用于某些疾病的治療 C．NO2通入FeSO4溶液中始終無明顯現(xiàn)象 D．汽車尾氣的主要污染成分包括NO、CO和N2 【遷移訓練1】【浙江省杭州二中xx年度高三上學期第二次月考試卷】工業(yè)廢氣中氮的氧化物是重要的污染源，有一種治理污染的方法是通入適量氨氣將其還原為無毒物質(zhì)N2和H2O，現(xiàn)有含氮氧化物NO和NO2的混合氣體3L，用相同條件下的NH3 3L恰好反應完全，則混合氣中NO與NO2的體積分數(shù)比 A．l:4 B．1:3 C．l:2 D．l:l 【答案】D 二、硝酸 1、硝酸的物理性質(zhì) 色味態(tài)：無色有刺激性氣味的液體 ； 揮發(fā)性：易揮發(fā) ； 水溶性：與水以任意比互溶； 發(fā)煙硝酸：質(zhì)量分數(shù)大于98%的硝酸。 2、硝酸的化學性質(zhì) （1）具有酸的通性，但考慮其酸性時需首先考慮到其強氧化性。 【注意】 ①濃、稀HNO3對紫色石蕊試液作用，前者使之先變紅后褪色，后者只使之變紅。 ②金屬與HNO3反應不產(chǎn)生H2。 ③比較HNO3與Na2CO3和Na2SO3的反應。(前者為復分解反應，后者為氧化還原反應。) （2）不穩(wěn)定性：濃硝酸顯黃色，是因為HNO3分解產(chǎn)生的NO2溶解在硝酸中，說明濃硝酸具有不穩(wěn)定性，化學方程式為 4HNO3(濃）= O2↑+4NO2↑+2H2O （加熱、光照） 。 （3）強氧化性 ①與金屬的反應 A．除Pt、Au外，大部分金屬均能與HNO3反應。 B．Cu與濃、稀HNO3發(fā)生反應的化學方程式分別為： Cu+4HNO3(濃） = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(?。? 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O C．Fe、Al遇冷的濃HNO3或濃H2SO4能發(fā)生鈍化，故可以用鐵、鋁容器貯存冷的濃HNO3、濃H2SO4。 ②與非金屬反應 與濃HNO3反應時，非金屬單質(zhì)一般被氧化為最高價氧化物或最高價含氧酸，如碳與濃HNO3反應的化學方程式為：C+4HNO3（濃）= CO2↑+4NO2↑+2H2O 。 ③與某些還原性化合物或離子的反應，例如：H2S、SO2、HBr、HI、FeCl2等。 ④王水 王水由濃硝酸與濃鹽酸按體積比1∶3混合所得，具有更強的氧化性，能使Au、Pt溶解。 （4）與有機物的反應 ①硝化反應（如與苯反應）； ②酯化反應（如與纖維素反應）； ③顏色反應（如與蛋白質(zhì)反應）。 【典型例題2】在下列反應中，硝酸既表現(xiàn)氧化性又表現(xiàn)酸性的是 (　　) A．FeO和HNO3 B．Al(OH)3與HNO3 C．H2S和HNO3 D．NH3與HNO3 【遷移訓練2】硝酸銅是制備Cu—Zn—Al系催化劑的重要原料，制取硝酸銅現(xiàn)有三種設計方案可供選用： ①Cu與稀硝酸反應制?。?Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O ②Cu與濃硝酸反應制?。篊u＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O ③通氧氣于銅屑與稀硝酸的體系中制取：2Cu＋4HNO3＋O2===2Cu(NO3)2＋2H2O 下列說法正確的是 (　　) A．制取相同量的硝酸銅需硝酸的量③最多 B．制取相同量的硝酸銅①產(chǎn)生的有毒氣體比②多 C．三種方案中硝酸的利用率③>①>② D．三種方案的反應都可以在鐵制容器中進行 考點詳析： 考點一：氮的氧化物溶于水的有關(guān)計算 1、有關(guān)化學反應方程式 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO ① 4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3 ② 4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3 ③ 2NO＋O2=2NO2 ④ 2、不同情況及剩余氣體的體積 序號 氣體 反應 剩余氣體 剩余氣體的量 Ⅰ NO2 ① NO V(NO2) Ⅱ NO2＋NO ① NO V(NO)原＋V(NO2) Ⅲ NO2＋O2 ＝4∶1 ② 無 0 <4∶1 ② O2 V(O2)原－V(NO2) >4∶1 ①② NO [V(NO2)－V(O2)] Ⅳ NO＋O2 ＝4∶3 ③ 無 0 >4∶3 ③ NO V(NO)原－V(O2) <4∶3 ③ O2 V(O2)原－V(NO) 3、NO2、NO、O2三者組成的混合氣體溶于水 （1）先按①反應后，再據(jù)表Ⅳ進行計算。 （2）先按④反應后，再據(jù)表Ⅲ進行計算。 【注意】　 ①因為水溶液中發(fā)生反應3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，所以無論何種情況下水溶液中不會剩余NO2。 ②當NO2和N2O4的混合氣體作用于H2O時，不要忽視由于NO2的消耗，N2O4會轉(zhuǎn)化為NO2。 【典型例題3】【四川成都市xx一診】定量的CuS和Cu2S的混合物投入足量的HNO3中，收集到氣體VL（標準狀況），向反應后的溶液中（存在Cu2+和SO42-）加入足量NaOH，產(chǎn)生藍色沉淀，過濾，洗滌，灼燒，得到CuO12.0g，若上述氣體為NO和NO2的混合物，且體積比為1﹕1，則V可能為（ ） A．9.0L B．13.5L C．15.7L D．16.8L 【答案】A 【解析】 【遷移訓練3】足量銅與一定量濃硝酸反應,得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體，這些氣體與1.68 L O2(標準狀況)混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入5 mol/L NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，則消耗NaOH溶液的體積是（ ） A．60 mL B．45 mL C．30 mL D．15 mL 考點二：金屬與硝酸的反應的相關(guān)計算 1、金屬與HNO3反應的一般通式 （1）金屬+濃硝酸→金屬硝酸鹽+NO2↑+H2O （2）金屬+稀硝酸→金屬硝酸鹽+NO↑+H2O 2、反應規(guī)律 （1）金屬與硝酸反應一般不生成H2。濃HNO3一般被還原為NO2，稀HNO3一般被還原為NO。 （2）鐵與稀硝酸反應，先生成Fe(NO3)3，若Fe過量，F(xiàn)e(NO3)3再和Fe反應生成Fe(NO3)2。 （3）銅與濃HNO3反應，若Cu過量，開始時硝酸的還原產(chǎn)物為NO2，隨著反應的進行，濃HNO3變稀，硝酸的還原產(chǎn)物為NO，最終應得到NO2和NO的混合氣體。 3、計算方法 （1）原子守恒法 HNO3與金屬反應時，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作為氧化劑轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物，這兩部分中氮原子的總物質(zhì)的量等于反應消耗的HNO3中氮原子的物質(zhì)的量。 （2）得失電子守恒法 HNO3與金屬的反應屬于氧化還原反應，HNO3中氮原子得電子的物質(zhì)的量等于金屬失電子的物質(zhì)的量。 （3）電荷守恒法 HNO3過量時反應后溶液中（不考慮OH-）則有：c(NO3-)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金屬離子)。 （4）離子方程式計算法 金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應時，由于硝酸鹽中NO3-在H2SO4提供H+的條件下能繼續(xù)與金屬反應，因此此類題目應用離子方程式來計算，先作過量判斷，然后根據(jù)完全反應的金屬或H+或NO進行相關(guān)計算，且溶液中要符合電荷守恒。 【典型例題4】【四川資陽市xx屆二診】把一定質(zhì)量的鐵完全溶解于某濃度的硝酸中收集到0.3 mol NO2和0.2 mol NO。向反應后的溶液中加入足量NaOH溶液充分反應，經(jīng)過濾、洗滌后，把所得沉淀加熱至質(zhì)量不再減少為止。得到固體質(zhì)量不可能為 A．18 g B．24 g C．30 g D．36 g 【遷移訓練4】某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL，平均分成兩份。向其中一份中逐漸加入銅粉，最多能溶解9.6 g。向另一份中逐漸加入鐵粉，產(chǎn)生氣體的量隨鐵粉質(zhì)量增加的變化如圖所示(已知硝酸只被還原為NO氣體)。下列分析或結(jié)果錯誤的是 (　　) A．原混合酸中NO物質(zhì)的量為0.1 mol B．OA段產(chǎn)生的是NO，AB段的反應為Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，BC段產(chǎn)生氫氣 C．第二份溶液中最終溶質(zhì)為FeSO4 D．H2SO4濃度為2.5 molL－1 【遷移訓練5】【湖北襄陽xx學年12月調(diào)研】一定量的Fe和Fe2O3混合物投入1 molL-1 300 mL的HNO3溶液中，反應完全后，無固體剩余，生成1．12 LNO氣體（標準狀況），再向反應后溶液中加入1 molL-1的NaOH溶液，要使鐵元素全部沉淀下來，所加NaOH溶液的體積最少是 A．200mL B．245mL C．250mL D．300mL