(浙江選考)2020版高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第3講 元素化學(xué) 考點(diǎn)22 硝酸的性質(zhì)學(xué)案.docx
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考點(diǎn)22 硝酸的性質(zhì) 知識(shí)條目 加試要求 1.硝酸的性質(zhì)與用途 b 2.工業(yè)制取硝酸的設(shè)備和流程 b 一、硝酸的性質(zhì) 1.硝酸的物理性質(zhì) 純硝酸是無(wú)色,有刺激性氣味的液體,具有揮發(fā)性,工業(yè)硝酸常因溶有少量NO2而略帶黃色。工業(yè)硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為69%。 2.硝酸的化學(xué)性質(zhì) (1)酸性——酸的通性:稀HNO3能使紫色的石蕊試液變紅。 (2)不穩(wěn)定性:硝酸不穩(wěn)定,見(jiàn)光或受熱易分解,其反應(yīng)方程式:4HNO32H2O+4NO2↑+O2↑。因此,濃硝酸應(yīng)盛放在棕色細(xì)口試劑瓶中,置于冷暗處,不能用橡膠塞。 (3)強(qiáng)氧化性 ①與金屬(除Pt、Au外)的反應(yīng):Cu與濃、稀HNO3反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O;Cu+4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。鐵、鋁遇冷的濃HNO3能發(fā)生鈍化,故可用鐵、鋁的容器貯存或運(yùn)輸冷的濃HNO3。 ②與非金屬的反應(yīng):如與C和S的反應(yīng),其反應(yīng)方程式分別為C+4HNO3(濃)CO2↑+4NO2↑+2H2O,S+6HNO3(濃)H2SO4+6NO2↑+2H2O。 (4)其他性質(zhì) ①與某些有機(jī)物反應(yīng):例如,苯的硝化反應(yīng),蛋白質(zhì)的顯色反應(yīng)等。 ②王水:濃硝酸和濃鹽酸以1∶3的體積比混合配制成王水,它的氧化性比HNO3更強(qiáng),能溶解金、鉑等金屬。 二、硝酸的強(qiáng)氧化性的特殊表現(xiàn) 1.硝酸與金屬反應(yīng) (1)金屬與硝酸反應(yīng)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)銅與濃HNO3反應(yīng),若Cu過(guò)量,開(kāi)始時(shí)硝酸的還原產(chǎn)物為NO2,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,濃HNO3變稀,硝酸的還原產(chǎn)物為NO,最終能得到NO2和NO的混合氣體。解答有關(guān)計(jì)算問(wèn)題時(shí),可利用電子得失守恒的方法。 2.硝酸與變價(jià)金屬氧化物反應(yīng):如FeO與稀HNO3反應(yīng):3FeO+10HNO3(稀)===3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O,反應(yīng)中硝酸既表現(xiàn)了氧化性,又表現(xiàn)了酸性。而不能錯(cuò)誤地認(rèn)為:FeO+2HNO3===Fe(NO3)2+H2O。 3.離子共存判斷中的NO∶在極弱酸性、中性或弱堿性條件下,NO氧化性很弱或幾乎沒(méi)有氧化性,但溶液中有大量H+存在時(shí),NO表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性,此時(shí)不能與Fe2+、S2-、I-、SO、Br-等還原性離子共存。 三、硝酸的工業(yè)制法及用途 1.硝酸的工業(yè)制法 (1)NH3的催化氧化,在氧化爐(轉(zhuǎn)化器)中進(jìn)行,化學(xué)反應(yīng)方程式為4NH3+5O24NO+6H2O。 (2)生成NO2:2NO+O2===2NO2。 (3)水吸收NO2:在吸收塔中進(jìn)行,反應(yīng)的化學(xué)方程式為3NO2+H2O===2HNO3+NO。 2.硝酸的用途 硝酸是一種重要的化工原料,用于制備氮肥、染料、塑料、炸藥、硝酸鹽等。 【例1】 下述實(shí)驗(yàn)中均有紅棕色氣體產(chǎn)生,對(duì)比分析所得的結(jié)論不正確的是( ) A.由①中的紅棕色氣體,推斷產(chǎn)生的氣體一定是混合氣體 B.紅棕色氣體不能表明②中木炭與濃硝酸產(chǎn)生了反應(yīng) C.由③說(shuō)明濃硝酸具有揮發(fā)性,生成的紅棕色氣體為還原產(chǎn)物 D.③的氣體產(chǎn)物中檢測(cè)出CO2,由此說(shuō)明木炭一定與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng) 【解析】 題中涉及實(shí)驗(yàn)都在加熱條件下,濃硝酸不穩(wěn)定,加熱分解生成的二氧化氮?dú)怏w為紅棕色,且加熱條件下,濃硝酸可與碳發(fā)生氧化還原反應(yīng)。加熱條件下,濃硝酸分解生成二氧化氮和氧氣,則產(chǎn)生的氣體一定是混合氣體,故A正確;在加熱條件下,濃硝酸可分解生成二氧化氮,不一定與碳反應(yīng)生成,故B正確;硝酸中N元素的化合價(jià)為+5價(jià),生成二氧化氮的N元素化合價(jià)為+4價(jià),化合價(jià)降低,故生成的紅棕色氣體為還原產(chǎn)物,故C正確;木炭加熱至紅熱,可與空氣中O2反應(yīng)生成二氧化碳,不一定是與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng),D錯(cuò)誤。 【答案】 D 【提煉】 本題主要考查濃硝酸的性質(zhì),側(cè)重考查學(xué)生的分析能力和元素化合物知識(shí)的綜合理解與運(yùn)用,注意把握物質(zhì)的性質(zhì)以及實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)密性和可行性的評(píng)價(jià)。 【例2】 足量銅與一定量濃硝酸反應(yīng),得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體,這些氣體與1.68LO2(標(biāo)準(zhǔn)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5molL-1NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,則消耗NaOH溶液的體積是( ) A.60mLB.45mLC.30mLD.15mL 【解析】 O2為氧化劑,Cu為還原劑,HNO3相當(dāng)于僅僅發(fā)生了復(fù)分解反應(yīng),n(Cu)=2n(O2)=0.15mol,n(NaOH)=2n(Cu)=0.3mol,V(NaOH)==0.06L=60mL,故選A。 【答案】 A 【提煉】 本題要求學(xué)生根據(jù)氧化還原反應(yīng)中電子守恒規(guī)律求算,培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。 【例3】 某合金(僅含銅、鐵)中銅和鐵的物質(zhì)的量之和為ymol,其中Cu的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為a,將其全部投入50mLbmolL-1的硝酸溶液中,加熱使其充分反應(yīng)(假設(shè)NO是唯一的還原產(chǎn)物)。下列說(shuō)法正確的是( ) ①若金屬有剩余,在溶液中再滴入硫酸后,金屬又開(kāi)始溶解 ②若金屬全部溶解,則溶液中一定含有Fe3+ ③若金屬全部溶解,且產(chǎn)生336mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況),則b=0.3 ④當(dāng)溶液中金屬離子只有Fe3+、Cu2+時(shí),則a與b的關(guān)系為:b≥80y(1-a/3) A.①②B.③④C.②③D.①④ 【解析】 若再加入硫酸,其中的NO在酸性條件下能繼續(xù)氧化剩余的金屬,①對(duì);若金屬全部溶解,因?yàn)椴恢狧NO3是否過(guò)量,鐵可能是Fe2+,也可能是Fe3+,②錯(cuò);HNO3的量應(yīng)大于NO的量,即:0.05LbmolL-1>0.336L/22.4 Lmol-1,得b>0.3,③錯(cuò);當(dāng)溶液中金屬只有Fe3+、Cu2+時(shí),金屬全部溶解,據(jù)反應(yīng)3Cu+8HNO3===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,F(xiàn)e+4HNO3===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,知n(HNO3)≥n(Cu)8/3+4n(Fe),即:0.05LbmolL-1≥ay8/3+4y(1-a),得b≥80y(1-a/3),④對(duì)。 【答案】 D 【提煉】 本題主要考查Fe、Cu與稀硝酸的反應(yīng),以及在反應(yīng)過(guò)程中可能存在的情況,要注意分析金屬過(guò)量或酸過(guò)量時(shí)溶液中可能存在的金屬陽(yáng)離子,旨在提高學(xué)生分析問(wèn)題的能力。 【例4】 SCR和NSR技術(shù)可有效降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在空氣過(guò)量條件下的NOx排放。 (1)SCR(選擇性催化還原)工作原理: ①尿素[CO(NH2)2]水溶液熱分解為NH3和CO2,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________。 ②反應(yīng)器中NH3還原NO2的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________。 ③當(dāng)燃油中含硫量較高時(shí),尾氣中SO2在O2作用下會(huì)形成(NH4)2SO4,使催化劑中毒。用化學(xué)方程式表示(NH4)2SO4的形成:________________________________________________________________________。 ④尿素溶液濃度影響NO2的轉(zhuǎn)化,測(cè)定溶液中尿素(M=60gmol-1)含量的方法如下:取ag尿素溶液,將所含氮完全轉(zhuǎn)化為NH3,所得NH3用過(guò)量的V1mLc1molL-1H2SO4溶液吸收完全,剩余的H2SO4用V2mLc2molL-1NaOH溶液恰好中和,則尿素溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是________。 (2)NSR(NOx儲(chǔ)存還原)工作原理: NOx的儲(chǔ)存和還原在不同時(shí)段交替進(jìn)行,如圖a所示。 ①通過(guò)BaO和Ba(NO3)2的相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)NOx的儲(chǔ)存和還原。儲(chǔ)存NOx的物質(zhì)是________。 ②用H2模擬尾氣中還原性氣體研究了Ba(NO3)2的催化還原過(guò)程,該過(guò)程分兩步進(jìn)行,圖b表示該過(guò)程相關(guān)物質(zhì)濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系。第一步反應(yīng)消耗的H2與Ba(NO3)2的物質(zhì)的量之比是________。 ③還原過(guò)程中,有時(shí)會(huì)產(chǎn)生笑氣(N2O)。用同位素示蹤法研究發(fā)現(xiàn)笑氣的產(chǎn)生與NO有關(guān)。在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應(yīng)時(shí),得到的笑氣幾乎都是15NNO。將該反應(yīng)的化學(xué)方程式補(bǔ)充完整:________15NNO+H2O。 【解析】 (1)①尿素[CO(NH2)2]水溶液熱分解為NH3和CO2,反應(yīng)物為尿素和水,生成物為氨氣和二氧化碳,依原子守恒書寫化學(xué)方程式為CO(NH2)2+H2O2NH3↑+CO2↑。②NH3在催化劑作用下與NO2反應(yīng)生成氮?dú)夂退?,反?yīng)的化學(xué)方程式為8NH3+6NO27N2+12H2O。③SO2在O2作用下與NH3、H2O反應(yīng)形成(NH4)2SO4,此反應(yīng)中SO2是還原劑,氧氣是氧化劑,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2SO2+O2+4NH3+2H2O===2(NH4)2SO4。④涉及的反應(yīng)為2NH3+H2SO4===(NH4)2SO4,2NaOH+H2SO4===Na2SO4+H2O,反應(yīng)中n(H2SO4)=V1c110-3mol,n(NaOH)=V2c210-3mol,由方程式可知n(NaOH)+n(NH3)=2n(H2SO4),則n(NH3)=(2V1c110-3-V2c210-3) mol,則m[CO(NH2)2]=0.5(2V1c110-3-V2c210-3) mol60g/mol=(0.06V1c1-0.03V2c2)g,尿素溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是[(0.06c1V1-0.03c2V2)/a]100%=[(6c1V1-3c2V2)/a]%。 (2)①由圖示可知BaO和NOx反應(yīng)生成Ba(NO3)2,Ba(NO3)2再還原為N2,則儲(chǔ)存NOx的物質(zhì)為BaO。②第一步反應(yīng)中H2被氧化生成水,化合價(jià)由0價(jià)升高到+1價(jià),Ba(NO3)2中的N元素化合價(jià)由+5價(jià)降低到-3價(jià),生成氨氣,則1molBa(NO3)2生成氨氣轉(zhuǎn)移16mol電子,參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為16/2mol=8mol,則消耗的H2與Ba(NO3)2的物質(zhì)的量之比是8∶1。③在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應(yīng)時(shí),得到的笑氣幾乎都是15NNO,由N元素守恒可知15NO與NH3應(yīng)為1∶1,可知反應(yīng)的化學(xué)方程式為415NO+4NH3+3O2415NNO+6H2O。 【答案】 (1)①CO(NH2)2+H2O2NH3↑+CO2↑?、?NH3+6NO27N2+12H2O ③2SO2+O2+4NH3+2H2O===2(NH4)2SO4 ④[(6c1V1-3c2V2)/a]% (2)①BaO?、?∶1?、?15NO+4NH3+3O2 4 6 【提煉】 本題主要以氮氧化物為載體考查元素化合物知識(shí)以及化學(xué)方程式的相關(guān)計(jì)算,側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查,題目難度中等,注意把握題給信息,結(jié)合質(zhì)量守恒定律計(jì)算該題。 【例5】 已知硝酸銅溶液呈藍(lán)色。但在銅與濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中,同學(xué)們發(fā)現(xiàn)除了生成的氣體顏色不相同外,最終溶液的顏色也不相同:前者呈綠色,而后者呈藍(lán)色。甲、乙同學(xué)為此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。 甲:在Ⅰ、Ⅱ兩支試管中分別加入等體積的濃HNO3和稀HNO3,再向兩支試管中分別投入等質(zhì)量的銅片,充分反應(yīng)后銅均無(wú)剩余。結(jié)果:Ⅰ中溶液呈綠色,Ⅱ中溶液呈藍(lán)色。 乙:分別?、裰械木G色溶液于兩支試管Ⅲ、Ⅳ中,對(duì)試管Ⅲ進(jìn)行多次振蕩、靜置,最終溶液顏色由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)樯钏{(lán)色;向試管Ⅳ中緩緩加水并不停振蕩,觀察到溶液由綠色變?yōu)樯钏{(lán)色,最后變?yōu)榈{(lán)色。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)分別寫出Cu與濃HNO3、稀HNO3反應(yīng)的化學(xué)方程式:________________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。 (2)甲的實(shí)驗(yàn)________(“能”或“不能”)說(shuō)明溶液呈現(xiàn)不同的顏色與其物質(zhì)的量濃度無(wú)關(guān),這是因?yàn)槌浞址磻?yīng)后,Ⅰ、Ⅱ兩試管中Cu(NO3)2溶液的物質(zhì)的量濃度________(填“相等”或“不相等”)。 (3)請(qǐng)你根據(jù)乙的實(shí)驗(yàn),推測(cè)Cu與濃HNO3反應(yīng)后溶液呈綠色的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)方案,驗(yàn)證你所得到的上述結(jié)論:________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【解析】 在甲的實(shí)驗(yàn)中,所得溶液的物質(zhì)的量濃度相等但顏色不同,這足以說(shuō)明兩試管中的Cu(NO3)2溶液呈現(xiàn)不同的顏色與其物質(zhì)的量濃度無(wú)關(guān)。 既然溶液呈現(xiàn)不同的顏色與其物質(zhì)的量濃度無(wú)關(guān),那么溶液顏色不同的原因就要從其他方面分析了。不難看出,除了Cu(NO3)2,不同的只有兩反應(yīng)的氣體產(chǎn)物。NO2可溶于濃硝酸且使溶液呈黃色,根據(jù)物理學(xué)原理——黃色與藍(lán)色的混合色為綠色,乙的實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這個(gè)結(jié)論。而NO不溶于硝酸,所得的溶液毫無(wú)疑問(wèn)應(yīng)該是藍(lán)色的。 【答案】 (1)Cu+4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O (2)能 相等 (3)反應(yīng)產(chǎn)生的紅棕色NO2部分溶解于濃硝酸中,與藍(lán)色的硝酸銅溶液混合而使溶液呈綠色 (4)方案一:取Cu與濃HNO3反應(yīng)后的綠色溶液,向其中通入足量的空氣(或氧氣),溶液顏色由綠色逐漸變?yōu)樗{(lán)綠色,最終變?yōu)樗{(lán)色 方案二:取Cu與濃HNO3反應(yīng)后的綠色溶液,加熱,溶液顏色由綠色逐漸變?yōu)樗{(lán)綠色,最終變?yōu)樗{(lán)色(可任選其中一個(gè)作答) 【提煉】 本題主要探究銅與濃、稀硝酸反應(yīng)后溶液顏色不同的原因,考查學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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