第18讲-硝酸的性质(原卷版).docx

第18讲 硝酸的性质 人类活动对氮循环和环境的影响
【学习目标】
1．掌握硝酸的主要性质。
2．认识硝酸在工业和农业生产中的重要意义。
3．了解工业制硝酸的原理
4．认识氮的化合物在农业生产中的应用及对生态环境的影响
【基础知识】
一、硝酸的性质
1．实验探究硝酸的性质
实验装置
及操作

实验现象
瓶口产生______，闻到_______气味
反应缓慢，有少量_________产生，溶液变___
反应剧烈，有大量____________产生，溶液变___
无明显现象
2．物理性质
颜色
状态
气味
密度
特性
___
___
______性
比水的___
易______
3．化学性质
（1）酸的通性
①电离方程式：____________________
②酸碱指示剂：能够使石蕊试液_____
③能与金属、碱、碱性氧化物等反应
（2）不稳定性
①性质：浓硝酸受热或见光分解
②反应：___________________________________
（3）强氧化性

4．用途
（1）制造炸药、染料等重要的化工原料
（2）实验室里重要的化学试剂
二、人类活动对氮循环和环境的影响

（1）形成硝酸型酸雨
含氮物质NONO2HNO3
（2）形成光化学烟雾
NO2和O2O3有毒烟雾
（3）破坏臭氧层：NO催化O3分解为O2
NO+O3＝NO2+O，NO2+O＝NO+O2
（4）水体富营养化：水中含氮化合物引起水体污染
【考点剖析】
考点一：硝酸的强氧化性
例1．（2021·吉林四平高一检测）某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按如图装置进行实验（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+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O。
（1）实验应避免有害气体排放到空气中。装置③④⑥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___________________________________________。
（3）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为____________________。
（5）该小组得出的结论所依据的实验现象是______________________________。
【互动探究】（1）若反应后装置①中还有铜片剩余，则再加入少量稀硫酸后，有什么现象？

（2）装置④中发生反应的化学方程式是什么？

【思维拓展】硝酸的强氧化性
1．硝酸和酸碱指示剂的反应
（1）紫色石蕊试液先变红，后褪色
（2）紫色石蕊试液只变红，不褪色
2．硝酸和金属的反应
（1）除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可能氧化所有的金属。
①Ag+2HNO3（浓）AgNO3+NO2↑+H2O
②3Ag+4HNO3（稀）3AgNO3+NO↑+2H2O
（2）活泼金属与HNO3反应不生成H2，HNO3的浓度不同，还原产物不同。
①还原产物

②表现性质：强氧化性和酸性
（3）Fe、Al与浓硝酸反应
①温度不同，反应不同

②应用：在常温下用铝质或铁质容器盛放浓硝酸
4．浓硝酸和非金属的反应
（1）反应规律：非金属+浓硝酸最高价氧化物或其最高价含氧酸+NO2↑
（2）反应举例
①C+4HNO3（浓）CO2↑+4NO2↑+2H2O
②S+6HNO3（浓）H2SO4+6NO2↑+3H2O
③P+5HNO3（浓）H3PO4+5NO2↑+H2O
（3）表现性质：只表现出强氧化性
5．硝酸与还原性化合物反应
（1）－2价硫：3H2S+2HNO3（稀）3S↓+2NO↑+4H2O
（2）+4价硫：3Na2SO3+2HNO3（稀）3Na2SO4+2NO↑+H2O
（3）－2价碘：6I－+8H++2NO3－3I2+2NO↑+4H2O
（4）+2价铁：3Fe2++4H++NO3－3Fe3++2H2O+NO↑
考点二：
例2．25.6g Cu完全溶于适量浓硝酸中，收集到氮的氧化物（含NO、N2O4、NO2）若干，这些混合气体恰好能被500mL 1mol/L NaOH溶液完全吸收，生成的盐溶液中NaNO2和NaNO3的物质的量之比为（已知：NO+NO2+2NaOH＝2NaNO2+H2O、2NO2+2NaOH＝NaNO3+NaNO2+H2O）（ ）。
A．2∶1 B．1∶1 C．4∶1 D．1∶3
例3．将2.4g Fe、Mg合金投入到足量的稀硝酸中，金属与硝酸恰好完全反应，共收集到标准状况下的气体VL（硝酸被还原成NO），若向反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液，待金属元素全部沉淀后，再将沉淀过滤、洗涤、灼烧后称量，质量为3.6g。则收集到的气体体积V值可为（ ）。
A．0.986 B．1.12 C．3.36 D．6.72
例4．（2021·肇庆高一检测）在1L溶液中含有Fe（NO3）3和H2SO4两种溶质，其浓度分别为0.2mol·L－1和1.5mol·L－1，现向该溶液中加入39.2g铁粉使其充分反应，下列有关说法正确的是（ ）。
A．反应后溶液中Fe3+物质的量为0.8mol
B．反应后产生13.44LH2（标准状况）
C．反应后溶液中Fe2+和Fe3+物质的量之和为0.9mol
D．由于氧化性Fe3+＞H+，故反应中先没有气体产生后产生气体
【思维拓展】金属与硝酸反应的计算
1．硝酸与金属反应的规律
硝酸与金属单质反应时一部分被还原，一部分生成硝酸盐，故硝酸既表现了酸性又表现了氧化性，但硝酸与金属反应一般不生成H2。
（1）硝酸与铜的反应：
在反应中硝酸的作用可用下图表示：

可以看出，随HNO3浓度的降低，还原产物会由NO2变成NO。
①由氮原子守恒可知，无论是NO2还是NO，被还原的硝酸与被还原生成气体的物质的量总是相等的；
②未被还原的NO3－与Cu2+结合成Cu（NO3）2，NO3－的物质的量为Cu2+物质的量的2倍；
③运用电子守恒、原子守恒，便可顺利求解参加反应的Cu、HNO3以及产物NO2、NO之间量的关系。
（2）稀硝酸与铁的反应：
①Fe+4HNO3（稀）Fe（NO3）3+NO↑+2H2O
②3Fe（过量）+8HNO3（稀）3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O
反应物的量与生成物的关系如图所示：

上述反应首先发生反应①，若Fe剩余再发生反应③Fe+2Fe（NO3）3＝3Fe（NO3）2，合并①③即可得反应②。所以，无论反应①还是反应②，被还原的HNO3皆占参与反应的HNO3的。
2．常用解题方法
（1）原子守恒：n（HNO3）＝n（NO3－）+n（还原产物中氮原子）。
（2）电子守恒：氮原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。
（3）电荷守恒：Mn+和H+所带正电荷总数等于NO3－所带负电荷总数
（4）利用离子方程式计算：
硝酸与硫（盐）酸混合液跟金属的反应，当金属足量时，不能用硝酸与金属反应的化学方程式计算，应用离子方程式计算，因为生成的硝酸盐中的NO3－借助硫（盐）酸中的H+仍能继续与金属反应。
考点三：氮及其化合物间的转化关系
例5．硝酸铵是含氮量较高的化肥，生产流程如下（产物水均已略去）：

（1）反应④的化学方程式为________________________________，该反应的氧化剂为__________，还原剂为__________。
（2）补充并配平反应②的化学方程式：____NH3+___O2____NO+_______。
（3）化学反应_______（填序号）是非氧化还原反应，离子方程式为______________。
（4）有人设计了一个反应来制备硝酸NO2+NH3→HNO3+H2O（未配平），你认为该反应______（填“能”或“不能”）发生，理由是______________________。
【思维拓展】氮及其化合物间的转化关系
1．氮元素的价-类图

2．氮元素的化合价与氧化性、还原性的关系
价态
代表物
性质
－3
NH3、Mg3N2、NH4Cl
只有还原性
0
N2
既有氧化性，又有还原性
+1
N2O
+2
NO
+3
N2O3、HNO2、NaNO2
+4
NO2、N2O4
+5
N2O5、HNO3、NaNO3
只有氧化性
【过关检测】
一、选择题
1．（2020•江苏学考真题）下列气体排放到空气中，不会导致酸雨的是（ ）。
A．NO B．NO2 C．CO2 D．SO2
2．（2021·日照高一检测）下列污染现象主要与NO2有关的是（ ）。
A．臭氧空洞 B．水体富营养化
C．光化学烟雾 D．温室效应
3．久置的硝酸呈黄色的原因是（ ）。
A．硝酸露置在空气中被氧气氧化了
B．硝酸露置在空气中被氮气还原了
C．硝酸见光或受热分解产生的NO2再溶于硝酸中
D．硝酸是强氧化性酸
4．对于硝酸的物理性质，下列叙述中，不正确的是（ ）。
A．可以与水以任意比互溶
B．不易挥发
C．有刺激性气味
D．质量分数在95%以上的硝酸为发烟硝酸
5．在反应C+4HNO3（浓）CO2↑+4NO2↑+2H2O中浓硝酸表现出（ ）。
A．酸性 B．挥发性 C．强氧化性 D．不稳定性
6．下列离子方程式正确的是（ ）。
A．Zn与稀硝酸反应：Zn+2H+Zn2++H2↑
B．Fe与过量稀硝酸反应：3Fe+8H++2NO3－3Fe2++2NO↑+4H2O
C．过量铁粉与稀硝酸反应：Fe+4H++NO3－Fe3++NO↑+2H2O
D．Cu与稀硝酸反应：3Cu+8H++2NO3－3Cu2++2NO↑+4H2O
7．在下列反应中，HNO3既表现出氧化性，又表现出酸性的是（ ）。
A．H2S+2HNO3（浓）＝S↓+2NO2↑+2H2O
B．Fe2O3+6HNO3＝2Fe（NO3）3+3H2O
C．4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O
D．3Cu+8HNO3＝3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O
8．（2021·泉州高一检测）明崇祯年间《徐光启手迹》记载：“绿矾五斤，硝（硝酸钾）五斤，将矾炒去，约折五分之一，将二味同研细，次用铁作锅，……锅下起火，取气冷定，开坛则药化为强水。五金入强水皆化，惟黄金不化强水中，加盐则化。”以下说法不正确的是（ ）。
A．“强水”主要成分是硝酸
B．“将矾炒去，约折五分之一”是指绿矾脱水
C．“锅下起火，取气冷定”描述了蒸馏的过程
D．“五金入强水皆化”过程产生的气体都是H2
9．（2021·江苏常州高一上期末）铜粉放入稀硫酸溶液中，加热后无明显现象发生。当加入一种盐后，铜粉的质量减少，溶液呈蓝色。有下列盐：①Fe2（SO4）3；②Na2CO3；③KNO3；④FeSO4；⑤Fe3O4；⑥Fe2O3；⑦HCl，符合条件的组合为（ ）。
A．①③⑤⑥ B．①③④⑥
C．①③⑤⑦ D．①③④⑦
10．（2021·广州高一检测）关于硝酸的说法正确的是（ ）。
A．常温下，向浓硝酸中投入Fe片，不会产生大量的红棕色气体，没有反应发生
B．与金属反应时，稀硝酸可能被还原为更低价态，则稀硝酸氧化性强于浓硝酸
C．硝酸电离出的H+，能被Zn、Fe等金属还原成H2
D．硝酸与金属反应时，是+5价的氮得电子
11．木炭屑与浓HNO3共热，产生的气体X等分为①和②两份，将两份气体分别按下图实验：

则澄清石灰水的变化可能是（ ）。
A．①不变浑浊，②变乳白色
B．①变为乳白色浑浊，②不变浑浊
C．①、②均变为乳白色浑浊
D．①、②都不变浑浊
12．（2022·福建省泉州高一下学期期中）氨和硝酸是重要的化工产品，工业合成氨及制备硝酸的流程如图：

下列说法错误的是（ ）。
A．“氨分离器”中主要应用了氨气易液化的性质
B．为提高氮的利用率，尾气可循环进入“合成塔”
C．流程中的转化涉及复分解反应
D．工业上可用铁槽车储运浓硝酸
13．（2021·山东师大附中高一期末检测）某化学兴趣小组进行了有关Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示。下列有关说法正确的是（ ）。

A．实验①中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生，说明稀硝酸被Cu还原为NO2
B．实验③中滴加稀硫酸，铜片继续溶解，说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强
C．实验③发生反应的化学方程式为3Cu+Cu（NO3）2+4H2SO44CuSO4+2NO↑+4H2O
D．由上述实验可得出结论：Cu在常温下既可以和稀硝酸反应，也可以和稀硫酸反应
14．（2021·广西凭祥高一下学期期末）硝酸铵钙［5Ca（NO3）2•NH4NO3•10H2O］是一种新型高效复合肥料，具有生产工艺简单，成本低廉，经济效益高等多方面的优点。在实验室模拟合成硝酸铵钙的流程如图所示，下列说法错误的是（ ）。

A．若要加快“过滤”的速率，可以采用抽滤的方法
B．“蒸发”时所用的坩埚应该放置在泥三角上
C．“结晶”时为防止晶体脱水通常采用降温结晶的方式
D．加入碳酸钙的目的之一是调节铵钙比
15．（2021·四平高一检测）35.2gFeS与1000mL1.3mol/L硝酸溶液恰好完全反应，反应后氧化产物为Fe2（SO4）3和Fe（NO3）3，则硝酸的还原产物为（ ）。
A．N2 B．N2O C．NO D．NO2
二、非选择题
16．（2021·厦门高一检测）如图的各方框表示有关的一种反应物或生成物（某些物质已经略去），其中常温下A、C、D为无色气体，C能使湿润的红色石蕊试纸变蓝、F为红棕色气体。

（1）写出下列各物质的化学式：F：______；G：______。
（2）写出A→D变化的化学方程式：____________________________________；写出G→E变化的离子方程式：__________________________________________。
（3）实验室里，常用加热______的混合物的方法制取气体C，常采用______法来收集。
17．某校为了改进碳与浓硝酸反应的实验，设计了如图所示的装置，实验步骤：先预热盛有无水氯化钙的烧瓶，然后投入几小块红热的炭块，再缓缓向炭块上滴加浓硝酸（最好用发烟硝酸），反应即可连续发生。请完成下列空白：

（1）红热的炭块投入烧瓶中后先是由红变暗，滴入浓硝酸后又由暗变红，原因是_____________________，反应的化学方程式为_______________________________。
（2）烧瓶中的现象是__________________________________；试管中的现象是____________________________________。
（3）无水氯化钙的作用是________________________，水湿棉花的作用是______________，气球的作用是______________。
（4）若在反应结束后，在试管中得到20g沉淀（假设各步反应均进行完全），若要使气球中所得气体完全被水吸收（4NO+3O2+2H2O4HNO3），则需要再通入O2的体积为__________L（标准状况，装置中的空气在此处计算时，可忽略）。
18．（2020~2021学年浙江省温州市十校联合体高一下期中）（10分）实验室利用废铜屑制备硫酸铜晶体，装置如图所示（夹持装置和加热装置已略去），在实验中将适量KNO3溶液逐滴加入到废铜屑与稀硫酸的混合物中，加热使之反应完全，通过蒸发浓缩、冷却结晶，制得硫酸铜晶体．已知NO2可与NaOH溶液反应生成两种盐，NO不能与NaOH溶液反应。

（1）连接漏斗和烧瓶的橡胶管的作用是____________________。
（2）烧瓶中生成无色的NO气体，反应的离子方程式是_______________。
（3）无色气体进入广口瓶后变为红棕色气体，反应的化学方程式是__________。
（4）实验方案中KNO3溶液应改为稀硝酸效果更好，理由是_______________。
（5）实验过程中盛有NaOH溶液的烧杯上方仍然出现了红棕色气体，请对该实验装置提出改进意见：______________________________。

19．（2021·北京昌平高一检测）研究氮的循环和转化对生产、生活有重要的价值。
Ⅰ．（1）写出实验室制备氨气的化学方程式____________________。
Ⅱ．氨是重要的化工原料。某工厂用氨制硝酸和铵盐的流程如图所示。

（2）设备1、3中发生反应的化学方程式分别是______________________________、___________________________________。设备2中通入的物质A是_______。
Ⅲ．氨氮废水的去除是当前科学研究的热点问题。氨氮废水中的氮元素多以NH4+和NH3·H2O的形式存在。某工厂处理氨氮废水的流程如下：

（3）过程①的目的是将NH4+转化为NH3，并通过鼓入大量空气将氨气吹出，写出NH4+转化为NH3的离子方程式_________________________。
（4）过程②加入NaClO溶液可将氨氮转化为无毒物质，反应后含氮元素、氯元素的物质化学式分别为_______、_______。
（5）含余氯废水的主要成分是NaClO以及HClO，X可选用以下哪种溶液以达到去除余氯的目的（填序号）_______。
a．KOH b．Na2SO3 c．KMnO4 d．NaCl
写出其中一个反应的离子方程式____________________。
20．近几年来关于氮污染的治理倍受关注。
（1）三效催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂，其催化剂表面物质转化的关系如图所示，下列说法正确的是_______。

a．在转化过程中，氮元素均被还原
b．依据图示判断催化剂不参与储存和还原过程
c．还原过程中生成0.1molN2，转移电子数为1mol
d．三效催化剂能有效实现汽车尾气中CO、CxHy、NOx三种成分的净化
（2）利用ClO2氧化氮氧化物反应过程如下：

反应Ⅰ的化学方程式是2NO+ClO2+H2ONO2+HNO3+HCl，反应Ⅱ的离子方程式是____________________________________________。
（3）加入过量次氯酸钠可使废水中NH4+完全转化为N2，而本身被还原为NaCl。
①检验废水中是否存在NH4+的方法是______________________。
②若处理废水产生了0.448LN2（标准状况），则需消耗浓度为0.5mol•L－1的次氯酸钠的体积为_______L。