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。