第四章 学案22 氮的氧化物和硝酸（整理）

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1、学 海 无 涯 学案学案 22 氮的氧化物和硝酸氮的氧化物和硝酸 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 知识点一 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 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 结构 电子式为 结构式为 氮氮三键的键能大 分子结构稳定 化学性质不活泼 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 问

2、题思考 1 N2的稳定性和氮元素的活泼性是否矛盾 2 氮的氧化物 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 与血红蛋白结合使人中毒 转化成 NO2形成酸雨 光 化学烟雾 形成酸雨 光化学烟雾 特别提示 氮的氧化物都是大气污染物 学 海 无 涯 空气中 NO2是造成光化学烟雾的主要因素 空气中 NO NO2主要来源于煤和石油

3、的燃烧 汽车尾气 硝酸工厂等 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 问题思考 2 如何鉴别 NO2与溴蒸气 知识点二 硝酸 1 硝酸的物理性质 色味态 挥发性 水溶性 发烟硝酸 2 硝酸的化学性质 1 强酸性 稀硝酸能使紫色石蕊试液变 色 浓硝酸能使石蕊试液先变 色 微热后褪色 2 不稳定性 浓硝酸显黄色 是因为 说明浓硝酸具有 性 化学方程式为 3 强氧化性 与金属的反应 a 除 Pt Au 外 大部分金属均能与 HNO3反应 b Cu 与浓 稀 HNO3发生反应的化学方程式分别为 c Fe Al 遇冷的浓 HNO3或浓 H2SO4能发生 故可以用

4、铁 铝容器贮存冷的 浓 HNO3 浓 H2SO4 与非金属反应 与浓 HNO3反应时 非金属单质一般被氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸 如碳与浓 HNO3反应的化学方程式为 与某些还原性化合物或离子的反应 例如 H2S SO2 HBr HI FeCl2等 王水 王水由 与 按体积比 1 3 混合所得 具有更强的氧化性 能使 Au Pt 溶解 问题思考 3 酸的挥发性和不稳定性有何区别 4 如何除去浓 HNO3的黄色 一 氮的氧化物与 O2 H2O 混合的计算方法 学 海 无 涯 1 关系式法 1 NO O2 H2O 之间的综合反应式是 4NO 3O2 2H2O 4HNO3 由此可知当体积比 V

5、 NO V O2 4 3余NO 2 NO2 O2 H2O 之间的综合反应式是 4NO2 O2 2H2O 4HNO3 由此可知 当体积比 V NO2 V O2 4 1余NO 2 电子守恒法 NO 和 NO2转化为硝酸时是氧化还原反应 必然遵循电子得失守恒 典例导悟 1 将容积为 50 mL 的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体 倒置量筒在盛满 水的水槽里 一段时间后 量筒里剩余气体体积为 5 mL 则原混合气体中 NO2和 O2体积比 可能是 或 变式演练 1 将盛有 12 mL NO2和 O2的混合气体的量筒倒立于水槽中 充分反应后 还 剩余 2 mL 无色气体 则原混合气体中 O2的体积是 1

6、 2 mL 2 4 mL 3 6 mL 4 mL A B C D 二 金属与硝酸反应中的有关计算 1 金属与硝酸反应一般不产生 且浓 HNO3一般被还原为 稀 HNO3 被还原为 随着反应的进行很稀的 HNO3有可能被还原为 N2O 甚至 NH4NO3 硝酸 在反应中体现氧化性和酸性 2 铁与硝酸反应要考虑 Fe 的用量 若 Fe 不足则生成 若 Fe 过量则生成 3 铜与浓 HNO3反应 若 Cu 过量 开始时 HNO3的还原产物为 随着反应进行 浓 HNO3变稀 HNO3的还原产物为 最终应得到 的混合气体 4 离子共存判断中的 NO 3若在酸性条件下 NO 3会表现出强氧化性 不能与 F

7、e2 S2 I SO2 3 Br 等离子共存 5 金属与 HNO3的反应运用 守恒法 求解 一般类型有 1 电子守恒 金属失电子数 2 物料守恒 耗 HNO3的量 盐中 NO 3的量 表现酸性的 HNO3 3 电荷守恒 HNO3过量时反应后溶液中 不考虑 OH 有 c NO 3 c H 典例导悟2 2011 安徽黄山统考 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 68 L O2 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 5 mol L 1 NaOH 溶液至 Cu2 恰好完全沉淀 则消耗 NaOH 溶液

8、的体积是 A 60 mL B 45 mL C 30 mL D 15 mL 听课记录 变式演练 2 将32 64 g 铜与 140 mL 一定浓度的硝酸反应 铜完全溶解产生的NO 和NO2 学 海 无 涯 混合气体在标准状况下的体积为 11 2 L 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 V mL a mol 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 三 浓 稀硝酸氧化性的比

9、较 典例导悟 3 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 3 mol 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 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 中发生反应的化学方程式是 4 装

10、置 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 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 题组一 氮的氧化物 1 判断正误 1 CO NO NO2都

11、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 学 海 无 涯 3 NO2通入 FeSO4溶液中始终无明显现象 2010 上海 13A 4 在 pH 0 的溶液中 Na NO 3 SO2 3 K 可以大量共存 2010 福建理综 10B 5 用稀氢氧化钠溶液吸收 NO2的离子方程式是 2OH 2NO 2 NO 3 NO H2O 2010 江苏 3C 2 2009 宁夏理综 7 将 22 4 L 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 2 L 体积均在相同条件下测定 则该氮氧化合物的化学式为 A N

12、O2 B N2O3 C N2O D N2O4 题组二 硝酸 3 2010 北京理综 10 下列解释实验事实的方程式不准确的是 A 0 1 mol L 1 CH 3COOH 溶液的 pH 1 CH3COOHCH3COO H B NO2球 浸泡在冷水中 颜色变浅 2NO2 g N2O4 g HCl2 Br2 操作步骤为 实验现象为 但此实验的不足之处是 学案 22 氮的氧化物和硝酸 课前准备区 知识点一 1 1 游离态 化合态氮 2 4 5 N N N N a N2 3H2 2NH3 高温 高压 催化剂 学 海 无 涯 b N2 O2 放电 2NO 2 NO NO2 物理 性质 颜色 无色 红棕色

13、 毒性 有毒 有毒 溶解性 不溶 能溶 知识点二 1 无色有刺激性气味的液体 易挥发 与水以任意比互溶 质量分数大于 98 的硝酸 2 1 红 红 2 HNO3分解产生的 NO2溶解在硝酸中 不稳定 4HNO3 或见光4NO 2 O2 2H2O 3 b Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 3Cu 8HNO3 稀 3Cu NO3 2 2NO 4H2O c 钝化 C 4HNO3 浓 CO2 4NO2 2H2O 浓硝酸 浓盐酸 问题思考 1 不矛盾 氮元素的活泼性是指氮原子的活泼性 而氮气的性质不仅与原子结构有关 还与氮分子的构成有关 氮气中的 N N 键能很大 故分子很稳定

14、 2 由于 NO2和 Br2在性质上有不少相似性 均具有氧化性 溶于水均有酸生成 均可与碱反应 均为红棕色等 所以不能用淀粉 KI 试纸 pH 试纸 NaOH 溶液来鉴 别 但二者性质又有差别 可以用下列方法鉴别 AgNO3溶液 CCl4 用水洗法 3 二者有着本质区别 酸的挥发性是一种物理性质 指的是酸以分子状态离开溶液逸出 一般低沸点酸挥发性强 而不稳定性指化学性质 指的是酸分子分解生成新的物质 4 浓硝酸常呈黄色是因为 HNO3分解生成 NO2溶于 HNO3中 去掉黄色的方法是通入 少量 O2 空气 使其发生反应 4NO2 O2 2H2O 4HNO3 课堂活动区 二 1 H2 NO2 N

15、O 2 Fe NO3 3 Fe NO3 2 3 NO2 NO NO2和 NO 5 1 生成气体时 HNO3得电子数 2 气体中的 N 原子 被还原的 HNO3 的量 3 n c Mn Mn 代表金属离子 典例导悟 1 18 7 43 7 解析 NO 或 NO2与 O2混合气体与水的反应计算关系式可由下列化学方程式推导出来 2NO O2 2NO2 3NO2 H2O 2HNO3 NO 由 2 得 4NO2 O2 2H2O 4HNO3 由 4NO 3O2 2H2O 4HNO3 两式就是平时计算经常用到的关系式 设剩余的 5 mL 为 O2 则参加反应 的 NO2和 O2的总体积为 50 mL 5 m

16、L 45 mL 则原混合气体里 NO2的体积为 45 mL 4 5 36 mL O2的体积为 50 mL 36 mL 14 mL 学 海 无 涯 即 NO2与 O2的体积比为 36 14 18 7 设剩余的 5 mL 为 NO 由 式得过量的 NO2体积为 15 mL 则发生反应 的 NO2和 O2 的总体积为 50 mL 15 mL 35 mL 则原混合气体里 O2的体积为 35 mL 1 5 7 mL NO2的体积为 50 mL 7 mL 43 mL 即 NO2与 O2的体积为 43 7 2 A O2为氧化剂 Cu 为还原剂 HNO3相当于仅仅发生了复分解反应 n Cu 2n O2 0 15 mol n NaOH 2n Cu 0 3 mol V NaOH 0 3 mol 5 mol L 1 0 06 L 60 mL 故选 A 3 1 3 mol L 1 稀硝酸 浓硝酸 氢氧化钠溶液 2 通入 CO2一段时间 关闭弹簧夹 将装置 中导管末端伸入倒置的烧瓶内 3 Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 4 将 NO2转化为 NO 3NO2 H2O 2HNO3 NO