第7 讲 硝酸 氮及其化合物的相互转化
考点一 硝酸的性质
1.物理性质
硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
2.化学性质
(1)不稳定性
反应:4HNO3
2H2O+4NO2↑+O2↑。
小题对点过
(1)市售浓硝酸呈黄色的原因是
。
(2)浓硝酸的保存方法是
。
答案 (1)HNO3分解生成的NO2溶于硝酸中
(2)保存在棕色带有玻璃塞的细口试剂瓶中,置于冷暗处
(2)强氧化性
不论浓硝酸、稀硝酸都具有强氧化性,而且浓度越大,氧化性越强。
①与不活泼金属反应
a.稀硝酸与铜反应的化学方程式:3Cu+8HNO3( 稀
) ===3Cu
( NO
3)2+2NO↑+4H2O;
b.浓硝酸与铜反应的化学方程式:Cu+4HNO3( 浓
) ===Cu
( NO
3)2+2NO2↑+2H2O。
小题对点过
用动态观点理解Cu 与浓HNO3的反应向一定量的浓硝酸中加入过量的铜片。
(1)反应开始阶段产生 色气体,化学方程式为
。
(2) 反应进行一段时间后又产生无色气体, 此时的化学方程式为
。
(3) 待反应停止后, 再加入少量的稀硫酸, 这时Cu 片上又有气泡产生, 原因是
。
答案 (1)红棕 Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(2)3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(3)加入稀硫酸后,氢离子与原溶液中的硝酸根离子构成强氧化性酸,又能与过量的铜反应
②与非金属反应
浓硝酸与木炭反应的化学方程式:C+4HNO3( 浓
)
CO2↑+4NO2↑+2H2O。
③与还原性化合物反应
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2+等还原性物质。稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式:
3Fe
2+ +4H
+ +N
O3
−===3Fe
3+ +NO↑+2H
2O。
小题对点过
下列说法中正确的是 。
①常温下,铁、铝与浓HNO3不反应,但能与稀HNO3反应
②可用稀HNO3与FeS 固体反应制取H2S
③铜、碳分别与浓HNO3反应,都体现了浓硝酸的强氧化性和酸性
④在酸性条件下,NO3
−与I −、Fe2+、SO3
2−等离子均不能大量共存
⑤Cu 在KNO3溶液和稀H2SO4中均不溶解,但能溶解在其混合液中
答案 ④⑤
1.(2024·长沙一中月考)某兴趣小组探究金属与硝酸的还原产物,进行了下列三组实验,下列说法正确
的是( )
实验操作(室温)及实验现象
①
将足量的铜粉加入1 mL 10 mol·L-1 HNO3中,溶液呈绿色,产生红棕色气体
②
将足量的铜粉加入100 mL 0.1 mol·L-1 HNO3中,溶液呈蓝色,产生无色气体
③
将足量的铁粉加入1 mL 0.1 mol·L-1 HNO3中,溶液呈浅绿色,无气体产生
A.实验①②反应后溶液颜色不同,说明氧化产物不同
B.实验②中产生的气体可用向上排空气法收集
C.实验③中铁发生了钝化
D.以上实验说明硝酸的还原产物与硝酸的浓度及金属的活泼性有关
答案 D
解析 A.实验①②反应后溶液颜色虽然不相同,但氧化产物都是硝酸铜溶液,A 项错误;B.②产生的气
体是NO,常温下极易与空气中的氧气反应,生成NO2,不能用排空气法收集,B 项错误;C.将足量的铁粉
加入100 mL 0.1 mol·L-1 HNO3中,溶液呈浅绿色,无气体产生,说明发生反应生成了硝酸亚铁和硝酸
铵,铁没有发生钝化,C 项错误;D.由实验①②可知,浓硝酸和铜反应生成二氧化氮,铜和稀硝酸反应生
成一氧化氮,硝酸的还原产物与硝酸的浓度有关,由实验②③可知,硝酸的还原产物与金属的活泼性
有关,D 项正确。
2.(2024·北京昌平区二模)下述实验中均有红棕色气体产生,对比分析所得结论不正确的是( )
①
②
③
A.①中发生了反应4HNO3
4NO2↑+O2↑+2H2O
B.由②中产生红棕色气体可推测木炭与浓硝酸发生了反应
C.由③中有红棕色可推测出浓硝酸可能具有挥发性
D.③中气体产物中检测出CO2,不能得出木炭与浓硝酸发生反应的结论
答案 B
解析 A 项,浓硝酸受热易分解,故①中发生的反应为4HNO3
4NO2↑+O2↑+2H2O,A 正确;B 项,红热
木炭会使浓硝酸受热分解生成二氧化氮、氧气和水,则红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生
了反应,B 错误;C 项,③中红棕色气体表明浓硝酸挥发产生的硝酸蒸气与红热木炭反应生成二氧化碳、
二氧化氮和水,反应中氮元素的化合价降低被还原,硝酸是氧化剂,二氧化氮是还原产物,C 正确;D 项,
红热木炭可与空气中氧气反应生成二氧化碳,则③中气体产物中检测出二氧化碳不能说明木炭一定
与浓硝酸发生了反应,D 正确。
3.某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL,平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉,最多能溶解
9.6 g Cu。向另一份中逐渐加入铁粉,产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示(已知硝酸只被
还原为NO 气体)。下列分析或结果错误的是( )
A.原混合酸中NO3
−的物质的量为0.1 mol
B.OA 段产生的是NO,AB 段的反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+,BC 段产生的是氢气
C.第二份溶液中的最终溶质为FeSO4
D.稀硫酸浓度为2.5 mol·L-1
答案 A
解析 铁粉既能与硝酸反应,也能与硫酸反应,从题图看出OA 段产生的是NO,发生反应为Fe+4H+
+NO3
−===Fe3++NO↑+2H2O,AB 段的反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+,BC 段产生的是氢气, 反应为
Fe+2H+===Fe2++H2↑,可知OA 段NO3
−完全反应,第二份溶液中n(NO3
−)=n(Fe)=
5.6 g
56 g·mol
−1=0.1 mol,溶
液中最终溶质为FeSO4,此时反应的铁的质量是14.0 g,即0.25 mol,故原混合酸中H2SO4 浓度为
0.25mol
0.1 L =2.5 mol·L-1,NO3
−物质的量为0.2 mol。
4.向含x mol HNO3和y mol H2SO4的混合稀溶液中缓慢加入铁粉,其氧化产物与所加铁粉的物质的
量关系如图所示:
回答下列问题:
(1)Oa 段发生反应的离子方程式为 。
(2)dc 段表示的是 (填“Fe2+”或“Fe3+”)物质的量变化。
(3)x= ,y= 。
(4)反应至c 点,可收集到标准状况下的气体为 L。
答案 (1)Fe+NO3
−+4H+===Fe3++NO↑+2H2O (2)Fe2+ (3)0.1 0.2 (4)3.36
解析 (3)在Oa 段NO3
−完全转化为NO,由离子方程式可得,n(NO)=n(Fe3+)=0.1 mol,即x=0.1;c 点溶质
为FeSO4,溶液中Fe2+为0.2 mol,即n(FeSO4)=0.2 mol,根据硫酸根离子守恒得,n(H2SO4)=n(FeSO4)=0.2
mol,即y=0.2。
(4)Fe+
N O3
−
+ 4 H
+=== F e
3++
NO↑
+2 H 2O
0.1mol
0.1mol
¿
Fe+
2 H
+
=== F e
2++
H 2↑
0.1mol
0.05mol
所以V=(0.1 mol+0.05 mol)×22.4 L·mol-1=3.36 L。
金属与硝酸反应计算的思维流程
考点二 氮及其化合物的转化
1.含氮元素物质之间的转化关系
2.完成图中序号对应的化学方程式(合理即可)
①N2+O2
2NO;
②4NH3+5O2
4NO+6H2O;
③3Mg+N2
Mg3N2;
④3Cu+8HNO3( 稀
) ===3Cu
( NO
3)2+2NO↑+4H2O;
⑤Cu+4HNO3( 浓
) ===Cu
( NO
3)2+2NO2↑+2H2O;
⑥NH3+HCl===NH4Cl;
⑦2NH4Cl+Ca
( OH
) 2
CaCl2+2NH3↑+2H2O。
小题对点过
写出有关氮的化合物的两个歧化反应,三个归中反应
①(歧化) 。
②(歧化) 。
③(归中) 。
④(归中) 。
⑤(归中) 。
答案 ①3NO2+H2O===2HNO3+NO
②2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
③6NO+4NH3
5N2+6H2O
④NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O
⑤6NO2+8NH3
7N2+12H2O(其他合理反应也可)
1.(2024·湖北新高考联盟联考)“价—类”二维图是学习元素化合物的工具,图中a~g 分别表示不同价
态的氮元素所对应的物质,下列说法正确的是( )
A.液态a 可用作制冷剂
B.a 与c 不能发生化学反应
C.常温下,稀的e 溶液可以用铁罐车运输
D.f 属于强电解质
答案 A
解析 由图可知,a 为-3 价的氢化物,即NH3,b 为N2,c 为+2 价的氧化物,即NO,d 为+4 价的氧化物,即
NO2或N2O4,e 为+5 价的含氧酸,即HNO3,f 为-3 价的碱,即NH3·H2O,g 为-3 价的盐,即铵盐,据此分析作
答。A.液氨汽化时要吸收大量热量,可用作制冷剂,A 正确;B.NH3与NO 在一定条件下可发生生成N2
的归中反应,B 错误;C.根据分析可知,e 为HNO3,铁遇浓硝酸常温下钝化,浓硝酸可以用铁罐车运输,但
铁遇稀硝酸常温下不发生钝化,故稀硝酸不能用铁罐车运输,C 错误;D.根据分析可知,f 为NH3·H2O,属
于弱电解质,D 错误。
2.(2025·八省联考陕西卷)下列物质在一定条件下的转化关系如图所示。E、G、Q、R 均为气体,其
中R 为红棕色。下列说法正确的是( )
A.E、G、Q、R、T 所含同种元素化合价依次升高
B.E 的水溶液能导电,所以E 是电解质
C.Q 和E 可用排水法收集
D.铜与不同浓度的T 溶液反应均可生成Q
答案 A
解析 由图可知,E、G、Q、R、T 均含氮元素,故E 为NH3、G 为N2、Q 为NO,R 为NO2,T 为
HNO3;A.由分析可知:E、G、Q、R、T 所含同种元素化合价依次升高,A 符合题意;B.E 为NH3,NH3是
非电解质,B 不符合题意;C.E 为NH3,NH3极易溶于水,不能排水集气,C 不符合题意;D.铜和浓硝酸反应
的还原产物是二氧化氮,铜和稀硝酸反应的还原产物是一氧化氮,D 不符合题意。
3.常见无机物A、B、C、D 存在如图转化关系:
(1)若A 是一种碱性气体,常用作制冷剂,B 是汽车尾气之一,遇空气会变色,则反应①的化学方程式为
。
(2)若A 为常见挥发性强酸,D 是生产生活中用量最大、用途最广的金属单质,则B 的化学式是
。
(3)若A、C、D 都是常见气体,C 是形成酸雨的主要气体,则A 的电子式是 。
(4)若A、B、C 的水溶液均显碱性,焰色试验均为黄色,D 为CO2,举出C 的一种用途:
。
答案 (1)4NH3+5O2
4NO+6H2O
(2)Fe(NO3)3 (3)H︰S
‥
‥
︰H (4)治疗胃酸过多、作发酵粉、用于泡沫灭火器等(任答其中一种即可)
解析 (1)由题意知,A 为氨气,B 是NO,D 是氧气,C 是二氧化氮,反应①的化学方程式为4NH3+5O2
4NO+6H2O。(2)由题意知,A 是硝酸,B 是硝酸铁,C 是硝酸亚铁,则B 的化学式为Fe(NO3)3。(3)
由题意知,C 是二氧化硫,A 是硫化氢,D 是氧气,B 是S,A 的电子式是H︰S
‥
‥
︰H。(4)若A、B、C 的水
溶液均显碱性,焰色试验均为黄色,说明都含有Na 元素,D 为CO2,A 为NaOH,B 是碳酸钠,C 为碳酸氢
钠。
4.工业上在一定条件下可用NH3将NO2还原,减少二氧化氮的污染。某同学在实验室对该反应应进
行了模拟,实验设计如图所示(部分夹持装置省略):
回答下列问题:
(1)用装置A 制备NH3,实验室通常选用的化学试剂是 (填名称)。
(2)装置B 内的干燥剂可以是 (填字母,下同)。
a.五氧化二磷
b.氢氧化钠固体
c.生石灰
d.碱石灰
(3)实验室检验NH3选用的试纸可以是 。
a.湿润的淀粉碘化钾试纸
b.湿润的蓝色石蕊试纸
c.湿润的酚酞试纸
d.湿润的品红试纸
(4)装置D 中发生反应的离子方程式为
。
铜丝设计为可抽动的目的是 。
(5)M 装置可将NH3与NO2转化为环境友好的气体——氮气。若有NH3和NO2的混合气体1 mol,充
分反应后所得到产物中(反应物可能有剩余),经氧化得到的N2比经还原得到的N2多1.4 g,则该1 mol
混合气体中NH3与NO2的体积比是 。
a.2∶3
b.4∶3
c.5∶3
d.7∶3
答案 (1)氯化铵和氢氧化钙 (2)bcd (3)c (4)Cu+4H++2NO3
−===Cu2++2NO2↑+2H2O 便于控制反
应的开始与停止 (5)ad
解析 (5)NH3还原NO2的化学方程式为6NO2+8NH3
7N2+12H2O,6 mol NO2与8 mol NH3反
应时,经氧化得到的N2比经还原得到的N2多1 mol,即28 g,则当经氧化得到的N2比经还原得到的
N2多1.4 g 时,应为0.3 mol NO2与0.4 mol NH3反应,则NH3与NO2的物质的量比是0.4 mol∶(0.3
mol+0.3 mol)=2∶3,或者(0.4 mol+0.3 mol)∶0.3 mol=7∶3,故NH3与NO2的体积比是2∶3 或7∶3,
选ad。
1.(2023·江苏卷)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是( )
A.实验室探究稀硝酸与铜反应的气态产物:
HNO3(稀)
NO
NO2
B.工业制硝酸过程中的物质转化:N2
NO
HNO3
C.汽车尾气催化转化器中发生的主要反应:2NO+2CO
N2+2CO2
D.实验室制备少量NH3的原理:2NH4Cl+Ca(OH)2
CaCl2+2NH3↑+2H2O
答案 B
解析 A.Cu 与稀硝酸的反应产物之一为NO,NO 与氧气发生反应2NO+O2===2NO2生成NO2,A 正
确;B.氮气与氧气在高温条件下生成NO,但NO 无法与水发生化学反应,B 错误;C.汽车尾气催化转化
器主要将污染气体NO、CO 转化为无污染的气体,故该反应方程式为2NO+2CO
N2+2CO2,C
正确;D. 实验室利用熟石灰和氯化铵制备少量NH3, 化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2
CaCl2+2NH3↑+2H2O,D 正确。
2.(2024·湖南卷)某学生按图示方法进行实验,观察到以下实验现象:
①铜丝表面缓慢放出气泡,锥形瓶内气体呈红棕色;
②铜丝表面气泡释放速度逐渐加快,气体颜色逐渐变深;
③一段时间后气体颜色逐渐变浅,至几乎无色;
④锥形瓶中液面下降,长颈漏斗中液面上升,最终铜丝与液面脱离接触,反应停止。
下列说法正确的是( )
A.开始阶段铜丝表面气泡释放速度缓慢,原因是铜丝在稀HNO3中表面钝化
B.锥形瓶内出现了红棕色气体,表明铜和稀HNO3反应生成了NO2
C.红棕色逐渐变浅的主要原因是3NO2+H2O===2HNO3+NO
D.铜丝与液面脱离接触,反应停止,原因是硝酸消耗完全
答案 C
解析 A.金属铜与稀硝酸不会产生钝化。开始反应速率较慢,可能的原因是铜表面有氧化铜,故A 说
法错误;B.由于装置内有空气,铜和稀HNO3反应生成的NO 迅速被氧气氧化为红棕色的NO2,产生的
NO2浓度逐渐增加,气体颜色逐渐变深,故B 说法错误;C.装置内氧气逐渐被消耗,生成的NO2量逐渐
达到最大值,同时装置内的NO2能与溶液中的H2O 反应3NO2+H2O===2HNO3+NO,气体颜色变浅,故
C 说法正确;D.由于该装置为密闭体系,生成的NO 无法排出,逐渐将锥形瓶内液体压入长颈漏斗,铜
丝与液面脱离接触,反应停止,故D 说法错误。
3.(2023·湖北卷)铜与浓硝酸反应的装置如下图,仪器A 的名称为 ,装置B 的作用为
。
答案 具支试管 防倒吸
基础落实
选择题只有1 个选项符合题意
1.硝酸被称为“国防工业之母”,是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝酸的性质不
相对应的是( )
A.浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色——酸性和强氧化性
B.不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性
C.要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性
D.能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液的红色褪去——强氧化性
答案 D
解析 向滴有酚酞的NaOH 溶液中滴入硝酸,溶液红色褪去,可能利用的是硝酸的酸性,也可能是强
氧化性。
2.水生生物参与氮循环过程的示意图如图所示。
下列说法正确的是( )
A.NH2OH 分子与N2H4分子中的共价键类型完全相同
B.反应②③⑥中N 均被氧化
C.等量NO2
−参加反应,反应④转移的电子数比反应⑤多NA
D.水生生物参与的氮循环,既可以为其他生物提供营养物质,又可以减轻水体富营养化
答案 D
解析 NH2OH 的结构式为
,只含有极性键,N2H4的结构式为
,含有极性
键和非极性键,二者共价键类型不完全相同,A 错误;反应③中,N 由-1 价降低到-2 价,被还原,B 错误;若
有1 mol NO2
−参与反应④,转移4 mol 电子,若有1 mol NO2
−参与反应⑤,转移 3 mol 电子,反应④比
反应⑤多转移1 mol 电子,但等量并不意味着NO2
−的物质的量为1 mol,C 错误;水生生物参与的氮循
环,既可以合成蛋白质,为其他生物提供营养物质,又可以将NO2
−、N O3
−转化为N2,从而降低水体中的
含氮量,减轻水体富营养化,D 正确。
3.将铜丝伸入盛有浓硝酸的具支试管中(如图所示,夹持装置已略去)进行实验,下列说法错误的是(
)
A.反应进行一段时间后,具支试管中的气体可能为NO2和NO
B.铜丝绕成螺旋状的目的是增大反应物接触面积
C.反应进行一段时间后,烧杯中的溶质可能含NaNO3和NaNO2
D.该实验中浓硝酸主要体现强氧化性和脱水性
答案 D
解析 在具支试管中铜丝和浓硝酸反应生成硝酸铜和氮的氧化物,生成的氮的氧化物被氢氧化钠溶
液吸收,以此解题。A.浓硝酸和铜反应生成二氧化氮,随着反应进行生成一氧化氮,A 正确;B.铜丝绕
成螺旋状,和硝酸接触更加充分,反应更加充分,B 正确;C.反应开始时,为浓硝酸和铜反应生成二氧化
氮,二氧化氮和氢氧化钠反应生成NaNO3和NaNO2,C 正确;D.该实验中浓硝酸主要体现强氧化性和
酸性,不体现脱水性,D 错误。
4.水体中的局部氮循环如图所示。下列说法错误的是( )
A.N2→NH 4
+属于氮的固定
B.图示转化过程中N 元素表现出7 种化合价
C.硝化过程中含N 物质被氧化,反硝化过程中含N 物质被还原
D.在NH 4
+、NH 2OH 、N O2
−
N
和
O3
−中N 原子的杂化方式不完全相同
答案 C
解析 N2→NH 4
+为空气中游离态的氮转化为化合态的氮, 属于氮的固定,A 正确;N2 、N
H 4
+、NH 2OH 、N O2
−、N O3
−、NO、N2O 中氮元素的化合价分别为0 价、-3 价、-1 价、+3 价、+5
价、+2 价、+1 价,表现出7 种化合价,B 正确;硝化过程中,N2→NH 4
+过程中氮元素化合价降低,被还原,
C 错误;在NH 4
+、NH2OH 中N 为sp3杂化,NO2
−和N O3
−中N 为sp2杂化,N 原子的杂化方式不完全相
同,D 正确。
5.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。
下列有关说法正确的是( )
A.①中溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生,稀硝酸被还原为NO2
B.③中反应的离子方程式为3Cu+2NO3
−+8H+===3Cu2++2NO↑+4H2O
C.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的强
D.由上述实验可知,Cu 在常温下既可与稀硝酸反应,又可与稀硫酸反应
答案 B
解析 A 项,试管口有红棕色气体NO2生成,是Cu 与稀HNO3反应生成NO,NO 与O2反应生成NO2
错误;C 项,Cu 溶解是在酸性条件下NO3
−与Cu 反应,错误;D 项,Cu 与稀H2SO4不反应,错误。
6.工业上常采用生物硝化法将NH 4
+
N
转化为O3
−来处理氨氮废水,工艺流程如图,下列说法错误的是(
)
A.生物硝化法处理废水,会导致水体pH 逐渐下降:NH 4
++2O2=== N O3
−+2H++H2O
B.长期过量施用NH4Cl 等铵态化肥,易导致土壤酸化,水体富营养化
C.检验NH 4
+所需的试剂是浓NaOH 溶液、湿润的蓝色石蕊试纸
D.微生物保持活性的pH 范围为7~9,可以加入石灰石来调节水体的pH
答案 C
解析 生物硝化法处理废水会使水体呈酸性,可以加入石灰石与H+反应来调节水体的pH,D 项正确。
7.一定温度下探究铜与稀硝酸的反应,反应过程如图:
下列说法不正确的是( )
A.过程Ⅰ中生成气体的离子方程式为3Cu+8H++2NO3
−===3Cu2++2NO↑+4H2O
B.过程Ⅲ反应速率比过程Ⅰ快的原因是反应放热使温度升高致使速率加快
C.当活塞不再移动时,即使再抽入空气,金属铜屑也不继续溶解
D.②振荡时,针管内可能会发生的反应有4NO2+O2+2H2O===4HNO3
答案 C
解析 铜与稀硝酸的反应产物为NO,反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO3
−===3Cu2++2NO↑+4H2O,
故A 正确;铜和稀硝酸的反应放热,随反应的进行,体系内的温度升高,温度越高反应速率越快,故B 正
确;活塞不再移动时,再抽入空气,NO、氧气和水发生反应生成硝酸,能继续溶解铜,故C 错误;②振荡
时, 针管内的二氧化氮、氧气和水可以发生反应生成硝酸, 反应的化学方程式为
4NO2+O2+2H2O===4HNO3,故D 正确。
8.实验室可在硝酸铁晶体的催化下,用液氨与钠制备氨基钠(NaNH2)。装置如图(夹持、搅拌、尾气
处理装置已省略)。已知:NaNH2几乎不溶于液氨,易与水、氧气等反应。下列说法正确的是( )
A.加入钠之前向装置A 中通入氨气的目的是增大液氨的量,提高钠的转化率
B.装置B 可以防止外界氧气和水蒸气进入装置
C.钠与液氨反应的化学方程式为Na+2NH3
NaNH2+H2↑
D.反应后从A 中的混合物中提纯氨基钠的操作方法是蒸发结晶
答案 B
解析 加Na 之前通入NH3是为了赶走A 中的空气,防止Na 及产物被氧化,A 项错误;装置B 用Hg
液封,可防止外界O2和水蒸气进入A 中与Na 及产物反应,B 项正确;由题干信息可得Na 与液氨反应
的化学方程式为2Na+2NH3
2NaNH2+H2↑,C 项错误;NaNH2几乎不溶于液氨,可通过过滤获取,
D 项错误。
9.某同学欲探究浓硫酸、稀硫酸、浓硝酸、稀硝酸分别与铜反应的实验中的有关问题。
(1)分别向盛有等量铜片的四支试管中加入等体积的①浓硫酸、②稀硫酸、③浓硝酸、④稀硝酸,能
观察到发生剧烈反应的是 ;开始不反应,加热后发生反应的是 ;加热也不发生反应
的是 ;能缓慢发生反应或微热时能发生反应的是 ,反应的离子方程式为
。
(2)先将铜与浓硫酸反应产生的气体X 持续通入如图装置中,一段时间后再将铜与浓硝酸反应产生的
大量气体Y 也持续通入该装置中,可观察到的现象包括 。
a.通入X 气体后先产生白色沉淀后溶解
b.通入X 气体后溶液中无明显现象
c.通入Y 气体后有沉淀产生
答案 (1)③ ① ② ④ 3Cu+8H++2NO3
−===3Cu2++2NO↑+4H2O (2)ac
解析 (1)根据铜与浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸、稀硫酸是否发生反应及反应现象进行解答;铜与稀硝
酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水,据此写出反应的离子方程式。(2)铜与浓硫酸反应生成二氧化硫,
与Ba(OH)2先反应生成BaSO3沉淀,后又与BaSO3沉淀反应生成可溶性Ba(HSO3)2,铜与浓硝酸反应
生成二氧化氮,二氧化氮溶于水生成硝酸,会将+4 价硫氧化为+6 价,生成硫酸钡沉淀。
能力提升
10.(2024·揭阳模拟)将铜丝插入浓硝酸中进行如图所示的实验,下列说法正确的是( )
A.装置a 中出现红棕色气体,只体现HNO3的酸性
B.一段时间后抽出铜丝,向装置b 注入水,b 中气体红棕色变浅
C.注入水后装置b 中铜片表面产生气泡,说明Cu 与硝酸生成H2
D.装置c 用NaOH 溶液吸收尾气,说明NO 和NO2均是酸性氧化物
答案 B
解析 铜与浓硝酸反应生成红棕色二氧化氮气体和硝酸铜,体现了硝酸的强氧化性和酸性,A 错误;
一段时间后抽出铜丝,向装置b 注入水,二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮,b 中气体红棕色变浅,
B 正确;注入水后装置b 中铜片表面产生气泡,Cu 与稀硝酸反应生成NO 气体,C 错误;酸性氧化物是
指和水反应只能生成对应价态的酸,或和碱反应只能生成一种盐和水的氧化物,NO 和NO2均不是酸
性氧化物,D 错误。
11.实验室制取氨、收集、验证其还原性并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取氨
B.用装置乙收集氨时气体应该从a 口进b 口出
C.装置丙中黑色固体变成红色时还原产物一定为铜
D.可以用装置丁吸收氨,进行尾气处理
答案 B
解析 A 项,装置中的氯化铵固体分解生成氨和氯化氢气体,在试管口处重新反应生成固体氯化铵,
错误;B 项,氨密度比空气小,用乙装置收集NH3时,从a 口进b 口出,正确;C 项,氧化铜被还原为铜、氧
化亚铜都是红色固体,错误;D 项,氨极易溶于水,导管直接插入水溶液中吸收易发生倒吸,错误。
12.(2024·湖南名校联考期中)将2.56 g Cu 投入12 mL 10 mol·L-1硝酸中,恰好完全反应,向反应后的溶
液中加入40 mL a mol·L-1 NaOH 溶液,Cu2+恰好完全沉淀,将生成的气体与b mol O2一起通入足量
NaOH 溶液中,气体恰好被完全吸收生成c mol NaNO3。下列判断正确的是( )
A.生成的气体中只有NO
B.a=3
C.b=0.02
D.c=0.08
答案 C
解析 A 项,2.56 g Cu 的物质的量为
2.56 g
64 g·mol
−1=0.04 mol,若生成的气体中只含有NO,由方程式
3Cu+8HNO3===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 可知,0.04 mol Cu 需要消耗0.32
3 mol HNO3,而12 mL 10
mol·L-1
硝酸中
n(HNO3)=0.12
mol,0.32
3
mol<0.12
mol, 说明还会发生反应
Cu+4HNO3===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,生成的气体有NO 和NO2,A 错误;B 项,0.04 mol Cu 投入12
mL 10 mol·L-1硝酸中,恰好完全反应,向反应后的溶液中加入40 mL a mol·L-1 NaOH 溶液,Cu2+恰好
完全沉淀,则n[Cu(OH)2]=0.04 mol,则n(NaOH)=0.08 mol,NaOH 溶液的浓度为0.08mol
0.04 L =a mol·L-1=2
mol·L-1,a=2,B 错误;C 项,将生成的气体与b mol O2一起通入足量NaOH 溶液中,气体恰好被完全吸收
生成c mol NaNO3,由得失电子守恒可知,O2得到的电子数和Cu 失去的电子数相等,则b mol×4=0.04
mol×2,则b=0.02,C 正确;D 项,Cu 和HNO3溶液反应完全后,生成NO、NO2的混合气体,加入NaOH 溶
液后溶液中存在NaNO3,则NO、NO2的总物质的量为0.12 mol-0.08 mol=0.04 mol,由N 元素守恒可
知,气体恰好被完全吸收生成n(NaNO3)=0.04 mol,c=0.04,D 错误。
13.某学习小组为验证浓硝酸能将NO 氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO,设计如图装置进行实验(夹
持仪器已略去)。
[查阅资料]
NO 与NaOH 溶液不反应;NO2与NaOH 溶液能反应(2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O)。
备选药品:浓硝酸、2.4 mol·L-1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、NaOH 溶液及CO2气体。
回答下列问题:
(1)连接好装置,紧接着的操作步骤是 ,
再加入药品,打开装置①中的弹簧夹后通入CO2气体一段时间,关闭弹簧夹,将装置④中导管末端伸
入倒置的烧瓶内,然后再通过①中 (填仪器名称)滴入浓硝酸,进行实验。
(2)装置①中发生反应的化学方程式为
。
(3)若用质量分数为63.0%的浓硝酸(密度为1.25 g·cm-3)配制250 mL 2.4 mol·L-1的稀硝酸,除量筒、烧
杯、胶头滴管、玻璃棒外,还要用到的玻璃仪器有 ,则需量取63.0%的浓硝酸体积为
mL。
(4)装置中盛有水的洗气瓶的主要作用是(用化学方程式回答)
。
(5)根据实验设计,装置③中盛放的试剂是 。
(6)实验证明浓硝酸能将NO 氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO,则②和③装置中的实验现象是
。
答案 (1)检查装置的气密性 分液漏斗
(2)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(3)250 mL 容量瓶 48.0
(4)3NO2+H2O===2HNO3+NO
(5)浓硝酸或浓HNO3
(6)装置②中液面上方气体仍为无色,装置③中液面上方气体由无色变为红棕色
解析 (1)连接好装置后先检查装置的气密性,再加入药品;盛浓硝酸的仪器是分液漏斗;(2)装置①是
铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,方程式为Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O;
(3) 配制250 mL 2.4 mol/L 的溶液需要250 mL 的容量瓶;250 mL 2.4 mol/L 的溶液需要
0.25×2.4=0.6 mol 硝酸,(V×1.25×63.0%)÷63=0.6,得出V=48.0 mL;(4)生成的二氧化氮与水反应,把二氧
化氮转化为NO,反应的化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO;(5)③中盛放的是浓硝酸,能把NO
氧化为NO2,最后被⑤中的氢氧化钠溶液吸收,②中盛放的是稀硝酸,不能氧化NO,最后用排水法收集
尾气;(6)②中稀硝酸不能氧化NO,②中气体仍为无色,③中浓硝酸能氧化NO 生成NO2,气体由无色变
为红棕色。
14.用零价铁(Fe)去除含氮废水中的硝酸盐(NO3
−)是环境修复的重要方法。一种去除NO3
−的过程如下。
(1)Ⅱ中充分反应后,分离混合物的方法是 。
(2)Ⅱ中反应的离子方程式是
。
(3)实验发现,在Ⅱ中补充一定量的Fe2+可以明显提高NO3
−的去除率。向两份含氮废水[n(NO3
−
)=8.1×10-5 mol]中均加入足量Fe 粉,做对比研究。
实验序号
ⅰ
ⅱ
所加试剂
Fe 粉
Fe 粉、FeCl2(3.6×10-5 mol)
NO3
−的去除率
≈50%
≈100%
分析ⅱ中NO3
−的去除率提高的原因:
a.Fe2+直接还原NO3
−。
通过计算说明电子得、失数量关系
,
证明该原因不合理。
b.研究发现:Fe3O4(导电)覆盖在铁粉表面;随着反应的进行,产生FeO(OH)(不导电),它覆盖在Fe3O4表
面,形成钝化层,阻碍电子传输。
c.Fe2+能与FeO(OH)反应生成Fe3O4。用57FeCl2做同位素示踪实验,证明该原因合理。
d.Cl-破坏钝化层。将ⅱ中的FeCl2替换为 ,NO3
−的去除率约为50%,证明该原因不合理。
(4)ⅰ、ⅱ中均能发生Fe+2H+===Fe2++H2↑。该反应明显有助于ⅰ中NO3
−的去除,结合方程式解释原
因:
。
(5)测定NO3
−含量
步骤1.取V mL 含氮(NO3
−)水样,加入催化剂、V1 mL c1 mol·L-1 FeSO4 标准溶液(过量),再加入稀
H2SO4。
步骤2.用c2 mol·L-1 K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2+(Cr2O7
2−被还原为Cr3+),滴定终点时消耗V2 mL
K2Cr2O7标准溶液。
已知:3Fe2++NO3
−+4H+===NO↑+3Fe3++2H2O
①水样中NO3
−的含量为 mol·L-1。
②溶液中O2 影响测定。向步骤1 中加入适量NaHCO3,产生CO2 驱赶O2,否则会使测定结果
(填“偏大”或“偏小”)。
答案 (1)过滤
(2)3Fe+NO3
−+2 H ++ H 2O === Fe3O 4 + N H 4
+
(3)还原NO3
−所需电子为6.48×10-4 mol,Fe2+最多提供的电子为3.6×10-5 mol。Fe2+失去的电子数明显
小于NO3
−所需电子数 7.2×10-5 mol NaCl
(4)Fe2++2FeO(OH)===Fe3O4+2H+,Fe2+破坏了钝化层
(5)①c1V 1−6c2V 2
3V
②偏大
解析 (1)Ⅱ中充分反应后,得到固体Fe3O4和含NH 4
+的溶液,故分离混合物的方法是过滤。(3)实验ⅰ
中Fe 粉还原了约50%的NO3
−,实验ⅱ中,若Fe2+直接还原NO3
−,则与Fe2+反应的NO3
−约为4.50×10-5
mol,NO3
−→N H 4
+得到8e-,则还原NO3
−共需6.48×10-4 mol 电子,而Fe2+最多提供3.6×10-5 mol 电子,
Fe2+失去的电子数明显小于NO3
−所需电子数,故Fe2+直接还原NO3
−不合理。欲证明Cl-破坏了钝化层,
需保证Cl-浓度不变,且溶液中不含Fe2+,故将ⅱ中的FeCl2 替换为7.2×10-5 mol NaCl。(5)①结合
6Fe2++Cr2O7
2−+14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O,Fe2+ 被
NO3
−和Cr 2O7
2−共同氧化, 知
n(NO3
−)=1
3
[n(Fe2+)-6n(Cr2O7
2−)]=c(NO3
−)×V×10-3 L,故水样中NO3
−的含量为c1V 1−6c2V 2
3V
mol·L-1。②因为Fe2+也
能被O2氧化,从而使n(Cr2O7
2−)减小,V2减小,使计算出的c(NO3
−)偏大。
