（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過量，開始時(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)生分析問題和解決問題的能力。 【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)過程中可能存在的情況，要注意分析金屬過量或酸過量時(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________________________________________________________________________。 ②反應(yīng)器中NH3還原NO2的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。 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的催化還原過程，該過程分兩步進(jìn)行，圖b表示該過程相關(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↑　②8NH3＋6NO27N2＋12H2O ③2SO2＋O2＋4NH3＋2H2O===2(NH4)2SO4?、躘(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)后銅均無剩余。結(jié)果：Ⅰ中溶液呈綠色，Ⅱ中溶液呈藍(lán)色。 乙：分別取Ⅰ中的綠色溶液于兩支試管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”)說明溶液呈現(xiàn)不同的顏色與其物質(zhì)的量濃度無關(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)的量濃度無關(guān)。 既然溶液呈現(xiàn)不同的顏色與其物質(zhì)的量濃度無關(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，所得的溶液毫無疑問應(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)生分析問題和解決問題的能力。