第四章 学案22 氮的氧化物和硝酸

学案22 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

①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______。

②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。

③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：_________________________________________________________。

问题思考

1．N2的稳定性和氮元素的活泼性是否矛盾？

②空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。

③空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等。

④NO2：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

①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________，故可以用铁、铝容器贮存冷的浓HNO3、浓H2SO4。

②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：_________________________________________________ ________________________________________________________________________。

③与某些还原性化合物或离子的反应，例如：H2S、SO2、HBr、HI、FeCl2等。

④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

1．关系式法

(1)NO 、O 2、H 2O 之间的综合反应式是

4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3

由此可知当体积比

V (NO)：V (O 2)⎩⎪⎨⎪⎧ <4∶3余O 2＝4∶3恰好完全反应

>4∶3余NO

(2)NO 2、O 2、H 2O 之间的综合反应式是

4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3

由此可知，当体积比

V (NO 2)：V (O 2)⎩⎪⎨⎪⎧ <4∶1余O 2＝4∶1恰好完全反应

>4∶1余NO

2．电子守恒法

NO 和NO 2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NO 2和O 2体积比可能是__________或________。

变式演练1 将盛有12 mL NO 2和O 2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O 2的体积是( )

①1.2 mL ②2.4 mL ③3.6 mL ④4 mL

A ．①④

B ．②③

C ．①③

D ．②④

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HNO 3一般被还原为________，稀HNO 3被还原为______，随着反应的进行很稀的HNO 3有可能被还原为N 2O ，甚至NH 4NO 3。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HNO 3反应，若Cu 过量，开始时HNO 3的还原产物为______，随着反应进行浓HNO 3变稀，HNO 3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Fe 2＋、S 2－、

I －、SO 2－3、Br －等离子共存。

5．金属与HNO 3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HNO 3的量＝盐中NO －3的量(表现酸性的HNO 3)＋__________________。

(3)电荷守恒

HNO 3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NO 2、N 2O 4、NO 的混合气体，这些气体与1.68 L O 2(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Cu 2＋恰好完全沉淀，

则消耗NaOH 溶液的体积是( )

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NO 2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 ，NO 2的体积为______ L 。