2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点22硝酸的性质学案

2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点22硝酸的性质学案

考点22　硝酸的性质 知识条目 加试要求 ‎1.硝酸的性质与用途 b ‎2.工业制取硝酸的设备和流程 b 一、硝酸的性质 ‎1．硝酸的物理性质 纯硝酸是无色，有刺激性气味的液体，具有挥发性，工业硝酸常因溶有少量NO2而略带黄色。工业硝酸的质量分数约为69%。‎ ‎2．硝酸的化学性质 ‎(1)酸性——酸的通性：稀HNO3能使紫色的石蕊试液变红。‎ ‎(2)不稳定性：硝酸不稳定，见光或受热易分解，其反应方程式：4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑。因此，浓硝酸应盛放在棕色细口试剂瓶中，置于冷暗处，不能用橡胶塞。‎ ‎(3)强氧化性 ‎①与金属(除Pt、Au外)的反应：Cu与浓、稀HNO3反应的化学方程式分别为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。铁、铝遇冷的浓HNO3能发生钝化，故可用铁、铝的容器贮存或运输冷的浓HNO3。‎ ‎②与非金属的反应：如与C和S的反应，其反应方程式分别为C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O，S＋6HNO3(浓)H2SO4＋6NO2↑＋2H2O。‎ ‎(4)其他性质 ‎①与某些有机物反应：例如，苯的硝化反应，蛋白质的显色反应等。‎ ‎②王水：浓硝酸和浓盐酸以1∶3的体积比混合配制成王水，它的氧化性比HNO3更强，能溶解金、铂等金属。‎ 二、硝酸的强氧化性的特殊表现 ‎1．硝酸与金属反应 ‎(1)金属与硝酸反应一般不生成H2。浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原为NO。‎ ‎(2)铜与浓HNO3反应，若Cu过量，开始时硝酸的还原产物为NO2，随着反应的进行，‎ 浓HNO3变稀，硝酸的还原产物为NO，最终能得到NO2和NO的混合气体。解答有关计算问题时，可利用电子得失守恒的方法。‎ ‎2．硝酸与变价金属氧化物反应：如FeO与稀HNO3反应：3FeO＋10HNO3(稀)===3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，反应中硝酸既表现了氧化性，又表现了酸性。而不能错误地认为：FeO＋2HNO3===Fe(NO3)2＋H2O。‎ ‎3．离子共存判断中的NO∶在极弱酸性、中性或弱碱性条件下，NO氧化性很弱或几乎没有氧化性，但溶液中有大量H＋存在时，NO表现出强氧化性，此时不能与Fe2＋、S2－、I－、SO、Br－等还原性离子共存。‎ 三、硝酸的工业制法及用途 ‎1．硝酸的工业制法 ‎(1)NH3的催化氧化，在氧化炉(转化器)中进行，化学反应方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O。‎ ‎(2)生成NO2：2NO＋O2===2NO2。‎ ‎(3)水吸收NO2：在吸收塔中进行，反应的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。‎ ‎2．硝酸的用途 硝酸是一种重要的化工原料，用于制备氮肥、染料、塑料、炸药、硝酸盐等。‎ ‎【例1】　下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得的结论不正确的是(　　)‎ A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体 B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸产生了反应 C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物 D．③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应 ‎【解析】　题中涉及实验都在加热条件下，浓硝酸不稳定，加热分解生成的二氧化氮气体为红棕色，且加热条件下，浓硝酸可与碳发生氧化还原反应。加热条件下，浓硝酸分解生成二氧化氮和氧气，则产生的气体一定是混合气体，故A正确；在加热条件下，浓硝酸可分解生成二氧化氮，不一定与碳反应生成，故B正确；硝酸中N元素的化合价为＋5价，生成二氧化氮的N元素化合价为＋4价，化合价降低，故生成的红棕色气体为还原产物，故C正确；木炭加热至红热，可与空气中O2‎ 反应生成二氧化碳，不一定是与浓硝酸发生了反应，D错误。‎ ‎【答案】　D ‎【提炼】　本题主要考查浓硝酸的性质，侧重考查学生的分析能力和元素化合物知识的综合理解与运用，注意把握物质的性质以及实验的严密性和可行性的评价。‎ ‎【例2】　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－1NaOH溶液至Cu2＋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 ‎【解析】　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)＝＝0.06 L＝60 mL，故选A。‎ ‎【答案】　A ‎【提炼】　本题要求学生根据氧化还原反应中电子守恒规律求算，培养学生分析问题和解决问题的能力。‎ ‎【例3】　某合金(仅含铜、铁)中铜和铁的物质的量之和为y mol，其中Cu的物质的量分数为a，将其全部投入50 mL b mol·L－1的硝酸溶液中，加热使其充分反应(假设NO是唯一的还原产物)。下列说法正确的是(　　)‎ ‎①若金属有剩余，在溶液中再滴入硫酸后，金属又开始溶解 ‎②若金属全部溶解，则溶液中一定含有Fe3＋‎ ‎③若金属全部溶解，且产生336 mL气体(标准状况)，则b＝0.3‎ ‎④当溶液中金属离子只有Fe3＋、Cu2＋时，则a与b的关系为：b≥80y(1－a/3)‎ A．①② B．③④ C．②③ D．①④‎ ‎【解析】　若再加入硫酸，其中的NO在酸性条件下能继续氧化剩余的金属，①对；若金属全部溶解，因为不知HNO3是否过量，铁可能是Fe2＋，也可能是Fe3＋，②错；HNO3的量应大于NO的量，即：0.05 L×b mol·L－1＞0.336 L/22.4 L·mol－1，得b＞0.3，③错；当溶液中金属只有Fe3＋、Cu2＋时，金属全部溶解，据反应3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，知n(HNO3)≥n(Cu)×8/3＋4n(Fe)，即：0.05 L×b mol·L－1≥ay×8/3＋4y(1－a)，得b≥80y(1－a/3)，④对。‎ ‎【答案】　D ‎【提炼】　本题主要考查Fe、Cu与稀硝酸的反应，以及在反应过程中可能存在的情况，要注意分析金属过量或酸过量时溶液中可能存在的金属阳离子，旨在提高学生分析问题的能力。‎ ‎【例4】　SCR和NSR技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NOx排放。‎ ‎(1)SCR(选择性催化还原)工作原理：‎ ‎①尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为NH3和CO2，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎②反应器中NH3还原NO2的化学方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎③当燃油中含硫量较高时，尾气中SO2在O2作用下会形成(NH4)2SO4，使催化剂中毒。用化学方程式表示(NH4)2SO4的形成：________________________________________________________________________。‎ ‎④尿素溶液浓度影响NO2的转化，测定溶液中尿素(M＝60 g·mol－1)含量的方法如下：取a g尿素溶液，将所含氮完全转化为NH3，所得NH3用过量的V1 mL c1 mol·L－1H2SO4溶液吸收完全，剩余的H2SO4用V2 mL c2 mol·L－1NaOH溶液恰好中和，则尿素溶液中溶质的质量分数是________。‎ ‎(2)NSR(NOx储存还原)工作原理：‎ NOx的储存和还原在不同时段交替进行，如图a所示。‎ ‎①通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实验NOx的储存和还原。储存NOx的物质是________。‎ ‎②用H2模拟尾气中还原性气体研究了Ba(NO3)2的催化还原过程，该过程分两步进行，图b表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系。第一步反应消耗的H2与Ba(NO3)2的物质的量之比是________。‎ ‎③还原过程中，有时会产生笑气(N2O)。用同位素示踪法研究发现笑气的产生与NO有关。在有氧条件下15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO。将该反应的化学方程式补充完整：________15NNO＋H2O。‎ ‎【解析】　(1)①尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为NH3和CO2，反应物为尿素和水，生成物为氨气和二氧化碳，依原子守恒书写化学方程式为CO(NH2)2＋H2O2NH3↑＋CO2↑。②NH3在催化剂作用下与NO2反应生成氮气和水，反应的化学方程式为8NH3＋6NO27N2＋12H2O。③SO2在O2作用下与NH3、H2O反应形成(NH4)2SO4，此反应中SO2‎ 是还原剂，氧气是氧化剂，反应的化学方程式为2SO2＋O2＋4NH3＋2H2O===2(NH4)2SO4。④涉及的反应为2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4,2NaOH＋H2SO4===Na2SO4＋H2O，反应中n(H2SO4)＝V1×c1×10－3 mol，n(NaOH)＝V2×c2×10－3 mol，由方程式可知n(NaOH)＋n(NH3)＝2n(H2SO4)，则n(NH3)＝(2V1×c1×10－3－V2×c2×10－3) mol，则m[CO(NH2)2]＝0.5×(2V1×c1×10－3－V2×c2×10－3) mol×60 g/mol＝(0.06V1c1－0.03V2c2)g，尿素溶液中溶质的质量分数是[(0.06c1V1－0.03c2V2)/a]×100%＝[(6c1V1－3c2V2)/a]%。‎ ‎(2)①由图示可知BaO和NOx反应生成Ba(NO3)2，Ba(NO3)2再还原为N2，则储存NOx的物质为BaO。②第一步反应中H2被氧化生成水，化合价由0价升高到＋1价，Ba(NO3)2中的N元素化合价由＋5价降低到－3价，生成氨气，则1 mol Ba(NO3)2生成氨气转移16 mol电子，参加反应的氢气的物质的量为16/2 mol＝8 mol，则消耗的H2与Ba(NO3)2的物质的量之比是8∶1。③在有氧条件下15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO，由N元素守恒可知15NO与NH3应为1∶1，可知反应的化学方程式为415NO＋4NH3＋3O2415NNO＋6H2O。‎ ‎【答案】　(1)①CO(NH2)2＋H2O2NH3↑＋CO2↑　②8NH3＋6NO27N2＋12H2O ‎③2SO2＋O2＋4NH3＋2H2O===2(NH4)2SO4　④[(6c1V1－3c2V2)/a]%‎ ‎(2)①BaO　②8∶1　③415NO＋4NH3＋3O2　4　6‎ ‎【提炼】　本题主要以氮氧化物为载体考查元素化合物知识以及化学方程式的相关计算，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，题目难度中等，注意把握题给信息，结合质量守恒定律计算该题。‎ ‎【例5】　已知硝酸铜溶液呈蓝色。但在铜与浓硝酸、稀硝酸反应的实验中，同学们发现除了生成的气体颜色不相同外，最终溶液的颜色也不相同：前者呈绿色，而后者呈蓝色。甲、乙同学为此进行了实验探究。‎ 甲：在Ⅰ、Ⅱ两支试管中分别加入等体积的浓HNO3和稀HNO3，再向两支试管中分别投入等质量的铜片，充分反应后铜均无剩余。结果：Ⅰ中溶液呈绿色，Ⅱ中溶液呈蓝色。‎ 乙：分别取Ⅰ中的绿色溶液于两支试管Ⅲ、Ⅳ中，对试管Ⅲ进行多次振荡、静置，最终溶液颜色由绿色转变为深蓝色；向试管Ⅳ中缓缓加水并不停振荡，观察到溶液由绿色变为深蓝色，最后变为淡蓝色。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)分别写出Cu与浓HNO3、稀HNO3反应的化学方程式：________________________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)甲的实验________(“能”或“不能”)说明溶液呈现不同的颜色与其物质的量浓度无关，这是因为充分反应后，Ⅰ、Ⅱ两试管中Cu(NO3)2溶液的物质的量浓度________(填“‎ 相等”或“不相等”)。‎ ‎(3)请你根据乙的实验，推测Cu与浓HNO3反应后溶液呈绿色的原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)请设计一个方案，验证你所得到的上述结论：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎【解析】　在甲的实验中，所得溶液的物质的量浓度相等但颜色不同，这足以说明两试管中的Cu(NO3)2溶液呈现不同的颜色与其物质的量浓度无关。‎ 既然溶液呈现不同的颜色与其物质的量浓度无关，那么溶液颜色不同的原因就要从其他方面分析了。不难看出，除了Cu(NO3)2，不同的只有两反应的气体产物。NO2可溶于浓硝酸且使溶液呈黄色，根据物理学原理——黄色与蓝色的混合色为绿色，乙的实验也验证了这个结论。而NO不溶于硝酸，所得的溶液毫无疑问应该是蓝色的。‎ ‎【答案】　(1)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O ‎(2)能　相等 ‎(3)反应产生的红棕色NO2部分溶解于浓硝酸中，与蓝色的硝酸铜溶液混合而使溶液呈绿色 ‎(4)方案一：取Cu与浓HNO3反应后的绿色溶液，向其中通入足量的空气(或氧气)，溶液颜色由绿色逐渐变为蓝绿色，最终变为蓝色 方案二：取Cu与浓HNO3反应后的绿色溶液，加热，溶液颜色由绿色逐渐变为蓝绿色，最终变为蓝色(可任选其中一个作答)‎ ‎【提炼】　本题主要探究铜与浓、稀硝酸反应后溶液颜色不同的原因，考查学生分析问题和解决问题的能力。‎