第19讲 氮及其氧化物 硝酸
【复习目标】 1.了解氮元素的单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质和应用。2.了解氮的化合物对环境质量的影响。
考点一 氮及其氧化物
1.氮元素的存在与氮的固定
2.氮气
写出下列有关反应的化学方程式：
①N2＋3MgMg3N2；
②N2＋3H22NH3；
③N2＋O22NO。
【微思考1】 下列有关氮气用途的叙述中，分别应用了氮气的什么性质？
①文物馆将贵重文物保存在氮气中： 。
②氮气是合成氨工业的重要原料： 。
③雷电是自然界重要的固氮方式： 。
④医疗上，液氮是常见的冷冻剂： 。
提示：①N2的稳定性 ②N2的氧化性 ③N2的还原性 ④N2的沸点低，液氮易汽化，且汽化吸收热量
3.氮的氧化物
(1)氮有多种价态的氧化物
氧化物的化学式 N2O NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5
氮元素的价态 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5
(2)NO、NO2的比较
物质 NO NO2
物理性质 无色气体，难溶于水 通常为红棕色、有刺激性气味的气体
化学性质 与O2反应 2NO＋O22NO2
与H2O反应 3NO2＋H2O2HNO3＋NO
学生用书 第105页
4.氮氧化物对环境的污染及其防治
(1)常见的污染类型
①光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生的一种有毒的烟雾。
②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。
③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。
④NO与人体血红蛋白结合使人中毒。
(2)常见的NOx尾气处理方法
①碱液吸收法
工业尾气中的NOx常用碱液吸收处理，主要反应为
NO＋NO2＋2OH－2N＋H2O
2NO2＋2OH－N＋N＋H2O
②催化转化法
在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。
【微思考2】 (1)NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是 。
(2)在用碱液吸收时，下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的有 (填字母)。
A.加快通入尾气的速率
B.采用气、液逆流的方式吸收尾气
C.吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液
(3)吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，该晶体中的主要杂质是 。
提示：(1)n(NO2)≥n(NO) (2)BC (3)NaNO3
氮气的性质及氮元素在自然界中的循环
1.(2025·重庆长寿区模拟)下列关于N2的叙述正确的是( )
A.N2是一种无色、无味且易溶于水的气体
B.在雷雨天，空气中的N2和O2可直接反应生成NO2
C.在N2与Mg反应生成Mg3N2的过程中，N2为还原剂
D.一定条件下，N2与H2合成NH3属于氮的固定
答案：D
解析：N2是一种无色、无味且难溶于水的气体，故A错误；放电条件下N2和O2发生氧化还原反应生成NO，化学方程式为N2＋O22NO，不能直接生成NO2，故B错误；在N2与Mg反应生成Mg3N2的过程中，N2中N的化合价降低，为氧化剂，故C错误；N2与H2合成NH3是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程，属于氮的固定，故D正确。
2.下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是( )
A.①和②均属于氮的固定
B.氢、氧元素也参与了自然界中的氮循环
C.④中每生成1 mol N，消耗2 mol O2
D.③和⑤过程中氮元素分别被还原和氧化
答案：D
解析：反应①将N2转化为NO，属于氮的固定，反应②属于植物固氮，A正确；由题图知，氮循环过程中涉及氢、氧元素，B正确；反应④是O2将NH3氧化为N，N元素化合价由－3价升高到＋5价，即生成1 mol N失去8 mol电子，根据得失电子守恒可知每生成1 mol N需要消耗2 mol O2，C正确；反应③中NO被氧化为N，反应⑤中N被还原为N2，D错误。
氮氧化物溶于水问题分析
3.(2024·北京三模)在一支50 mL注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，静置后观察现象①。打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象②。振荡注射器，静置后再观察现象③。
下列关于该过程的分析不正确的是( )
A.现象①②，主要体现了NO难溶于水、还原性
B.现象②③，针筒示数：③＜②
C.过程中若将空气10 mL改成15 mL，现象③能观察到针筒内无气体剩余
D.此实验启示工业上制硝酸时充入适量O2，可以提高氮原子利用率
答案：C
4.NO2产生酸雨的过程可表示为
(1)写出该循环中两步反应的化学方程式：
① ；
② 。
(2)分别写出NO、NO2与O2和H2O恰好完全反应转化为HNO3的总化学方程式：
， 。
(3)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。
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①若剩余的气体是 ，则NO2、O2的体积分别是 。
②若剩余的气体是 ，则NO2、O2的体积分别是 。
答案：(1)①2NO＋O22NO2
②3NO2＋H2O2HNO3＋NO
(2)4NO＋3O2＋2H2O4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O4HNO3 (3)①O2 8 mL、4 mL
②NO 10.8 mL、1.2 mL
解析：(3)依据NO2与H2O的反应可知，剩余气体只能是O2或NO。①若剩余的气体为O2，则按n(NO2)∶n(O2)＝4∶1恰好反应的气体为10 mL，V(NO2)＝10 mL×＝8 mL，V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL；②若剩余气体为 2 mL NO，则按n(NO2)∶n(O2)＝4∶1恰好反应的气体为12 mL－2 mL×3＝6 mL，V(O2)＝6 mL×＝1.2 mL，V(NO2)＝12 mL－1.2 mL＝10.8 mL。
氮氧化物溶于水的问题分析 无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O2HNO3＋NO，2NO＋O22NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。 (1)若NO和O2通入水中，总反应式为4NO＋3O2＋2H2O4HNO3(4∶3)。 (2)若NO2和O2通入水中，总反应式为4NO2＋O2＋2H2O4HNO3(4∶1)。 (3)NO2、NO、O2三种混合气体通入水中： ①可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。 ②也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O4HNO3情况处理。
氮氧化物对环境的污染及其防治
5.(2024·江苏模拟)煤燃烧时，烟气中NO含量随温度和氧气含量的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A.燃煤过程中发生了氮的固定
B.燃煤温度越高NO污染越重
C.含氧量越高越容易生成NO
D.煤燃烧不影响自然界氮循环
答案：D
解析：燃煤过程中氮气转化为一氧化氮，发生了氮的固定，A正确；由题图可知，随着温度升高，NO的含量升高，污染加重，B正确；由题图可知，随O2含量升高，NO含量升高，故含氧量越高越容易生成NO，C正确；由题图可知，煤燃烧将氮气转化为一氧化氮，污染环境，影响了氮循环，D错误。
6.亚硝酸钙[Ca(NO2)2]是水泥混凝土外加剂的主要原料，可配制成混凝土防冻剂、钢筋阻锈剂等。利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如图：
(1)等物质的量的NO与NO2被Ca(OH)2吸收，反应的化学方程式为
。
(2)吸收时，采用气－液逆流接触吸收(尾气从塔底进入，石灰乳从塔顶喷淋)，其目的是 。
(3)该工艺需控制NO和NO2的物质的量之比接近1∶1，若n(NO)∶n(NO2)＜1∶1，则会导致 ；
若n(NO)∶n(NO2)＞1∶1，则会导致 。
(4)生产中需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为 。
答案：(1)NO＋NO2＋Ca(OH)2Ca(NO2)2＋H2O
(2)使NO、NO2与石灰乳充分接触，加快吸收速率，提高吸收率 (3)产品中含有Ca(NO3)2 NO不能被完全吸收，污染空气 (4)3N＋2H＋N＋2NO↑＋H2O
考点二 硝酸
1.物理性质
2.化学性质
(1)不稳定性：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。
(2)强氧化性：硝酸不论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。
按要求完成下列反应的化学方程式：
①与金属反应
稀硝酸与铜反应：3Cu＋8HNO3(稀)3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；
浓硝酸与铜反应：Cu＋4HNO3(浓)Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
②与非金属反应
浓硝酸与C的反应：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
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③与还原性化合物反应
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、FeSO4等还原性物质。稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：3Fe2＋＋4H＋＋N3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
(3)与有机物反应
①硝化反应(与反应)：
＋HNO3＋H2O。
②显色反应：含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸加热后变黄色。
【微思考1】 (1)市售浓硝酸呈黄色的原因是 。
(2)浓硝酸的保存方法是 。
提示：(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
【微思考2】 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
。
提示：(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
3.工业制法
(1)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO：4NH3＋5O24NO＋6H2O。
(2)NO进一步氧化生成NO2：2NO＋O22NO2。
(3)用水吸收NO2生成HNO3：3NO2＋H2O2HNO3＋NO。
硝酸性质的实验探究
1.有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是( )
实验操作 现象 解释或结论
① 过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液 溶液呈红色 稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋
② 浓HNO3久置或光照 变黄色 HNO3不稳定易分解
③ Al箔插入稀HNO3中 无现象 Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜
④ 用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上 试纸先变红后褪色 浓HNO3具有酸性和强氧化性
A.①② B.③④
C.②③④ D.②④
答案：D
解析：过量的Fe粉加入稀HNO3最终生成Fe2＋，加入KSCN溶液时颜色不变，故①错误；浓HNO3久置变黄是因为HNO3分解产生的NO2溶于HNO3，故②正确；Al箔遇浓HNO3钝化，稀HNO3会使Al箔溶解，故③错误；浓硝酸具有酸性和强氧化性，可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色，故④正确。
2.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.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中木炭与浓硝酸发生了反应
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
答案：D
解析：①中浓HNO3受热分解，发生反应4HNO3(浓)4NO2↑＋O2↑＋2H2O，产生的气体为混合气体，故A正确；由①可知，浓硝酸受热分解可生成红棕色气体NO2，所以“产生红棕色气体”不能说明②中木炭与浓硝酸发生了反应，故B正确；根据①和②，浓硝酸分解产生红棕色NO2时需要加热，所以浓硝酸具有挥发性才可与上方红热木炭接触，同时，N元素化合价降低，所以生成的NO2为还原产物，故C正确；红热的木炭可与空气中的O2反应生成CO2，故D错误。
金属与硝酸反应的计算
3.100 mL稀HNO3和稀H2SO4组成的混合溶液中，两种酸的物质的量浓度之和为0.4 mol·L－1。向该溶液中加入足量的铜粉后加热，充分反应后，所得溶液中Cu2＋的物质的量浓度最大值为(反应前后溶液体积变化忽略不计)( )
A.0.15 mol·L－1 B.0.24 mol·L－1
C.0.30 mol·L－1 D.0.36 mol·L－1
答案：B
解析：反应的离子方程式为3Cu＋2N＋8H＋3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，铜足量，由上述反应方程式可知，N和H＋的物质的量之比为1∶4时，反应生成的铜离子物质的量最大，设HNO3、H2SO4各为x mol、y mol，则n(N)∶n(H＋)＝x∶(x＋2y)＝1∶4，x＋y＝0.4 mol·L－1×0.1 L，解得x＝0.016 mol、y＝0.024 mol，由方程式可知，生成铜离子的物质的量为0.016 mol×＝0.024 mol，故铜离子的最大浓度为＝0.24 mol·L－1。
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：
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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＋N＋4H＋Fe3＋＋NO↑＋2H2O (2)Fe2＋ (3)0.1 0.2 (4)3.36
解析：(3)在Oa段N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＋4H＋Fe3＋＋NO↑＋2H2O
0.1 mol 0.1 mol
Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑
0.1 mol 0.05 mol
所以V＝(0.1 mol＋0.05 mol)×22.4 L·mol－1＝3.36 L。
1.金属与硝酸反应计算的思维模型 2.金属与硝酸反应的计算方法 (1)电子守恒法：金属失电子数＝n(NO2)＋3n(NO)。 (2)原子守恒法：n(HNO3)＝xn[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)(x代表金属元素的化合价)。 若向反应后溶液中加入NaOH溶液恰好使沉淀完全，此时溶质为NaNO3，则存在： n(Na＋)＝n(N)＝n(HNO3)－n(NO)－n(NO2)。 (3)电荷守恒法：HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH－)有c(N)＝c(H＋)＋x×c()。起酸性作用的HNO3的物质的量是金属的物质的量和金属所带电荷数的乘积，可表示为n(HNO3)酸性＝xn(Mx＋)＝n(e－)(Mx＋代表金属离子)。 (4)离子方程式计算法：金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时，由于硝酸盐中N在硫酸提供H＋的条件下能继续与金属反应，故此类题目应用离子方程式来计算3Cu＋8H＋＋2N3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或N进行相关计算，且要符合电荷守恒。
硝酸盐热稳定性实验探究
5.实验小组对Cu(NO3)2的热稳定性进行探究。如图1所示的实验装置A中，用酒精喷灯对Cu(NO3)2固体加热，产生红棕色气体，在装置C中收集到无色气体，经验证为O2。当反应结束以后，试管中残留固体为红色。
(1)从实验安全角度考虑，需要在A、B间加入 装置。
(2)图2为Cu(NO3)2样品加热过程的热重曲线(样品质量分数w％随温度变化的曲线)。Cu(NO3)2加热到200 ℃的化学方程式为 ，
继续加热至1 000 ℃生成 (填化学式)固体。
答案：(1)防倒吸 (2)2Cu(NO3)22CuO＋4NO2↑＋O2↑ Cu2O
解析：(1)固体加热产生气体通入溶液中，从实验安全角度考虑，应该在两种装置之间加防倒吸装置；(2)从热重曲线上得出，加热到200 ℃时，固体质量剩余42.6％，＝≈42.6％，因此加热到200 ℃时Cu(NO3)2分解为CuO、NO2、O2，反应的化学方程式为2Cu(NO3)22CuO＋4NO2↑＋O2↑；继续加热至1 000 ℃时CuO又分解，固体只剩余Cu2O。
1.正误判断
(1)(2024·浙江6月选考)HNO3见光易分解，应保存在棕色试剂瓶中 ( )
(2)(2024·湖北卷)王水溶解铂，是因为浓盐酸增强了浓硝酸的氧化性 ( )
(3)(2024·江苏卷)汽车尾气处理：2NO＋4CO N2＋4CO2 ( )
(4)(2024·江苏卷)硝酸工业中NH3的氧化反应：4NH3＋3O22N2＋6H2O ( )
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(5)(2023·浙江卷)常温下铁与浓硝酸反应制备NO2 ( )
(6)(2022·重庆卷)1 mol SO3与1 mol NO2分别通入1 L水中可产生相同浓度的H2SO4和HNO3 ( )
(7)(2022·江苏卷)自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3 ( )
(8)(2022·浙江卷)将少量NO2通入NaOH溶液：2NO2＋2OH－N＋N＋H2O ( )
(9)(2022·浙江卷)浓HNO3与铁在常温下不反应，所以可用铁质容器贮运浓硝酸 ( )
(10)(2021·河北卷)浓HNO3和稀HNO3与Cu反应的还原产物分别为NO2和NO，故稀HNO3氧化性更强 ( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
(6)× (7)× (8)√ (9)× (10)×
2.(2022·天津卷)燃油汽车行驶中会产生CO、NO等多种污染物。下图为汽车发动机及催化转化器中发生的部分化学反应。以下判断错误的是( )
A.甲是空气中体积分数最大的成分
B.乙是引起温室效应的气体之一
C.反应(Ⅰ)在常温下容易发生
D.反应(Ⅱ)中NO是氧化剂
答案：C
解析：甲是氮气，氮气是空气中体积分数最大的成分，故A正确；乙是二氧化碳，二氧化碳是引起温室效应的气体之一，故B正确；由于氮气含有氮氮三键，因此反应(Ⅰ)在常温下不容易发生，在高温或放电条件下发生，故C错误；一氧化碳和一氧化氮反应生成氮气和二氧化碳，一氧化氮中氮元素化合价降低，因此反应(Ⅱ)中NO是氧化剂，故D正确。
3.(2024·北京卷)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。
(1)方法一：早期以硝石(含NaNO3)为氮源制备HNO3，反应的化学方程式为H2SO4(浓)＋NaNO3NaHSO4＋HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和 。
(2)方法二：以NH3为氮源催化氧化制备HNO3，反应原理分三步。
NH3NONO2HNO3
①第Ⅰ步反应的化学方程式为 。
②针对第Ⅱ步反应进行研究：在容积可变的密闭容器中，充入2n mol NO和n mol O2进行反应。在不同压强下(p1、p2)，反应达到平衡时，测得NO转化率随温度的变化如图所示。解释y点的容器容积小于x点的容器容积的原因：
。
(3)方法三：研究表明可以用电解法以N2为氮源直接制备HNO3，其原理示意图如下。
①电极a表面生成N的电极反应为 。
②研究发现：N2可能的转化途径为N2NON。电极a表面还发生ⅲ.H2O→O2。ⅲ的存在，有利于途径ⅱ，原因是 。
(4)人工固氮是高能耗的过程，结合N2分子结构解释原因： 。
方法三为N2的直接利用提供了一种新的思路。
答案：(1)难挥发性 (2)①4NH3＋5O24NO＋6H2O ②2NO＋O2 2NO2，该反应正向气体分子总数减小，同温时，p1条件下NO转化率高于p2，故p1＞p2，同压时，升温NO转化率减小，V增大，x、y点转化率相同，此时压强对容积的影响大于温度对容积的影响 (3)①N2－10e－＋6H2O2N＋12H＋ ②反应ⅲ生成O2，O2将NO氧化成NO2，NO2更易转化成N (4)N2中存在氮氮三键，键能高，断键时需要较大的能量，故人工固氮是高能耗的过程
解析：(1)浓硫酸难挥发，产物HNO3易挥发，有利于复分解反应进行，体现了浓硫酸的难挥发性和酸性。(2)①第Ⅰ步反应为氨气的催化氧化，化学方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O；②2NO＋O2 2NO2，该反应正向气体分子总数减小，同温时，p1条件下NO转化率高于p2，故p1＞p2，同压时，升温NO转化率减小，V增大，x、y点转化率相同，此时压强对容积的影响大于温度对容积的影响，故y点的容器容积小于x点的容器容积。(3)①由电极a上的物质转化可知，氮元素化合价升高，发生氧化反应，电极a为阳极，电极反应为N2－10e－＋6H2O2N＋12H＋；②反应ⅲ生成O2，O2将NO氧化成NO2，NO2更易转化成N。(4)N2中存在氮氮三键，键能高，断键时需要较大的能量，故人工固氮是高能耗的过程。
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高考真题溯源
在氮及其化合物的学习中，要重视铜与硝酸反应的原理及实验设计，挖掘其命题点。
真题链接——高考这样考 [考题] (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＋H2O2HNO3＋NO D.铜丝与液面脱离接触，反应停止，原因是硝酸消耗完全 逻辑推理与论证 1.铜在稀HNO3中不会钝化，速率较慢的原因是铜表面有CuO。 2.由于系统内有空气，发生反应：2NO＋O22NO2。 3.由于稀HNO3中含有水，发生反应：3NO2＋H2O2HNO3＋NO，造成气体颜色变浅。 4.该装置为密闭体系，产生的气体无法排出，压强增大，把稀HNO3压入长颈漏斗，使铜丝与稀HNO3脱离，反应停止。 答案：C
溯本求源——教材这样写 [教材] (人教版必修·第二册)如图所示，在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。向两支具支试管中分别加入2 mL浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比较实验现象。向上拉铜丝，终止反应。 教材相关知识 1.要用动态的观点理解铜与硝酸的反应：铜和浓HNO3反应，产生NO2，变稀后，铜和稀HNO3反应产生NO，因为实验中，系统内有空气，要注意空气对NO的影响，同时还要注意NO2的溶解。 2.从三个方面描述实验现象：描述实验现象时，要从“固体变化”、“溶液变化”及“气体变化”三个方面描述。
课时测评19 氮及其氧化物 硝酸
(时间：45分钟 满分：60分)
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
选择题1－8题，每小题4分，共32分。
1.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.工业上模拟自然界“雷雨发庄稼”的过程生产HNO3
B.自然固氮、人工固氮都是将N2转化为含氮化合物
C.氨气是重要的工业原料，可用于制备化肥和纯碱等大宗化学品
D.多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”
答案：A
解析：自然界“雷雨发庄稼”的第一步是将空气中的氮气转化为NO，而工业生产硝酸的第一步是将氮气和氢气反应生成氨气，氨气催化氧化再得到NO，NO被氧化为NO2，NO2和水反应最后得到HNO3，A项错误；氮的固定是将N2转化为含氮化合物的过程，其中氮的固定包括自然固氮、人工固氮，B项正确；氨气作为重要的工业原料可以制备化肥和纯碱等大宗化学品，C项正确；氮元素在自然界中既有游离态又有化合态，多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”，D项正确。
2.下列说法中正确的是( )
A.氮气的化学性质不如磷活泼，故氮元素的非金属性弱于磷元素
B.磷酸比硝酸稳定，所以磷元素的非金属性比氮元素强
C.“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有：N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐
D.NO与O2反应生成NO2，属于氮的固定
答案：C
解析：氮和磷同主族，氮原子半径小、得电子能力强，故氮元素的非金属性强于磷元素，而氮气的化学性质很稳定是因为氮气分子中存在氮氮三键，断开该化学键需要较多的能量，与氮元素非金属性强弱无关，故A错误；最高价氧化物对应水化物的酸性越强，则该元素的非金属性越强，HNO3是强酸，而H3PO4是中强酸，硝酸比磷酸酸性强，所以氮元素的非金属性比磷元素强，不能依据含氧酸的稳定性来比较元素的非金属性强弱，故B错误；氮气与空气中的氧气在雷电作用下反应生成一氧化氮，一氧化氮不稳定，极易被空气中的氧气氧化为二氧化氮，二氧化氮与空气中的水反应生成硝酸，硝酸与土壤中的矿物相互作用，生成可溶于水的硝酸盐，即植物生长所需要的氮肥，使植物生长得更好，故C正确；氮的固定是氮的游离态转化为化合态，即氮气转化为氮的化合物，D错误。
3.空气中的氮气可通过人工固氮获得氨气，氨气是重要的化工原料，通过氨氧化法可制得硝酸，反应过程如图：
N2NH3NO
NO2HNO3
硝酸是一种强氧化性酸，制硝酸工业产生的尾气中含有氮氧化物，应处理后才能排放。下列说法不正确的是( )
A.常温下，浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中
B.BaSO3固体能溶于稀硝酸，生成Ba(NO3)2，放出SO2气体
C.工业上，当转化①的反应达到平衡时，需不断地从混合气体中分离出NH3，将未反应的原料气送回合成塔以提高原料的利用率
D.转化④中，当V(NO2)∶V(O2)＝4∶1时，理论上NO2全部转化为HNO3
答案：B
解析：硝酸是强氧化性酸，BaSO3被氧化生成BaSO4，硝酸被还原生成NO，B错误。
4.(2024·浙江省金华曙光中学质检)某化学反应在催化剂条件下的转化过程的微观示意图如图所示。下列有关说法不正确的是( )
A.该反应中，氧化性：NO＞CO2
B.该反应可表示为2NO＋2CON2＋2CO2
C.该反应中，被氧化与被还原的元素的质量之比为7∶6
D.标准状况下每生成2.24 L N2，转移的电子数为0.4NA
答案：C
解析：由题图可知，该反应为2NO＋2CON2＋2CO2。该反应中，NO为氧化剂，CO2为氧化产物，则氧化性：NO＞CO2，A、B正确；该反应中，被氧化的元素是碳元素，被还原的元素是氮元素，则被氧化与被还原的元素的质量之比为6∶7，C错误；标准状况下每生成2.24 L N2，转移电子0.4 mol，即转移电子数为0.4NA，D正确。
5.在通风橱中进行下列实验：
步骤
现象 Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色 Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止
下列说法中不正确的是( )
A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式为2NO＋O22NO2
B.Ⅱ中的现象说明常温下铁在浓硝酸中发生钝化
C.过量铁与稀硝酸反应生成亚铁盐
D.对比Ⅰ、Ⅱ中现象，说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3
答案：D
解析：无色NO遇氧气生成红棕色气体NO2，Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式为2NO＋O22NO2，A正确；Ⅱ中现象说明常温下Fe在浓HNO3中钝化，B正确；铁与稀硝酸反应生成硝酸铁，过量铁把硝酸铁还原为硝酸亚铁，C正确；硝酸的浓度越大，其氧化性越强，浓硝酸氧化性大于稀硝酸，D错误。
6.一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＋＋2N3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
B.过程Ⅲ反应速率比过程Ⅰ反应速率快的原因是反应放热，温度升高使速率加快
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＋2H2O4HNO3
答案：C
解析：铜与稀硝酸反应生成NO，反应的离子方程式为3Cu＋8H＋＋2N3Cu2＋＋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＋2H2O4HNO3，故D正确。
7.(2024·湖南省名校联考期中)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：2.56 g Cu的物质的量为＝0.04 mol，若生成的气体中只含有NO，由方程式3Cu＋8HNO33Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O可知，0.04 mol Cu需要消耗 mol HNO3，而12 mL 10 mol·L－1硝酸中n(HNO3)＝0.12 mol， mol＜0.12 mol，说明还发生了反应Cu＋4HNO3Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，生成的气体有NO和NO2，A错误；2.56 g Cu的物质的量为＝0.04 mol，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－1NaOH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＝a mol/L＝2 mol/L，a＝2，B错误；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；Cu和HNO3溶液反应完全后，生成NO、NO2的混合气体，向反应后的溶液中加入NaOH溶液后溶液中溶质为NaNO3，则NO、NO2的总物质的量为0.12 mol－0.04×2 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。
8.(2024·北京门头沟一模)为吸收工业尾气中的NO和SO2，设计如图流程，同时还能获得连二亚硫酸钠(Na2S2O4，其结晶水合物又称保险粉)和NH4NO3产品。(Ce为铈元素)
下列说法不正确的是( )
A.工业尾气中的NO和SO2排放到大气中会形成酸雨
B.装置Ⅱ的作用是吸收NO
C.Ce4＋从阴极口流出回到装置Ⅱ循环使用
D.装置Ⅳ中氧化1 L 2 mol·L－1N，至少需要标准状况下22.4 L O2
答案：C
解析：装置Ⅰ中加入NaOH溶液吸收SO2，装置Ⅱ中加入Ce4＋，酸性条件下，NO和Ce4＋发生氧化还原反应，生成N、N，装置Ⅲ(电解槽)中阳极发生反应Ce3＋－e－Ce4＋，Ce4＋从阳极口流出回到装置Ⅱ循环使用，阴极得到S2，装置Ⅳ中N被氧气氧化为N，N与NH3生成NH4NO3。工业尾气中的NO可与氧气反应生成NO2，NO2与水反应得到硝酸，形成硝酸型酸雨，SO2与水反应得到H2SO3，H2SO3被氧气氧化为硫酸，会形成硫酸型酸雨，故A正确；由分析可知，装置Ⅱ中，NO和Ce4＋反应生成N、N，故B正确；由分析可知，Ce4＋从阳极口流出回到装置Ⅱ循环使用，故C错误；装置Ⅳ中N被氧气氧化为N的离子方程式为2N＋O22N，1 L 2 mol·L－1N物质的量为1 L×2 mol·L－1＝2 mol，即消耗1 mol O2，标准状况下体积为22.4 L，故D正确。
9.(12分)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择上图中的 ，反应的化学方程式为 。
②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为发生装置→ (按气流方向，用小写字母表示)。
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤 实验现象 解释原因
打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中 ①Y管中 ②反应的化学方程式：
将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温 Y管中有少量水珠 生成的气态水凝聚
打开K2 ③ ④
答案：(1)①A 2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑(或B NH3·H2ONH3↑＋H2O) ②d→c→f→e→i (2)①红棕色气体颜色慢慢变浅 ②6NO2＋8NH37N2＋12H2O ③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外界压强
解析：(1)①在实验室通常用加热氯化铵和消石灰固体混合物的方法制取氨气，应选用发生装置A，其反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑，或选用发生装置B，直接加热浓氨水生成氨气：NH3·H2ONH3↑＋H2O。②氨气是碱性气体，可用碱石灰干燥，其密度小于空气，应采用向下排空气法收集，氨气极易溶于水，尾气处理时应防止倒吸，则要收集一瓶干燥的氨气，仪器的连接顺序为发生装置→d→c→f→e→i。(2)打开K1，推动注射器活塞将氨气缓慢通入Y管中，在一定温度和催化剂的作用下发生反应：6NO2＋8NH37N2＋12H2O，随着反应的发生Y管中红棕色气体颜色变浅；反应生成的水蒸气液化形成小水滴附着在Y管壁，NO2和NH3反应后气体的物质的量减小，反应容器中的压强减小，打开K2，Z中的溶液出现倒吸现象。
10.(16分)某化学教师利用如图装置(部分装置省略)改进铜与硝酸及相关反应。
回答下列问题：
(1)按图所示装置组装实验仪器，打开K1、K2、K3、K5，关闭K4，并向两侧烧杯中加水至 ，用气压法检查装置气密性。
(2)在集气瓶中的下层加入四氯化碳，上层加入水，并将绕有铜丝的封铁短玻璃导管固定于下层；关闭K2、K3、K4、K5，打开K1，用磁铁固定绕有铜丝的封铁短玻璃导管于试管口，加入3 mL浓硝酸，关闭K1，打开K2、K3、K5，将铜丝移入浓硝酸中，其中四氯化碳的作用是 ；
铜与浓硝酸反应的现象为 ；
其反应的离子方程式为 。
(3)pH传感器读数逐步下降到1以下时，将铜丝与浓硝酸脱离， (填操作)，此时右侧烧杯内的NaOH溶液会倒吸入具支试管中，同时产生蓝色沉淀。
(4)用磁铁将集气瓶中的铜丝移至水层，水层中产生无色气体，同时溶液变为蓝色，水层发生反应的离子方程式为 。
(5)针筒中充满红棕色气体，颜色逐渐变浅，并产生白烟，白烟名称为 。
(6)左侧烧杯中NaOH溶液的作用： 。
(7)任写一条该实验设计的优点： 。
答案：(1)浸没导管末端 (2)防止倒吸 产生大量红棕色气体，溶液呈现蓝色 Cu＋4H＋＋2NCu2＋＋2NO2↑＋2H2O (3)关闭K2，打开K1 (4)3Cu＋8H＋＋2N3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O (5)硝酸铵 (6)吸收尾气，防止污染 (7)体系密封，无污染
解析：(1)由实验装置图可知，检查装置气密性的操作为打开K1、K2、K3、K5，关闭K4，并向两侧烧杯中加水至浸没导管末端，形成封闭体系，用酒精灯
微热集气瓶的底部，若烧杯的水中有气泡逸出，冷却后，导气管中产生一段稳定水柱，说明装置气密性良好；(2)二氧化氮易溶于水，能与水反应生成硝酸和一氧化氮，若二氧化氮直接通入水中，会因气体压强减小而产生倒吸，所以将二氧化氮通入四氯化碳中，可以隔绝二氧化氮与水的接触，能起到防止倒吸的作用；试管中铜与浓硝酸能剧烈反应生成硝酸铜和红棕色的二氧化氮和水，反应的离子方程式为Cu＋4H＋＋2NCu2＋＋2NO2↑＋2H2O，实验中观察到的实验现象为产生大量红棕色气体，溶液呈现蓝色；(3)pH传感器读数逐步下降到1以下时，将铜丝与浓硝酸脱离，关闭K2，打开K1，使二氧化氮与烧杯中NaOH溶液接触反应，试管内的气体压强减小，在外界大气压的作用下，将NaOH溶液压入试管中，NaOH溶液与反应生成的硝酸铜溶液反应生成氢氧化铜蓝色沉淀；(4)集气瓶中二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮，实验中，用磁铁将集气瓶中的铜丝移至水层时，铜会与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，反应的离子方程式为3Cu＋8H＋＋2N3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；(5)针筒中的二氧化氮与水蒸气反应生成硝酸和一氧化氮，浓氨水挥发产生氨气，硝酸与氨气反应生成硝酸铵时，会产生大量白烟；(6)由实验装置图可知，左侧烧杯中盛有的NaOH溶液是用于吸收氮的氧化物，防止污染空气；(7)该实验设计达到了多反应、多现象一体化设计目的，具有体系密封、无污染的优点。
学生用书 第111页(共98张PPT)
第19讲 氮及其氧化物 硝酸
第五章 非金属及其化合物
1.了解氮元素的单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质和应用。
2.了解氮的化合物对环境质量的影响。
复习目标
考点一 氮及其氧化物
考点二 硝酸
内容索引
课时测评
考教衔接
考点一
氮及其氧化物
1.氮元素的存在与氮的固定
必备知识 整合
人工固氮
2.氮气
写出下列有关反应的化学方程式：
①___________________________；
②___________________________；
③___________________________。
N2＋3MgMg3N2
N2＋3H22NH3
N2＋O22NO
1
下列有关氮气用途的叙述中，分别应用了氮气的什么性质？
①文物馆将贵重文物保存在氮气中： 。
②氮气是合成氨工业的重要原料： 。
③雷电是自然界重要的固氮方式： 。
④医疗上，液氮是常见的冷冻剂：________________________
__________________。
N2的稳定性
N2的氧化性
N2的还原性
N2的沸点低，液氮易汽化，
且汽化吸收热量
3.氮的氧化物
(1)氮有多种价态的氧化物
(2)NO、NO2的比较
氧化物的化学式 N2O NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5
氮元素的价态 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5
物质 NO NO2
物理性质 ____色气体，难溶于水 通常为______色、有刺激性气味的气体
化学性质 与O2反应
与H2O反应
无
红棕
2HNO3＋NO
4.氮氧化物对环境的污染及其防治
(1)常见的污染类型
①光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生的一种有毒的烟雾。
②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到
地面。
③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量
增加。
④NO与人体血红蛋白结合使人中毒。
(2)常见的NOx尾气处理方法
①碱液吸收法
工业尾气中的NOx常用碱液吸收处理，主要反应为
NO＋NO2＋2OH－2N＋H2O
2NO2＋2OH－N＋N＋H2O
②催化转化法
在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的
处理。
BC
2
(1)NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是 。
(2)在用碱液吸收时，下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的
有 (填字母)。
A.加快通入尾气的速率
B.采用气、液逆流的方式吸收尾气
C.吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液
(3)吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，该晶体中的主要杂质是 。
n(NO2)≥n(NO)
BC
NaNO3
考向1 氮气的性质及氮元素在自然界中的循环
1.(2025·重庆长寿区模拟)下列关于N2的叙述正确的是
A.N2是一种无色、无味且易溶于水的气体
B.在雷雨天，空气中的N2和O2可直接反应生成NO2
C.在N2与Mg反应生成Mg3N2的过程中，N2为还原剂
D.一定条件下，N2与H2合成NH3属于氮的固定
关键能力 提升
√
N2是一种无色、无味且难溶于水的气体，故A错误；放电条件下N2和O2发生氧化还原反应生成NO，化学方程式为N2＋O22NO，不能直接生成NO2，故B错误；在N2与Mg反应生成Mg3N2的过程中，N2中N的化合价降低，为氧化剂，故C错误；N2与H2合成NH3是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程，属于氮的固定，故D正确。
2.下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是
A.①和②均属于氮的固定
B.氢、氧元素也参与了自然界中的氮循环
C.④中每生成1 mol N，消耗2 mol O2
D.③和⑤过程中氮元素分别被还原和氧化
√
反应①将N2转化为NO，属于氮的固定，反应②属于植物固氮，A正确；由题图知，氮循环过程中涉及氢、氧元素，B正确；反应④是O2将NH3氧化为N，N元素化合价由－3价升高到＋5价，即生成1 mol N失去8 mol电子，根据得失电子守恒可知每生成1 mol N需要消耗2 mol O2，C正确；反应③中NO被氧化为N，反应⑤中N被还原为N2，D错误。
考向2 氮氧化物溶于水问题分析
3.(2024·北京三模)在一支50 mL注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，静置后观察现象①。打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象②。振荡注射器，静置后再观察现象③。
下列关于该过程的分析不正确的是
A.现象①②，主要体现了NO难溶于水、还原性
B.现象②③，针筒示数：③＜②
C.过程中若将空气10 mL改成15 mL，现象③能观察到针筒内无气体剩余
D.此实验启示工业上制硝酸时充入适量O2，可以提高氮原子利用率
√
4.NO2产生酸雨的过程可表示为
(1)写出该循环中两步反应的化学方程式：
① ；
② 。
(2)分别写出NO、NO2与O2和H2O恰好完全反应转化为HNO3的总化学方程式： ， 。
2NO＋O22NO2
3NO2＋H2O2HNO3＋NO
4NO＋3O2＋2H2O4HNO3
4NO2＋O2＋2H2O4HNO3
(3)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。
①若剩余的气体是 ，则NO2、O2的体积分别是______________。
O2
8 mL、4 mL
依据NO2与H2O的反应可知，剩余气体只能是O2或NO。若剩余的气体为O2，则按n(NO2)∶n(O2)＝4∶1恰好反应的气体为10 mL，V(NO2)＝10 mL×＝8 mL，V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL；
②若剩余的气体是 ，则NO2、O2的体积分别是________________。
NO
10.8 mL、1.2 mL
依据NO2与H2O的反应可知，剩余气体只能是O2或NO。若剩余气体为 2 mL NO，则按n(NO2)∶n(O2)＝4∶1恰好反应的气体为12 mL－2 mL×3＝6 mL，V(O2)＝6 mL×＝1.2 mL，V(NO2)＝12 mL－1.2 mL＝
10.8 mL。
氮氧化物溶于水的问题分析
无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O2HNO3＋NO，2NO＋O22NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。
(1)若NO和O2通入水中，总反应式为4NO＋3O2＋2H2O4HNO3(4∶3)。
(2)若NO2和O2通入水中，总反应式为4NO2＋O2＋2H2O4HNO3(4∶1)。
思维建模
(3)NO2、NO、O2三种混合气体通入水中：
①可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。
②也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋ 2H2O4HNO3情况处理。
思维建模
考向3 氮氧化物对环境的污染及其防治
5.(2024·江苏模拟)煤燃烧时，烟气中NO含量随温度和氧气含量的变化如图所示。下列说法不正确的是
A.燃煤过程中发生了氮的固定
B.燃煤温度越高NO污染越重
C.含氧量越高越容易生成NO
D.煤燃烧不影响自然界氮循环
√
燃煤过程中氮气转化为一氧化氮，发生了氮的固定，A正确；由题图可知，随着温度升高，NO的含量升高，污染加重，B正确；由题图可知，随O2含量升高，NO含量升高，故含氧量越高越容易生成NO，C正确；由题图可知，煤燃烧将氮气转化为一氧化氮，污染环境，影响了氮循环，D错误。
6.亚硝酸钙[Ca(NO2)2]是水泥混凝土外加剂的主要原料，可配制成混凝土防冻剂、钢筋阻锈剂等。利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程
如图：
(1)等物质的量的NO与NO2被Ca(OH)2吸收，反应的化学方程式为________
。
(2)吸收时，采用气－液逆流接触吸收(尾气从塔底进入，石灰乳从塔顶喷淋)，其目的是____________________________________________________
____________。
NO＋
NO2＋Ca(OH)2Ca(NO2)2＋H2O
使NO、NO2与石灰乳充分接触，加快吸收速率，提高
吸收率
(3)该工艺需控制NO和NO2的物质的量之比接近1∶1，若n(NO)∶n(NO2)＜1∶1，则会导致 ；
若n(NO)∶n(NO2)＞1∶1，则会导致 。
(4)生产中需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为 。
产品中含有Ca(NO3)2
NO不能被完全吸收，污染空气
3N＋2H＋N＋2NO↑＋H2O
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考点二
硝酸
1.物理性质
2.化学性质
(1)不稳定性：___________________________________。
(2)强氧化性：硝酸不论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性
越强。
必备知识 整合
4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O
按要求完成下列反应的化学方程式：
①与金属反应
稀硝酸与铜反应：______________________________________________；
浓硝酸与铜反应：______________________________________________。
②与非金属反应
浓硝酸与C的反应：_____________________________________________。
③与还原性化合物反应
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、FeSO4等还原性物质。稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：_____________________________________
_________。
3Cu＋8HNO3(稀)3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
Cu＋4HNO3(浓)Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
3Fe2＋＋4H＋＋N3Fe3＋＋NO↑＋
2H2O
(3)与有机物反应
①硝化反应(与 反应)：
＋HNO3 ＋H2O。
②显色反应：含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸加热后变____色。
黄
1
(1)市售浓硝酸呈黄色的原因是 。
(2)浓硝酸的保存方法是____________________________________
___________________。
HNO3分解生成的NO2溶于硝酸中
保存在棕色带有玻璃塞的细口试剂瓶中，
置于冷暗处
2
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____________________________________________
______________________________________________________。
红棕
4HNO3(浓)Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
Cu＋
3Cu＋8HNO3(稀)3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
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
3.工业制法
(1)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO：___________________________
________。
(2)NO进一步氧化生成NO2：_____________________________。
(3)用水吸收NO2生成HNO3：_____________________________。
4NH3＋5O24NO＋
6H2O
2NO＋O22NO2
3NO2＋H2O2HNO3＋NO
考向1 硝酸性质的实验探究
1.有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是
A.①② B.③④
C.②③④ D.②④
关键能力 提升
√
实验操作 现象 解释或结论
① 过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液 溶液呈红色 稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋
② 浓HNO3久置或光照 变黄色 HNO3不稳定易分解
③ Al箔插入稀HNO3中 无现象 Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜
④ 用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上 试纸先变红后褪色 浓HNO3具有酸性和强氧化性
过量的Fe粉加入稀HNO3最终生成Fe2＋，加入KSCN溶液时颜色不变，故①错误；浓HNO3久置变黄是因为HNO3分解产生的NO2溶于HNO3，故②正确；Al箔遇浓HNO3钝化，稀HNO3会使Al箔溶解，故③错误；
实验操作 现象 解释或结论
① 过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液 溶液呈红色 稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋
② 浓HNO3久置或光照 变黄色 HNO3不稳定易分解
③ Al箔插入稀HNO3中 无现象 Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜
④ 用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上 试纸先变红后褪色 浓HNO3具有酸性和强氧化性
浓硝酸具有酸性和强氧化性，可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色，故④正确。
实验操作 现象 解释或结论
① 过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液 溶液呈红色 稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋
② 浓HNO3久置或光照 变黄色 HNO3不稳定易分解
③ Al箔插入稀HNO3中 无现象 Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜
④ 用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上 试纸先变红后褪色 浓HNO3具有酸性和强氧化性
2.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
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中木炭与浓硝酸发生了反应
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
√
① ② ③
①中浓HNO3受热分解，发生反应4HNO3(浓)4NO2↑＋O2↑＋2H2O，产生的气体为混合气体，故A正确；由①可知，浓硝酸受热分解可生成红棕色气体NO2，所以“产生红棕色气体”不能说明②中木炭与浓硝酸发生了反应，故B正确；根据①和②，浓硝酸分解产生红棕色NO2时需要加热，所以浓硝酸具有挥发性才可与上方红热木炭接触，同时，N元素化合价降低，所以生成的NO2为还原产物，故C正确；红热的木炭可与空气中的O2反应生成CO2，故D错误。
① ② ③
考向2 金属与硝酸反应的计算
3.100 mL稀HNO3和稀H2SO4组成的混合溶液中，两种酸的物质的量浓度之和为0.4 mol·L－1。向该溶液中加入足量的铜粉后加热，充分反应后，所得溶液中Cu2＋的物质的量浓度最大值为(反应前后溶液体积变化忽略不计) A.0.15 mol·L－1 B.0.24 mol·L－1
C.0.30 mol·L－1 D.0.36 mol·L－1
√
反应的离子方程式为3Cu＋2N＋8H＋3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，铜足量，由上述反应方程式可知，N和H＋的物质的量之比为1∶4时，反应生成的铜离子物质的量最大，设HNO3、H2SO4各为x mol、y mol，则n(N)∶n(H＋)＝x∶(x＋2y)＝1∶4，x＋y＝0.4 mol·L－1×0.1 L，解得x＝0.016 mol、y＝0.024 mol，由方程式可知，生成铜离子的物质的量为0.016 mol×＝0.024 mol，故铜离子的最大浓度为＝0.24 mol·L－1。
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。
Fe＋N＋4H＋Fe3＋＋NO↑＋
2H2O
Fe2＋
(3)x＝ ，y＝ 。
0.1
0.2
在Oa段N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)反应至c点，可收集到标准状况下的气体为 L。
3.36
Fe＋N＋4H＋Fe3＋＋NO↑＋2H2O
0.1 mol 0.1 mol
Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑
0.1 mol 0.05 mol
所以V＝(0.1 mol＋0.05 mol)×22.4 L·mol－1＝3.36 L。
1.金属与硝酸反应计算的思维模型
思维建模
2.金属与硝酸反应的计算方法
(1)电子守恒法：金属失电子数＝n(NO2)＋3n(NO)。
(2)原子守恒法：n(HNO3)＝xn[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)(x代表金属元素的化合价)。
若向反应后溶液中加入NaOH溶液恰好使沉淀完全，此时溶质为NaNO3，则存在：
n(Na＋)＝n(N)＝n(HNO3)－n(NO)－n(NO2)。
思维建模
(3)电荷守恒法：HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH－)有c(N)＝c(H＋)＋x×c()。起酸性作用的HNO3的物质的量是金属的物质的量和金属所带电荷数的乘积，可表示为n(HNO3)酸性＝xn(Mx＋)＝n(e－)(Mx＋代表金属离子)。
(4)离子方程式计算法：金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时，由于硝酸盐中N在硫酸提供H＋的条件下能继续与金属反应，故此类题目应用离子方程式来计算3Cu＋8H＋＋2N3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或N进行相关计算，且要符合电荷守恒。
思维建模
考向3 硝酸盐热稳定性实验探究
5.实验小组对Cu(NO3)2的热稳定性进行探究。如图1所示的实验装置A中，用酒精喷灯对Cu(NO3)2固体加热，产生红棕色气体，在装置C中收集到无色气体，经验证为O2。当反应结束以后，试管中残留固体为红色。
(1)从实验安全角度考虑，需要在A、B间加入 装置。
防倒吸
固体加热产生气体通入溶液中，从实验安全角度考虑，应该在两种装置之间加防倒吸装置；
(2)图2为Cu(NO3)2样品加热过程的热重曲线(样品质量分数w％随温度变化的曲线)。Cu(NO3)2加热到200 ℃的化学方程式为______________________
__________________，继续加热至1 000 ℃生成 (填化学式)
固体。
2Cu(NO3)22CuO＋
4NO2↑＋O2↑
Cu2O
从热重曲线上得出，加热到200 ℃时，固体质量剩余42.6％，＝≈42.6％，因此加热到200 ℃时Cu(NO3)2分解为CuO、NO2、O2，反应的化学方程式为2Cu(NO3)22CuO＋4NO2↑＋O2↑；继续加热至1 000 ℃时CuO又分解，固体只剩余Cu2O。
1.正误判断
(1)(2024·浙江6月选考)HNO3见光易分解，应保存在棕色试剂瓶中 ( )
(2)(2024·湖北卷)王水溶解铂，是因为浓盐酸增强了浓硝酸的氧化性( )
(3)(2024·江苏卷)汽车尾气处理：2NO＋4CO N2＋4CO2 ( )
(4)(2024·江苏卷)硝酸工业中NH3的氧化反应：4NH3＋3O2
2N2＋6H2O ( )
(5)(2023·浙江卷)常温下铁与浓硝酸反应制备NO2 ( )
高考真题 感悟
√
×
×
×
×
(6)(2022·重庆卷)1 mol SO3与1 mol NO2分别通入1 L水中可产生相同浓度的H2SO4和HNO3 ( )
(7)(2022·江苏卷)自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3 ( )
(8)(2022·浙江卷)将少量NO2通入NaOH溶液：2NO2＋2OH－N＋
N＋H2O ( )
(9)(2022·浙江卷)浓HNO3与铁在常温下不反应，所以可用铁质容器贮运浓硝酸 ( )
(10)(2021·河北卷)浓HNO3和稀HNO3与Cu反应的还原产物分别为NO2和NO，故稀HNO3氧化性更强 ( )
×
×
√
×
×
2.(2022·天津卷)燃油汽车行驶中会产生CO、NO等多种污染物。下图为汽车发动机及催化转化器中发生的部分化学反应。以下判断错误的是
A.甲是空气中体积分数最大的成分
B.乙是引起温室效应的气体之一
C.反应(Ⅰ)在常温下容易发生
D.反应(Ⅱ)中NO是氧化剂
√
甲是氮气，氮气是空气中体积分数最大的成分，故A正确；乙是二氧化碳，二氧化碳是引起温室效应的气体之一，故B正确；由于氮气含有氮氮三键，因此反应(Ⅰ)在常温下不容易发生，在高温或放电条件下发生，故C错误；一氧化碳和一氧化氮反应生成氮气和二氧化碳，一氧化氮中氮元素化合价降低，因此反应(Ⅱ)中NO是氧化剂，故D正确。
3.(2024·北京卷)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。
(1)方法一：早期以硝石(含NaNO3)为氮源制备HNO3，反应的化学方程式为H2SO4(浓)＋NaNO3NaHSO4＋HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和 。
难挥发性
浓硫酸难挥发，产物HNO3易挥发，有利于复分解反应进行，体现了浓硫酸的难挥发性和酸性。
(2)方法二：以NH3为氮源催化氧化制备HNO3，反应原理分三步。
①第Ⅰ步反应的化学方程式为 。
4NH3＋5O24NO＋6H2O
第Ⅰ步反应为氨气的催化氧化，化学方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O；
②针对第Ⅱ步反应进行研究：在容积可变的密闭容器中，充入2n mol NO和n mol O2进行反应。在不同压强下(p1、p2)，反应达到平衡时，测得NO转化率随温度的变化如图所示。解释y点的容器容积小于x点的容器容积的原因：__________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________。
2NO＋O2 2NO2，该反应正向气体分子总数减小，同温时，p1条件下NO转化率高于p2，故p1＞p2，同压时，升温NO转化率减小，V增大，x、y点转化率相同，此时压强对容积的影响大于温度对容积的影响
2NO＋O2 2NO2，该反应正向气体分子总数减小，同温时，p1条件下NO转化率高于p2，故p1＞p2，同压时，升温NO转化率减小，V增大，x、y点转化率相同，此时压强对容积的影响大于温度对容积的影响，故y点的容器容积小于x点的容器容积。
(3)方法三：研究表明可以用电解法以N2为氮源直接制备HNO3，其原理示意图如下。
①电极a表面生成N的电极反应为 。
N2－10e－＋6H2O2N＋12H＋
由电极a上的物质转化可知，氮元素化合价升高，发生氧化反应，电极a为阳极，电极反应为N2－10e－＋6H2O2N＋12H＋；
②研究发现：N2可能的转化途径为N2NO N。电极a表面还发生ⅲ.H2O→O2。ⅲ的存在，有利于途径ⅱ，原因是_______________________
_______________________________。
反应ⅲ生成O2，O2将NO
氧化成NO2，NO2更易转化成N
反应ⅲ生成O2，O2将NO氧化成NO2，NO2更易转化成N。
(4)人工固氮是高能耗的过程，结合N2分子结构解释原因：______________
______________________________________________________________。
方法三为N2的直接利用提供了一种新的思路。
三键，键能高，断键时需要较大的能量，故人工固氮是高能耗的过程
N2中存在氮氮
N2中存在氮氮三键，键能高，断键时需要较大的能量，故人工固氮是高能耗的过程。
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考教
衔接2
高考真题溯源
在氮及其化合物的学习中，要重视铜与硝酸反应的原理及实验设计，挖掘其命题点。
真题链接 ——高考 这样考
√
真题链接 ——高考 这样考
溯本求源——教材这样写 [教材] (人教版必修·第二册)如图所示，在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。向两支具支试管中分别加入2 mL浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比较实验现象。向上拉铜丝，终止反应。
溯本求源——教材这样写 教材相关知识
1.要用动态的观点理解铜与硝酸的反应：铜和浓HNO3反应，产生NO2，变稀后，铜和稀HNO3反应产生NO，因为实验中，系统内有空气，要注意空气对NO的影响，同时还要注意NO2的溶解。
2.从三个方面描述实验现象：描述实验现象时，要从“固体变化”、
“溶液变化”及“气体变化”三个方面描述。
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课 时 测 评
1.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.工业上模拟自然界“雷雨发庄稼”的过程生产HNO3
B.自然固氮、人工固氮都是将N2转化为含氮化合物
C.氨气是重要的工业原料，可用于制备化肥和纯碱等大宗化学品
D.多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”
√
自然界“雷雨发庄稼”的第一步是将空气中的氮气转化为NO，而工业生产硝酸的第一步是将氮气和氢气反应生成氨气，氨气催化氧化再得到NO，NO被氧化为NO2，NO2和水反应最后得到HNO3，A项错误；氮的固定是将N2转化为含氮化合物的过程，其中氮的固定包括自然固氮、人工固氮，B项正确；氨气作为重要的工业原料可以制备化肥和纯碱等大宗化学品，C项正确；氮元素在自然界中既有游离态又有化合态，多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”，D项正确。
2.下列说法中正确的是
A.氮气的化学性质不如磷活泼，故氮元素的非金属性弱于磷元素
B.磷酸比硝酸稳定，所以磷元素的非金属性比氮元素强
C.“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有：N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐
D.NO与O2反应生成NO2，属于氮的固定
√
氮和磷同主族，氮原子半径小、得电子能力强，故氮元素的非金属性强于磷元素，而氮气的化学性质很稳定是因为氮气分子中存在氮氮三键，断开该化学键需要较多的能量，与氮元素非金属性强弱无关，故A错误；最高价氧化物对应水化物的酸性越强，则该元素的非金属性越强，HNO3是强酸，而H3PO4是中强酸，硝酸比磷酸酸性强，所以氮元素的
非金属性比磷元素强，不能依据含氧酸的稳定性来比较元素的非金属性强弱，故B错误；氮气与空气中的氧气在雷电作用下反应生成一氧化氮，一氧化氮不稳定，极易被空气中的氧气氧化为二氧化氮，二氧化氮与空气中的水反应生成硝酸，硝酸与土壤中的矿物相互作用，生成可溶于水的硝酸盐，即植物生长所需要的氮肥，使植物生长得更好，故C正确；氮的固定是氮的游离态转化为化合态，即氮气转化为氮的化合物，D错误。
3.空气中的氮气可通过人工固氮获得氨气，氨气是重要的化工原料，通过氨氧化法可制得硝酸，反应过程如图：
硝酸是一种强氧化性酸，制硝酸工业产生的尾气中含有氮氧化物，应处理后才能排放。下列说法不正确的是
A.常温下，浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中
B.BaSO3固体能溶于稀硝酸，生成Ba(NO3)2，放出SO2气体
C.工业上，当转化①的反应达到平衡时，需不断地从混合气体中分离出NH3，将未反应的原料气送回合成塔以提高原料的利用率
D.转化④中，当V(NO2)∶V(O2)＝4∶1时，理论上NO2全部转化为HNO3
√
硝酸是强氧化性酸，BaSO3被氧化生成BaSO4，硝酸被还原生成NO，B错误。
4.(2024·浙江省金华曙光中学质检)某化学反应在催化剂条件下的转化过程的微观示意图如图所示。下列有关说法不正确的是
A.该反应中，氧化性：NO＞CO2
B.该反应可表示为2NO＋2CON2＋2CO2
C.该反应中，被氧化与被还原的元素的质量之比为7∶6
D.标准状况下每生成2.24 L N2，转移的电子数为0.4NA
√
由题图可知，该反应为2NO＋2CON2＋2CO2。该反应中，NO为氧化剂，CO2为氧化产物，则氧化性：NO＞CO2，A、B正确；该反应中，被氧化的元素是碳元素，被还原的元素是氮元素，则被氧化与被还原的元素的质量之比为6∶7，C错误；标准状况下每生成2.24 L N2，转移电子0.4 mol，即转移电子数为0.4NA，D正确。
5.在通风橱中进行下列实验：
下列说法中不正确的是
A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式为2NO＋O22NO2
B.Ⅱ中的现象说明常温下铁在浓硝酸中发生钝化
C.过量铁与稀硝酸反应生成亚铁盐
D.对比Ⅰ、Ⅱ中现象，说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3
√
步骤
现象 Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色 Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止
无色NO遇氧气生成红棕色气体NO2，Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式为2NO＋O22NO2，A正确；Ⅱ中现象说明常温下Fe在浓HNO3中钝化，B正确；铁与稀硝酸反应生成硝酸铁，过量铁把硝酸铁还原为硝酸亚铁，C正确；硝酸的浓度越大，其氧化性越强，浓硝酸氧化性大于稀硝酸，D错误。
步骤
现象 Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色 Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止
6.一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＋＋2N3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
B.过程Ⅲ反应速率比过程Ⅰ反应速率快的原因是反应放热，温度升高使速率加快
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＋2H2O4HNO3
√
铜与稀硝酸反应生成NO，反应的离子
方程式为3Cu＋8H＋＋2N3Cu2＋
＋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＋2H2O4HNO3，故D正确。
7.(2024·湖南省名校联考期中)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
√
2.56 g Cu的物质的量为＝0.04 mol，若生成的气体中只含有NO，由方程式3Cu＋8HNO33Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O可知，0.04 mol Cu需要消耗 mol HNO3，而12 mL 10 mol·L－1硝酸中n(HNO3)＝0.12 mol， mol＜0.12 mol，说明还发生了反应Cu＋4HNO3Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，生成的气体有NO和NO2，A错误；2.56 g Cu的物质的量为＝0.04 mol，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＝a mol/L＝2 mol/L，a＝2，B错误；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；Cu和HNO3溶液反应完全后，生成NO、NO2的混合气体，向反应后的溶液中加入NaOH溶液后溶液中溶质为NaNO3，则NO、NO2的总物质的量为0.12 mol－0.04×2 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。
8.(2024·北京门头沟一模)为吸收工业尾气中的NO和SO2，设计如图流程，同时还能获得连二亚硫酸钠(Na2S2O4，其结晶水合物又称保险粉)和NH4NO3产品。(Ce为铈元素)
下列说法不正确的是
A.工业尾气中的NO和SO2排放到大气中会形成酸雨
B.装置Ⅱ的作用是吸收NO
C.Ce4＋从阴极口流出回到装置Ⅱ循环使用
D.装置Ⅳ中氧化1 L 2 mol·L－1N，至少需要标准状况下22.4 L O2
√
装置Ⅰ中加入NaOH溶液吸收SO2，装置Ⅱ中加入Ce4＋，酸性条件下，NO和Ce4＋发生氧化还原反应，生成N、N，装置Ⅲ(电解槽)中阳极发生反应Ce3＋ __ e－Ce4＋，Ce4＋从阳极口流出回到装置Ⅱ循环使用，阴极得到S2，装置Ⅳ中N被氧气氧化为N，N与NH3生成NH4NO3。工业尾气中的NO可与氧气反应生成NO2，NO2与水反应得到硝酸，形成硝酸型酸雨，SO2与水反应得到H2SO3，H2SO3被氧气氧化为硫酸，会形成硫酸型酸雨，故A正确；由分析可知，装置Ⅱ中，
NO和Ce4＋反应生成N、N，故B正确；由分析可知，Ce4＋从阳极口流出回到装置Ⅱ循环使用，故C错误；装置Ⅳ中N被氧气氧化为N的离子方程式为2N＋O22N，1 L 2 mol·L－1N物质的量为1 L×2 mol·L－1＝2 mol，即消耗1 mol O2，标准状况下体积为22.4 L，故D正确。
9.(12分)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择上图中的 ，反应的化学方程式为___________________________________________________________________________。
A
2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑(或B NH3·H2ONH3↑＋
H2O)
在实验室通常用加热氯化铵和消石灰固体混合物的方法制取氨气，应选用发生装置A，其反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑，或选用发生装置B，直接加热浓氨水生成氨气：NH3·H2ONH3↑＋H2O。
②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为发生装置
→ (按气流方向，用小写字母表示)。
d→c→f→e→i
氨气是碱性气体，可用碱石灰干燥，其密度小于空气，应采用向下排空气法收集，氨气极易溶于水，尾气处理时应防止倒吸，则要收集一瓶干燥的氨气，仪器的连接顺序为发生装置→d→c→f→e→i。
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤 实验现象 解释原因
打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中 ①Y管中______________ _________________ ②反应的化学方程式：_______
_________________________
红棕色气体颜色
慢慢变浅
8NH37N2＋12H2O
6NO2＋
操作步骤 实验现象 解释原因
将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温 Y管中有少量水珠 生成的气态水凝聚
打开K2 ③___________________ _____________________ ④______________________
________________________
Z中NaOH溶液产生
倒吸现象
反应后气体分子数减少，
Y管中压强小于外界压强
打开K1，推动注射器活塞将氨气缓慢通入Y管中，在一定温度和催化剂的作用下发生反应：6NO2＋8NH37N2＋12H2O，随着反应的发生Y管中红棕色气体颜色变浅；反应生成的水蒸气液化形成小水滴附着在Y管壁，NO2和NH3反应后气体的物质的量减小，反应容器中的压强减小，打开K2，Z中的溶液出现倒吸现象。
10.(16分)某化学教师利用如图装置(部分装置省略)改进铜与硝酸及相关
反应。
回答下列问题：
(1)按图所示装置组装实验仪器，打开K1、K2、K3、K5，关闭K4，并向两侧烧杯中加水至 ，用气压法检查装置气密性。
浸没导管末端
由实验装置图可知，检查装置气密性的操作为打开K1、K2、K3、K5，关闭K4，并向两侧烧杯中加水至浸没导管末端，形成封闭体系，用酒精灯微热集气瓶的底部，若烧杯的水中有气泡逸出，冷却后，导气管中产生一段稳定水柱，说明装置气密性良好；
(2)在集气瓶中的下层加入四氯化碳，上层加入水，并将绕有铜丝的封铁短玻璃导管固定于下层；关闭K2、K3、K4、K5，打开K1，用磁铁固定绕有铜丝的封铁短玻璃导管于试管口，加入3 mL浓硝酸，关闭K1，打开K2、K3、K5，将铜丝移入浓硝酸中，其中四氯化碳的作用是 ；
铜与浓硝酸反应的现象为 ；
其反应的离子方程式为_________________________________________ 。
防止倒吸
产生大量红棕色气体，溶液呈现蓝色
Cu＋4H＋＋2NCu2＋＋2NO2↑＋2H2O
二氧化氮易溶于水，能与水反应生成硝酸和一氧化氮，
若二氧化氮直接通入水中，会因气体压强减小而产生
倒吸，所以将二氧化氮通入四氯化碳中，可以隔绝二
氧化氮与水的接触，能起到防止倒吸的作用；试管中
铜与浓硝酸能剧烈反应生成硝酸铜和红棕色的二氧化
氮和水，反应的离子方程式为Cu＋4H＋＋2NCu2＋＋2NO2↑＋2H2O，实验中观察到的实验现象为产生大量红棕色气体，溶液呈现
蓝色；
(3)pH传感器读数逐步下降到1以下时，将铜丝与浓硝酸脱离，__________
(填操作)，此时右侧烧杯内的NaOH溶液会倒吸入具支试管中，同时产生蓝色沉淀。
关闭K2，
打开K1
pH传感器读数逐步下降到1以下时，将铜丝与浓硝酸脱离，关闭K2，打开K1，使二氧化氮与烧杯中NaOH溶液接触反应，试管内的气体压强减小，在外界大气压的作用下，将NaOH溶液压入试管中，NaOH溶液与反应生成的硝酸铜溶液反应生成氢氧化铜蓝色沉淀；
(4)用磁铁将集气瓶中的铜丝移至水层，水层中产生无色气体，同时溶液变为蓝色，水层发生反应的离子方程式为______________________________
______________________。
3Cu＋8H＋＋2N3Cu2＋＋
2NO↑＋4H2O
集气瓶中二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮，实验中，用磁铁将集气瓶中的铜丝移至水层时，铜会与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，反应的离子方程式为3Cu＋8H＋＋2N3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；
(5)针筒中充满红棕色气体，颜色逐渐变浅，并产生白烟，白烟名称为
____________。
硝酸铵
针筒中的二氧化氮与水蒸气反应生成硝酸和一氧化氮，浓氨水挥发产生氨气，硝酸与氨气反应生成硝酸铵时，会产生大量白烟；
(6)左侧烧杯中NaOH溶液的作用： 。
吸收尾气，防止污染
由实验装置图可知，左侧烧杯中盛有的NaOH溶液是用于吸收氮的氧化物，防止污染空气；
(7)任写一条该实验设计的优点： 。
体系密封，无污染
该实验设计达到了多反应、多现象一体化设计目的，具有体系密封、无污染的优点。
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