1、1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 b2.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：4HNO 32H2O4NO 2O 2。因此，浓硝酸应盛放在棕色细口试剂瓶中，置于冷= = = = =光 照 暗处，不能用橡胶塞。(3)强氧化性与金属(除 Pt、Au 外)的反应：Cu 与浓、稀 HNO3反应的化学方程式分别
2、为3Cu8HNO 3(稀)= =3Cu(NO3)22NO4H 2O；Cu4HNO 3(浓)= =Cu(NO3)22NO 22H 2O。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。与非金属的反应：如与 C 和 S 的反应，其反应方程式分别为 C4HNO 3(浓)CO24NO 22H 2O，S6HNO 3(浓)= = = = = H2SO46NO 22H 2O。= = = = = (4)其他性质与某些有机物反应：例如，苯的硝化反应，蛋白质的显色反应等。王水：浓硝酸和浓盐酸以 13 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
3、的强氧化性的特殊表现1硝酸与金属反应2(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：3FeO10HNO 3(稀)= =3Fe(NO3)3NO5H 2O，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：FeO2HNO 3=Fe(NO3)2H 2O。3离子共
4、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 3 3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 3Fe2 、S 2 、I 、SO 、Br 等还原性离子共存。23三、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 4NH35O 24NO6H 2O。= = = = =催 化 剂 (2)生成 NO2：2NOO 2=2NO2。(3)水吸收 NO2：在吸收塔中进行，反应的化学方程式为 3NO2H 2O=2HNO3NO。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
5、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中木炭与浓硝酸产生了反应C由说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物D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3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
6、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、N 2O4、NO 的混合气体，这些气体与 1.68LO2(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 5molL1 NaOH 溶液至 Cu2 恰
7、好完全沉淀，则消耗 NaOH 溶液的体积是( )A60mLB45mLC30mLD15mL【解析】 O 2为氧化剂，Cu 为还原剂，HNO 3相当于仅仅发生了复分解反应， n(Cu)2 n(O2)0.15mol， n(NaOH)2 n(Cu)0.3mol， V(NaOH) 0.06L60mL，0.3mol5molL 1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 ymol，其中 Cu 的物质的量分数为 a，将其全部投入 50mLbmolL1 的硝酸溶液中，加热使其充分反应
8、(假设 NO 是唯一的还原产物)。下列说法正确的是( )若金属有剩余，在溶液中再滴入硫酸后，金属又开始溶解若金属全部溶解，则溶液中一定含有 Fe3若金属全部溶解，且产生 336mL 气体(标准状况)，则 b0.3当溶液中金属离子只有 Fe3 、Cu 2 时，则 a 与 b 的关系为： b80 y(1 a/3)ABCD【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，对； 3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 ，错；HNO 3的量应大于 NO 的量，即：0.05L bmolL1 0.336L/22.4 Lmol 1 ，得 b0.
9、3，错；当溶液中金属只有 Fe3 、Cu 2 时，金属全部溶解，据反应 3Cu8HNO 3=3Cu(NO3)22NO4H 2O，Fe4HNO 3=Fe(NO3)3NO2H 2O，知 n(HNO3) n(Cu)8/34 n(Fe)，即：0.05L bmolL1 ay8/34 y(1 a)，得 b80 y(1 a/3)，对。【答案】 D4【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)S
10、CR(选择性催化还原)工作原理：尿素CO(NH 2)2水溶液热分解为 NH3和 CO2，该反应的化学方程式为_。反应器中 NH3还原 NO2的化学方程式为_。当燃油中含硫量较高时，尾气中 SO2在 O2作用下会形成(NH 4)2SO4，使催化剂中毒。用化学方程式表示(NH 4)2SO4的形成：_。尿素溶液浓度影响 NO2的转化，测定溶液中尿素( M60gmol 1 )含量的方法如下：取 ag 尿素溶液，将所含氮完全转化为 NH3，所得 NH3用过量的 V1mLc1molL1 H2SO4溶液吸收完全，剩余的 H2SO4用 V2mLc2molL1 NaOH 溶液恰好中和，则尿素溶液中溶质的质量分数
11、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。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_。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_。还原过程中，有时会产生笑气(N 2O)。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：_ 15
12、NNO H2O。= = = = =催 化 剂 5【解析】 (1)尿素CO(NH 2)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)2H 2O 2NH3CO 2。NH 3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 8NH36NO 2 7N212H 2O。SO 2在 O2作用下与= = = = =催 化 剂 NH3、H 2O 反应形成(NH 4)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 2SO2O 24NH 32H 2O=2(NH4)2SO4。涉及的反应为 2
13、NH3H 2SO4=(NH4)2SO4,2NaOHH 2SO4=Na2SO4 H2O，反应中 n(H2SO4) V1c1103 mol， n(NaOH) V2c2103 mol，由方程式可知 n(NaOH) n(NH3)2 n(H2SO4)，则 n(NH3)(2 V1c1103 V2c2103 ) mol，则 mCO(NH2)20.5(2 V1c1103 V2c2103 ) mol60g/mol(0.06 V1c10.03 V2c2)g，尿素溶液中溶质的质量分数是(0.06 c1V10.03 c2V2)/a100%(6 c1V13 c2V2)/a%。(2)由图示可知 BaO 和 NOx反应生成
14、 Ba(NO3)2，Ba(NO 3)2再还原为 N2，则储存 NOx的物质为 BaO。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(NO 3)2中的 N 元素化合价由5 价降低到3 价，生成氨气，则 1molBa(NO3)2生成氨气转移 16mol电子，参加反应的氢气的物质的量为 16/2mol8mol，则消耗的 H2与 Ba(NO3)2的物质的量之比是 81。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 11，可知反应的化学方程式为415NO4NH 33O 2 415NNO6H 2O。=
15、 = = = =催 化 剂 【答案】 (1)CO(NH 2)2H 2O 2NH3CO 2 8NH 36NO 2= = = = = 7N212H 2O= = = = =催 化 剂 2SO 2O 24NH 32H 2O=2(NH4)2SO4 (6 c1V13 c2V2)/a%(2)BaO 81 4 15NO4NH 33O 2 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
16、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、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：中溶液呈绿色，中溶液呈蓝色。乙：分别取中的绿色溶液于两支试管、中，对试管进行多次振荡、静置，最终溶液颜色由绿色转变为深蓝色；向试管中缓缓加水并不停振荡，观察到溶液由绿色变6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
17、反应后，、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。NO 2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
18、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)Cu4HNO 3(浓)= =Cu(NO3)22NO 22H 2O 3Cu8HNO 3(稀)= =3Cu(NO3)22NO4H 2O(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。7
