化学高考一轮复习课件第4章第4讲氮的氧化物和硝酸高中化学课件

第四章常见的非金属及其化合物第4讲氮的氧化物和硝酸基础盘点一、氮气及氮的氧化物1.物理性质颜色气味毒性密度溶解性N2_________________比空气_________________NO_________________比空气_______________NO2______________________比空气________________无色无味无毒稍小难溶于水无色无味有毒稍大不溶于水红棕色有刺激性气味有毒稍大与水发生反应2.化学性质(1)氮气N2—与H2N2＋3H22NH3高温、高压催化剂N2＋O22NO放电或高温(2)NO与O2反应：___________________(3)NO2与H2O反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO3．氮的氧化物对环境的影响(1)形成。(2)形成。(3)破坏臭氧层。2NO＋O2===2NO2硝酸型酸雨光化学烟雾与O2思考1如何鉴别NO2与溴蒸气？提示由于NO2和Br2在性质上有不少相似性：①均具有氧化性；②溶于水均有酸生成；③均可与碱反应；④均为红棕色等。所以不能用淀粉KI试纸、pH试纸、NaOH溶液来鉴别，但二者性质又有差别，可以用下列方法鉴别：①AgNO3溶液；②CCl4；③用水洗法。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。无色有刺激性气味的液体易挥发与水以任意比互溶质量分数大于98%的硝酸红红HNO3分解产生的NO2溶解在硝酸中不稳定4HNO3====4NO2↑＋O2↑＋2H2O∆或见光(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。Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O钝化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。C＋4HNO3(浓)=====CO2↑＋4NO2↑＋2H2O∆浓硝酸浓盐酸思考2如何除去浓HNO3的黄色？提示浓硝酸常呈黄色是因为HNO3分解生成NO2溶于HNO3中，去掉黄色的方法是通入少量O2(空气)，使其发生反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。思考3“浓HNO3与Cu反应产生NO2，稀HNO3与Cu反应产生NO，则稀HNO3氧化性强。”这种说法对吗？为什么？提示不对。在跟金属反应时，浓硝酸一般被还原为NO2而稀硝酸一般被还原为NO的原因，可作如下简单解释：硝酸越浓，氧化性越强，反应中即使生成了氮的低价化合物，也会被浓HNO3氧化为氮的较高价氧化物——NO2；硝酸较稀时，氧化能力较弱，生成氮元素的较低价氧化物——NO，NO不会被稀HNO3进一步氧化。考点精讲考点一守恒思想——氮的氧化物与O2、H2O混合的计算方法1.关系式法(1)NO、O2、H2O之间的综合反应式是4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3由此可知当体积比V(NO)∶V(O2)4∶3余O2＝4∶3恰好完全反应4∶3余NO(2)NO2、O2、H2O之间的综合反应式是4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3由此可知，当体积比V(NO2)∶V(O2)4∶1余O2＝4∶1恰好完全反应4∶1余NO实际上V(NO2)∶V(O2)＝4∶1和V(NO)∶V(O2)＝4∶3时，均相当于2N2O5的组成，与N2O5＋H2O===2HNO3等效，故当NO、NO2、O2的混合气溶于H2O时也可利用原子个数比进行判断n(N)∶n(O)2∶5余O2＝2∶5恰好完全反应2∶5余NO2.电子守恒法NO和NO2转化为硝酸时是氧化还原反应，必然遵循电子得失守恒。例1将容积为50mL的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体，量筒倒置在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为5mL。则原混合气体中NO2和O2的体积比可能是或。解析NO或NO2与O2的混合气体与水的反应计算关系式可由下列化学方程式推导出来。2NO＋O2===2NO2①3NO2＋H2O===2HNO3＋NO②由②×2＋①得4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③由①×3＋②×2得4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④③、④两式就是平时计算经常用到的关系式。剩余的5mL为O2，则参加反应③的NO2和O2的总体积为50mL－5mL＝45mL则原混合气体里，NO2的体积为45mL×45＝36mLO2的体积为50mL－36mL＝14mL即NO2与O2的体积比为36∶14＝18∶7若剩余的5mL为NO，由②式得过量的NO2体积为15mL，则发生反应③的NO2和O2的总体积为50mL－15mL＝35mL。则原混合气体里，O2的体积为35mL×15＝7mL，NO2的体积为50mL－7mL＝43mL即NO2与O2的体积比为43∶7。答案18∶743∶7即时巩固1将盛有12mLNO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2mL无色气体，则原混合气体中O2的体积是()①1.2mL②2.4mL③3.6mL④4mLA.①④B.②③C.①③D.②④解析解题依据的化学反应原理为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO33NO2＋H2O===2HNO3＋NO设O2的体积为x，剩余的气体有两种可能：①若剩O2，则V剩＝x－14(12－x)＝2mL，得x＝4mL；②若剩NO，则V剩＝13[(12－x)－4x]＝2mL，得x＝1.2mL。答案A考点二金属与硝酸反应计算题的思维模型1.思维模型2.计算中的守恒思想的应用(1)原子守恒法HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO－3的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。(2)得失电子守恒法HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。(3)电荷守恒法HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH－)则有：c(NO－3)＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。(4)离子方程式计算法金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO－3在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO－3进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。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1.68LO2(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5mol/LNaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是()A.60mLB.45mLC.30mLD.15mL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，则n(Cu)＝2n(O2)＝0.15mol，n(NaOH)＝2n(Cu)＝0.3mol，V(NaOH)＝0.3mol5mol/L＝0.06L＝60mL，故选A。答案A即时巩固2将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2L。请回答：(1)NO的体积为L，NO2的体积为L。(2)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入VmLamol/L的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为mol/L。(3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，至少需要30%的双氧水g。解析(1)设反应得到的NO和NO2的物质的量分别为x和y解题思路为化合价升降相等(铜元素化合价的升高等于氮元素化合价的降低)x＋y＝11.222.4mol3x＋y＝32.6464×2molx＝0.26moly＝0.24molV(NO)＝5.824LV(NO2)＝5.376L(2)参加反应的硝酸的物质的量为n(NaOH)＋n(NOx)，所以c(HNO3)＝(aV×10－3＋0.5)/0.14mol/L。(3)加入双氧水的目的是将氮氧化合物氧化成＋5价的硝酸盐，根据氧化还原反应的电子得失相等(电子守恒)，双氧水得到的电子数和铜失去的电子数相等，即：2×n(Cu)＝2×n(H2O2)32.64g64g/mol×2＝n(H2O2)×2n(H2O2)＝0.51mol30%的双氧水的质量为(0.51×34/0.3)g＝57.8g答案(1)5.8245.376(2)aV·10－3＋0.50.14(3)57.8实验探究铜与硝酸的反应及浓、稀硝酸氧化性比较实验探究1铜与稀硝酸反应产生NO，NO又被氧化成NO2，对实验观察无色NO有干扰，过多的NO、NO2又会污染环境。改进实验的设计符合绿色化学的思想。某兴趣小组设计出如图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”的实验，以探究化学实验的绿色化。(1)实验前，关闭活塞b，试管d中加水至浸没长导管口，塞紧试管c和d的胶塞，加热c。其目的是_______________________________________。(2)在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分液漏斗a向c中加入2mL浓硝酸，c中反应的化学方程式是__________________________。再由a向c中加2mL蒸馏水，c中的实验现象是________________________________________。(3)表中是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是，理由是。方案反应物甲Cu、浓硝酸乙Cu、稀硝酸丙Cu、O2、稀硝酸(4)该兴趣小组还用上述装置进行实验证明氧化性KMnO4Cl2Br2，操作步骤为_____________，实验现象为；但此实验的不足之处是__________________________________________。解析(1)制取气体或许多验证气体性质的实验，实验前都需要检验装置的气密性；(2)由题意知实验开始是铜与浓硝酸反应，产生红棕色NO2，加水后是铜与稀硝酸反应，产生无色的NO；(3)绿色化学理念是原料利用率高，不产生污染，分析三个方案，可看出，甲方案用硝酸最多，产生有毒气体NO2，乙方案产生有毒气体NO，丙方案用硝酸最少，不产生有毒气体；(4)若证明KMnO4、Cl2、Br2的氧化性，利用KMnO4和浓盐酸反应产生Cl2，将Cl2通入KBr溶液中，根据反应及现象，可得出结论。但此装置没有尾气吸收装置，多余的Cl2会污染空气。答案(1)检查装置气密性(2)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O反应变慢，气体颜色变淡(3)丙硝酸耗量少，无污染(4)向d中加入KBr溶液，c中加入固体KMnO4，由a向c中加入浓盐酸c中有黄绿色气体产生，d中溶液变为棕黄色没有尾气吸收装置实验探究2(2009·北京理综，27)某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。可选药品：浓硝酸、3mol/L稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳已知：氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应。2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O(1)实验应避免有害气体排放到空气中。装置③、④、⑥中盛放的药品依次是。(2)滴加浓硝酸之前的