考點22硝酸的性質(zhì)知識條目加試要求1.硝酸的性質(zhì)與用途b2.工業(yè)制取硝酸的設(shè)備和流程b一、硝酸的性質(zhì)1硝酸的物理性質(zhì)純硝酸是無色，有刺激性氣味的液體，具有揮發(fā)性，工業(yè)硝酸常因溶有少量NO2而略帶黃色。工業(yè)硝酸的質(zhì)量分數(shù)約為69%。2硝酸的化學(xué)性質(zhì)(1)酸性酸的通性：稀HNO3能使紫色的石蕊試液變紅。(2)不穩(wěn)定性：硝酸不穩(wěn)定，見光或受熱易分解，其反應(yīng)方程式：4HNO32H2O4NO2O2。因此，濃硝酸應(yīng)盛放在棕色細口試劑瓶中，置于冷暗處，不能用橡膠塞。(3)強氧化性與金屬(除Pt、Au外)的反應(yīng)：Cu與濃、稀HNO3反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O；Cu4HNO3(濃)=Cu(NO3)22NO22H2O。鐵、鋁遇冷的濃HNO3能發(fā)生鈍化，故可用鐵、鋁的容器貯存或運輸冷的濃HNO3。與非金屬的反應(yīng)：如與C和S的反應(yīng)，其反應(yīng)方程式分別為C4HNO3(濃)CO24NO22H2O，S6HNO3(濃)H2SO46NO22H2O。(4)其他性質(zhì)與某些有機物反應(yīng)：例如，苯的硝化反應(yīng)，蛋白質(zhì)的顯色反應(yīng)等。王水：濃硝酸和濃鹽酸以13的體積比混合配制成王水，它的氧化性比HNO3更強，能溶解金、鉑等金屬。二、硝酸的強氧化性的特殊表現(xiàn)1硝酸與金屬反應(yīng)(1)金屬與硝酸反應(yīng)一般不生成H2。濃HNO3一般被還原為NO2，稀HNO3一般被還原為NO。(2)銅與濃HNO3反應(yīng)，若Cu過量，開始時硝酸的還原產(chǎn)物為NO2，隨著反應(yīng)的進行，濃HNO3變稀，硝酸的還原產(chǎn)物為NO，最終能得到NO2和NO的混合氣體。解答有關(guān)計算問題時，可利用電子得失守恒的方法。2硝酸與變價金屬氧化物反應(yīng)：如FeO與稀HNO3反應(yīng)：3FeO10HNO3(稀)=3Fe(NO3)3NO5H2O，反應(yīng)中硝酸既表現(xiàn)了氧化性，又表現(xiàn)了酸性。而不能錯誤地認為：FeO2HNO3=Fe(NO3)2H2O。3離子共存判斷中的NO在極弱酸性、中性或弱堿性條件下，NO氧化性很弱或幾乎沒有氧化性，但溶液中有大量H存在時，NO表現(xiàn)出強氧化性，此時不能與Fe2、S2、I、SO、Br等還原性離子共存。三、硝酸的工業(yè)制法及用途1硝酸的工業(yè)制法(1)NH3的催化氧化，在氧化爐(轉(zhuǎn)化器)中進行，化學(xué)反應(yīng)方程式為4NH35O24NO6H2O。(2)生成NO2：2NOO2=2NO2。(3)水吸收NO2：在吸收塔中進行，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3NO2H2O=2HNO3NO。2硝酸的用途硝酸是一種重要的化工原料，用于制備氮肥、染料、塑料、炸藥、硝酸鹽等?！纠?】下述實驗中均有紅棕色氣體產(chǎn)生，對比分析所得的結(jié)論不正確的是()A.由中的紅棕色氣體，推斷產(chǎn)生的氣體一定是混合氣體B紅棕色氣體不能表明中木炭與濃硝酸產(chǎn)生了反應(yīng)C由說明濃硝酸具有揮發(fā)性，生成的紅棕色氣體為還原產(chǎn)物D的氣體產(chǎn)物中檢測出CO2，由此說明木炭一定與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng)【解析】題中涉及實驗都在加熱條件下，濃硝酸不穩(wěn)定，加熱分解生成的二氧化氮氣體為紅棕色，且加熱條件下，濃硝酸可與碳發(fā)生氧化還原反應(yīng)。加熱條件下，濃硝酸分解生成二氧化氮和氧氣，則產(chǎn)生的氣體一定是混合氣體，故A正確；在加熱條件下，濃硝酸可分解生成二氧化氮，不一定與碳反應(yīng)生成，故B正確；硝酸中N元素的化合價為5價，生成二氧化氮的N元素化合價為4價，化合價降低，故生成的紅棕色氣體為還原產(chǎn)物，故C正確；木炭加熱至紅熱，可與空氣中O2反應(yīng)生成二氧化碳，不一定是與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng)，D錯誤。【答案】D【提煉】本題主要考查濃硝酸的性質(zhì)，側(cè)重考查學(xué)生的分析能力和元素化合物知識的綜合理解與運用，注意把握物質(zhì)的性質(zhì)以及實驗的嚴密性和可行性的評價?！纠?】足量銅與一定量濃硝酸反應(yīng)，得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體，這些氣體與1.68LO2(標準狀況)混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入5molL1NaOH溶液至Cu2恰好完全沉淀，則消耗NaOH溶液的體積是()A60mLB45mLC30mLD15mL【解析】O2為氧化劑，Cu為還原劑，HNO3相當(dāng)于僅僅發(fā)生了復(fù)分解反應(yīng)，n(Cu)2n(O2)0.15mol，n(NaOH)2n(Cu)0.3mol，V(NaOH)0.06L60mL，故選A?！敬鸢浮緼【提煉】本題要求學(xué)生根據(jù)氧化還原反應(yīng)中電子守恒規(guī)律求算，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。【例3】某合金(僅含銅、鐵)中銅和鐵的物質(zhì)的量之和為ymol，其中Cu的物質(zhì)的量分數(shù)為a，將其全部投入50mLbmolL1的硝酸溶液中，加熱使其充分反應(yīng)(假設(shè)NO是唯一的還原產(chǎn)物)。下列說法正確的是()若金屬有剩余，在溶液中再滴入硫酸后，金屬又開始溶解若金屬全部溶解，則溶液中一定含有Fe3若金屬全部溶解，且產(chǎn)生336mL氣體(標準狀況)，則b0.3當(dāng)溶液中金屬離子只有Fe3、Cu2時，則a與b的關(guān)系為：b80y(1a/3)ABCD【解析】若再加入硫酸，其中的NO在酸性條件下能繼續(xù)氧化剩余的金屬，對；若金屬全部溶解，因為不知HNO3是否過量，鐵可能是Fe2，也可能是Fe3，錯；HNO3的量應(yīng)大于NO的量，即：0.05LbmolL10.336L/22.4 Lmol1，得b0.3，錯；當(dāng)溶液中金屬只有Fe3、Cu2時，金屬全部溶解，據(jù)反應(yīng)3Cu8HNO3=3Cu(NO3)22NO4H2O，F(xiàn)e4HNO3=Fe(NO3)3NO2H2O，知n(HNO3)n(Cu)8/34n(Fe)，即：0.05LbmolL1ay8/34y(1a)，得b80y(1a/3)，對。【答案】D【提煉】本題主要考查Fe、Cu與稀硝酸的反應(yīng)，以及在反應(yīng)過程中可能存在的情況，要注意分析金屬過量或酸過量時溶液中可能存在的金屬陽離子，旨在提高學(xué)生分析問題的能力。【例4】SCR和NSR技術(shù)可有效降低柴油發(fā)動機在空氣過量條件下的NOx排放。(1)SCR(選擇性催化還原)工作原理：尿素CO(NH2)2水溶液熱分解為NH3和CO2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。反應(yīng)器中NH3還原NO2的化學(xué)方程式為_。當(dāng)燃油中含硫量較高時，尾氣中SO2在O2作用下會形成(NH4)2SO4，使催化劑中毒。用化學(xué)方程式表示(NH4)2SO4的形成：_。尿素溶液濃度影響NO2的轉(zhuǎn)化，測定溶液中尿素(M60gmol1)含量的方法如下：取ag尿素溶液，將所含氮完全轉(zhuǎn)化為NH3，所得NH3用過量的V1mLc1molL1H2SO4溶液吸收完全，剩余的H2SO4用V2mLc2molL1NaOH溶液恰好中和，則尿素溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)是_。(2)NSR(NOx儲存還原)工作原理：NOx的儲存和還原在不同時段交替進行，如圖a所示。通過BaO和Ba(NO3)2的相互轉(zhuǎn)化實驗NOx的儲存和還原。儲存NOx的物質(zhì)是_。用H2模擬尾氣中還原性氣體研究了Ba(NO3)2的催化還原過程，該過程分兩步進行，圖b表示該過程相關(guān)物質(zhì)濃度隨時間的變化關(guān)系。第一步反應(yīng)消耗的H2與Ba(NO3)2的物質(zhì)的量之比是_。還原過程中，有時會產(chǎn)生笑氣(N2O)。用同位素示蹤法研究發(fā)現(xiàn)笑氣的產(chǎn)生與NO有關(guān)。在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應(yīng)時，得到的笑氣幾乎都是15NNO。將該反應(yīng)的化學(xué)方程式補充完整：_15NNOH2O?！窘馕觥?1)尿素CO(NH2)2水溶液熱分解為NH3和CO2，反應(yīng)物為尿素和水，生成物為氨氣和二氧化碳，依原子守恒書寫化學(xué)方程式為CO(NH2)2H2O2NH3CO2。NH3在催化劑作用下與NO2反應(yīng)生成氮氣和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為8NH36NO27N212H2O。SO2在O2作用下與NH3、H2O反應(yīng)形成(NH4)2SO4，此反應(yīng)中SO2是還原劑，氧氣是氧化劑，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2SO2O24NH32H2O=2(NH4)2SO4。涉及的反應(yīng)為2NH3H2SO4=(NH4)2SO4,2NaOHH2SO4=Na2SO4H2O，反應(yīng)中n(H2SO4)V1c1103mol，n(NaOH)V2c2103mol，由方程式可知n(NaOH)n(NH3)2n(H2SO4)，則n(NH3)(2V1c1103V2c2103) mol，則mCO(NH2)20.5(2V1c1103V2c2103) mol60g/mol(0.06V1c10.03V2c2)g，尿素溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)是(0.06c1V10.03c2V2)/a100%(6c1V13c2V2)/a%。(2)由圖示可知BaO和NOx反應(yīng)生成Ba(NO3)2，Ba(NO3)2再還原為N2，則儲存NOx的物質(zhì)為BaO。第一步反應(yīng)中H2被氧化生成水，化合價由0價升高到1價，Ba(NO3)2中的N元素化合價由5價降低到3價，生成氨氣，則1molBa(NO3)2生成氨氣轉(zhuǎn)移16mol電子，參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為16/2mol8mol，則消耗的H2與Ba(NO3)2的物質(zhì)的量之比是81。在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應(yīng)時，得到的笑氣幾乎都是15NNO，由N元素守恒可知15NO與NH3應(yīng)為11，可知反應(yīng)的化學(xué)方程式為415NO4NH33O2415NNO6H2O?！敬鸢浮?1)CO(NH2)2H2O2NH3CO28NH36NO27N212H2O2SO2O24NH32H2O=2(NH4)2SO4(6c1V13c2V2)/a%(2)BaO81415NO4NH33O246【提煉】本題主要以氮氧化物為載體考查元素化合物知識以及化學(xué)方程式的相關(guān)計算，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計算能力的考查，題目難度中等，注意把握題給信息，結(jié)合質(zhì)量守恒定律計算該題?！纠?】已知硝酸銅溶液呈藍色。但在銅與濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)的實驗中，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)除了生成的氣體顏色不相同外，最終溶液的顏色也不相同：前者呈綠色，而后者呈藍色。甲、乙同學(xué)為此進行了實驗探究。甲：在、兩支試管中分別加入等體積的濃HNO3和稀HNO3，再向兩支試管中分別投入等質(zhì)量的銅片，充分反應(yīng)后銅均無剩余。結(jié)果：中溶液呈綠色，中溶液呈藍色。乙：分別取中的綠色溶液于兩支試管、中，對試管進行多次振蕩、靜置，最終溶液顏色由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)樯钏{色；向試管中緩緩加水并不停振蕩，觀察到溶液由綠色變?yōu)樯钏{色，最后變?yōu)榈{色。請回答下列問題：(1)分別寫出Cu與濃HNO3、稀HNO3反應(yīng)的化學(xué)方程式：_、_。(2)甲的實驗_(“能”或“不能”)說明溶液呈現(xiàn)不同的顏色與其物質(zhì)的量濃度無關(guān)，這是因為充分反應(yīng)后，、兩試管中Cu(NO3)2溶液的物質(zhì)的量濃度_(填“相等”或“不相等”)。(3)請你根據(jù)乙的實驗，推測Cu與濃HNO3反應(yīng)后溶液呈綠色的原因是_。(4)請設(shè)計一個方案，驗證你所得到的上述結(jié)論：_?！窘馕觥吭诩椎膶嶒炛?，所得溶液的物質(zhì)的量濃度相等但顏色不同，這足以說明兩試管中的Cu(NO3)2溶液呈現(xiàn)不同的顏色與其物質(zhì)的量濃度無關(guān)。既然溶液呈現(xiàn)不同的顏色與其物質(zhì)的量濃度無關(guān)，那么溶液顏色不同的原因就要從其他方面分析了。不難看出，除了Cu(NO3)2，不同的只有兩反應(yīng)的氣體產(chǎn)物。NO2可溶于濃硝酸且使溶液呈黃色，根據(jù)物理學(xué)原理黃色與藍色的混合色為綠色，乙的實驗也驗證了這個結(jié)論。而NO不溶于硝酸，所得的溶液毫無疑問應(yīng)該是藍色的。【答案】(1)Cu4HNO3(濃)=Cu(NO3)22NO22H2O3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O(2)能相等(3)反應(yīng)產(chǎn)生的紅棕色NO2部分溶解于濃硝酸中，與藍色的硝酸銅溶液混合而使溶液呈綠色(4)方案一：取Cu與濃HNO3反應(yīng)后的綠色溶液，向其中通入足量的空氣(或氧氣)，溶液顏色由綠色逐漸變?yōu)樗{綠色，最終變?yōu)樗{色方案二：取Cu與濃HNO3反應(yīng)后的綠色溶液，加熱，溶液顏色由綠色逐漸變?yōu)樗{綠色，最終變?yōu)樗{色(可任選其中一個作答)【提煉】本題主要探究銅與濃、稀硝酸反應(yīng)后溶液顏色不同的原因，考查學(xué)生分析問題和解決問題的能力。