高三化学一轮复习-44-氮的氧化物和硝酸教学设计.doc

第四章 非金属及其化合物
第四课时 氮的氧化物和硝酸
〖复习目标〗
（1）掌握氮元素单质及其化合物（NO、NO2、HNO3等）的物理和化学性质。
（2）掌握HNO3的强氧化性及相关的计算， 掌握守恒法的计算技巧。
（3）了解氮及其重要化合物对环境质量的影响。
〖教学重点〗氮元素单质及其化合物（NO、NO2、HNO3等）的化学性质、HNO3的强氧化性及相关的计算
〖教学难点〗HNO3的强氧化性及相关的计算
〖教学过程〗

【知识精讲】
1、氮气
（1）氮的固定
①含义：使空气中游离态的氮转化为化合态氮的过程。
②方法：自然固氮、人工固氮
（2）氮气的性质
①物理性质
纯净的N2是一种无色无味的气体，难溶于水，在空气中约占总体积的 78% 。
②结构：电子式为N
N

结构式为 N≡N ，氮氮三键的键能大，分子结构稳定，化学性质不活泼。
③化学性质
通常情况下，N2化学性质很稳定，只在高温、放电、催化剂等条件下才能发生一些化学反应。
A．与H2反应：N2+3H22NH3。
B．与O2反应： N2+O2=2NO 。
C．与Mg反应：N2+3MgMg3N2。
2、氮的氧化物
氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。
（1）NO与NO2

NO
NO2
物理性质
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶
能溶（反应）
化学性质
与O2反应
2NO+O2=2NO2

与H2O反应

3NO2+H2O=2HNO3+NO
实验室制法
（填化学方程式）
3Cu+8HNO3(稀)=
3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+4HNO3(浓)=
Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
与人体环境的关系
①与血红蛋白结合使人中毒
②转化成NO2形成酸雨、光化学烟雾
形成酸雨、光化学烟雾
【注意】
①氮的氧化物都是大气污染物。
②空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。
③空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等。
④NO2：既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。
NO2能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝：2NO2+2KI= 2KNO2+I2。
⑤NO、NO2均能与NH3发生归中反应生成N2。
NOx+NH3→N2+H2O。
⑥氮氧化合物与碱的反应
2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O
NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O
（2）氮氧化物对环境的污染及防治
①常见的污染类型
A、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。
B、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。
C、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。
②常见的NOx尾气处理方法
A、碱液吸收法
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是：n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。
B、催化转化：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。
3、硝酸
（1）硝酸的物理性质
色味态：无色有刺激性气味的液体 ；
挥发性：易挥发 ；
水溶性：与水以任意比互溶；
发烟硝酸：质量分数大于98%的硝酸。
（2）硝酸的化学性质
①具有酸的通性，但考虑其酸性时需首先考虑到其强氧化性。
【注意】①浓、稀HNO3对紫色石蕊试液作用，前者使之先变红后褪色，后者只使之变红。
②金属与HNO3反应不产生H2。
③比较HNO3与Na2CO3和Na2SO3的反应。(前者为复分解反应，后者为氧化还原反应。)
②不稳定性：浓硝酸显黄色，是因为HNO3分解产生的NO2溶解在硝酸中，说明浓硝酸具有不稳定性，化学方程式为 4HNO3(浓） O2↑+4NO2↑+2H2O。
③强氧化性
A、与金属的反应
除Pt、Au外，大部分金属均能与HNO3反应。
Cu与浓、稀HNO3发生反应的化学方程式分别为：
Cu+4HNO3(浓） = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀）= 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Fe、Al遇冷的浓HNO3或浓H2SO4能发生钝化，故可以用铁、铝容器贮存冷的浓HNO3、浓H2SO4。
【规律总结】硝酸与金属反应的规律
a.HNO3与金属反应一般不能产生H2。
b.还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。
c.硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。
B、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：C+4HNO3（浓）= CO2↑+4NO2↑+2H2O 。
C、与某些还原性化合物或离子的反应，例如：H2S、SO2、HBr、HI、FeCl2等。
D、王水
王水由浓硝酸与浓盐酸按体积比1∶3混合所得，具有更强的氧化性，能使Au、Pt溶解。
④与有机物的反应
A、硝化反应（如与苯反应）；
B、酯化反应（如与纤维素反应）；
C、颜色反应（如与蛋白质反应）。

【方法精讲】
1、氮的氧化物溶于水的有关计算
（1）解答氮氧化物溶于水的计算问题首先应明确原理
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＋H2O===2HNO3＋NO ①， 2NO＋O2===2NO2 ②，
故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。
A、若NO和O2通入水中，总关系式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 ③
B、若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ④。
（2）注意原子守恒和得失电子守恒的运用
有关氮的氧化物的计算，从反应实质看都是氧化还原反应。可以从得失电子数相等或原子守恒的角度分析，简化计算过程。如NOx与O2、H2O转化为硝酸的计算，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。
（3）不同情况及剩余气体的体积
序号
气体
反应
剩余气体
剩余气体的量
Ⅰ
NO2
①
NO
V(NO2)
Ⅱ
NO2＋NO
①
NO
V(NO)原＋V(NO2)
Ⅲ
NO2＋O2
＝4∶1
④
无
0
<4∶1
④
O2
V(O2)原－V(NO2)
>4∶1
④②
NO
V(NO2)－V(O2)]
Ⅳ
NO＋O2
＝4∶3
③
无
0
>4∶3
③
NO
V(NO)原－V(O2)
<4∶3
③
O2
V(O2)原－V(NO)

（4）NO2、NO、O2三者组成的混合气体溶于水
A、先按①反应后，再据表Ⅳ进行计算。
B、先按④反应后，再据表Ⅲ进行计算。
【注意】　
①因为水溶液中发生反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，所以无论何种情况下水溶液中不会剩余NO2。
②当NO2和N2O4的混合气体作用于H2O时，不要忽视由于NO2的消耗，N2O4会转化为NO2。
2、金属与硝酸的反应的相关计算
（1）金属与HNO3反应的一般通式
①金属+浓硝酸→金属硝酸盐+NO2↑+H2O
②金属+稀硝酸→金属硝酸盐+NO↑+H2O
（2）反应规律
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铁与稀硝酸反应，先生成Fe(NO3)3，若Fe过量，Fe(NO3)3再和Fe反应生成Fe(NO3)2。
③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，最终应得到NO2和NO的混合气体。
（3）计算方法
①思维模型

②计算中的守恒思想的应用
A、原子守恒法
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO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。
B、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。
C、电荷守恒法
HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH-）则有：c(NO3-)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)。
D、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NO3-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进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。

【典例精讲】
【例1】在一定温度下，某浓度的硝酸与金属锌反应生成N02和NO，两者的物质的量之比为1：3，则要使1mol金属锌完全反应，反应过程中消耗此硝酸的物质的量为 （ ）
A．2.4 mol B．2.6 mol C．2.8mol D．3.2 mol
【答案】C
【解析】根据Zn到最后全部以Zn(NO3)2的形式存在且Zn失去的电子给了HNO3，HNO3被还原为NO2和NO，根据电子守恒，设n(NO2)=x，n(NO)=3x，有x+3x·3=1 mol×2，得x=0.2，即n(NO2)+n(NO)=0.8 mol，所以消耗的n(HNO3)=0.8 mol+1 mol×2=2.8 mol，答案选C。
【例2】同温同压下，将NO2、NO、O2按一定的体积比充满一容器积比充满一容器，再倒置于盛水的水槽中，片刻后液体充满容器.则反应前NO2、NO、O2气体的体积比可能是 （ ）
A．4:4:3 B．4:3:1 C．4:24:19 D．4:14:7
【答案】C
【解析】可能发生的反应有：4NO2+ O2+ 2H2O == 4HNO3，4NO+ 3O2+ 2H2O == 4HNO3，若气体能完全溶于水，即NO、NO2、O2三种气体恰好完全反应，全部生成了硝酸，根据反应中电子得失守恒，应该有n（NO）×3+n(NO2)=n(O2)×4，A．4+4×3=16>3×4，错误；B．4+3×3≠1×4，错误；C．4+24×3≠19×4，正确；D．4+14×3=46≠76=4×7，错误。

【考题精练】
1．把少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，最后收集到的气体是 （ ）
A．O2 B． SO2 C． NO2、O2 D．NO、O2
【答案】C
【解析】设NO2为3mol，涉及的反应有：3NO2+H2O═2HNO3+NO，HNO3+NaHCO3═NaNO3+CO2↑+H2O，2Na2O2+2CO2═2Na2CO3+O2，2NO+O2═2NO2，则3molNO2生成2molHNO3和1molNO，通入小苏打后气体为2molCO2和1molNO，通入足量过氧化钠后生成1molO2和1molNO，1molO2和1molNO反应后生成1molNO2，剩余0.5molO2，故最后收集到的气体为1molNO2和0.5molO2，答案选C。
2．向200 mL 2 mol·L－1 HNO3溶液中，逐渐加入铁粉至过量（假设生成的气体只有一种），在此过程中，n(Fe2+)随n(Fe)变化如右图所示。下列有关说法正确的是 （ ）

A．该过程中产生标准状况下的氢气4.48 L
B．向c点处的反应液中加入稀盐酸后无明显现象
C．图中a=1.5、b =1.5
D．当加入铁粉n mol时(0.1＜n＜0.15)，溶液中n(Fe3+)=(0.3-2n)mol
【答案】D
【解析】A.硝酸与铁反应生成硝酸铁、NO和水，不生成氢气，A项错误；B.c点处的溶液是硝酸亚铁，若加入盐酸，H＋、NO3-和Fe2＋发生氧化还原反应生成Fe3＋,溶液变为黄色，B项错误；C.向硝酸中加入铁粉发生的反应为Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O，硝酸的物质的量为0.4mol，则消耗铁的物质的量为0.1mol，b=0.1mol，生成硝酸铁0.1mol，随后发生反应2Fe(NO3)3+Fe=3Fe(NO3)2，生成硝酸亚铁为0.15mol，则a=0.15，C项错误；D.根据上述分析，当加入铁粉n mol时(0.1＜n＜0.15)，发生反应为2Fe(NO3)3+Fe=3Fe(NO3)2，参加该反应的铁为n-0.1，消耗硝酸铁为2（n-0.1），则溶液中n(Fe3+)=(0.3-2n)mol，D项正确；答案选D。