高中化学人教版 (2019)必修 第二册氮及其化合物优秀当堂检测题

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一、学习目标 明确内容要求，落实学习任务
二、思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
三、知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
四、效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
五、问题探究 探究重点难点，突破学习任务
六、分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
【学习目标】
1、掌握硝酸的物理性质（易溶于水、挥发性）。
2、掌握硝酸的化学性质（不稳定性、强氧化性和强酸性）、硝酸盐的性质。
3、了解王水的性质和硝酸的主要用途。
重点:硝酸的强氧化性、硝酸盐的性质。
难点:硝酸的强氧化性及其应用。
【思维导图】
【知识导学】
一、硝酸的物理性质
硝酸是无色，易挥发，具有刺激性气味的液体，易溶于水。浓硝酸常因为溶解有NO2而呈黄色。质量分数为69%的硝酸为常用浓硝酸。98%以上的硝酸称之为发烟硝酸。
【特别提醒】发烟硝酸的“发烟”原因是挥发出来的硝酸和空气中的水蒸汽形成的硝酸小液滴，所发出的“烟”实际上是“雾”。
二、硝酸的化学性质
1.硝酸具有酸的通性
①与金属反应：一般不生成氢气。
②与碱性氧化物反应：如CuO、Na2O、Fe2O3等生成盐和水。
③与碱反应：Cu(OH)2、NaOH等生成盐和水。
④与盐反应：NaHCO3、Na2CO3等。
⑤与指示剂反应：浓硝酸可使石蕊先变红后褪色。
【特别提醒】在利用HNO3的酸性时，要注意考虑它的强氧化性。如FeO与稀硝酸反应时的方程式应是：
3FeO+10HNO3(稀)==3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O，而不是FeO+2HNO3 (稀)==Fe(NO3)2+H2O。
2.不稳定性
浓硝酸见光或受热易分解，化学方程式为4HNO3eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5(或光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O。
长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的NO2溶于硝酸中，实验室常将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。
3.强氧化性
（1）实验探究：浓HNO3和稀HNO3与铜的反应
（2）硝酸的强氧化性
由于HNO3中的+5价氮元素有很强的得电子能力，在硝酸参与的氧化还原反应中，几乎全部是+5价氮被还原，故硝酸具有强氧化性。硝酸无论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。
1）硝酸的强氧化性规律：①硝酸越浓，温度越高，其氧化性越强。 ②与硝酸反应时，还原剂一般被氧化成最高价态。
2）硝酸强氧化性的表现
①浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色。
②与非金属单质C、S、P等在加热条件下反应，非金属元素被氧化成酸性氧化物或高价含氧酸。如：
C+4HNO3 (浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O
S+6HNO3 (浓)H2SO4+6NO2↑+2H2O。
P+5HNO3 (浓)H3PO4+5NO2↑+H2O。
③金属与HNO3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，极稀HNO3可被还原成NH3，生成NH4NO3等，如Cu和浓、稀硝酸的反应：
3Cu+8HNO3（稀）==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+4HNO3（浓）==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
【特别提醒】浓硝酸与Cu反应时，若Cu过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为NO2，但随着反应的进行，硝酸变稀，其还原产物将为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，可利用氧化还原反应过程中化合价升降总数相等的守恒规律求解有关Cu、HNO3和混合气体之间的量的关系。
④钝化：常温时，冷的浓硝酸、浓硫酸可使铝、铁表面生成致密的氧化膜，阻止酸与金属的进一步反应，这种现象叫钝化。钝化其实也是硝酸强氧化性的表现，利用金属Al和Fe的这种性质，我们可以用Al或Fe制的容器来盛装浓硫酸或浓硝酸。当加热时，铁、铝会与浓HNO3或浓H2SO4发生反应。
⑤硝酸与铁反应时，产物符合以下规律

⑥与还原性化合物反应：
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等还原性物质。如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：
3Fe2＋＋4H＋＋NOeq \\al(－,3)===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
【易错提醒】（1）HNO3与金属反应一般不能产生H2。
（2）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。
（3）硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。
（4）涉及HNO3的离子反应常见的易错问题
①忽视NOeq \\al(－,3)在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下NOeq \\al(－,3)不能与Fe2＋、I－、SOeq \\al(2－,3)、S2－等还原性较强的离子大量共存。
②在书写离子方程式时，忽视HNO3的强氧化性，将氧化还原反应简单地写成复分解反应。
4.王水的氧化性
王水又称“王酸”，是一种腐蚀性非常强、冒黄色雾的液体，‌王水的氧化性非常强，主要体现在其能够溶解一些不活泼的金属如金和铂。‌王水是由浓硝酸和浓盐酸按1：3的体积比混合而成的强酸混合物，具有极强的氧化性和腐蚀性。王水的氧化能力比单独的浓硝酸更强，这是因为王水中存在一系列强氧化剂，如氯分子和氯化亚硝酰（NOCl），这些物质能够使金和铂等惰性金属失去电子而被氧化。
（1）王水溶解金属的原理
王水能够溶解金和铂等不活泼金属的主要原因是其成分中的氯化亚硝酰（NOCl）等具有比浓硝酸更强的氧化能力。此外，高浓度的氯离子与其金属离子可以形成稳定的络离子，如[AuCl4]-或[PtCl6]2-，从而有利于反应向金属溶解的方向进行。反应方程式为：
Au+4HCl+HNO3=HAuCl4+NO↑+2H2O
3Pt+18HCl+4HNO3=3H2PtCl6+4NO↑+8H2O
（2）王水的其他化学性质
王水还具有极强的酸性和腐蚀性，可以用于清洗和腐蚀各种材料，包括金属、陶瓷和玻璃等。它极易变质，有氯气的气味，因此必须现配现用。王水的制备需要严格的安全措施，因为它对人体和环境都有很大的危害。
三、硝酸的用途及制法
1.硝酸的用途
（1）在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等；
（2）在有机化学中，浓硝酸与浓硫酸的混合液是重要的硝化试剂。
2.硝酸的工业制法
（1）制硝酸的工艺流程：
（2）写出上述转化的化学方程式，并指出含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应：
①N2＋3H22NH3，N2发生还原反应。
②4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4NO＋6H2O，NH3发生氧化反应。
③2NO＋O2===2NO2，NO发生氧化反应。
④3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NO2既发生氧化反应，又发生还原反应。
3.硝酸的实验室制法
（1）原料‌：浓硫酸（H2SO4，浓）、硝酸钠（NaNO3）固体。
（2）‌反应装置‌：使用耐酸耐热的玻璃仪器，如曲颈甑（），并配备合适的加热装置，如酒精灯。
（3）‌操作步骤‌：
①将适量的硝酸钠固体加入曲颈甑中。
②缓慢滴加浓硫酸至曲颈甑中，边加边搅拌，以防止局部过热。
③微热反应混合物，注意控制温度，避免强热导致硝酸分解。
反应方程式为：NaNO3+H2SO4(浓)=NaHSO4+HNO3↑。
④‌收集产物‌：收集生成的硝酸。
（4）‌注意事项‌：
①浓硫酸具有强腐蚀性和氧化性，操作时必须佩戴防护眼镜和手套。
②反应过程中会产生大量热，需严格控制加热温度。
③生成的硝酸蒸气有毒且具有腐蚀性，必须在通风橱中进行操作。
四、硝酸盐
1.概念：硝酸盐，是硝酸HNO3与金属反应形成的盐类。由金属离子（或铵离子）和硝酸根离子组成。常见的硝酸盐有硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、硝酸钙、硝酸铅、硝酸铈等。
2.物理性质：硝酸盐几乎全部易溶于水，只有硝酸脲微溶于水，碱式硝酸铋难溶于水，所以溶液中硝酸根不能被其他绝大多数阳离子沉淀。
3.化学性质
（1）不稳定性：固体的硝酸盐加热时能分解放出氧气，其中最活泼的金属的硝酸盐仅放出一部分氧而变成亚硝酸盐，其余大部分金属的硝酸盐，分解为金属的氧化物、氧气和二氧化氮。
a.按金属活动性顺序表，钾到钠的硝酸盐受热分解生成亚硝酸盐和氧气：2KNO32KNO2＋O2↑;
b.按金属活动性顺序表，镁到铜的硝酸盐受热分解生成金属的氧化物、氧气和二氧化氮：2Cu(NO3)22CuO+4NO2＋O2↑；
c.按金属活动性顺序表，铜以后的硝酸盐受热分解生成金属单质、氧气和二氧化氮：2AgNO32Ag+2NO2＋O2↑
（2）氧化性：硝酸盐在高温或酸性水溶液中是强氧化剂，但在碱性或中性的水溶液几乎没有氧化作用。
【思考与讨论P16】参考答案：
（1）①N2＋3H22NH3、②4NH3+5O24NO+6H2O、③2NO+O2=2NO2、④3NO2+H2O=2HNO3+NO
（2）①N2＋3H22NH3中N2、H2属于非金属单质，NH3属于化合物，为非金属气态氢化物，N2中N为0价，NH3中N为-3价，N2发生还原反应生成NH3；
②4NH3+5O24NO+6H2O中O2属于非金属单质，NH3、NO、H2O属于化合物，NH3为非金属气态氢化物，NO、H2O为非金属氧化物，NH3中N为-3价，NO中N为+2价，NH3发生氧化反应生成NO；
③2NO+O2=2NO2中O2属于非金属单质，NO、NO2属于化合物，为非金属氧化物，NO中N为+2价，NO2中N为+4价，NO发生氧化反应生成NO2；
④3NO2+H2O=2HNO3+NO中NO、NO2属于化合物，为非金属氧化物，HNO3为含氧酸，NO中N为+2价，NO2中N为+4价，HNO3中N为+5价，NO2发生氧化反应生成HNO3，发生还原反应生成NO；
【效果检测】
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
（1）检验某溶液中存在HSO的实验操作为取少量该溶液，滴加少量BaCl2溶液，无明显现象，再滴加过量稀硝酸，若产生白色沉淀，说明含有HSO。( )
（2）与发生反应的离子方程式为。( )
（3）浓盐酸与浓硝酸按体积比1：3组成王水。( )
（4）常温下，可用铁质容器或铝制容器储存、运输浓硝酸和浓硫酸。( )
（5）过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成。( )
（6）用稀硝酸清除铜制品上的铜锈。( )
（7）实验室也可用锌粒与稀硝酸制取氢气。( )
（8）铜溶于稀硝酸不能体现硝酸的酸性。( )
(9)在酸性条件下，NO与I-、Fe2＋、SO等离子能大量共存。( )
(10)浓硝酸的还原产物是NO2，稀硝酸的是还原产物NO。( )
(11)当一定量的锌粉和过量的6 ml·L-1盐酸反应时，为了减慢反应速率，又不影响产生H2的总量，可向反应器中加入一些水、CH3COONa溶液或NaNO3溶液。( )
(12)向浓中插入红热的炭，产生红棕色气体，证明炭可与浓反应生成。( )
(13)某溶液中先加入Ba(NO3)2溶液，产生白色沉淀，再加足量盐酸沉淀不溶解，则原溶液中有SO。( )
(14)FeO和稀HNO3的反应：FeO+2H+=Fe2++H2O。( )
(15)将Fe(NO3)2样品溶于稀硫酸后，滴加KSCN溶液，溶液变红，说明Fe(NO3)2晶体已氧化变质。( )
【答案】（1）√（2）×（3）×（4）√（5）×（6）×（7）×（8）×(9)×(10)×(11)×(12)×(13)×(14)×(15)×
2．氮的化合物研究是环境科学的热点课题之一。
（1）锌与不同密度硝酸溶液反应时，还原产物百分比与硝酸密度的关系如下图所示，下列说法不正确的是 (填序号)。
A．一般来说， 不同密度硝酸与锌反应的还原产物不是单一的
B．足量锌与一定量密度为1.36 gmL的硝酸反应，还原产物始终是NO和NO2
C．硝酸的密度越大，其还原产物中高价态的成分所占比例越多
（2）某容器中发生一个化学反应， 已知反应物和生成物是由Fe2+、、Fe3+、、H+和H2O六种粒子组成的。在反应过程中测得Fe3+、的含量随时间变化的曲线如下图所示，写出该反应的离子方程式 。
（3）向空气中排放NO2会破坏臭氧层，发生反应为O3+2NO2=O2+N2O5，该反应的还原产物是 (填化学式)。
（4）如下图是氮氧化物NOx的储存还原的工作原理：NOx的储存过程与还原过程在不同时刻是交替进行的，若还原过程中还原性气体为H2，则参加反应的H2与生成的N2的质量之比为 。
（5）含氮废水不仅会引起水体富营养化而导致黑臭，而且对人群及其他生物产生毒害作用。现采用铝还原法来将还原为N2，请配平该化学反应方程式并在该反应方程式上用单线桥表示该反应中电子转移情况： 。
_____KNO3+______Al+_____H2O=_____N2↑+_____Al(OH)3+_____KOH
【答案】（1）B （2）8Fe2+++10H+=8Fe3+++3H2O （3）N2O5 （4）5:14
（5）
【解析】（1）A．根据图像可知，随硝酸密度的不同，还原产物不同，在硝酸密度为1.4g/mL时，主要产物是NO2，随着硝酸密度逐渐降低，产物NO2逐渐减少而NO的相对含量逐渐增多，当密度为1.36g/mL时，主要产物是NO2和NO，当硝酸的密度降到1.1g/mL时，离子成为主要产物，A正确；B．由于锌是足量的，随着硝酸密度逐渐降低，产物NO2逐渐减少而NO的相对含量逐渐增多，当密度为1.36g/mL时，主要产物是NO2和NO，当硝酸的密度降到1.1g/mL时，成为主要产物，B错误；C．还原产物中的物质的量分数随硝酸密度减少而增大，铵根离子中氮元素化合价最低，是-3价，在硝酸密度为1.4g/mL时，主要产物NO2，硝酸的密度越大，其还原产物中高价态的成分所占比例越多，C正确；故选B；
（2）由曲线变化图可知，随着反应的进行，的含量逐渐减小，而Fe3+的含量从0开始增加，故Fe3+是生成物，则Fe2+和应是反应物，N元素的化合价降低，其还原产物为，结合化合价升降守恒，反应的离子方程式为8Fe2+++10H+=8Fe3+++3H2O；
（3）根据题意可知，该反应中，臭氧中的氧由0价降低到N2O5中的-2价，发生还原反应，故还原产物是N2O5；
（4）若还原性气体为H2，“还原”过程中，H2与Ba(NO3)2反应生成BaO、N2和H2O，H2中H元素的化合价由0价升高至+1价，失去电子，Ba(NO3)2中N元素的化合价由+5价降低至0价，得到电子，由得失电子守恒可知，参加反应的H2与生成的N2的物质的量之比是5:1，质量之比为5:14；
（5）KNO3+Al+H2O→N2↑+ Al(OH)3+KOH中，Al元素的化合价由0升高为+3价，失去电子，N元素的化合价由+5价降低为0，得到电子，由电子、电荷守恒及原子守恒可知，化学方程式为：6KNO3+10Al+18H2O=3N2↑+10Al(OH)3+6KOH，每生成3mlN2，转移电子为3ml×2×(5-0)=30ml，用单线桥表示该反应中电子转移情况： 。
【问题探究】
►问题一 如何理解硝酸具有酸的通性
【典例1】硝酸被称为“国防工业之母”。下列有关硝酸的说法正确
A．浓硝酸不能用铝制容器盛装
B．稀硝酸能与金属反应放出氢气
C．稀硝酸能使红色石蕊试纸变蓝
D．浓硝酸需保存在棕色试剂瓶中
【答案】D
【解析】A．常温下铝遇到浓硝酸发生钝化，浓硝酸可用铝制容器盛装，A错误；B．稀硝酸具有强氧化性，与金属反应生成NO而不是氢气，B错误；C．稀硝酸具有酸性，不能使红色石蕊试纸变蓝，C错误；D．浓硝酸受热或者光照条件下易分解，因此浓硝酸需保存在棕色试剂瓶中，D正确；故答案选D。
【解题必备】在利用HNO3的酸性时，要注意考虑它的强氧化性。
（1）活泼金属与金属反应不生成H2。
（2）与还原性的碱性氧化物、碱反应时，要考虑硝酸的强氧化性。
如FeO与稀硝酸反应时的方程式应是：
3FeO+10HNO3(稀)==3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O，而不是FeO+2HNO3 (稀)==Fe(NO3)2+H2O。
（3）与还原性的盐（S2-、SO32-）反应时，要考虑硝酸的强氧化性。
3SO32-+2H++2NO3-=3SO42-+2NO↑+H2O，而不是SO32-+2H+=SO2↑+H2O。
（4）与指示剂反应：浓硝酸可使石蕊先变红后褪色，而不是只变红。
【变式1-1】下列反应中，硝酸既表现酸性又表现氧化性的是
A．FeO与稀硝酸反应B．与浓硝酸反应
C．CuO与浓硝酸反应D．与稀硝酸反应
【答案】A
【解析】A．FeO与稀硝酸反应会发生氧化还原反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，硝酸既表现酸性又表现氧化性，A正确；B．与浓硝酸反应，硝酸只表现酸性，B错误；C．CuO与浓硝酸反应，硝酸只表现酸性，C错误；D．与稀硝酸反应，硝酸只表现酸性，D错误；故选A。
【变式1-2】“宏观辨识与微观探析”是化学学科核心素养之一、下列离子方程式的书写正确的是
A．硫化钠溶液和硝酸混合：
B．将磁性氧化铁溶于硝酸：
C．与过量稀硝酸反应：
D．将氧化铁溶于硝酸：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O
【答案】D
【解析】A．硫化钠溶液与硝酸混合，硫离子有还原性，硝酸有氧化性，离子方程式为：3S2-+8H++2NO=3S↓+2NO↑+4H2O，A错误；B．将磁性氧化铁溶于硝酸，二者发生氧化还原反应，正确的离子方程式为，B错误；C．硝酸具有强氧化性，+2价铁具有强还原性，能氧化：，C错误；D．氧化铁为碱性氧化物，且其中铁显+3价，不会被硝酸氧化，与硝酸反应生成盐和水，离子方程式为Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，D正确；故选D。
►问题二 如何理解硝酸的强氧化性
【典例2】下列事实不能说明浓硝酸氧化性比稀硝酸强的是( )
A．浓硝酸遇石蕊溶液先变红后褪色，稀硝酸遇石蕊溶液只变红不褪色
B．浓硝酸能与NO反应生成NO2，而稀硝酸不与NO反应
C．浓硝酸在加热条件下可与碳单质反应，而稀硝酸则不能
D．足量的铜分别还原含1 ml HNO3的浓硝酸和稀硝酸转移电子数分别为NA和3NA
【答案】D
【解析】A项，浓硝酸具有强氧化性，能将有色物质氧化，可以使石蕊溶液先变红后褪色，而稀硝酸只能使石蕊溶液变红，能说明浓硝酸的氧化性强于稀硝酸；B项，浓硝酸能将NO氧化成NO2，体现浓硝酸的强氧化性，而稀硝酸不能将NO氧化成NO2，能说明浓硝酸的氧化性强于稀硝酸；C项，浓硝酸在加热条件下能与碳单质反应，体现浓硝酸的强氧化性，而稀硝酸不与碳单质发生反应，能说明浓硝酸的氧化性强于稀硝酸；D项，不能以转移电子多少判断氧化性的强弱，因此足量的铜分别还原含1 ml HNO3的浓硝酸和稀硝酸转移电子数分别为NA和3NA，不能说明浓硝酸的氧化性比稀硝酸的强。答案选D。
【解题必备】硝酸氧化性总结
1.金属与HNO3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.在利用HNO3的酸性时，要注意考虑它的强氧化性。
如 FeO与稀硝酸反应时的方程式应是3FeO+10HNO3(稀)=3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O而不是FeO+2HNO3=Fe(NO3)2+H2O。
类似的反应还有：Fe(OH)2、Na2S、Na2SO3等与稀HNO3的反应。
3.硝酸与金属反应时，既表现强氧化性又表现强酸性。金属与HNO3反应时，常用守恒法确定HNO3与Cu的关系。
（1）原子守恒：n(参加反应HNO3)=n(硝酸盐中的NO3-)+n(还原产物中的N原子);
（2）电子守恒：金属失去电子的物质的量=HNO3中N转化为还原产物得到电子的物质的量。
4.硝酸与铁反应情况
硝酸与铁反应时，由于存在反应Fe+2Fe3+=3Fe2+，当HNO3过量时，产物为Fe(NO3)3;当Fe过量时，产物为Fe(NO3)2;当Fe与HNO3恰好耗尽时，产物可能是Fe(NO3)3或Fe(NO3)2或Fe(NO3)3、Fe(NO3)2的混合物。
5.浓硝酸与Cu反应分析
浓硝酸与Cu反应时，若Cu过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为NO2，但随着反应的进行硝酸变稀，其还原产物将为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，反应停止后若加稀H2SO4，产物Cu(NO3)2中的NO3-在酸性条件下继续与Cu反应，3Cu+8H+2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H20。
6.NO3-在离子共存问题的判断中的特殊性
（1）在中性或碱性溶液中，NO3-无强氧化性。
（2）当水溶液中有大量H+存在时，NO3-就表现出强氧化性，如在有H+、NO3-存在的溶液中就不能存在Fe2+、S2-、I-、SO32--等还原性离子。
【变式2-1】将铜丝插入浓硝酸中进行如图所示的实验，下列说法正确的是
A．装置a中出现红棕色气体，只体现HNO3的酸性
B．一段时间后抽出铜丝，向装置b中U形管内注入水，液体在U形管内在逐渐变成蓝色
C．注入水后装置b中铜片表面产生气泡，说明Cu与硝酸生成H2
D．装置c用NaOH吸收尾气，说明NO和NO2均是酸性氧化物
【答案】B
【解析】A．铜与浓硝酸反应生成红棕色的二氧化氮气体和硝酸铜，体现了硝酸的强氧化性和酸性，A错误；B．装置b中有铜与浓硝酸反应生成的二氧化氮气体，向其中注入水，二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮，而硝酸可将铜片氧化为硝酸铜，则U形管内液体逐渐变成蓝色，B正确；C．注入水后装置b中铜片表面产生气泡，说明铜片与稀硝酸反应生成了NO气体，C错误；D．酸性氧化物是指和碱反应只能生成盐和水的氧化物，NO和NO2均不是酸性氧化物，D错误；故选B。
【变式2-2】铜与硝酸反应的装置如图所示，实验步骤如下：
步骤1：向试管中加入浓硝酸，塞上带有铜丝的橡胶塞。观察到铜丝逐渐变细，溶液变绿，试管中充满红棕色气体。
步骤2：一段时间后，试管中反应变平缓，溶液逐渐变成蓝色，同时气体颜色从下方开始变浅，最终变成无色。
步骤3：反应停止后，用注射器向试管中注入少量稀硫酸，铜丝继续溶解，产生无色气体。
下列说法不正确的是
A．步骤1观察到试管中充满红棕色气体，说明铜和浓硝酸反应生成
B．步骤2观察到反应变平缓而且气体颜色从下方开始变浅，说明浓硝酸已经变成稀硝酸
C．步骤3固体继续溶解，说明此时被氧化
D．相对于步骤2，步骤1中溶液显绿色可能是溶解在硝酸铜中所致
【答案】C
【解析】A．铜和浓硝酸发生氧化还原反应生成红棕色二氧化氮气体，步骤1观察到试管中充满红棕色气体，说明铜和浓硝酸反应生成，A正确；B．铜和稀硝酸发生氧化还原反应生成无色的一氧化氮气体，步骤2观察到反应变平缓而且气体颜色从下方开始变浅，说明浓硝酸已经变成稀硝酸，B正确；C．步骤2得到溶液中含有硝酸根离子，步骤3加入稀硫酸，酸性条件下，硝酸根离子继续氧化铜单质生成NO，而不是被氧化，C错误；D．为红棕色，溶解在蓝色硝酸铜溶液中，从而使得溶液显示绿色，D正确；故选C。
►问题三 金属与硝酸反应的多角度计算
【典例3】将铜投入一定浓度的硝酸中，铜完全溶解，产生NO和混合气体共(不考虑，体积折算为标准状况下)，反应结束后向溶液中加入一定量溶液，使溶液中的金属阳离子全部转化为沉淀。若将盛有该混合气体的容器倒扣在水中，通入一定体积的氧气，恰好可将该混合气体完全吸收。则下列说法错误的是
A．通入氧气的体积在标准状况下为
B．NO与的体积比为
C．原硝酸溶液中
D．沉淀质量应为
【答案】C
【分析】铜和硝酸反应生成硝酸铜、氮的氧化物和水，铜恰好完全反应，反应结束后向溶液中加入一定量溶液，使溶液中的全部转化为沉淀。将盛有氮的氧化物的容器倒扣在水中，通入一定体积的氧气，恰好可将该混合气体完全反应生成硝酸。
【解析】A．2.56g铜的物质的量为，与硝酸完全反应转移电子数为，根据电子守恒可知，氧气转移电子数与铜相等，由此求出氧气的物质的量为，标况下体积为，A正确；B．设NO与的物质的量分别为x、y，则有，，由此解得，B正确；C．根据分析，铜和硝酸反应生成硝酸铜、氮的氧化物和水，铜恰好完全反应，但硝酸是否过量并不清楚，所以原硝酸溶液中硝酸根物质的量无法计算，C错误；D．铜的物质的量为，根据分析，沉淀氢氧化铜的质量为，计算可得氢氧化铜沉淀质量为，D正确；故选C。
【解题必备】1.金属与硝酸反应计算问题的思维模型
2.硝酸与金属反应的计算技巧
（1）原子守恒法：HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO3-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(NO3-)＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。
【变式3-1】硝酸与金属反应会产生氮氧化物。在含有的稀硝酸中，加入铁粉充分反应，铁全部溶解并生成NO，有被还原，则可能为
A．B．C．D．
【答案】B
【解析】铁与硝酸反应时，根据铁的用量不同，反应可分为两种极端情况。第一种若铁足量，铁全部溶解，发生反应：，则解得，此时为最小值。第二种若硝酸过量，发生反应，则解得，此时为最大值。所以的取值范围为，符合此条件的只有，故选B。
【变式3-2】将20.0 g铜镁合金完全溶解于140mL某浓度的硝酸中，得到NO2和NO的混合气体8.96 L(标准状况)，当向反应后的溶液中加入320 mL4.0 ml/LNaOH溶液时，金属离子全部转化为沉淀，测得沉淀的质量为37 g。下列说法不正确的是
A．该合金中铜与镁的物质的量之比是2：3
B．该硝酸中HNO3的物质的量浓度12 ml/L
C．NO2和NO的混合气体中，NO2的体积分数25％
D．若将混合气体与水混合完全转化为硝酸，则需要通入的氧气(标准状况)的体积为11.2 L
【答案】D
【分析】根据题意可知，铜失去2个电子生成铜离子，铜离子与2个氢氧根离子反应生成氢氧化铜沉淀；镁失去2个电子生成镁离子，镁离子与2个氢氧根离子反应生成氢氧化镁沉淀，据此分析。
【解析】A．根据上述分析：金属阳离子得到氢氧根物质的量等于金属失去电子物质的量，依据质量守恒，得到氢氧根物质的量为n(OH-)==l ml，即得失电子物质的量为l ml，因此有2n(Cu)+2n(Mg)=l ml，根据二者质量和为20.0 g可得关系式64n(Cu)+24n(Mg) =20.0 g，两式联立解得n(Cu)=0.2 ml，n(Mg)=0.3 ml，因此合金中铜和镁的物质的量之比为2 ：3，A正确；B．金属阳离子Cu2+、Mg2+全部沉淀后，溶液中溶质为NaNO3，根据氮原子守恒可得n(HNO3)=n(NaNO3)+n(NO)+n(NO2)=0.32L×4.0 ml/L+=l.68 ml，溶液的体积是140 mL，则硝酸的浓度为c(HNO3)=ml/L=12 ml/L，B正确；C．根据得失电子数目守恒，3n(NO)+n(NO2)=l ml，n(NO)+n(NO2)==0.4 ml，两式联立解得n(NO)=0.3 ml，n(NO2)=0.1 ml，则相同条件下，二者的体积分数等于物质的量分数，故NO2的体积分数为×100%=25%，C正确；D．根据上述分析可知：反应过程中转移电子的物质的量等于沉淀中OH-的物质的量，n(e-)= n(OH-)=1 ml，若将混合气体与水混合完全转化为硝酸，则O2得到电子的物质的量与HNO3变为NO、NO2时失去电子的物质的量相等，4n(O2)=1 ml，n(O2)=0.25 ml，其在标准状况下的体积为V(O2)=0.25 ml×22.4 L/ml=5.6 L，D错误；故选D。
【分层训练】
基础强化
1．下列有关的说法正确的是
A．能溶解所有金属单质B．应盛放在棕色试剂瓶中
C．与溶液发生复分解反应D．与固体NaCl混合加热可制取HCl
【答案】B
【解析】A．硝酸不能与金、铂反应，A项错误；B．见光会分解，故应保存在棕色试剂瓶中，B项正确；C．与发生氧化还原反应，C项错误；D．是挥发性酸，不能与NaCl反应制取HCl，D项错误；故选B。
2．1.92 g铜投入一定量的浓硝酸中，铜完全溶解，生成的气体颜色越来越浅，共收集到标准状况下的气体672 mL，将盛有该气体的容器倒扣在水中，通入标准状况下一定体积的氧气，恰好使气体完全溶于水中，则通入氧气的体积是
A．168mLB．224 mLC．504 mLD．336 mL
【答案】D
【解析】1.92gCu的物质的量为，反应时失去电子数目为，整个反应过程为Cu与HNO3反应生成NO、NO2，NO、NO2与O2转化生成HNO3，反应前后HNO3的物质的量不变，而化合价变化的只有Cu和O2，则Cu失去的电子数目等于O2得到电子的数目，所以消耗O2的物质的量为，，故选D。
3．下列离子在和的混合溶液中能大量共存的是
A．B．C．D．
【答案】D
【解析】A．不能在硝酸溶液中大量共存，也不能和大量共存，A错误；B．在硝酸溶液中会被氧化为，不能大量共存，B错误；C．在酸性环境下会与氢离子结合成醋酸分子，不能大量共存，C错误；D．在和的混合溶液不发生反应，可以大量共存，D正确；故选D。
4．下列说法正确的是
A．久置的浓硝酸呈黄色，是因为浓硝酸吸收了空气中的杂质
B．浓硝酸与铜在常温下不发生化学作用
C．常温下，浓硝酸、浓硫酸均可使铝、铁在表面形成致密的氧化膜而钝化
D．浓硫酸露置在空气中质量会减少
【答案】C
【解析】A．浓硝酸呈黄色是因为硝酸分解产生的二氧化氮溶解在硝酸中，A错误；B．铜和浓硝酸的反应：Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，B错误；C．常温下，浓硫酸和浓硝酸具有强氧化性，都能与铁、铝发生钝化反应，C正确；D．浓硫酸吸收空气中的水分，质量会增加，D错误；答案选C。
5．将铜丝插入浓硝酸中进行如图所示的实验，下列说法正确的是
A．装置a中出现溶液变蓝色，液面上有红棕色气体，体现了的酸性
B．一段时间后抽出铜丝，向装置中注入水，中气体红棕色变浅
C．注入水后装置中铜片表面产生气泡，说明与硝酸反应生成
D．装置c用溶液吸收尾气，说明和均是酸性氧化物
【答案】B
【解析】A．装置a中出现溶液变蓝色，液面上有红棕色气体，体现了强氧化性与酸性，A错误；B．一段时间后抽出铜丝，向装置中注入水，中气体红棕色变3NO2+H2O=2HNO3+NO，B正确；C．注入水后装置b中得到稀硝酸，铜和稀硝酸反应生成的气体为NO，C错误；D．NO和NO2虽然可以与氢氧化钠反应生成两种盐和水，但都不是也没有对应价态的盐，故NO和NO2均不是酸性氧化物，D错误；故选B。
6．下列说法中正确的是
A．常温下，稀硫酸和浓硝酸都可以用铝制容器盛装
B．浓硫酸和浓硝酸久置于空气中，浓度均减小
C．浓硫酸和浓硝酸受热均易分解
D．可用pH试纸测定浓硫酸和浓硝酸的pH值
【答案】B
【解析】A．铝遇冷的浓硝酸发生钝化，因此可用铝制容器盛装，但稀硫酸可与铝发生置换反应，A项错误；B．浓硫酸具有吸水性，久置于空气中浓度减小，浓硝酸具有挥发性，久置于空气中浓度也减小，B项正确；C．浓硫酸难分解，硝酸受热易分解，C项错误；D．浓硫酸具有脱水性和强腐蚀性，pH试纸无法测定其pH，所以不能用pH试纸测定其pH，D项错误；故答案选B。
7．下列关于氮及其化合物的说法正确的是
A．常温下可以用铁或铝制容器盛装浓硝酸，是因为浓硝酸与铁、铝均不反应
B．氮的氧化物过度排放是形成硝酸型酸雨的主要原因
C．是无色、有刺激性气味的有毒气体，可与水反应制得硝酸
D．浓硝酸与铜反应，只体现了浓硝酸的酸性
【答案】B
【解析】A．常温下浓硝酸可以使铁或铝钝化，常温下可以用铁或铝制容器盛装浓硝酸，A错误；B．氮的氧化物过度排放会在空气中形成酸性物质，是形成硝酸型酸雨的主要原因，B正确；C．和水不反应，和氧气生成二氧化氮，二氧化氮可与水反应制得硝酸，C错误；
D．浓硝酸与铜反应，生成硝酸铜、二氧化氮、水，体现浓硝酸的酸性和强氧化性，D错误；故选B。
8．如图所示，盛有足量水的水槽里放两个烧杯，小烧杯里放有少量铜片和过量浓硝酸，小烧杯外面倒扣一个大烧杯，请回答：
（1）铜与浓硝酸反应的化学方程式： 。
（2）实验中观察到的主要现象：① ；② ；③ ；④ 。
（3）用该装置做铜与浓硝酸反应实验的优点： 。
（4）大烧杯内最终所得气体产物的化学式： ；若要验证此气体产物，最简便的方法： 。
【答案】（1）Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
（2）铜片逐渐减少，最后消失 小烧杯中溶液逐渐变成蓝色 大烧杯内液面上升，水槽中液面下降 铜片表面产生红棕色气体，长时间放置后，气体颜色又逐渐褪去
（3）体系封闭，无氮氧化物逸出，不污染环境
（4）NO 轻轻掀起倒扣的大烧杯，放入适量空气(或用导管通入一些空气)，若有红棕色气体生成，则最终气体产物为NO
【解析】（1）铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，反应的化学方程式：Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O；
（2）铜与浓硝酸反应生成硝酸铜和红棕色的二氧化氮气体，溶液颜色为蓝色，二氧化氮气体可与水反应生成无色的一氧化氮和硝酸，观察到的主要现象：①铜片逐渐减少，最后消失；②小烧杯中溶液逐渐变成蓝色；③大烧杯内液面上升，水槽中液面下降；④铜片表面产生红棕色气体，长时间放置后，气体颜色又逐渐褪去；
（3）因Cu与浓HNO3反应生成的NO2和间接得到的NO，都是污染性气体，必须有尾气吸收装置，对比传统实验，所以该装置做铜与浓硝酸反应实验的优点是：体系封闭，无氮氧化物逸出，不污染环境；
（4）铜与浓硝酸反应生成硝酸铜和NO2，NO2可与水反应生成无色的NO和硝酸，则大烧杯内最终所得气体产物的化学式为NO；NO与O2反应生成红棕色的NO2，则要验证此气体产物，最简便的方法为：轻轻掀起倒扣的大烧杯，放入适量空气(或用导管通入一些空气)，若有红棕色气体生成，则最终气体产物为NO。
素养提升
1．对下列事实的解释中，错误的是
A．打开盛装硝酸的试剂瓶，可看到白雾，说明硝酸具有挥发性
B．浓硝酸在光照下颜色变黄，说明浓硝酸不稳定易分解
C．硝酸具有很强的氧化性，硝酸的浓度不同，与金属反应的产物也不同
D．常温下，浓硝酸可以用铝质容器储存，说明铝与浓硝酸不反应
【答案】D
【解析】A．硝酸沸点低，易挥发，挥发出的HNO3与空气中水蒸气结合成硝酸液滴，所以产生白雾，故A正确；B．浓硝酸具有不稳定性，见光分解生成红棕色气体二氧化氮，二氧化氮溶于硝酸显黄色，故B正确；C．HNO3具有强氧化性，浓度不同，其与金属反应产物也不同，如浓硝酸与铜反应生成二氧化氮，稀硝酸与铜反应生成一氧化氮，故C正确；D．常温下，浓硝酸与铝发生钝化反应，在表面生成一层致密的氧化膜，所以常温下浓硝酸可以用铝质容器储存，故D错误；故选D。
2．下列关于硝酸说法正确的是
A．硝酸与金属反应，主要是+5价氮得电子
B．与金属反应时，稀硝酸可能被还原为更低价态，则稀硝酸氧化性强于浓硝酸
C．浓硝酸能使pH试纸先变红后变黑
D．常温下，向浓HNO3中投入Fe片，会产生大量红棕色气体
【答案】A
【解析】A．在酸性溶液中，的氧化能力强于H+，所以硝酸与金属反应，主要是+5价氮得电子，A正确；B．通常硝酸的浓度越小，氧化能力越弱，与同种金属反应时，氮元素的价态变化越大，所以与金属反应时，稀硝酸可能被还原为更低价态，则稀硝酸氧化性弱于浓硝酸，B不正确；C．浓硝酸具有酸性和强氧化性，能使pH试纸先变红后褪色，但不会变黑，C不正确；D．常温下，向浓HNO3中投入Fe片，铁会发生钝化，从而在铁片表面形成致密的氧化物保护膜，阻止反应的进一步进行，但不会产生大量红棕色气体，D不正确；故选A。
3．下述实验中均有红棕色气体产生，经对比分析所得结论不正确的是
已知：碎玻璃中的各成分均不与发生反应。
A．由①中的红棕色气体，可推断产生的气体一定为混合气体
B．由②中的红棕色气体，说明②中木炭与浓硝酸发生了反应
C．由③中的红棕色气体，可说明浓硝酸具有挥发性
D．③的气体产物中检测出，可说明木炭与浓硝酸发生了反应
【答案】B
【解析】A．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，A项正确；B．碳与浓硝酸反应生成二氧化氮、二氧化碳，二氧化氮气体为红棕色；在加热条件下，浓硝酸可分解生成二氧化氮，不一定与碳反应生成，B项错误；C．红热木炭没有接触浓硝酸，仅提高了环境温度，在加热条件下，浓硝酸可分解生成二氧化氮，③中的红棕色气体，可说明浓硝酸具有挥发性，C项正确；D．③的气体产物中检测出CO2，说明有碳元素参与了反应，由于碎玻璃不与浓硝酸反应，所以可说明木炭与浓硝酸发生了反应，D项正确；答案选B。
4．某学习小组为研究铜与浓硝酸、稀硝酸反应的差异，设计了如图所示的实验装置(夹持装置已省略)。下列说法不正确的是
A．装置中装入一定量的水进行尾气处理
B．A中的离子方程式为Cu + 2N+4H+=Cu2++2NO2↑+2H2O
C．反应开始前通入过量的CO2气体，目的是排除装置内的空气
D．当B中0.03 ml铜粉被氧化时，B中产生的NO气体大于0.02 ml
【答案】A
【分析】研究铜与浓、稀HNO3反应的差异，先利用二氧化碳将装置中的空气排出，防止Cu与稀硝酸反应生成的NO被氧化，滴加浓硝酸时Cu与浓硝酸反应生成二氧化氮，在B中发生3NO2+H2O＝2HNO3+NO、3Cu+8HNO3＝3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，C中收集到NO气体，最后尾气处理，据此分析作答。
【解析】A．NO不溶于水，C装置中装入一定量的水不能进行尾气处理，故A项错误；B．A中铜与浓硝酸反应的离子方程式为：，故B项正确；C．反应开始前通入过量的CO2气体，目的是排除装置内的空气，故C项正确；D．B中发生3NO2+H2O＝2HNO3+NO、3Cu+8HNO3＝3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，因此当B中0.03 ml铜粉被氧化时，B中产生的NO气体大于0.02 ml，故D项正确；故答案选A。
5．是一种重要的化工原料，几种制备途径如图所示。下列说法错误的是
已知：途径①的离子方程式为；途径③的化学方程式为。
A．由途径①知，该反应中稀体现了氧化性
B．与途径①、③相比，途径②体现了环境保护的思想
C．生成等量的硫酸铜，三个途径中参加反应的硫酸的质量：①