第五章 化工生产中的重要非金属元素
第二节 氮及其化合物
第3课时 硝酸 酸雨及防治
一、选择题
1.常温下,下列金属制成的容器能盛放浓硝酸的是 ( )
A.铝 B.镁 C.铜 D.银
【解析】选A。在常温下,金属铁和金属铝遇到冷的浓硝酸会发生钝化,可以用铁制或是铝制容器盛放浓硝酸,但是金属镁、铜和银都可以和浓硝酸发生反应,常温下不可以用镁、铜和银制成的容器盛放浓硝酸。
2.下列对于硝酸的认识正确的是 ( )
A.稀硝酸能使红色石蕊试纸变蓝
B.硝酸能与碳酸钠反应,但不能生成二氧化碳
C.硝酸能与金属反应放出氢气
D.浓硝酸与木炭反应,表现强氧化性
【解析】选D。稀硝酸具有酸的通性,能使紫色或蓝色石蕊试纸变红色,故A错误;硝酸具有酸性,能与碳酸钠反应放出二氧化碳气体,故B错误;硝酸具有强氧化性,不能与金属发生置换反应产生氢气,通常反应生成NO或NO2气体,故C错误;C+4HNO3(浓)4NO2↑+CO2↑+2H2O,HNO3表现强氧化性,故D正确。
3.下列关于硝酸的说法正确的是 ( )
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.硝酸电离出H+,能被Zn、Fe等金属还原成H2
D.常温下,向浓HNO3中投入Fe片,会产生大量红棕色气体
【解析】选A。硝酸中氮元素为+5价,为最高价态,与金属反应时,主要是+5价氮得电子,故A正确;浓硝酸的氧化性更强,氧化性的强弱与还原产物价态无关,与得电子的难易有关,故B错误;硝酸与金属反应时,+5价氮得电子,生成氮氧化物等还原产物,无氢气生成,故C错误;常温下,铁遇浓硝酸钝化,无大量红棕色气体产生,故D错误。
4.下列反应中硝酸既能表现出酸性又表现出氧化性的是 ( )
A.使石蕊试液变红
B.与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2
C.与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3
D.与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2
【解析】选B。在上述反应A、C项中HNO3均表现出酸性。在B、D项中HNO3中氮元素的化合价均降低,表现出氧化性,并且在B项中又有Cu(NO3)2生成,说明此反应中HNO3还表现出酸性。
5.工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸,如图所示:
下列说法错误的是 ( )
A.过程①属于氮的固定
B.氮气在足量氧气中也可以通过一步反应生成NO2
C.过程④反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
D.常温下可用铁质容器储存浓硝酸
【解析】选B。过程①是氮气和氢气高温、高压、催化剂作用下反应生成氨气,属于氮的固定,故A正确;氮气在足量氧气中可以通过一步反应生成NO,不能生成NO2,故B错误; 过程④3NO2+H2O===2HNO3+NO,反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2,故C正确;铁在冷的浓硝酸中发生钝化,金属表面生成一层致密氧化物薄膜,阻止内部反应继续进行,常温下可用铁质容器储存浓硝酸,故D正确。
6.在酸性溶液中,下列各组离子能大量共存的是 ( )
A.K+、N、C、Na+
B.Na+、B、N、HC
C.N、F、K+、Cl-
D.N、K+、M、Cl-
【解析】选D。A项,在酸性溶液中C不能大量存在;B项,HC在酸性条件下不能大量存在;C项,在酸性溶液中N具有强氧化性,F不能大量存在。
8.用以下三种途径来制取相同质量的硝酸铜:①铜跟浓硝酸反应,②铜跟稀硝酸反应,③铜跟氧气反应生成氧化铜,氧化铜再跟硝酸反应。以下叙述正确的是 ( )
A.三种途径所消耗的铜的物质的量不相等
B.三种途径所消耗的硝酸的物质的量相等
C.所消耗铜的物质的量:途径③>途径①>途径②
D.所消耗硝酸的物质的量:途径①>途径②>途径③
【解析】选D。三种途径发生的反应历程如下:
途径①:CuCu(NO3)2+NO2
途径②:CuCu(NO3)2+NO
途径③:CuCuOCu(NO3)2
由此可见,途径①、②消耗HNO3量多且产生有毒气体。
9.在一定温度下,32 g金属铜与足量某浓度的硝酸溶液完全反应,生成NO2和NO的物质的量之比为1∶3,则反应过程中转移的电子为 ( )
A.1 mol B.2 mol C.3 mol D.4 mol
【解析】选A。因铜完全反应,则铜失去的电子数即为该反应过程中转移的电子数,即反应过程中转移电子的物质的量为×2=1 mol,故A项正确。
10.将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应,下列叙述正确的是( )
A.反应速率:两者相同
B.消耗硝酸的物质的量:前者多,后者少
C.反应生成气体的颜色:前者浅,后者深
D.反应中转移的电子总数:前者多,后者少
【解析】选B。硝酸越浓,反应速率越快。Cu与浓硝酸、稀硝酸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,由反应方程式可知:等质量的Cu分别与浓硝酸、稀硝酸完全反应时,耗酸量前者多,还原产物前者NO2为红棕色气体,后者NO为无色气体,而氧化产物都为Cu(NO3)2,反应过程中得失电子数相等。
11.酸雨是一种突出的环境问题。下列有关酸雨及其防治的说法正确的是 ( )
A.酸雨主要是由空气中CO2的浓度增大引起的
B.酸雨能直接损伤农作物,破坏森林,加速桥梁的腐蚀
C.向煤中加入适量石灰石,在燃烧时SO2最终生成CaSO3,可减少酸雨
D.汽车排气管上装有“催化转化器”,使有毒的CO和NO反应生成N2和CO2,但不利于酸雨的防治
B 酸雨主要是由SO2、NO2等气体引起的,正常雨水由于溶解了CO2,其pH约为5.6,而SO2、NO2溶于雨水分别生成H2SO3(进一步氧化可生成H2SO4)和HNO3,使雨水pH<5.6,即为酸雨,故A错误;向煤中加入生石灰,CaO+SO2CaSO3,2CaSO3+O22CaSO4,故C错误;2CO+2NO2CO2+N2,防止发生NONO2HNO3,利于酸雨的防治,故D错误。
12.某同学为探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO,设计下列实验装置(加热、固定装置已略去)。图中K为止水夹,d是存有一半空气的注射器。下列说法错误的是 ( )
A.装置a的作用是生成CO2气体赶尽装置中的空气
B.装置b中溶液增加的质量,就是参加反应的铜的质量
C.将d中空气推入c中,若气体变为红棕色则说明b中生成NO
D.该装置存在缺陷,缺少尾气处理装置
B 在探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO时,需要提供无氧环境,所以装置a的作用是生成CO2气体赶尽装置中的空气,故A正确;溶液增加的质量应为反应的铜的质量减去反应生成的一氧化氮气体的质量,故B错误;一氧化氮为无色气体,易被氧气氧化为红棕色气体二氧化氮;所以将d中空气推入c中,若气体变为红棕色,则说明b中生成NO,故C正确;一氧化氮、二氧化氮气体均有毒,尾气要进行吸收处理,以防污染空气,该装置缺少尾气处理装置,存在缺陷,故D正确。
二、非选择题
13.某实验小组采集硫酸型酸雨样品,随着时间的推移,多次测定该样品的pH,得到了表中数据:
时间/h 0 8 16 24 32 40 48
pH 5.0 4.8 4.5 4.3 4.2 4.0 4.0
(1)酸雨样品放置时pH变化的主要原因是(用化学方程式表示) 。
(2)如果将刚取样的上述酸雨和自来水(用Cl2杀菌消毒)混合,pH将
(填“增大”“减小”或“不变”),原因是(用化学方程式表示) 。
(3)你认为减少酸雨产生可采取的措施是 。
①少用煤作燃料 ②把工厂烟囱造高
③燃料脱硫 ④在已酸化的土壤中加石灰
⑤开发新能源
A.①②③ B.②③④⑤
C.①③⑤ D.①③④⑤
【解析】(1)酸雨放置时pH变小,其原因是雨水中的H2SO3被空气中的O2氧化所致。
(2)雨水和自来水混合,应考虑H2SO3与自来水中的Cl2发生氧化还原反应而生成硫酸和盐酸,使酸性增强。
(3)减少酸雨的形成必须减少SO2的排放,减少煤等化石燃料的使用,燃料脱硫、固硫,开发不含硫的新能源(如氢能、核能等),都是有效措施。
答案:(1)SO2+H2OH2SO3,2H2SO3+O2===2H2SO4(或2SO2+2H2O+O2===2H2SO4) (2)减小 H2SO3+Cl2+H2O===2HCl+H2SO4 (3)C
14.科学家研究发现含氮化合物和含硫化合物在形成雾霾时与大气中的氨有关,转化关系如图所示。
回答下列问题:
(1)从物质分类的角度看,图中的物质属于酸性氧化物的有 (写化学式)。
(2)图中物质溶于水溶液呈碱性的是 。
(3)写出SO2转化为SO3的化学方程式: 。
(4)工业上利用氨气制备一氧化氮,反应的化学方程式为 。
(5)氨气与一氧化氮(NO)在一定条件下反应可生成对空气无污染的物质,该反应的化学方程式为 。
【解析】(1)酸性氧化物是指与碱反应只生成一种盐和水的氧化物,SO2、SO3和N2O5都是酸性氧化物。(4)NH3在催化剂作用下被O2氧化生成NO和H2O,结合得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式并配平。(5)氨气与一氧化氮(NO)在一定条件下反应可生成对空气无污染的物质,结合原子守恒推知,产物为N2和H2O,结合得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式并配平。
答案:(1)N2O5、SO2、SO3 (2)NH3
(3)2SO2+O22SO3
(4)4NH3+5O24NO+6H2O
(5)4NH3+6NO5N2+6H2O
15.有关含氮化合物的性质实验。
某研究性学习小组利用如图1装置研究硝酸的性质。
实验一:甲同学用如图1装置来证实稀硝酸与铜反应生成NO
(1)从a中向U形管中注满稀硝酸后,发生的现象是 。
(2)图2收集NO气体的各种装置中,合理的是 。(填序号)
(3)在100 mL混合溶液中,HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4 mol·L-1、0.1 mol·L-1,向该混合液中加入1.92 g铜粉,加热待充分反应后,所得溶液中Cu2+的物质的量浓度是 。
实验二:乙组同学利用上述装置完成浓硝酸与铜的反应
(4)乙组同学发现实验室里有几瓶浓硝酸呈黄色,请用化学方程式解释这种现象:
。
【解析】(1)铜和稀硝酸反应生成硝酸铜和无色气体一氧化氮,一氧化氮不溶于水,则现象是U形管中液面左低右高,铜逐渐溶解,溶液变为蓝色;(2)一氧化氮有毒且易和氧气反应生成二氧化氮,一氧化氮不和水反应,所以不能用排空气法收集,应该用排水法收集,排水装置中,气体的进出口符合“短进长出”的原则,故选CE;(3)1.92 g铜的物质的量n(Cu)==0.03 mol,混合酸中n(H+)=0.4 mol·L-1×0.1 L+0.1 mol·L-1×2×0.1 L=0.06 mol,n(N)=0.4 mol·L-1×0.1 L=0.04 mol,由3Cu+8H++2N===3Cu2++2NO↑+4H2O可知,Cu与N过量,H+不足,按氢离子的物质的量进行计算,设产生的铜离子的物质的量为xmol,
3Cu+8H++2N===3Cu2++2NO↑+4H2O
8 3
0.06 x
8∶3=0.06∶x,得x=0.022 5,则铜离子物质的量浓度为=0.225 mol·L-1;(4)硝酸不稳定,分解产生的二氧化氮溶解其中呈黄色,反应方程式为4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O。
答案:(1)U形管中液面左低右高,铜逐渐溶解,溶液变为蓝色 (2)CE
(3)0.225 mol·L-1
(4)4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O
16.某化学学习小组采用如图所示装置,对浓硝酸与木炭的反应进行探究。
请回答下列问题:
(1)检查装置气密性后,将燃烧匙中的木炭在酒精灯上加热至红热状态,伸入三颈烧瓶中,并塞紧瓶塞,滴加浓硝酸,可观察到三颈烧瓶中气体的颜色为 ,产生该气体的化学方程式是 。
(2)装置C中盛有足量Ba(OH)2溶液,炽热的木炭与浓硝酸反应后可观察到C中出现白色沉淀,该白色沉淀为 (填化学式)。
(3)装置B的作用是 。
(4)装置D中收集到了无色气体,部分同学认为是NO,还有部分同学认为是O2。
①下列对该气体的检验方法合适的是 。
A.敞口观察装置D中集气瓶内气体的颜色变化
B.将湿润的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内,观察蓝色石蕊试纸是否变红
C.将带火星的木条伸入集气瓶中,观察木条是否复燃
②如果D中集气瓶中收集的无色气体是氧气,则氧气的来源是 。
【解析】(1)装置A中发生的是浓硝酸与木炭的反应,生成NO2、CO2、H2O,三颈烧瓶中显示的是NO2的红棕色。(2)NO2、CO2通入Ba(OH)2溶液分别生成Ba(NO3)2和BaCO3,由于Ba(OH)2溶液足量,故溶液为碱性环境,BaCO3不溶解,以沉淀形式析出。(3)为防止装置C中酸性气体溶解速率太快而导致C中溶液进入三颈烧瓶,装置B应为防倒吸装置。(4)①NO与足量O2反应生成红棕色的NO2,A正确;NO和O2均不具有酸性,B错误;O2能使带火星的木条复燃,而NO不能,C正确。②装置A中木炭除与浓硝酸的反应外,硝酸不稳定,部分浓硝酸还会发生分解:4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O。
答案:(1)红棕色
C+4HNO3(浓)4NO2↑+CO2↑+2H2O
(2)BaCO3 (3)防倒吸 (4)①AC ②浓硝酸的分解 第五章 化工生产中的重要非金属元素
第二节 氮及其化合物
第3课时 硝酸 酸雨及防治
一、选择题
1.常温下,下列金属制成的容器能盛放浓硝酸的是 ( )
A.铝 B.镁 C.铜 D.银
2.下列对于硝酸的认识正确的是 ( )
A.稀硝酸能使红色石蕊试纸变蓝
B.硝酸能与碳酸钠反应,但不能生成二氧化碳
C.硝酸能与金属反应放出氢气
D.浓硝酸与木炭反应,表现强氧化性
3.下列关于硝酸的说法正确的是 ( )
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.硝酸电离出H+,能被Zn、Fe等金属还原成H2
D.常温下,向浓HNO3中投入Fe片,会产生大量红棕色气体
4.下列反应中硝酸既能表现出酸性又表现出氧化性的是 ( )
A.使石蕊试液变红
B.与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2
C.与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3
D.与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2
5.工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸,如图所示:
下列说法错误的是 ( )
A.过程①属于氮的固定
B.氮气在足量氧气中也可以通过一步反应生成NO2
C.过程④反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
D.常温下可用铁质容器储存浓硝酸
6.在酸性溶液中,下列各组离子能大量共存的是 ( )
A.K+、N、C、Na+
B.Na+、B、N、HC
C.N、F、K+、Cl-
D.N、K+、M、Cl-
8.用以下三种途径来制取相同质量的硝酸铜:①铜跟浓硝酸反应,②铜跟稀硝酸反应,③铜跟氧气反应生成氧化铜,氧化铜再跟硝酸反应。以下叙述正确的是 ( )
A.三种途径所消耗的铜的物质的量不相等
B.三种途径所消耗的硝酸的物质的量相等
C.所消耗铜的物质的量:途径③>途径①>途径②
D.所消耗硝酸的物质的量:途径①>途径②>途径③
9.在一定温度下,32 g金属铜与足量某浓度的硝酸溶液完全反应,生成NO2和NO的物质的量之比为1∶3,则反应过程中转移的电子为 ( )
A.1 mol B.2 mol C.3 mol D.4 mol
10.将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应,下列叙述正确的是( )
A.反应速率:两者相同
B.消耗硝酸的物质的量:前者多,后者少
C.反应生成气体的颜色:前者浅,后者深
D.反应中转移的电子总数:前者多,后者少
11.酸雨是一种突出的环境问题。下列有关酸雨及其防治的说法正确的是 ( )
A.酸雨主要是由空气中CO2的浓度增大引起的
B.酸雨能直接损伤农作物,破坏森林,加速桥梁的腐蚀
C.向煤中加入适量石灰石,在燃烧时SO2最终生成CaSO3,可减少酸雨
D.汽车排气管上装有“催化转化器”,使有毒的CO和NO反应生成N2和CO2,但不利于酸雨的防治
12.某同学为探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO,设计下列实验装置(加热、固定装置已略去)。图中K为止水夹,d是存有一半空气的注射器。下列说法错误的是 ( )
A.装置a的作用是生成CO2气体赶尽装置中的空气
B.装置b中溶液增加的质量,就是参加反应的铜的质量
C.将d中空气推入c中,若气体变为红棕色则说明b中生成NO
D.该装置存在缺陷,缺少尾气处理装置
二、非选择题
13.某实验小组采集硫酸型酸雨样品,随着时间的推移,多次测定该样品的pH,得到了表中数据:
时间/h 0 8 16 24 32 40 48
pH 5.0 4.8 4.5 4.3 4.2 4.0 4.0
(1)酸雨样品放置时pH变化的主要原因是(用化学方程式表示) 。
(2)如果将刚取样的上述酸雨和自来水(用Cl2杀菌消毒)混合,pH将
(填“增大”“减小”或“不变”),原因是(用化学方程式表示) 。
(3)你认为减少酸雨产生可采取的措施是 。
①少用煤作燃料 ②把工厂烟囱造高
③燃料脱硫 ④在已酸化的土壤中加石灰
⑤开发新能源
A.①②③ B.②③④⑤
C.①③⑤ D.①③④⑤
14.科学家研究发现含氮化合物和含硫化合物在形成雾霾时与大气中的氨有关,转化关系如图所示。
回答下列问题:
(1)从物质分类的角度看,图中的物质属于酸性氧化物的有 (写化学式)。
(2)图中物质溶于水溶液呈碱性的是 。
(3)写出SO2转化为SO3的化学方程式: 。
(4)工业上利用氨气制备一氧化氮,反应的化学方程式为 。
(5)氨气与一氧化氮(NO)在一定条件下反应可生成对空气无污染的物质,该反应的化学方程式为 。
15.有关含氮化合物的性质实验。
某研究性学习小组利用如图1装置研究硝酸的性质。
实验一:甲同学用如图1装置来证实稀硝酸与铜反应生成NO
(1)从a中向U形管中注满稀硝酸后,发生的现象是 。
(2)图2收集NO气体的各种装置中,合理的是 。(填序号)
(3)在100 mL混合溶液中,HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4 mol·L-1、0.1 mol·L-1,向该混合液中加入1.92 g铜粉,加热待充分反应后,所得溶液中Cu2+的物质的量浓度是 。
实验二:乙组同学利用上述装置完成浓硝酸与铜的反应
(4)乙组同学发现实验室里有几瓶浓硝酸呈黄色,请用化学方程式解释这种现象:
。
16.某化学学习小组采用如图所示装置,对浓硝酸与木炭的反应进行探究。
请回答下列问题:
(1)检查装置气密性后,将燃烧匙中的木炭在酒精灯上加热至红热状态,伸入三颈烧瓶中,并塞紧瓶塞,滴加浓硝酸,可观察到三颈烧瓶中气体的颜色为 ,产生该气体的化学方程式是 。
(2)装置C中盛有足量Ba(OH)2溶液,炽热的木炭与浓硝酸反应后可观察到C中出现白色沉淀,该白色沉淀为 (填化学式)。
(3)装置B的作用是 。
(4)装置D中收集到了无色气体,部分同学认为是NO,还有部分同学认为是O2。
①下列对该气体的检验方法合适的是 。
A.敞口观察装置D中集气瓶内气体的颜色变化
B.将湿润的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内,观察蓝色石蕊试纸是否变红
C.将带火星的木条伸入集气瓶中,观察木条是否复燃
②如果D中集气瓶中收集的无色气体是氧气,则氧气的来源是 。
