新高考化学一轮复习精品学案 第5章 第27讲　氮及其化合物的转化关系（含解析）

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1．氮元素的“价—类”二维图
氮元素有多种可变化合价，物质的种类较多，在复习时要从物质类别和价态变化理解这些物质之间的转化关系。
2．含氮元素物质之间的转化关系
典型物质间转化方程式再落实。
(1)工业合成氨：N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3；
(2)实验室用NH4Cl固体制NH3：2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))2NH3↑＋2H2O＋CaCl2；
(3)NH3的催化氧化：4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4NO＋6H2O；
(4)NO2溶于水：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；
(5)Cu溶于稀HNO3：3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；
(6)Cu溶于浓HNO3：Cu＋4H＋＋2NOeq \\al(－,3)===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O；
(7)炽热的炭在浓硝酸中燃烧：C＋4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O；
(8)浓硝酸见光分解：4HNO3eq \(=====,\s\up7(光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O。
一、氮在自然界中的循环
1．自然界中氮的循环如图所示。下列说法不正确的是( )
A．工业合成氨属于人工固氮
B．雷电作用下N2与O2发生了化学反应
C．在氮的循环中不涉及氧化还原反应
D．含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化
答案 C
解析 工业合成氨是氮气和氢气在高温、高压和催化剂条件下生成氨气，属于人工固氮，故A正确；雷电作用下N2与O2发生反应生成NO，故B正确；在氮的循环中，工业合成氨、雷电作用过程中N元素化合价改变，涉及氧化还原反应，故C错误；含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化，如氨气可合成尿素，故D正确。
2．(2022·石家庄高三模拟)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是( )
A．①和②均属于氮的固定
B．氢、氧元素也参与了自然界中的氮循环
C．④中每生成1 ml NOeq \\al(－,3)，消耗2 ml O2
D．③和⑤过程中氮元素分别被还原和氧化
答案 D
解析 反应①将N2转化为NO，属于氮的固定，反应②属于植物固氮，A正确；由图示知，氮循环过程中涉及氢、氧元素，B正确；反应④是O2将NH3氧化为NOeq \\al(－,3)，N元素化合价由－3价升高到＋5价，即生成1 ml NOeq \\al(－,3)失去8 ml电子，根据得失电子守恒可知每生成1 ml NOeq \\al(－,3)需要消耗2 ml O2，C正确；反应③中NO被氧化为NOeq \\al(－,3)，反应⑤中NOeq \\al(－,3)被还原为N2，D错误。
二、氮及其化合物的转化与物质推断
3．下列关系图中，A是一种正盐，B是气态氢化物，C是单质，F是强酸。当X无论是强酸还是强碱时都有如下转化关系(其他产物及反应所需条件均已略去)，当X是强碱时，过量的B跟Cl2反应除生成C外，另一产物是盐酸盐。
下列说法不正确的是( )
A．当X是强酸时，A、B、C、D、E、F中均含同一种元素，F可能是H2SO4
B．当X是强碱时，A、B、C、D、E、F中均含同一种元素，F是HNO3
C．当X是强酸时，C在常温下是气态单质
D．B和Cl2的反应为氧化还原反应
答案 C
解析 当X是强碱时，和强碱反应产生的气态氢化物B可判断为NH3，则A为铵盐，过量的B跟Cl2反应生成的盐酸盐是NH4Cl，则C为N2，由此判断D为NO、E为NO2、F为HNO3；A和强酸反应生成的B能被Cl2氧化，且生成的C能被O2连续氧化，在常见的物质中可考虑A为硫化物，所以，当X是强酸时，A、B、C、D、E、F可分别为(NH4)2S、H2S、S、SO2、SO3、H2SO4，故A、B正确，C错误；B是氨气或硫化氢，氨气与Cl2反应生成氯化铵和氮气，硫化氢和氯气反应生成硫单质和氯化氢，因此B与氯气的反应是氧化还原反应，故D正确。
4．(2022·河北三河市第一中学模拟)如图是氮元素形成物质的“价—类”二维图及氮循环的部分信息：
下列说法正确的是( )
①可通过雷电作用将b转化为c，这是一种固氮方式
②可通过加氧化剂将e转化为f
③a→c→d→f这几个反应中，均发生了N元素被氧化的反应
④g只具有氧化性，还可能与碱发生反应
⑤将f转化为d必须选用合适的还原剂才能实现
⑥h可与f反应生成i
A．①③⑤⑥ B．②③④
C．①③⑥ D．①④⑤
答案 C
解析 根据物质类别及与N元素化合价的关系可知：a是NH3，b是N2，c是NO，d是NO2，e是N2O5，f是HNO3，g是HNO2，h是NH3·H2O，i是NH4NO3。①在雷电作用下N2与O2反应产生NO，这是一种固氮方式，正确；②N2O5与水反应产生HNO3，反应过程中元素化合价不变，因此反应不需要加入氧化剂就可以实现，错误；③在a→c→d→f这几个反应中，N元素化合价升高，被氧化，因此均发生了N元素被氧化的反应，正确；④g是HNO2，属于酸，N元素化合价是＋3价，处于中间价态，因此既具有氧化性又具有还原性，同时也能与碱发生中和反应生成盐和水，错误；⑤f是HNO3，光照条件下自身分解即可生成NO2(d)，可以不用其他还原剂，错误；⑥HNO3与NH3·H2O发生中和反应生成NH4NO3和水，正确。
三、氮及其化合物的转化与物质制备
5．(2022·江苏镇江市模拟)空气中的氮气可通过人工固氮获得氨气，氨气是重要的化工原料，通过氨氧化法可制得硝酸，反应过程如图：
N2eq \(―――――――――――→,\s\up7(H2、高温、高压、催化剂),\s\d5(转化①))NH3eq \(――――――→,\s\up7(O2、催化剂、△),\s\d5(转化②))NOeq \(―――――→,\s\up7(O2),\s\d5(转化③))NO2eq \(―――――→,\s\up7(H2O、O2),\s\d5(转化④))HNO3
硝酸是一种强氧化性酸，制硝酸工业产生的尾气中含有氮氧化物，应处理后才能排放。下列说法不正确的是( )
A．常温下，浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中
B．BaSO3固体能溶于稀硝酸，生成Ba(NO3)2，放出SO2气体
C．工业上，当转化①的反应达到平衡时，需不断地从混合气体中分离出NH3，将未反应的原料气送回合成塔以提高原料的利用率
D．转化④中，当V(NO2)∶V(O2)＝4∶1时，理论上NO2全部转化为HNO3
答案 B
解析 硝酸是强氧化性酸，BaSO3固体能溶于稀硝酸，被氧化生成硫酸钡，硝酸被还原生成NO，B错误。
6．(2022·江苏如皋中学开学考)水合肼(N2H4·H2O)是重要的氢能源稳定剂，其制备的反应原理为NaClO＋2NH3===N2H4·H2O＋NaCl。下列装置和操作不能达到实验目的的是( )
A．装置甲用于制备NH3，试剂X是氯化钙
B．用装置乙作为反应过程的安全瓶
C．制备水合肼时从装置丙的a口通入NH3
D．用装置丁吸收反应中过量的NH3
答案 A
解析 浓氨水需受热或加入碱性物质才能分解产生NH3，CaCl2不能使浓氨水分解，A项错误；化学实验装置中的安全瓶的进气管和出气管均较短，B项正确；氨气密度比空气小，为了利于氨气与NaClO溶液反应，应从装置丙的a口通入氨气，C项正确；氨气会污染环境，用装置丁可吸收过量的NH3，并能防倒吸，D项正确。
7．(2022·山东淄博市模拟)氨基甲酸铵(NH2COONH4)易分解，易水解，难溶于CCl4。某小组设计如图所示装置制备氨基甲酸铵。
已知：2NH3 (g)＋ CO2(g)NH2COONH4 (s) ΔH＜0
下列分析错误的是( )
A．A装置的优点是能够随时控制反应的发生和停止
B．装置B、C、E中试剂可分别为饱和碳酸氢钠溶液、浓硫酸、P2O5固体
C．装置D使用冰水浴
D．装置F中所用试剂可为NH4Cl与熟石灰
答案 B
解析 A装置为碳酸钙与盐酸反应制备CO2的简易装置，该装置的优点是能够随时控制反应的发生和停止，A正确；氨基甲酸铵易水解，进入装置D的气体必须是干燥纯净气体，左侧装置B、C试剂可分别为饱和碳酸氢钠溶液、浓硫酸，制备纯净干燥的CO2，装置F可用NH4Cl与熟石灰制备氨气，E中试剂需干燥氨气，可以选用碱石灰，但不能选用P2O5固体，B错误、D正确；制备氨基甲酸铵的反应为放热反应，制得的物质易分解，所以装置D需降温，使用冰水浴，C正确。
四、氮及其化合物的转化与典型物质性质探究
8．某化学自主实验小组通过实验探究NH3、NO2的性质。
探究Ⅰ：利用如图所示装置探究NO2能否被NH3还原(K1、K2为止水夹，夹持及固定装置略去)。
(1)A装置中制取NH3的化学方程式是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)甲、乙分别是________(填字母)。
a．浓硫酸、碱石灰
b．碱石灰、碱石灰
c．碱石灰、无水氯化钙
d．五氧化二磷、五氧化二磷
(3)若NO2能够被NH3还原，预期C装置中能观察到的现象是__________________________。
(4)此实验装置存在一个明显的缺陷是_______________________________________
________________________________________________________________________。
探究Ⅱ：探究NO2、O2混合气体的喷泉实验。
(5)请在G装置中的虚线上描出导管实线图。
(6)G装置中浓硫酸有三种作用：混合NO2、O2气体；干燥NO2、O2； __________。
(7)将G装置上面的圆底烧瓶收集满气体(标准状况下)进行喷泉实验，若混合气体全部被吸收，则所得溶液物质的量浓度为______ ml·L－1(结果保留两位有效数字)。
答案 (1)NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2 (2)c (3)C装置中混合气体颜色变浅
(4)缺少尾气处理装置 (5)(进气管短，出气管长) (6)观察气泡的速率，控制混合气体的比例
(7)0.036
解析 (7)烧瓶中充满溶液，则恰好发生反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，HNO3的物质的量是恰好完全反应的NO2和O2(体积比4∶1)总物质的量的eq \f(4,5)，溶液体积等于烧瓶体积，设烧瓶体积为V L，则溶液的物质的量浓度为eq \f(\f(V L,22.4 L·ml－1)×\f(4,5),V L)＝eq \f(1,22.4)×eq \f(4,5) ml·L－1≈0.036 ml·L－1。

1．(2018·全国卷Ⅱ,8)研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关(如下图所示)。下列叙述错误的是( )
A．雾和霾的分散剂相同
B．雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵
C．NH3是形成无机颗粒物的催化剂
D．雾霾的形成与过度施用氮肥有关
答案 C
解析 雾和霾的分散剂都是空气，A项正确；NH3参与反应生成铵盐，是反应物，不是催化剂，C项错误；过度施用氮肥会增加大气中氨的含量，D项正确。
2．(2021·广东1月适应性测试，10)部分含氮物质的分类与相应氮元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是( )
A．a可经催化氧化生成b
B．b为红棕色，可转化为c
C．密闭体系中，c存在2NO2N2O4
D．d的溶液与Cu反应可生成b或c
答案 B
解析 由题中信息知，a为NH3，b为NO，NH3可经催化氧化生成NO，A说法正确；b为NO，为无色气体，与氧气反应可转化为c，即NO2，B说法错误；d为硝酸，Cu与稀硝酸反应生成NO，与浓硝酸反应生成NO2，D说法正确。
3．(2016·全国卷Ⅰ,26)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择上图中的________，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为发生装置→________(按气流方向，用小写字母表示)。
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
答案 (1)①A 2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))CaCl2＋2H2O＋2NH3↑(或B NH3·H2Oeq \(=====,\s\up7(△))NH3↑＋H2O) ②dcfei (2)①红棕色气体颜色慢慢变浅 ②6NO2＋8NH3eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))7N2＋12H2O ③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外界压强
解析 (1)①在实验室通常用加热氯化铵和消石灰固体混合物的方法制取氨气，应选用发生装置A，其反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))CaCl2＋2H2O＋2NH3↑，或选用发生装置B，直接加热浓氨水生成氨气：NH3·H2Oeq \(=====,\s\up7(△))NH3↑＋H2O。②氨气是碱性气体，可用碱石灰干燥，其密度小于空气，应采用向下排空气法收集，氨气极易溶于水，尾气处理时应防止倒吸，则要收集一瓶干燥的氨气，仪器的连接顺序为发生装置→dcfei。
(2)打开K1，推动注射器活塞将氨气缓慢通入Y管中，在一定温度和催化剂的作用下发生反应：6NO2＋8NH3eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))7N2＋12H2O，随着反应的发生Y管中红棕色气体颜色变浅；反应生成的水蒸气液化后，NO2和NH3反应后气体的物质的量减小，反应容器中的压强减小，打开K2，Z中的溶液倒吸入Y管中。
课时精练
1．氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分，人类活动影响了氮循环中的物质转化，如图所示。下列说法不正确的是( )
A．工业合成氨属于人工固氮过程
B．硝化过程中氮元素被还原
C．含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化
D．反硝化过程有助于稳定N2在大气中的含量
答案 B
解析 工业上用氮气和氢气合成氨属于人工固氮过程，A正确；硝化过程中氨气、铵根离子中－3价的氮元素转化为NOeq \\al(－,2)、NOeq \\al(－,3)中＋3价、＋5价的氮元素，氮元素失电子被氧化，发生氧化反应，B错误；NOeq \\al(－,2)、NOeq \\al(－,3)经同化作用变为动植物蛋白中的N元素，动植物蛋白经氨化作用转化为氨气或铵根离子，故含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化，C正确；反硝化过程生成氮气，向大气提供氮气，即反硝化过程有助于弥补人工固氮对氮循环造成的影响，D正确。
2．(2022·上海金山区模拟)自然界中氮的部分循环过程如图，下列有关说法正确的是( )
A．过程①和②均属于自然固氮
B．X→Y发生化合反应
C．NH3→N发生氧化还原反应
D．若为硫循环，X在空气中点燃可得Y
答案 B
解析 依据自然界中氮的部分循环过程图可知，X为NO，Y为NO2，Z为HNO3，M为硝酸盐，N为铵盐。过程①可能是自然固氮，但过程②不是，A错误；X→Y发生的反应为2NO＋O2===2NO2，是化合反应，B正确；NH3→N的过程元素化合价没有改变，所以不是氧化还原反应，C错误；若为硫循环，X为SO2，Y为SO3，X→Y的反应为2SO2＋O2eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))2SO3，X在空气中点燃不能得到Y，D错误。
3．NH3是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)，下列说法正确的是( )
A．NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥
B．NH4Cl、HNO3和Na2CO3受热时都易分解
C．NH3和NO2在一定条件下可发生氧化还原反应
D．图中所涉及的O2都要用纯氧
答案 C
解析 化肥主要是含农作物生长所需的氮、磷、钾等营养元素的一些物质，NaHCO3不是化肥，A项不正确；Na2CO3受热不易分解，B项不正确；NH3和NO2在一定条件下可以发生氧化还原反应，如生成氮气，C项正确；氨的催化氧化用空气就可以，不一定要用纯氧，D项不正确。
4．工业上常采用生物硝化法将NHeq \\al(＋,4)转化为NOeq \\al(－,3)来处理氨氮废水，工艺流程如图，下列说法错误的是( )
A．生物硝化法处理废水，会导致水体pH逐渐下降：NHeq \\al(＋,4)＋2O2===NOeq \\al(－,3)＋2H＋＋H2O
B．长期过量施用NH4Cl等铵态化肥，易导致土壤酸化，水体富营养化
C．检验NHeq \\al(＋,4)所需的试剂是浓NaOH溶液、湿润的蓝色石蕊试纸
D．微生物保持活性的pH范围为7～9，可以加入石灰石来调节水体的pH
答案 C
解析 NH4Cl水解呈酸性，长期过量施用会导致土壤酸化，也会导致水体富营养化，B项正确；检验NHeq \\al(＋,4)应使用湿润的红色石蕊试纸，C项错误；生物硝化法处理废水会使水体呈酸性，可以加入石灰石与H＋反应来调节水体的pH，D项正确。
5．(2022·山东临沂市模拟)以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法，其工艺流程如下。下列说法正确的是( )
A．反应①使用催化剂可提高反应速率和甲烷的平衡转化率
B．反应②的原子利用率为100%
C．生成1.0 ml NH4NO3至少需要0.75 ml CH4
D．反应③理论上当n(NH3)∶n(O2)＝4∶3时，恰好完全反应
答案 C
解析 反应①使用催化剂可以提高反应速率，但不能提高甲烷的平衡转化率，A错误；反应②的化学方程式为CO2＋2NH3eq \(=====,\s\up7(一定条件))CO(NH2)2＋H2O，则该反应的原子利用率小于100%，B错误；由天然气经过各步转化，最终生成NH4NO3涉及的化学反应有CH4＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(催化剂))CO2＋4H2，N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3,2NH3＋2O2===NH4NO3＋H2O，则有NH4NO3～2NH3～3H2～eq \f(3,4)CH4，故生成1.0 ml NH4NO3至少需要0.75 ml CH4，C正确；反应③的化学方程式为2NH3＋2O2===NH4NO3＋H2O，则理论上当n(NH3)∶n(O2)＝1∶1时，恰好完全反应，D错误。
6．某化学兴趣小组用如图所示装置检验Pb(NO3)2受热分解的产物(图中夹持和加热设备略去)。在试管中放入研碎的Pb(NO3)2晶体后，加热；实验结束后，试管中得到黄色粉末(PbO)，U形管下部有少量液体X，集气瓶中收集到无色气体Y。下列说法不正确的是( )
A．液体X可能是液化的NO2或N2O4
B．在装置中用锡纸将胶塞与产生的气体隔开，主要是为了防止其被生成的气体腐蚀
C．气体Y可能是O2，也可能是NO2与水反应后生成的NO
D．停止反应，应注意先把导气管移出水面，然后再熄灭酒精灯
答案 C
解析 根据氧化还原反应规律，Pb(NO3)2分解的化学方程式为2Pb(NO3)2eq \(=====,\s\up7(△))2PbO＋4NO2↑＋O2↑，液体X可能是液化的NO2或N2O4，故A正确；NO2气体会损坏橡胶，在装置中用锡纸将胶塞与产生的气体隔开，主要是为了防止其被生成的气体腐蚀，故B正确；Pb(NO3)2分解放出氧气，气体Y可能是O2，不可能是NO2与水反应后生成的NO，故C错误；为防止倒吸，停止反应时，应先把导气管移出水面，然后再熄灭酒精灯，故D正确。
7．氮及其化合物的“价—类”二维图如下所示。
下列说法正确的是( )
A．X可通过加热氯化铵固体制取
B．从物质类别角度分析，P和Z都属于酸性氧化物
C．将X转化为 Q的过程，属于氮的固定
D．3.2 g Cu与10 ml·L－1的Y溶液恰好反应，生成NO、NO2混合气体1.12 L(标准状况)，则 Y 溶液的体积为 15 mL
答案 D
解析 X是NH3，加热氯化铵固体生成的NH3和HCl遇冷重新生成NH4Cl，不能制取NH3，A错误；P是N2O5，Z是NO2或N2O4，NO2、N2O4不是酸性氧化物，B错误；Q是NO，氨气转化为NO不属于氮的固定，C错误；Y是HNO3，3.2 g Cu为0.05 ml，与HNO3反应生成0.05 ml Cu(NO3)2，生成NO、NO2混合气体1.12 L(标准状况)，则气体总物质的量为0.05 ml，据N原子守恒可知原硝酸中n(HNO3)＝0.05 ml×2＋0.05 ml＝0.15 ml，故硝酸溶液的体积为eq \f(0.15 ml,10 ml·L－1)＝0.015 L＝15 mL，D正确。
8．(2023·郑州检测)某学习小组设计实验制备Ca(NO2)2，实验装置如图所示(夹持装置已略去)。已知：2NO＋CaO2===Ca(NO2)2；2NO2＋CaO2===Ca(NO3)2。下列说法不正确的是( )
A．通入N2是为了排尽装置中的空气
B．装置B、D中的试剂可分别为水和浓硫酸
C．将铜片换成木炭也可以制备纯净的亚硝酸钙
D．借助装置A及氢氧化钠溶液和稀硫酸可以分离CO2和CO
答案 C
解析 装置内的空气会将NO氧化为NO2，影响产物的产量，所以通入N2是为了排尽装置中的空气，故A正确；由于硝酸具有挥发性，所以在A中生成的NO气体中会含有少量HNO3蒸气，可用装置B中的水除去，为防止CaO2与水反应，用装置D中的浓硫酸对NO气体进行干燥，故B正确；将铜片换成木炭，由于木炭与稀硝酸不能反应，所以得不到要制备的产物，故C错误；装置A中盛氢氧化钠溶液，通过进气管通入CO2和CO的混合气体，CO2被NaOH吸收后生成Na2CO3，在出气管口即可收集到CO，然后将分液漏斗中的稀硫酸滴入A中，与生成的Na2CO3反应再释放出CO2，达到分离的目的，故D正确。
9．某兴趣小组设计用铁粉将NO还原为N2(同时生成FeO)。下列说法不正确的是( )
已知：①浓硝酸可氧化NO；②NaOH溶液能吸收NO2，不吸收NO。
A．装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d
B．装置E中发生反应的化学方程式为2NO＋2Feeq \(=====,\s\up7(△))2FeO＋N2
C．装置D的作用是吸收挥发出来的硝酸和产生的NO2
D．装置B的作用是干燥，防止水蒸气进入装置E中干扰反应
答案 D
解析 根据实验原理“NO被灼热的铁粉还原为N2，同时生成FeO”，所以首先利用铜与稀硝酸反应生成NO，由于硝酸具有挥发性，所以制得的NO中会混有硝酸蒸气和产生的NO2，故先通过装置D除去挥发出的HNO3和产生的NO2，再通过装置F干燥，得到纯净干燥的NO，然后进入装置E中与铁粉反应，最后处理多余的NO，由于NaOH溶液不与NO反应，而浓硝酸可氧化NO生成NO2，所以先通过装置B氧化NO，再通过装置C吸收，故上述装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d，A正确。
10．(2022·石家庄二中模拟)氮化钙(Ca3N2)是一种重要的试剂，常温下为棕色固体，在空气中会被氧化，遇水强烈水解，产生刺激性气味气体。实验室设计如下装置用Ca与N2反应制备Ca3N2，并对Ca3N2纯度进行测定。回答下列问题：
Ⅰ.Ca3N2的制备
(1)仪器a的名称为________，E装置的主要作用是________。
(2)实验开始时应首先点燃________(填“A”或“C”)处酒精灯，当观察到________________________________________________________________________
时点燃另一处酒精灯。
Ⅱ.Ca3N2纯度的测定(已知所含的杂质不与水反应产生气体)
(3)方案一：①按图1所示连接装置，检查装置气密性后加入试剂。②测定虚线框内装置及试剂的质量m1；③关闭________(填“K1”或“K2”，下同)，打开________，用分液漏斗加入足量水，至不再产生气体；④________；⑤再次测定虚线框内装置及试剂的质量m2。则产品中Ca3N2的质量分数表达式为________。
(4)方案二：按图2所示连接装置，检查装置气密性后加入试剂。打开分液漏斗活塞向三颈烧瓶中加入蒸馏水，打开K持续通入水蒸气，将产生的氨全部蒸出，并用100 mL 1.00 ml·L－1的稀硫酸标准溶液完全吸收(液体体积变化忽略不计)，从烧杯中量取10.00 mL的吸收液注入锥形瓶中，用1.00 ml·L－1 NaOH标准溶液滴定过量的稀硫酸，到终点时消耗12.60 mL NaOH溶液。则产品中Ca3N2的质量分数为________%(结果保留一位小数)。
答案 (1)蒸馏烧瓶 液封(或隔绝空气中的氧气) (2)A E装置中有均匀的气泡产生 (3)K1 K2 打开K1，通一段时间的N2 eq \f(37m2－m1,51)×100% (4)91.3
解析 (2)由于Ca、Ca3N2都能与空气中的O2、H2O(g)等反应，故实验开始时应首先点燃A处的酒精灯，利用N2排尽装置中的空气，当观察到E装置中有均匀的气泡产生时点燃另一处酒精灯。(3)根据图1装置知，方案一的原理是Ca3N2与H2O反应产生NH3，U形管中碱石灰除去NH3中的H2O(g)，浓硫酸增加的质量为反应生成NH3的质量，由NH3的质量结合N元素守恒测定Ca3N2的纯度。反应生成NH3的质量为(m2－m1) g，根据N元素守恒，Ca3N2的质量为eq \f(m2－m1 g,17 g·ml－1)×eq \f(1,2)×148 g·ml－1＝eq \f(74m2－m1,17) g，产品中Ca3N2的质量分数为eq \f(\f(74m2－m1,17) g,6.0 g)×100%＝eq \f(37m2－m1,51)×100%。(4)方案二的原理是Ca3N2与H2O反应产生NH3，打开K持续通入水蒸气，将产生的氨全部蒸出，NH3完全被稀硫酸标准溶液吸收，然后用NaOH标准溶液滴定过量的稀硫酸，则10.00 mL溶液中过量硫酸的物质的量n过量(H2SO4)＝
eq \f(1,2)n(NaOH)＝eq \f(1,2)×1.00 ml·L－1×0.012 60 L＝0.006 3 ml，与NH3反应的硫酸的物质的量为
1.00 ml·L－1×0.1 L－0.006 3 ml×eq \f(100 mL,10 mL)＝0.037 ml，根据反应2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4以及N元素守恒可知，Ca3N2的物质的量为0.037 ml，产品中Ca3N2的质量分数为eq \f(0.037 ml×148 g·ml－1,6.0 g)×100%≈91.3%。
11．某处工厂排出的烟道气中含氮氧化物(主要为NO、NO2)、粉尘和少量水蒸气。课外兴趣活动小组对该工厂排出的烟道气进行处理，并检测其氮氧化物含量，实验装置如图所示：
(1)装置A中放置无碱玻璃棉，其目的是除去______________________________________。
为保证检测的准确性，装置C中盛放的化学试剂可以是________(填字母，下同)。
a．碱石灰
b．浓硫酸
c．五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O)
(2)装置D中主要发生：2NaOH＋2NO2===NaNO2＋NaNO3＋H2O；2NaOH＋NO＋NO2===2NaNO2＋H2O
①若反应后尾气无残留，则参加反应的NO2、NO物质的量的比值________。
a．≥1 b．≤1 c．任意值
②可使用适量酸性H2O2溶液，将溶液中的NOeq \\al(－,2)全部氧化为NOeq \\al(－,3)，发生反应的离子方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)溶液中NOeq \\al(－,3)直接排放在水体中也会造成污染，现用活泼金属将溶液中的NOeq \\al(－,3)转化为N2，实现氮元素的脱除，具体步骤如下：
步骤一 取适量(2)中H2O2处理后的溶液，调节pH至中性，蒸发浓缩，得到c(NOeq \\al(－,3))为
0.100 ml·L－1的溶液甲。
步骤二 取三份50 mL溶液甲，分别用金属铝、金属铁和铝铁合金在45 ℃、惰性气体氛围中对溶液甲进行氮脱除。
步骤三 重复实验2～3次，溶液中NOeq \\al(－,3)的残留情况与反应时间的关系如图所示。
①金属铝和金属铁在0～3 h内，NOeq \\al(－,3)的脱除效率均很低，几乎没被脱除，其可能的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②0～3 h内铝铁合金的氮脱除效率比金属铝、金属铁大得多，其可能的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)气囊用来储存处理后的气体，其中可能含少量NO气体，可用酸性NaClO溶液来处理。HClO氧化NO生成NOeq \\al(－,3)和Cl－，发生反应的离子方程式是_____________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)粉尘 b (2)①a ②H2O2＋NOeq \\al(－,2)===NOeq \\al(－,3)＋H2O (3)①金属铁和金属铝表面都有一层氧化膜 ②铝铁合金在溶液中形成原电池，加快化学反应速率 (4)3HClO＋2NO＋H2O===2NOeq \\al(－,3)＋3Cl－＋5H＋
解析 (1)烟道气中含有粉尘，装置A中放置无碱玻璃棉，可以除去粉尘；装置C用于除去少量的水蒸气，应该选择浓硫酸，NO2会与碱石灰反应，而五水合硫酸铜不能起到干燥的作用。(2)①根据化学方程式可知，NO2可以单独被NaOH吸收，而NO需与NO2按照1∶1混合才能被NaOH吸收，现无尾气残留，说明NO无残留，因此NO2至少和NO一样多，则参加反应的NO2、NO物质的量的比值≥1，a符合题意。(3)①根据题意，活泼金属能够将溶液中的NOeq \\al(－,3)转化为N2，但是金属铝和金属铁在0～3 h内，NOeq \\al(－,3)的脱除效率很低，几乎没有脱除，可认为金属与NOeq \\al(－,3)可能没有反应，可能是金属表面有氧化膜，阻碍了NOeq \\al(－,3)的脱除反应。②铝铁合金中，铁和铝的活动性不同，可以构成原电池，加快化学反应速率。(4)HClO中Cl元素的化合价从＋1降低到－1，NO中N元素的化合价从＋2升高到＋5，根据化合价升降守恒、元素守恒和电荷守恒，离子方程式为3HClO＋2NO＋H2O===2NOeq \\al(－,3)＋3Cl－＋5H＋。
操作步骤
实验现象
解释原因
打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中
①Y管中________________
②反应的化学方程式：________________
将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温
Y管中有少量水珠
生成的气态水凝聚
打开K2
③__________
④__________