人教版高考化学一轮复习讲义第5章第24讲　氮及其化合物的转化关系（2份打包，原卷版+教师版）

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1．在氮及其化合物的“价—类”二维图中填充N2、NH3、NH3·H2O、NH4Cl、NO、NO2、N2O4、HNO3、Cu(NO3)2。
2．完成图中序号对应的化学方程式(合理即可)。
①N2＋O2eq \(=======,\s\up7(放电或高温))2NO；
②4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4NO＋6H2O；
③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；
④3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；
⑤Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O；
⑥NH3＋HCl===NH4Cl；
⑦2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；
⑧CuO＋2HNO3===Cu(NO3)2＋H2O；
⑨N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3；
⑩8NH3＋3Cl2===6NH4Cl＋N2。
3．常见无机物A、B、C、D存在如图转化关系：
(1)若A是一种碱性气体，常用作制冷剂，B是汽车尾气之一，遇空气会变色，则反应①的化学方程式为____________________________________________________________________。
(2)若A为常见挥发性强酸，D是生产生活中用量最大、用途最广的金属单质，则B的化学式是__________________。
(3)若A、C、D都是常见气体，C是形成酸雨的主要气体，则A的电子式是_____________。
(4)若A、B、C的水溶液均显碱性，焰色试验均为黄色，D为CO2，举出C的一种用途：_________
_______________________________________________________________________________。
答案 (1)4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4NO＋6H2O
(2)Fe(NO3)3 (3) (4)治疗胃酸过多、作发酵粉、用于泡沫灭火器等(任答其中一种即可)
解析 (1)由题意知，A为氨气，B是NO，D是氧气，C是二氧化氮，反应①的化学方程式为4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4NO＋6H2O。(2)由题意知，A是硝酸，B是硝酸铁，C是硝酸亚铁，则B的化学式为Fe(NO3)3。(3)由题意知，C是二氧化硫，A是硫化氢，D是氧气，B是S，A的电子式是。(4)若A、B、C的水溶液均显碱性，焰色试验均为黄色，说明都含有Na元素，D为CO2，A为NaOH，B是碳酸钠，C为碳酸氢钠。
1．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，反应过程如下：
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可全部转化为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。
2．(2023·河北衡水中学一模)水合肼又称水合联氨，广泛用作还原剂、抗氧化剂、发泡剂等。其制备原理为NaClO＋2NH3===N2H4·H2O＋NaCl。用如图装置制取水合肼的有关分析正确的是( )
A．装置的连接顺序是f→a→b→d→c→e
B．e所在装置的漏斗可以没入水面以下
C．f所在装置可以快速制备氨气
D．操作过程中要快速滴加NaClO溶液
答案 C
解析 制备水合肼时需先制备氨气，并将其通入NaClO溶液中，氨气极易溶于水，在两装置中间需要连接安全瓶用于防倒吸，为有利于氨气与NaClO溶液反应，制备水合肼时氨气应从c口进入装置，最后用e所在装置进行尾气处理，则装置的连接顺序应是f→a→b→c→d→e(a、b顺序可互换)，故A错误；由题干信息可知，水合肼具有还原性，而NaClO具有强氧化性，若滴加NaClO溶液过快，过量的NaClO能氧化水合肼，降低产率，故D错误。
3．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) ②dcfedci (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)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→dcfedci。
(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
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(NO2)，B说法错误；c存在2NO2N2O4，C说法正确；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．(2023·天津河东模拟)自然界中时刻存在着氮的转化。如图为N2分子在催化剂作用下发生一系列转化示意图。
下列叙述正确的是( )
A．N2→NH3，NH3→NO均属于氮的固定
B．使用催化剂a、b均可以提高单位时间内生成物的产量
C．催化剂a、b表面均发生了极性共价键的断裂
D．在催化剂a作用下，氮原子发生了氧化反应
答案 B
解析 N2→NH3属于氮的固定，NH3→NO不属于氮的固定，A错误；催化剂可以提高化学反应速率，可以提高单位时间内生成物的产量，B正确；催化剂a作用下，N2→NH3，断裂N≡N非极性共价键；催化剂b作用下，NH3→NO，断裂N—H极性共价键，C错误；催化剂a作用下，N2→NH3，氮原子化合价从0价降低至－3价，发生了还原反应，D错误。
4．(2023·重庆高三检测)已知X、Y、Z、E、F五种常见物质含有同一元素M，在一定条件下它们有如下转化，Z是NO，下列推断不合理的是( )
A．X可能是一种氢化物
B．Y生成Z一定是化合反应
C．E可能是一种有色气体
D．F中M元素的化合价可能为＋5
答案 B
解析 如果X是水，分解可生成O2，O2与N2反应生成NO，X可能是一种氢化物，故A正确；Z为NO，如果Y是O2，那么NH3与O2在催化剂的条件下可以生成NO，所以Y生成Z不一定是化合反应，故B错误；Z是NO，NO与O2反应产生红棕色的NO2气体，所以E可能是红棕色NO2，故C正确；F可以是HNO3，M元素的化合价可能为＋5，故D正确。
5．科学家从化肥厂生产的(NH4)2SO4中检出化学式为N4H4(SO4)2的物质，该物质的晶体中含有SOeq \\al(2－,4)和N4Heq \\al(4＋,4)两种离子，当N4Heq \\al(4＋,4)遇到碱性溶液时，会生成N4分子。下列说法正确的是( )
A．14N、N4与N2互为同位素
B．N4H4(SO4)2的电离方程式为N4H4(SO4)2N4Heq \\al(4＋,4)＋2SOeq \\al(2－,4)
C．N4H4(SO4)2不能与草木灰、K3PO4等化肥混合施用
D．N4H4(SO4)2中只含共价键，不含离子键
答案 C
解析 同位素是指同种元素的不同原子的互称，N4与N2为两种单质，故A错误；N4H4(SO4)2的晶体中含有SOeq \\al(2－,4)和N4Heq \\al(4＋,4)，可知该物质为离子化合物，含离子键，完全电离，电离方程式为N4H4(SO4)2===N4Heq \\al(4＋,4)＋2SOeq \\al(2－,4)，故B、D错误；草木灰、K3PO4等化肥显碱性，根据题给信息N4Heq \\al(4＋,4)遇到碱性溶液时，会生成N4分子判断，混用会使肥效降低，故C正确。
6．(2023·辽宁抚顺高三联考)含N元素的气体a可发生如图所示转化。下列说法正确的是( )
A．c生成d属于自然固氮
B．b可用于检验氯气管道是否泄漏
C．x中阴离子的空间结构为V形
D．d为酸性氧化物
答案 C
解析 由图示转化关系可知，a为NH3，b为N2，c为NO，d为NO2，x为NaNO2，y为NaNO3。NO生成NO2不属于自然固氮，故A错误；氨气可与氯气反应出现白烟，可用于检验氯气管道是否泄漏，故B错误；x中阴离子为NOeq \\al(－,2)，它的价层电子对数为3，有1个孤电子对，它的空间结构为V形，故C正确；NO2与NaOH溶液发生歧化反应，生成两种盐和水，不是酸性氧化物，故D错误。
7．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 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。
8．(2024·福州模拟)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。
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吸收尾气，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．某学习小组设计实验探究NO与铜粉的反应并检验NO，实验装置如图所示(夹持装置略)。实验开始前，向装置中通入一段时间的N2，排尽装置内的空气。
已知：在溶液中FeSO4＋NO [Fe(NO)]SO4(棕色)，该反应可用于检验NO。
下列说法不正确的是( )
A．装置F、I中的试剂依次为水、硫酸亚铁溶液
B．若观察到装置H中红色粉末变黑色，则NO与Cu发生了反应
C．实验结束后，先熄灭酒精灯，再关闭分液漏斗的活塞
D．装置J收集的气体中一定不含NO
答案 D
解析 稀硝酸与铜反应生成一氧化氮，一氧化氮能够被氧气氧化，因此实验前需要通入氮气，排尽装置中的空气，硝酸具有挥发性，生成的一氧化氮中混有少量硝酸蒸气，可以通过水吸收后再干燥，干燥的一氧化氮在装置H中与铜粉发生反应，未反应的NO可以利用硫酸亚铁溶液检验。装置F、I中的试剂依次为水、硫酸亚铁溶液，A项正确；实验结束后，为了防止倒吸，需要先熄灭酒精灯，再关闭分液漏斗的活塞，C项正确；由于FeSO4＋NO[Fe(NO)]SO4(棕色)为可逆反应，装置J收集的气体中可能含有NO，D项错误。
11．(2023·郑州模拟)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．装置E中酸性K2Cr2O7溶液的作用是吸收多余的、未反应的氮氧化物
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 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C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。
12．(2023·天津一模)合成氨及其衍生工业是化工生产的重要门类，请结合图示判断下列说法不正确的是( )
A．合成氨采用400～500 ℃是为了提高原料转化率和反应速率
B．湿润的淀粉-KI试纸不可以鉴别气体2和溴蒸气
C．生成固体1的化学方程式为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl
D．1 L气体1、2的混合气与1 L NH3在一定条件下转化为对环境无害的物质，混合气中二者的体积比为1∶1
答案 A
解析 合成氨反应为放热反应，温度降低，平衡正向移动，原料的转化率升高，所以400～500 ℃不利于提高原料的转化率，故A错误；气体2为NO2气体，NO2气体和溴蒸气都能使淀粉-KI试纸变蓝，故B正确；气体1为NO，气体2为NO2,1 L NO、NO2的混合气与1 L NH3在一定条件下转化为对环境无害的物质，反应的化学方程式为2NH3＋NO＋NO2eq \(=====,\s\up7(催化剂))2N2＋3H2O，NO、NO2的体积比等于化学计量数之比，为1∶1，故D正确。
13．氮元素形成的化合物种类十分丰富。请根据以下工业制硝酸的原理示意图回答问题：
(1)下列有关NH3的说法不正确的是________(填字母)。
A．工业合成NH3需要在高温、高压、催化剂下进行
B．NH3可用来生产碳铵和尿素等化肥
C．NH3可用浓硫酸或无水氯化钙干燥
D．NH3受热易分解，须置于冷暗处保存
(2)NH3易溶于水，标准状况下，用充满NH3的烧瓶做喷泉实验，水充满整个烧瓶后所形成溶液的物质的量浓度为______ ml·L－1。
(3)氨气燃烧的化学方程式为____________________________________________________。
(4)HNO3是一种重要的化工原料，工厂生产出的浓硝酸可用铝槽车或铁槽车来运输。在常温下能使铝、铁钝化，说明浓硝酸具有很强的________性。
(5)“吸收塔” 尾部会有含NO、NO2等氮氧化物的尾气排出，为消除它们对环境的污染，通常用以下两种方法处理：
①纯碱溶液吸收法。纯碱溶液与NO2的反应原理为Na2CO3＋2NO2===NaNO3＋__________＋CO2(完成化学方程式)。
②氨转化法。已知7 ml氨恰好能将含NO和NO2共6 ml的混合气体完全转化为N2，则混合气体中NO和NO2的物质的量之比为________，若用通式NOx表示氮氧化物，则每摩尔氨可将________ ml的NOx转化为N2。
答案 (1)CD (2)eq \f(1,22.4)(或0.045) (3)4NH3＋3O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2N2＋6H2O (4)氧化 (5)①NaNO2 ②1∶3 eq \f(3,2x)
解析 (5)②7 ml氨失去21 ml电子，根据题意和得失电子守恒可得n(NO)＋n(NO2)＝6 ml,2n(NO)＋4n(NO2)＝21 ml，解得n(NO)＝1.5 ml，n(NO2)＝4.5 ml，则混合气体中NO和NO2的物质的量之比为1∶3，若用通式NOx表示氮氧化物，反应过程中NOx分子得到2x e－，则每摩尔氨可将eq \f(3,2x) ml的NOx转化为N2。
14．(2023·安徽淮南一模)某化学实验小组为了探究氨气的性质设计了如下实验方案。
实验一：探究氨气的溶解性
氨气具有强刺激性气味，会污染空气。实验小组经过多次尝试，最终将氨气的制备、收集、检验和喷泉实验组装在一起，设计出如图装置。
(1)写出气体发生装置仪器A中产生氨气的化学方程式：_____________________________。
(2)仪器B的名称为__________，为了保证喷泉实验的良好效果，B中可以放入的试剂是__________。
(3)实验时，打开K2，关闭K3，打开K1，将注射器中的浓氨水注入A中开始制备和收集氨气。已知仪器C中放入的是滴有酚酞溶液的湿棉花，则仪器C的作用是______________________。
在不拆除装置的前提下，引发喷泉的操作是__________________________________________
_______________________________________________________________________________。
实验二：探究氨气的还原性
已知：Cu2O为红色固体，在酸性溶液中不稳定：Cu2O＋H2SO4===Cu＋CuSO4＋H2O。
(4)装置G用于制备氨气，仪器的连接顺序为e→f→________→i，装置H的作用为_______________________________________________________________________________。
实验开始前应先通一段时间的N2，其目的是_________________________________________。
(5)反应结束后装置F中的氧化铜完全反应生成红色固体，为了探究红色固体的成分，进行了如下实验：取15.6 g红色固体于烧杯中，加入足量稀硫酸充分搅拌、静置、过滤、洗涤、干燥、称重，得固体9.6 g，则红色固体的成分及物质的量为____________________________。
答案 (1)CaO＋NH3·H2O===Ca(OH)2＋NH3↑ (2)球形干燥管 碱石灰 (3)吸收并检验氨气，防止氨气直接排入空气中 关闭K1和K2，打开K3 (4)abcdgh 安全瓶、防倒吸 排尽装置内的空气(合理即可) (5)Cu2O 0.075 ml、Cu 0.075 ml
解析 (4)分析实验装置，装置G用于制备氨气，然后E用于干燥氨气，氨气和CuO在F中发生反应，然后接H，起到安全瓶的作用，最后用I进行尾气吸收。(5)所得固体为Cu，物质的量为eq \f(9.6 g,64 g·ml－1)＝0.15 ml；过程中发生反应为Cu2O＋H2SO4===Cu＋CuSO4＋H2O，每摩尔Cu2O与酸反应前后质量损失为80 g，根据反应前后质量损失为15.6 g－9.6 g＝6 g，则参加反应的Cu2O为eq \f(6 g,80 g·ml－1)＝0.075 ml，则生成Cu的物质的量为0.075 ml，所以原固体中Cu2O的物质的量为0.075 ml，Cu物质的量为eq \f(15.6 g－0.075 ml×144 g·ml－1,64 g·ml－1)＝0.075 ml，故红色固体的成分及物质的量为Cu2O 0.075 ml、Cu 0.075 ml。
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__________