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浙江省2021高考化学一轮复习专题三第四单元生产生活中的含氮化合物教案
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第四单元 生产生活中的含氮化合物
考点
考试内容
考试要求
生产生活中的含氮化合物
(1)氮氧化物的产生、转化及其性质
a
(2)氮及其化合物的相互转化关系
c
(3)氨的性质与用途
b
(4)工业合成氨
b
(5)铵盐的性质与用途
b
(6)硝酸的性质与用途
b
(7)工业制取硝酸的设备和流程
b
(8)氮肥的性质与科学使用
a
考点一 氮气及氮的氧化物
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。
(1)豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮属于氮的固定,是化学变化( )
(2)汽车尾气中的氮氧化合物主要是由游离态氮转化而来( )
(3)氮元素有负化合价、正化合价和零价,因此常温下,N2既能与氧气反应,又能与H2反应( )
(4)在实验室中,NO和NO2均用排水法收集( )
(5)可用NO2与水反应制取硝酸,故NO2是酸性氧化物( )
(6)通过灼热的镁粉,可除去N2中的少量氧气( )
(7)NO2溶于水时,NO2是氧化剂,水是还原剂( )
(8)溴蒸气和NO2都是红棕色气体,不能用湿润淀粉-KI试纸和NaOH溶液鉴别,可用AgNO3溶液、蒸馏水或CCl4鉴别 ( )
1.答案 (1)√ (2)√ (3)✕ (4)✕ (5)✕ (6)✕ (7)✕ (8)√
2.实验室欲制取适量NO气体。
(1)下图中最适合完成该实验的简易装置是 (填序号)。
(2)根据所选的装置完成下表(不需要的可不填):
应加入的物质
所起的作用
A
B
C
D
2.答案 (1)Ⅰ
(2)
应加入的物质
所起的作用
A
铜屑和稀硝酸
制取NO气体
B
水
排水法收集NO气体
C
接收B中排出的水
D
1.氮元素在自然界中的存在及氮的固定
2.氮气
(1)分子式:① N2 ,电子式:② ∶N⋮⋮N∶ ,结构式:③ 。
(2)物理性质:无色无味的气体,密度比空气略小,④ 难 溶于水,熔、沸点很低。
(3)化学性质
a.与氧气反应:⑤ N2+O2 2NO (导致汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮);
b.与氢气反应:⑥ N2+3H2 2NH3 (工业合成氨的反应原理);
c.与Mg反应:⑦ 3Mg+N2 Mg3N2 。
3.氮的氧化物
(1)氮的氧化物
氮有多种价态的氧化物,如⑧ N2O 、⑨ NO 、⑩ NO2 、 N2O4 、N2O3、N2O5等,其中属于酸性氧化物的是 N2O3、N2O5 。
(2)NO和NO2性质的比较
性质
NO
NO2
颜色、状态、气味
无色无味气体
红棕 色有刺激性气味的气体
溶解性
难溶于水
能与水反应
毒性
有毒(跟血红蛋白结合)
有毒
与水反应
不反应
3NO2+H2O 2HNO3+NO
与氧气反应
2NO+O2 2NO2
不反应
对环境的影响
导致光化学烟雾和酸雨,破坏臭氧层
题组一 氮气及其氧化物的性质
1.下列反应中,属于氮的固定的是( )
A.N2和H2在一定条件下合成氨
B.由氨制备碳酸氢铵或硫酸铵
C.NO和O2反应生成NO2
D.NO2与H2O反应生成HNO3
1.答案 A 将氮气转化为氮的化合物,属于氮的固定,A项正确,B、C、D项错误。
2.某集气瓶内充满了红棕色的气体,加入水后盖上盖子,充分振荡后瓶内呈无色,打开盖子后发现瓶口附近又变为红棕色,则原来瓶内装有的气体是( )
A.氮气 B.一氧化氮
C.二氧化氮 D.溴蒸气
2.答案 C 红棕色的二氧化氮与水反应生成无色的一氧化氮,一氧化氮再与氧气反应生成红棕色的二氧化氮。
题组二 氮的氧化物对环境的污染及治理
3.汽车排放的尾气中含有NO2,NO2是城市大气污染的主要污染物之一。在日光照射下,NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应,从而不断产生O3,加重空气污染。反应过程为①NO2 NO+O,②2NO+O2 2NO2,③O+O2 O3。下列对该反应过程及生成物叙述正确的是( )
A.NO2起催化剂作用 B.NO起催化剂作用
C.NO2只起氧化剂作用 D.O3与O2为同分异构体
3.答案 A 反应过程①+②得O2 2O,再结合③O+O2 O3可知,NO2起催化剂作用,反应过程中NO2作氧化剂,A项正确,B、C项错误;O3与O2不是同分异构体,属于同素异形体,D项错误。
4.NO2可以用氢氧化钠溶液吸收,或在一定条件下与氨气反应使之转化为无污染的物质,发生反应的化学方程式分别是2NO2+2NaOHM+NaNO3+H2O、8NH3+6NO27X+12H2O。则M、X代表的物质的化学式分别是( )
A.NaNO2、N2 B.HNO2、N2
C.NO、HNO3 D.N2、N2
4.答案 A 根据题目所提供的化学方程式,利用原子守恒可得M为NaNO2,X为N2。
归纳总结
1.常见的NOx尾气处理方法
(1)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。
(2)催化转化法
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。
2.NOx与NaOH溶液反应问题分析
(1)NO2能被NaOH溶液吸收生成2种盐。
(2)NO不能被NaOH溶液吸收。
(3)n(NO2)∶n(NO)≥1时能完全被NaOH溶液吸收。
题组三 氮的氧化物溶于水的定量计算
5.如图所示,相同条件下,两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体,分别倒置于水槽中,然后通过导管缓慢通入氧气,边通边慢慢摇动试管,直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散,则两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度之比为( )
A.1∶1 B.5∶7
C.7∶5 D.4∶3
5.答案 A 4NO2+O2+2H2O 4HNO3、4NO+3O2+2H2O 4HNO3,V(NO2)=V(NO),n(NO2)=n(NO),则生成的HNO3物质的量相等,溶液的体积也相同,故两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度相等。
6.同温同压下,在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体,它们是①NO和NO2,②NO2和O2,③NH3和N2。将3支试管均倒置于盛水的水槽中,充分反应后,试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3,则下列关系正确的是( )
A.V1>V2>V3 B.V1>V3>V2
C.V2>V3>V1 D.V3>V1>V2
6.答案 B 设各种气体的体积都为1体积。①根据3NO2+H2O 2HNO3+NO,即剩余NO的体积V1=(1+13)体积;②根据4NO2+O2+2H2O 4HNO3,即剩余O2的体积V2=(1-14)体积;③剩余N2的体积V3=1体积。
名师点拨
氮氧化物溶于水的问题分析
无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两者的混合气体,反应的实质是3NO2+H2O 2HNO3+NO,2NO+O2 2NO2,故若有气体剩余只能是NO或O2,不可能是NO2。
(1)若NO和O2通入水中,反应的总化学方程式为4NO+3O2+2H2O 4HNO3(NO和O2的物质的量之比为4∶3)。
(2)若NO2和O2通入水中,反应的总化学方程式为4NO2+O2+2H2O 4HNO3(NO2和O2的物质的量之比为4∶1)。
考点二 氨和铵盐
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。
(1)液氨汽化时吸收大量的热,因此可用来作制冷剂( )
(2)氨气遇到浓盐酸、硫酸都会发生反应,产生白烟( )
(3)加热盛有NH4Cl固体的试管,试管底部固体消失,试管口有晶体凝结,说明NH4Cl固体可以升华( )
(4)氨水中的含氮微粒中数目最多的微粒是NH4+( )
(5)铵盐都易溶于水,其水溶液均呈酸性( )
(6)现有1 mol·L-1的氨水,则该溶液中NH3·H2O的物质的量浓度是1 mol·L-1( )
1.答案 (1)√ (2)✕ (3)✕ (4)✕ (5)✕ (6)✕
2.写出NH3催化氧化生成HNO3的有关化学方程式。
2.答案 4NH3+5O2 4NO+6H2O,2NO+O2 2NO2,3NO2+H2O 2HNO3+NO。
1.氨的物理性质
无色有① 刺激性 气味的气体,密度比空气② 小 ,易③ 液化 。极易溶于水(1∶700),可由④ 喷泉 实验证明。
2.氨的化学性质
(1)还原性
与氧气反应:⑤ 4NH3+5O2 4NO+6H2O 。
与Cl2反应:⑥ 8NH3+3Cl2 N2+6NH4Cl 。
(2)与酸反应
与氯化氢反应:⑦ NH3+HCl NH4Cl ,产生白烟。
(3)与水反应:⑧ NH3+H2O NH3·H2O NH4++OH- ,氨的水溶液叫氨水,呈弱碱性。
A.氨水的组成成分有三种分子:⑨ NH3、NH3·H2O、H2O ;三种离子:⑩ NH4+、OH-、H+ 。
B.氨水的性质:容易挥发;氨水中溶质的质量分数越大,其密度越 小 ;氨水是良好的沉淀剂,能使Mg2+、Al3+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+转变为氢氧化物沉淀,其中AgOH、Cu(OH)2、Zn(OH)2等沉淀能溶于过量氨水,形成配离子。
C.涉及氨水的离子方程式的书写
a.氨水与其他物质反应时,用分子式NH3·H2O表示,如:3NH3·H2O+Al3+ Al(OH)3↓+3NH4+;
b.生成氨水时,若反应物(强碱溶液)为浓溶液或在加热条件下:NH4++OH- NH3↑+H2O;
c.生成氨水时,若反应物(强碱溶液)为稀溶液且不加热条件下:NH4++OH- NH3·H2O。
(4)与盐溶液反应
现象
离子方程式
FeCl3
溶液
生成 红褐 色沉淀
Fe3++3NH3·H2O Fe(OH)3↓+3NH4+
AlCl3
溶液
生成 白 色沉淀
Al3++3NH3·H2O Al(OH)3↓+3NH4+
3.氨的用途
(1)液氨汽化时吸收大量的热,故用作 制冷剂 。
(2)制氮肥、硝酸、铵盐、纯碱等。
4.铵盐及NH4+的检验
(1)铵盐的物理性质
大多数的铵盐是 白 色固体,均 易 溶于水。
(2)铵盐的化学性质
(3)NH4+的检验
NH4+ 无色气体 试纸 变蓝
喷泉实验
1.喷泉实验的原理
由于容器内外产生压强差而形成喷泉。气体迅速溶于水或某种溶液中,容器内压强小于容器外压强,从而产生喷泉,依据这一原理,只要使容器内气体大量溶于液体,就可以形成喷泉。
2.形成喷泉的类型
(1)只要气体易溶于吸收剂,均可做喷泉实验,吸收剂可以是水,也可以是酸性溶液、碱性溶液等。
下面是几种常见的能形成喷泉的气体和液体。
气体
HCl
NH3
CO2、Cl2、
SO2、H2S
NO2
NO、O2
(4∶3)
吸收剂
水、NaOH
溶液
水
NaOH溶液
水
水
(2)容器内的液体由于受热挥发(如浓盐酸、浓氨水、酒精等)或由于发生化学反应产生气体,容器内产生大量气体,压强迅速增大,促使容器内液体迅速向外流动,也能形成喷泉。如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等均是利用此原理。
3.引发喷泉的几种方法
(1)使烧瓶内的气体迅速溶于水或某种液体中。
(2)使烧瓶内气体温度降低,从而使气压减小。
(3)使烧瓶外待喷液液面上的气压增大。
4.喷泉实验的几种装置
装置②中最好采用顶部有孔的烧瓶。装置③引发喷泉的方法是打开止水夹,用热毛巾或双手捂热烧瓶,松开后片刻即形成喷泉现象。
题组一 氨气、铵盐的性质实验
1.探究氨气及铵盐性质的过程中,下列根据实验现象得出的结论不正确的是( )
A.将集有氨气的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨气极易溶于水
B.向氨水中加入浓氢氧化钠溶液,加热产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,说明氨水中含有NH4+
C.加热NH4HCO3固体,观察到固体逐渐减少,试管口有液滴产生,说明NH4HCO3具有不稳定性
D.将红热的Pt丝伸入上图所示的锥形瓶中,瓶口出现少量的红棕色气体,说明氨气催化氧化的产物中可能有NO
1.答案 B 氨气极易溶于水,使试管内压强迅速降低,液体迅速充满试管,A正确;氨水中存在氨分子,加热氨气逸出,也能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,不能证明是铵根离子与氢氧化钠反应产生氨气,B错误;试管口有液滴生成,说明NH4HCO3受热易分解,具有不稳定性,C正确;4NH3+5O2 4NO+6H2O,2NO+O2 2NO2,NH3的氧化产物为NO,D正确。
2.如图所示,利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水,立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象解释正确的是( )
选项
实验现象
解释
A
浓盐酸附近产生白烟
NH3与HCl反应产生了NH4Cl固体
B
浓硫酸附近无明显现象
NH3与浓硫酸不发生反应
C
氯化物溶液变浑浊
该溶液一定是AlCl3溶液
D
干燥的红色石蕊试纸不变色,湿润的红色石蕊试纸变蓝
NH3是一种可溶性碱
2.答案 A NH3能与HCl发生化合反应,生成NH4Cl白色固体,NH3也能与H2SO4发生化合反应,生成(NH4)2SO4,A正确,B错误;NH3与氯化物溶液反应生成氢氧化物沉淀,该氯化物可以是氯化铝、氯化镁等,C错误;NH3溶于水生成NH3·H2O,NH3·H2O属于碱,NH3不属于碱,D错误。
题组二 氨气制备与性质综合的实验
3.实验室制取、收集氨气,验证其还原性并进行尾气处理的装置如图,其中能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取氨气
B.用装置乙收集氨气时气体从a口进,从b口出
C.装置丙中黑色固体变成红色时还原产物一定为铜
D.可以用装置丁吸收氨气,进行尾气处理
3.答案 B A项,实验室用NH4Cl和Ca(OH)2共热来制NH3,错误;B项,NH3密度比空气小,收集时应短进长出,正确;C项,CuO也可能被还原成红色的Cu2O,错误;D项,NH3在饱和食盐水中的溶解度很大,用装置丁来吸收,易引起倒吸,错误。
4.氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径,某同学用该原理在实验室探究硝酸的制备和性质,设计了如图所示装置。
(1)甲装置不需要加热即能同时产生氨气和氧气,锥形瓶内固体X为 。
(2)乙装置的作用是 ;写出受热时丙装置中发生反应的化学方程式: 。
(3)当戊中观察到 现象,则说明已制得硝酸。某同学按上图组装仪器并检验气密性后进行实验,没有观察到此现象,请分析实验失败的可能原因是 ,如何改进装置: 。
(4)改进后待反应结束,将丁装置倒立在盛水的水槽中,会观察到的现象是 。
4.答案 (1)过氧化钠
(2)干燥氧气和氨气的混合气体 4NH3+5O2 4NO+6H2O
(3)紫色石蕊溶液变红 过量的氨气致使戊中溶液不一定呈酸性 在丙和丁之间连接盛有无水氯化钙的干燥管或盛有浓硫酸的洗气瓶
(4)试管丁内水面慢慢上升,上升到一定高度不再变化,试管内气体颜色由红棕色逐渐变淡至无色
解析 (1)甲中不需要加热即能同时产生NH3和O2,说明固体X溶于氨水既产生O2又放出大量热,则该固体为Na2O2。(2)乙装置可干燥NH3和O2;NH3和O2在加热和Cr2O3的催化作用下,发生催化氧化反应。
(3)HNO3能使紫色石蕊溶液变红,由于NH3过量,可能会与HNO3反应,致使观察不到石蕊溶液变红的现象,可在丙和丁之间连接一个能除去NH3的装置。
(4)丁装置中有NO2,NO2会与H2O反应生成无色的NO,且使气体体积减小。
考点三 硝酸 氮及其重要化合物间的转化关系
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。
(1)常温下,铁、铝在浓硝酸中的钝化为化学变化( )
(2)可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S( )
(3)过量的铜与浓硝酸反应,产物中一定有NO( )
(4)浓硝酸在光照下久置,会变黄( )
(5)浓硝酸中滴加紫色石蕊溶液,最终变为红色( )
(6)稀硝酸可除去试管内壁的银镜( )
(7)常温下,将浓硝酸滴加到用砂纸打磨过的铝条上,会产生红棕色气体( )
1.答案 (1)√ (2)✕ (3)√ (4)√ (5)✕ (6)√ (7)✕
2.用动态观点理解Cu与浓硝酸的反应。在浓硝酸中放入Cu片,回答下列问题。
(1)反应开始时的化学方程式为 ,实验现象为 。
(2)若Cu片有剩余,则反应将要结束时的化学方程式为 。
(3)待反应停止后,若Cu片有剩余,再加入少量的稀硫酸,这时Cu片上又有气泡产生,原因是 。
2.答案 (1)Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 溶液逐渐变蓝色,有红棕色气体逸出
(2)3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(3)加入稀硫酸后,氢离子与原溶液中的硝酸根离子构成强氧化性酸,又能与过量的铜反应
1.物理性质
(1)常温下,纯硝酸为无色、有① 刺激性 气味的② 液 体。
(2)硝酸沸点较低,易挥发,在空气中遇水蒸气形成白雾。
2.化学性质
(1)强酸性
稀硝酸使紫色石蕊试液变红。
(2)不稳定性
a.反应:③ 4HNO3(浓) 2H2O+4NO2↑+O2↑ 。
b.市售浓硝酸呈黄色的原因是④ 硝酸分解生成的NO2溶解在浓硝酸里 。
c.硝酸保存在⑤ 棕色 试剂瓶中,置于冷暗处,不能用橡胶塞。
(3)强氧化性
a.与金属反应
常温下,铁、铝遇冷的浓硝酸能发生⑥ 钝化 。
稀硝酸与铜反应:⑦ 3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 。
浓硝酸与铜反应:⑧ Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 。
b.与非金属反应
如浓硝酸与C的反应:⑨ C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O 。
c.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为⑩ 3Fe2++4H++NO3- 3Fe3++NO↑+2H2O 。
d.王水
浓硝酸和浓盐酸按体积比 1∶3 混合即得王水,它的氧化性更强,能溶解Pt、Au等金属。
(4)与有机物反应
a.硝化反应(与苯反应): +HNO3 +H2O 。
b.颜色反应:蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。
3.用途
化工原料,用于制化肥、染料、炸药等。
4.氮及其化合物的转化关系
题组一 硝酸的性质
1.一定质量的铜分别与足量的稀硝酸或浓硝酸完全反应,在相同条件下,用排水法收集产生的气体(假设产物中气体只可能是NO或NO2)。下列叙述中一定正确的是( )
①硝酸溶液的浓度越大,消耗的HNO3越少
②硝酸溶液的浓度不同,生成的Cu(NO3)2的物质的量相同
③硝酸溶液的浓度越大,产生的气体越少
④用排水法收集到的气体在相同状况下体积相同
A.只有② B.②④ C.③④ D.①②③
1.答案 B 3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O、Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,由化学方程式可知等量的铜与硝酸反应,硝酸浓度越大,消耗的HNO3越多,生成气体的量越多,但生成Cu(NO3)2的量相同,故①、③不正确,②正确。3NO2+H2O 2HNO3+NO,用排水法收集NO2时,最终收集到的为NO,由关系式3Cu~6NO2~2NO可知④正确。
2.为证明稀硝酸与铜反应产物中的气体为NO,设计下图实验(实验过程中分液漏斗上面的塞子为打开状态),下列说法中不正确的是( )
A.关闭活塞1,加入稀硝酸至液面a处
B.在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率
C.通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行
D.反应开始后,胶塞下方有无色气体生成,但不能证明该气体为NO
2.答案 A 关闭活塞1,将无法加液体到液面a,A项错误;关闭活塞1,生成的NO把稀硝酸压向右边,使铜丝与稀硝酸分离,C项正确;若要证明该气体为NO,须使NO与O2接触,生成红棕色的NO2,D项正确。
名师点拨
(1)浓、稀硝酸均具有强氧化性,浓度越大,氧化性越强。其还原产物的价态越高,一般情况下,HNO3(浓) NO2,HNO3(稀) NO。
(2)浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红,后褪色,该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性。
(3)常温下,铁、铝遇冷的浓硝酸能发生“钝化”,故浓硝酸可用铁桶盛放。
题组二 有关硝酸的定量计算
3.有一稀硫酸和稀硝酸的混合液,其中H2SO4和HNO3的物质的量浓度分别是4 mol/L和2 mol/L,取10 mL此混合液,向其中加入过量的铁粉,待反应结束后,可产生标准状况下的气体的体积为(设反应中HNO3被还原成NO)( )
A.0.448 L B.0.896 L
C.0.672 L D.0.224 L
3.答案 C 10 mL混合液中,n(H2SO4)=0.04 mol,n(HNO3)=0.02 mol,所以n(H+)=0.1 mol,n(NO3-)=0.02 mol,加入过量的铁粉后,先发生反应:3Fe+8H++2NO3- 3Fe2++2NO↑+4H2O,H+过量0.02 mol,产生NO气体0.02 mol。过量的H+再与Fe发生反应:2H++Fe Fe2++H2↑,产生0.01 mol H2,故反应结束后共产生气体0.02 mol+0.01 mol=0.03 mol,标准状况下的体积为0.672 L。
4.取铜镁合金完全溶于浓硝酸中,反应过程中硝酸被还原只产生0.896 L NO2气体和0.672 L N2O4气体(气体体积都已折算为标准状况),在反应后的溶液中加足量的氢氧化钠溶液,生成沉淀质量为3.7 g。则合金中铜与镁的物质的量之比等于( )
A.1∶1 B.2∶1
C.3∶2 D.2∶3
4.答案 D 假设铜的物质的量为n1 mol,镁的物质的量为n2 mol,由题意可知NO2的物质的量为0.04 mol,N2O4的物质的量为0.03 mol。结合得失电子守恒可知:2n1+2n2=0.04×1+0.03×2,根据最终所得沉淀质量为3.7 g可知:98n1+58n2=3.7,解得:n1=0.02,n2=0.03。
方法技巧
硝酸与金属反应的思维模型
题组三 硝酸的工业制法
5.工业上制取硝酸铵的流程图如图,请回答下列问题:
(1)在上述工业制硝酸的生产中,B设备的名称是 ,其中发生反应的化学方程式为 。
(2)在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是 。
(3)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物,可用如下两种方法处理:
碱液吸收法:NO+NO2+2NaOH 2NaNO2+H2O
NH3还原法: NH3+ NO2 N2+ H2O
①配平上述反应的化学方程式。
②以上两种方法中,符合绿色化学的是 。
(4)某化肥厂用NH3制备NH4NO3。已知:由NH3制NO的产率是96%,NO制HNO3的产率是92%,则制HNO3所用去的NH3的质量占消耗NH3总质量(不考虑其他损耗)的 %。(结果保留一位小数)
5.答案 (1)转化器 4NH3+5O2 4NO+6H2O
(2)可使NO循环利用,全部转化成HNO3
(3)①8 6 7 12 ②NH3还原法
(4)53.1
解析 (4)设制HNO3消耗NH3的质量为x,
NH3 ~ HNO3
x x×96%×92%
HNO3 + NH3 NH4NO3
x×96%×92% x×96%×92%
xx+x×96%×92%×100%≈53.1%。
A组 基础题组
1.(2020浙江海宁高级中学检测)下列由相关实验现象推出的结论正确的是( )
A.NH4Cl和NH4HCO3受热都能分解,说明可以用加热NH4Cl或NH4HCO3固体的方法制氨气
B.向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀,说明该溶液中一定有SO42-
C.Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应
D.分别将充满HCl、NH3的烧瓶倒置于水中,液面均迅速上升,说明二者均易溶于水
1.答案 D 不能用加热NH4Cl固体的方法制氨气,因为NH3和HCl会在试管里重新化合成NH4Cl;硝酸能将SO32-氧化成SO42-,B项实验不能说明原溶液中一定有SO42-;铁和稀硝酸反应生成的气体是NO不是H2。
2.(2020浙江宁波万里国际学校检测)下列说法不正确的是( )
A.向稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解,再加入Cu(NO3)2固体,铜粉仍不溶解
B.某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,该气体的水溶液显碱性
C.铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO3- 3Cu2++2NO↑+4H2O
D.HNO3→NO→NO2,以上各步变化均能通过一步实现
2.答案 A 稀硫酸与铜不反应,向溶液中再加入Cu(NO3)2固体,相当于存在稀硝酸,则铜粉与稀硝酸反应而溶解。
3.(2020浙江宁波中学检测)NH3是一种重要的化工原料,可以制备一系列物质(见下图)。下列说法中正确的是( )
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.图中所涉及的盐类物质均可发生水解
3.答案 C A项,NaHCO3不能作化肥;B项,Na2CO3受热时不易分解;C项,NH3和NO2在一定条件下可发生反应:8NH3+6NO2 7N2+12H2O,属于氧化还原反应;D项,NaCl不能水解。
4.(2019浙江平阳第一中学质量检测)某同学利用如图所示装置进行实验,一段时间后,水沿导管缓慢上升。下列说法错误的是 ( )
A.实验过程中气球体积会发生变化
B.广口瓶中液体的pH减小
C.广口瓶中有化合反应发生
D.试管中不可能发生分解反应
4.答案 D 铜与浓硝酸反应生成的NO2气体进入广口瓶中,与水反应生成NO,NO可能再与水上方的O2化合生成NO2,气体进入气球使其体积变大;广口瓶中有硝酸生成,液体的pH减小;试管中有浓硝酸,有可能发生浓硝酸的分解反应。
5.(2019浙江宁波效实中学月考)一定体积0.01 mol·L-1的稀硝酸恰好能氧化一定质量的铁、铝混合物,已知两种金属均被氧化为最高价态,还原产物只有NO。若用0.01 mol·L-1NaOH溶液溶解相同质量的该混合物,当反应完全时所需氢氧化钠溶液的体积是稀硝酸的15,则样品中铁、铝的物质的量之比为( )
A.2∶3 B.1∶3 C.1∶4 D.5∶3
5.答案 C 设样品中铁和铝的物质的量分别为x和y,根据Fe+4HNO3(稀) Fe(NO3)3+NO↑+2H2O、Al+4HNO3(稀) Al(NO3)3+NO↑+2H2O,反应中消耗HNO3的物质的量为4x+4y;2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2↑中消耗NaOH的物质的量为y,即y4x+4y=15,解得x∶y=1∶4。
6.(2020浙江温州第二高级中学月考)FeS与一定浓度的HNO3溶液反应,生成Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、NO2、N2O4、NO和H2O,当NO2、N2O4、NO的物质的量之比为1∶1∶1时,实际参加反应的FeS与HNO3的物质的量之比为( )
A.1∶6 B.16∶25
C.2∶11 D.1∶7
6.答案 D 当生成的NO2、N2O4、NO的物质的量之比为1∶1∶1时,若4 mol HNO3被还原得到6 mol电子,当1 mol FeS生成硝酸铁、硫酸铁时化合价的变化为:铁元素升高1价,硫元素升高8价,即共失去9 mol电子,所以参加氧化还原反应的FeS与被还原的HNO3的物质的量之比为1∶6。但是生成物中还有硝酸铁,有一部分硝酸起了酸性介质作用,通过元素守恒可得FeS与HNO3的比例为1∶7。
7.(2019江苏盐城四模)研究表明,雾霾中的无机物颗粒主要是硫酸铵和硝酸铵,大气中的氨是雾霾的促进剂。减少氨排放的下列解决方案不可行的是( )
A.改变自然界氮循环途径,使其不产生氨
B.加强对含氨废水的处理,降低氨气排放
C.采用氨法对烟气脱硝时,设置除氨设备
D.使用生物有机肥料,减少使用化肥
7.答案 A 人类无法改变自然界氮循环途径,使其不产生氨。
8.(2019河南名校联考)为了探究氨气的还原性,设计如下实验:
已知:Cu2O呈红色,在酸性条件下不稳定,生成铜和二价铜盐。下列说法错误的是( )
A.固体X可能是生石灰或氢氧化钠,干燥管中的试剂可能是碱石灰
B.先启动装置①中的反应,当装置④漏斗中产生较多白雾时,再点燃酒精灯
C.在实验室,可以用装置①来制备氧气、二氧化碳或氢气
D.实验结束取少量硬质玻璃管中的红色固体加稀硝酸,若溶液变蓝,则一定含有Cu2O
8.答案 D 向生石灰或氢氧化钠固体中滴加浓氨水时,会产生氨气,可用碱石灰干燥氨气,故A正确;先通氨气排尽装置中的空气,当漏斗中氨气遇水产生较多白雾时,表明装置内的空气已经排尽,再点燃装置③处的酒精灯,故B正确;装置①适合“固液不加热制气”,而氧气、二氧化碳和氢气均可在常温下由“固+液”制得,故C正确;铜和氧化亚铜都可以与稀硝酸反应生成硝酸铜,因此不能用稀硝酸检验红色固体是否含有氧化亚铜,应该用稀盐酸或稀硫酸,故D错误。
9.(2019湖南岳阳第一中学二检)已知很多气体都能用来做喷泉实验,若在标准状况下两个等体积烧瓶,一个收集满HCl和N2的混合气体,另一个收集满NO2,如图所示,喷泉实验停止后,两个烧瓶内溶液中溶质的物质的量浓度(c)和溶质的质量分数(ω)的关系是(两烧瓶所得溶液密度几乎相等)( )
A.c和ω都不同 B.c和ω都相同
C.c相同,ω不同 D.ω相同,c不同
9.答案 C 设标准状况下,两个烧瓶内分别盛有x L HCl、y L NO2,第一个烧瓶中只有HCl溶于水,n(HCl)=xL22.4 L/mol=x22.4mol,溶液的体积为x L,所以c(HCl)=x/22.4x=122.4 mol/L;第二个烧瓶中发生反应:3NO2+H2O 2HNO3+NO,n(HNO3)=23n(NO2)=23×(y22.4) mol,溶液的体积为23y L,所以c(HNO3)=23×(y22.4)23y mol·L-1=122.4 mol/L;由此可以看出两溶液中溶质的物质的量浓度相等。关系式c=1 000ρω/M,可知两溶液的c、ρ(密度)相同,但M(溶质的摩尔质量)不同,所以ω(质量分数)不同。
10.(2019辽宁师范大学附属中学一模)取x g铜镁合金完全溶于浓硝酸中,反应过程中硝酸被还原只产生8 960 mL的NO2气体和672 mL的N2O4气体(都已折算为标准状况下的体积),在反应后的溶液中加入足量的氢氧化钠溶液,生成沉淀的质量为17.02 g。则x等于( )
A.8.64 B.9.20 C.9.00 D.9.44
10.答案 B 反应流程为:
MgCuMg2+、Cu2+NO2、N2O4Mg(OH)2Cu(OH)2
x g=17.02 g-m(OH-),而OH-的物质的量等于镁、铜失去电子的物质的量,等于HNO3得电子的物质的量,即n(OH-)=8.96 L22.4 L·mol-1×1+0.672 L22.4 L·mol-1×2×1=0.46 mol,所以x g=17.02 g-0.46 mol×17 g·mol-1=9.20 g。
B组 提升题组
11.(2019安徽皖江名校摸底联考)某工厂拟综合处理含NH4+的废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO,不考虑其他成分),设计了如图所示流程:
下列说法正确的是( )
A.固体1中主要含有CaCO3、CaSO3
B.X可以是空气,且需过量
C.捕获剂所捕获的气体主要是CO
D.处理含NH4+的废水时,发生的反应为NH4++5NO2-+4H+ 6NO↑+4H2O
11.答案 C N2、CO2、SO2、NO、CO通过过量的石灰乳,二氧化碳和二氧化硫被吸收,生成碳酸钙和亚硫酸钙,固体1中还含有Ca(OH)2;剩余气体1含有氮气、一氧化氮和一氧化碳,从后面产物有亚硝酸钠分析,通入的X可能是空气,将一氧化氮氧化为二氧化氮,但不能过量,否则不能生成亚硝酸钠;气体2为一氧化碳和氮气,氮气无污染,所以捕获的气体为一氧化碳;铵根离子和亚硝酸根离子发生氧化还原反应生成氮气。
12.(2019河北衡水中学联考)资料显示:一定条件下NH3能还原CuO。为了证明资料的真实性,利用下列装置(含药品)进行实验,其中错误的是( )
12.答案 A 氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢,在试管口附近氨气和氯化氢遇冷又生成了白色固体氯化铵,故不能用于制备氨气,A项错误;可以在硬质玻璃管中进行氨还原氧化铜的反应,B项正确;碱石灰可以干燥氨气,C项正确;氨气与稀硫酸反应,用该装置吸收尾气中的氨气可以防止倒吸,D项正确。
13.(2020浙江宁波华茂外国语学校检测)亚硝酸钠是一种工业用盐,广泛用于物质合成、金属表面处理等,它的一些性质或用途如图所示,下列说法不正确的是( )
A.NaNO2的稳定性大于NH4NO2
B.NaNO2与N2H4反应,NaNO2是氧化剂
C.可用淀粉碘化钾试纸和食醋鉴别NaCl与NaNO2
D.NaN3分解,每产生1 mol N2转移6 mol e-
13.答案 D NH4NO2微热易分解,而NaNO2加热难分解,所以NaNO2的稳定性大于NH4NO2,故A正确;NaNO2与N2H4反应生成NaN3,NaNO2中氮元素的化合价由+3价降低为-13价,是氧化剂,故B正确;NaNO2具有氧化性,在酸性条件下氧化碘化钾,得到单质碘,单质碘使淀粉溶液变蓝,NaCl无氧化性,在酸性条件下不能氧化碘化钾,所以可用淀粉碘化钾试纸和食醋鉴别NaCl与NaNO2,故C正确;NaN3中氮元素的化合价为-13价,生成1个N2转移23个电子,则每产生1 mol N2转移23 mol e-,故D错误。
14.(2020浙江温岭新河中学检测)某氮肥NH4HCO3中混有少量(NH4)2CO3,现采用下列方案测定该氮肥中(NH4)2CO3的质量分数:称取5.7 g样品与2.0 mol·L-1 NaOH溶液混合,完全溶解后,低温加热使其充分反应(该温度下铵盐不分解),并使生成的氨气全部被稀硫酸吸收,测得氨气的质量与所用NaOH溶液体积的关系如图所示。请回答下列问题:
(1)A点前样品与NaOH溶液反应的离子方程式为 。
(2)为使生成的氨气被稀硫酸吸收时不发生倒吸,可以选用下列装置中的 (填字母序号)。
(3)样品中(NH4)2CO3的质量分数是 %(保留一位小数)。
(4)当V(NaOH)=50 mL时,生成NH3的质量为 。
14.答案 (1)HCO3-+OH- CO32-+H2O
(2)ABD (3)16.8 (4)0.68 g
解析 (1)样品中的HCO3-和NH4+都能与OH-反应,只有HCO3-反应完之后,NH4+才会与OH-反应生成NH3。(2)A、B中的漏斗和球形干燥管能蓄积较多液体,可防止倒吸;NH3不溶于CCl4,D装置也能防止倒吸。(3)设样品中NH4HCO3、(NH4)2CO3的物质的量分别为x mol、y mol,则79x+96y=5.7,2x+2y=0.14。解得:x=0.06,y=0.01。m[(NH4)2CO3]=0.96 g,ω[(NH4)2CO3]=0.96 g5.7 g×100%≈16.8%。(4)当V(NaOH)=50 mL时,n(NaOH)=0.1 mol。与HCO3-反应的NaOH为0.06 mol,与NH4+反应的NaOH为0.04 mol,所以生成的NH3为0.04 mol,质量为0.68 g。
15.(2019广西桂林中学5月模拟)氨气和氯气是重要的工业原料,室温下某兴趣小组设计了相关实验探究它们的某些性质。实验一:用氨气认识喷泉实验的原理,并测定电离平衡常数K(NH3·H2O)。
图1 喷泉实验装置
图2 盐酸滴定氨水的pH曲线
(1)检查图1中装置Ⅰ的气密性的方法是 。
(2)喷泉实验结束后,发现三颈烧瓶未充满水(假如装置的气密性良好),原因是 。用 (填仪器名称)量取25.00 mL喷泉实验后的氨水至锥形瓶中,用0.050 0 mol·L-1盐酸滴定,滴定曲线如图2所示。下列关于该滴定实验的说法中正确的是 (选填字母)。
A.当pH=7.0时,氨水与盐酸恰好中和
B.选择酚酞作为指示剂,测定结果偏低
C.酸式滴定管未用盐酸润洗会导致测定结果偏低
D.当pH=11.0时,K(NH3·H2O)约为2.27×10-5
实验二:拟用如下装置设计实验来探究纯净、干燥的氯气与氨气的反应。
(3)A中所发生反应的化学方程式为 。
(4)上图中的装置连接顺序为A→ → → → → (用大写字母表示)。若按照正确顺序连接实验装置后,整套实验装置存在的主要缺点是 。
(5)写出F装置中的反应的一种工业用途: 。
(6)反应完成后,F装置中底部有固体物质生成。请利用该固体物质设计一个实验方案证明NH3·H2O为弱碱(其余实验用品自选): 。
15.答案 (1)关闭止水夹K,打开分液漏斗的旋塞和盖子,从分液漏斗往烧瓶中加水,若分液漏斗中形成一段水柱且一段时间不变化,说明气密性良好
(2)氨气中混有空气 碱式滴定管(或移液管) BD
(3)2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2H2O+2NH3↑
(4)D F C E B 无尾气处理装置
(5)用氨气检验氯气管道是否泄漏
(6)取F装置中的固体物质溶于水配成溶液,测定溶液的pH,若pH<7,可证明NH3·H2O为弱碱
解析 (2)NH4Cl溶液呈酸性,当pH=7.0时,氨水与盐酸没有完全中和,盐酸不足,故A错误;选择酚酞作为指示剂,加入的盐酸不足,测定结果偏低,故B正确;酸式滴定管未用盐酸润洗会导致所加盐酸体积偏大,测定结果偏高,故C错误;由题图可知,恰好完全反应时,盐酸的体积为22.50 mL,c(NH3·H2O)=0.050 0×22.525.00 mol·L-1=0.045 mol·L-1,当pH=11.0时,盐酸的体积为0,K(NH3·H2O)=c(OH-)·c(NH4+)c(NH3·H2O)≈10-3×10-30.045-10-3≈2.27×10-5,故D正确。(4)A制NH3,D干燥NH3,F混合反应气体,C干燥Cl2,E除去Cl2中的HCl,B制取Cl2,装置连接顺序为A→D→F→C→E→B;若按照正确顺序连接实验装置后,整套实验装置存在的主要缺点是无尾气处理装置。
考点
考试内容
考试要求
生产生活中的含氮化合物
(1)氮氧化物的产生、转化及其性质
a
(2)氮及其化合物的相互转化关系
c
(3)氨的性质与用途
b
(4)工业合成氨
b
(5)铵盐的性质与用途
b
(6)硝酸的性质与用途
b
(7)工业制取硝酸的设备和流程
b
(8)氮肥的性质与科学使用
a
考点一 氮气及氮的氧化物
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。
(1)豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮属于氮的固定,是化学变化( )
(2)汽车尾气中的氮氧化合物主要是由游离态氮转化而来( )
(3)氮元素有负化合价、正化合价和零价,因此常温下,N2既能与氧气反应,又能与H2反应( )
(4)在实验室中,NO和NO2均用排水法收集( )
(5)可用NO2与水反应制取硝酸,故NO2是酸性氧化物( )
(6)通过灼热的镁粉,可除去N2中的少量氧气( )
(7)NO2溶于水时,NO2是氧化剂,水是还原剂( )
(8)溴蒸气和NO2都是红棕色气体,不能用湿润淀粉-KI试纸和NaOH溶液鉴别,可用AgNO3溶液、蒸馏水或CCl4鉴别 ( )
1.答案 (1)√ (2)√ (3)✕ (4)✕ (5)✕ (6)✕ (7)✕ (8)√
2.实验室欲制取适量NO气体。
(1)下图中最适合完成该实验的简易装置是 (填序号)。
(2)根据所选的装置完成下表(不需要的可不填):
应加入的物质
所起的作用
A
B
C
D
2.答案 (1)Ⅰ
(2)
应加入的物质
所起的作用
A
铜屑和稀硝酸
制取NO气体
B
水
排水法收集NO气体
C
接收B中排出的水
D
1.氮元素在自然界中的存在及氮的固定
2.氮气
(1)分子式:① N2 ,电子式:② ∶N⋮⋮N∶ ,结构式:③ 。
(2)物理性质:无色无味的气体,密度比空气略小,④ 难 溶于水,熔、沸点很低。
(3)化学性质
a.与氧气反应:⑤ N2+O2 2NO (导致汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮);
b.与氢气反应:⑥ N2+3H2 2NH3 (工业合成氨的反应原理);
c.与Mg反应:⑦ 3Mg+N2 Mg3N2 。
3.氮的氧化物
(1)氮的氧化物
氮有多种价态的氧化物,如⑧ N2O 、⑨ NO 、⑩ NO2 、 N2O4 、N2O3、N2O5等,其中属于酸性氧化物的是 N2O3、N2O5 。
(2)NO和NO2性质的比较
性质
NO
NO2
颜色、状态、气味
无色无味气体
红棕 色有刺激性气味的气体
溶解性
难溶于水
能与水反应
毒性
有毒(跟血红蛋白结合)
有毒
与水反应
不反应
3NO2+H2O 2HNO3+NO
与氧气反应
2NO+O2 2NO2
不反应
对环境的影响
导致光化学烟雾和酸雨,破坏臭氧层
题组一 氮气及其氧化物的性质
1.下列反应中,属于氮的固定的是( )
A.N2和H2在一定条件下合成氨
B.由氨制备碳酸氢铵或硫酸铵
C.NO和O2反应生成NO2
D.NO2与H2O反应生成HNO3
1.答案 A 将氮气转化为氮的化合物,属于氮的固定,A项正确,B、C、D项错误。
2.某集气瓶内充满了红棕色的气体,加入水后盖上盖子,充分振荡后瓶内呈无色,打开盖子后发现瓶口附近又变为红棕色,则原来瓶内装有的气体是( )
A.氮气 B.一氧化氮
C.二氧化氮 D.溴蒸气
2.答案 C 红棕色的二氧化氮与水反应生成无色的一氧化氮,一氧化氮再与氧气反应生成红棕色的二氧化氮。
题组二 氮的氧化物对环境的污染及治理
3.汽车排放的尾气中含有NO2,NO2是城市大气污染的主要污染物之一。在日光照射下,NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应,从而不断产生O3,加重空气污染。反应过程为①NO2 NO+O,②2NO+O2 2NO2,③O+O2 O3。下列对该反应过程及生成物叙述正确的是( )
A.NO2起催化剂作用 B.NO起催化剂作用
C.NO2只起氧化剂作用 D.O3与O2为同分异构体
3.答案 A 反应过程①+②得O2 2O,再结合③O+O2 O3可知,NO2起催化剂作用,反应过程中NO2作氧化剂,A项正确,B、C项错误;O3与O2不是同分异构体,属于同素异形体,D项错误。
4.NO2可以用氢氧化钠溶液吸收,或在一定条件下与氨气反应使之转化为无污染的物质,发生反应的化学方程式分别是2NO2+2NaOHM+NaNO3+H2O、8NH3+6NO27X+12H2O。则M、X代表的物质的化学式分别是( )
A.NaNO2、N2 B.HNO2、N2
C.NO、HNO3 D.N2、N2
4.答案 A 根据题目所提供的化学方程式,利用原子守恒可得M为NaNO2,X为N2。
归纳总结
1.常见的NOx尾气处理方法
(1)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。
(2)催化转化法
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。
2.NOx与NaOH溶液反应问题分析
(1)NO2能被NaOH溶液吸收生成2种盐。
(2)NO不能被NaOH溶液吸收。
(3)n(NO2)∶n(NO)≥1时能完全被NaOH溶液吸收。
题组三 氮的氧化物溶于水的定量计算
5.如图所示,相同条件下,两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体,分别倒置于水槽中,然后通过导管缓慢通入氧气,边通边慢慢摇动试管,直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散,则两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度之比为( )
A.1∶1 B.5∶7
C.7∶5 D.4∶3
5.答案 A 4NO2+O2+2H2O 4HNO3、4NO+3O2+2H2O 4HNO3,V(NO2)=V(NO),n(NO2)=n(NO),则生成的HNO3物质的量相等,溶液的体积也相同,故两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度相等。
6.同温同压下,在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体,它们是①NO和NO2,②NO2和O2,③NH3和N2。将3支试管均倒置于盛水的水槽中,充分反应后,试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3,则下列关系正确的是( )
A.V1>V2>V3 B.V1>V3>V2
C.V2>V3>V1 D.V3>V1>V2
6.答案 B 设各种气体的体积都为1体积。①根据3NO2+H2O 2HNO3+NO,即剩余NO的体积V1=(1+13)体积;②根据4NO2+O2+2H2O 4HNO3,即剩余O2的体积V2=(1-14)体积;③剩余N2的体积V3=1体积。
名师点拨
氮氧化物溶于水的问题分析
无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两者的混合气体,反应的实质是3NO2+H2O 2HNO3+NO,2NO+O2 2NO2,故若有气体剩余只能是NO或O2,不可能是NO2。
(1)若NO和O2通入水中,反应的总化学方程式为4NO+3O2+2H2O 4HNO3(NO和O2的物质的量之比为4∶3)。
(2)若NO2和O2通入水中,反应的总化学方程式为4NO2+O2+2H2O 4HNO3(NO2和O2的物质的量之比为4∶1)。
考点二 氨和铵盐
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。
(1)液氨汽化时吸收大量的热,因此可用来作制冷剂( )
(2)氨气遇到浓盐酸、硫酸都会发生反应,产生白烟( )
(3)加热盛有NH4Cl固体的试管,试管底部固体消失,试管口有晶体凝结,说明NH4Cl固体可以升华( )
(4)氨水中的含氮微粒中数目最多的微粒是NH4+( )
(5)铵盐都易溶于水,其水溶液均呈酸性( )
(6)现有1 mol·L-1的氨水,则该溶液中NH3·H2O的物质的量浓度是1 mol·L-1( )
1.答案 (1)√ (2)✕ (3)✕ (4)✕ (5)✕ (6)✕
2.写出NH3催化氧化生成HNO3的有关化学方程式。
2.答案 4NH3+5O2 4NO+6H2O,2NO+O2 2NO2,3NO2+H2O 2HNO3+NO。
1.氨的物理性质
无色有① 刺激性 气味的气体,密度比空气② 小 ,易③ 液化 。极易溶于水(1∶700),可由④ 喷泉 实验证明。
2.氨的化学性质
(1)还原性
与氧气反应:⑤ 4NH3+5O2 4NO+6H2O 。
与Cl2反应:⑥ 8NH3+3Cl2 N2+6NH4Cl 。
(2)与酸反应
与氯化氢反应:⑦ NH3+HCl NH4Cl ,产生白烟。
(3)与水反应:⑧ NH3+H2O NH3·H2O NH4++OH- ,氨的水溶液叫氨水,呈弱碱性。
A.氨水的组成成分有三种分子:⑨ NH3、NH3·H2O、H2O ;三种离子:⑩ NH4+、OH-、H+ 。
B.氨水的性质:容易挥发;氨水中溶质的质量分数越大,其密度越 小 ;氨水是良好的沉淀剂,能使Mg2+、Al3+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+转变为氢氧化物沉淀,其中AgOH、Cu(OH)2、Zn(OH)2等沉淀能溶于过量氨水,形成配离子。
C.涉及氨水的离子方程式的书写
a.氨水与其他物质反应时,用分子式NH3·H2O表示,如:3NH3·H2O+Al3+ Al(OH)3↓+3NH4+;
b.生成氨水时,若反应物(强碱溶液)为浓溶液或在加热条件下:NH4++OH- NH3↑+H2O;
c.生成氨水时,若反应物(强碱溶液)为稀溶液且不加热条件下:NH4++OH- NH3·H2O。
(4)与盐溶液反应
现象
离子方程式
FeCl3
溶液
生成 红褐 色沉淀
Fe3++3NH3·H2O Fe(OH)3↓+3NH4+
AlCl3
溶液
生成 白 色沉淀
Al3++3NH3·H2O Al(OH)3↓+3NH4+
3.氨的用途
(1)液氨汽化时吸收大量的热,故用作 制冷剂 。
(2)制氮肥、硝酸、铵盐、纯碱等。
4.铵盐及NH4+的检验
(1)铵盐的物理性质
大多数的铵盐是 白 色固体,均 易 溶于水。
(2)铵盐的化学性质
(3)NH4+的检验
NH4+ 无色气体 试纸 变蓝
喷泉实验
1.喷泉实验的原理
由于容器内外产生压强差而形成喷泉。气体迅速溶于水或某种溶液中,容器内压强小于容器外压强,从而产生喷泉,依据这一原理,只要使容器内气体大量溶于液体,就可以形成喷泉。
2.形成喷泉的类型
(1)只要气体易溶于吸收剂,均可做喷泉实验,吸收剂可以是水,也可以是酸性溶液、碱性溶液等。
下面是几种常见的能形成喷泉的气体和液体。
气体
HCl
NH3
CO2、Cl2、
SO2、H2S
NO2
NO、O2
(4∶3)
吸收剂
水、NaOH
溶液
水
NaOH溶液
水
水
(2)容器内的液体由于受热挥发(如浓盐酸、浓氨水、酒精等)或由于发生化学反应产生气体,容器内产生大量气体,压强迅速增大,促使容器内液体迅速向外流动,也能形成喷泉。如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等均是利用此原理。
3.引发喷泉的几种方法
(1)使烧瓶内的气体迅速溶于水或某种液体中。
(2)使烧瓶内气体温度降低,从而使气压减小。
(3)使烧瓶外待喷液液面上的气压增大。
4.喷泉实验的几种装置
装置②中最好采用顶部有孔的烧瓶。装置③引发喷泉的方法是打开止水夹,用热毛巾或双手捂热烧瓶,松开后片刻即形成喷泉现象。
题组一 氨气、铵盐的性质实验
1.探究氨气及铵盐性质的过程中,下列根据实验现象得出的结论不正确的是( )
A.将集有氨气的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨气极易溶于水
B.向氨水中加入浓氢氧化钠溶液,加热产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,说明氨水中含有NH4+
C.加热NH4HCO3固体,观察到固体逐渐减少,试管口有液滴产生,说明NH4HCO3具有不稳定性
D.将红热的Pt丝伸入上图所示的锥形瓶中,瓶口出现少量的红棕色气体,说明氨气催化氧化的产物中可能有NO
1.答案 B 氨气极易溶于水,使试管内压强迅速降低,液体迅速充满试管,A正确;氨水中存在氨分子,加热氨气逸出,也能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,不能证明是铵根离子与氢氧化钠反应产生氨气,B错误;试管口有液滴生成,说明NH4HCO3受热易分解,具有不稳定性,C正确;4NH3+5O2 4NO+6H2O,2NO+O2 2NO2,NH3的氧化产物为NO,D正确。
2.如图所示,利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水,立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象解释正确的是( )
选项
实验现象
解释
A
浓盐酸附近产生白烟
NH3与HCl反应产生了NH4Cl固体
B
浓硫酸附近无明显现象
NH3与浓硫酸不发生反应
C
氯化物溶液变浑浊
该溶液一定是AlCl3溶液
D
干燥的红色石蕊试纸不变色,湿润的红色石蕊试纸变蓝
NH3是一种可溶性碱
2.答案 A NH3能与HCl发生化合反应,生成NH4Cl白色固体,NH3也能与H2SO4发生化合反应,生成(NH4)2SO4,A正确,B错误;NH3与氯化物溶液反应生成氢氧化物沉淀,该氯化物可以是氯化铝、氯化镁等,C错误;NH3溶于水生成NH3·H2O,NH3·H2O属于碱,NH3不属于碱,D错误。
题组二 氨气制备与性质综合的实验
3.实验室制取、收集氨气,验证其还原性并进行尾气处理的装置如图,其中能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取氨气
B.用装置乙收集氨气时气体从a口进,从b口出
C.装置丙中黑色固体变成红色时还原产物一定为铜
D.可以用装置丁吸收氨气,进行尾气处理
3.答案 B A项,实验室用NH4Cl和Ca(OH)2共热来制NH3,错误;B项,NH3密度比空气小,收集时应短进长出,正确;C项,CuO也可能被还原成红色的Cu2O,错误;D项,NH3在饱和食盐水中的溶解度很大,用装置丁来吸收,易引起倒吸,错误。
4.氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径,某同学用该原理在实验室探究硝酸的制备和性质,设计了如图所示装置。
(1)甲装置不需要加热即能同时产生氨气和氧气,锥形瓶内固体X为 。
(2)乙装置的作用是 ;写出受热时丙装置中发生反应的化学方程式: 。
(3)当戊中观察到 现象,则说明已制得硝酸。某同学按上图组装仪器并检验气密性后进行实验,没有观察到此现象,请分析实验失败的可能原因是 ,如何改进装置: 。
(4)改进后待反应结束,将丁装置倒立在盛水的水槽中,会观察到的现象是 。
4.答案 (1)过氧化钠
(2)干燥氧气和氨气的混合气体 4NH3+5O2 4NO+6H2O
(3)紫色石蕊溶液变红 过量的氨气致使戊中溶液不一定呈酸性 在丙和丁之间连接盛有无水氯化钙的干燥管或盛有浓硫酸的洗气瓶
(4)试管丁内水面慢慢上升,上升到一定高度不再变化,试管内气体颜色由红棕色逐渐变淡至无色
解析 (1)甲中不需要加热即能同时产生NH3和O2,说明固体X溶于氨水既产生O2又放出大量热,则该固体为Na2O2。(2)乙装置可干燥NH3和O2;NH3和O2在加热和Cr2O3的催化作用下,发生催化氧化反应。
(3)HNO3能使紫色石蕊溶液变红,由于NH3过量,可能会与HNO3反应,致使观察不到石蕊溶液变红的现象,可在丙和丁之间连接一个能除去NH3的装置。
(4)丁装置中有NO2,NO2会与H2O反应生成无色的NO,且使气体体积减小。
考点三 硝酸 氮及其重要化合物间的转化关系
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。
(1)常温下,铁、铝在浓硝酸中的钝化为化学变化( )
(2)可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S( )
(3)过量的铜与浓硝酸反应,产物中一定有NO( )
(4)浓硝酸在光照下久置,会变黄( )
(5)浓硝酸中滴加紫色石蕊溶液,最终变为红色( )
(6)稀硝酸可除去试管内壁的银镜( )
(7)常温下,将浓硝酸滴加到用砂纸打磨过的铝条上,会产生红棕色气体( )
1.答案 (1)√ (2)✕ (3)√ (4)√ (5)✕ (6)√ (7)✕
2.用动态观点理解Cu与浓硝酸的反应。在浓硝酸中放入Cu片,回答下列问题。
(1)反应开始时的化学方程式为 ,实验现象为 。
(2)若Cu片有剩余,则反应将要结束时的化学方程式为 。
(3)待反应停止后,若Cu片有剩余,再加入少量的稀硫酸,这时Cu片上又有气泡产生,原因是 。
2.答案 (1)Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 溶液逐渐变蓝色,有红棕色气体逸出
(2)3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(3)加入稀硫酸后,氢离子与原溶液中的硝酸根离子构成强氧化性酸,又能与过量的铜反应
1.物理性质
(1)常温下,纯硝酸为无色、有① 刺激性 气味的② 液 体。
(2)硝酸沸点较低,易挥发,在空气中遇水蒸气形成白雾。
2.化学性质
(1)强酸性
稀硝酸使紫色石蕊试液变红。
(2)不稳定性
a.反应:③ 4HNO3(浓) 2H2O+4NO2↑+O2↑ 。
b.市售浓硝酸呈黄色的原因是④ 硝酸分解生成的NO2溶解在浓硝酸里 。
c.硝酸保存在⑤ 棕色 试剂瓶中,置于冷暗处,不能用橡胶塞。
(3)强氧化性
a.与金属反应
常温下,铁、铝遇冷的浓硝酸能发生⑥ 钝化 。
稀硝酸与铜反应:⑦ 3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 。
浓硝酸与铜反应:⑧ Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 。
b.与非金属反应
如浓硝酸与C的反应:⑨ C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O 。
c.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为⑩ 3Fe2++4H++NO3- 3Fe3++NO↑+2H2O 。
d.王水
浓硝酸和浓盐酸按体积比 1∶3 混合即得王水,它的氧化性更强,能溶解Pt、Au等金属。
(4)与有机物反应
a.硝化反应(与苯反应): +HNO3 +H2O 。
b.颜色反应:蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。
3.用途
化工原料,用于制化肥、染料、炸药等。
4.氮及其化合物的转化关系
题组一 硝酸的性质
1.一定质量的铜分别与足量的稀硝酸或浓硝酸完全反应,在相同条件下,用排水法收集产生的气体(假设产物中气体只可能是NO或NO2)。下列叙述中一定正确的是( )
①硝酸溶液的浓度越大,消耗的HNO3越少
②硝酸溶液的浓度不同,生成的Cu(NO3)2的物质的量相同
③硝酸溶液的浓度越大,产生的气体越少
④用排水法收集到的气体在相同状况下体积相同
A.只有② B.②④ C.③④ D.①②③
1.答案 B 3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O、Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,由化学方程式可知等量的铜与硝酸反应,硝酸浓度越大,消耗的HNO3越多,生成气体的量越多,但生成Cu(NO3)2的量相同,故①、③不正确,②正确。3NO2+H2O 2HNO3+NO,用排水法收集NO2时,最终收集到的为NO,由关系式3Cu~6NO2~2NO可知④正确。
2.为证明稀硝酸与铜反应产物中的气体为NO,设计下图实验(实验过程中分液漏斗上面的塞子为打开状态),下列说法中不正确的是( )
A.关闭活塞1,加入稀硝酸至液面a处
B.在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率
C.通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行
D.反应开始后,胶塞下方有无色气体生成,但不能证明该气体为NO
2.答案 A 关闭活塞1,将无法加液体到液面a,A项错误;关闭活塞1,生成的NO把稀硝酸压向右边,使铜丝与稀硝酸分离,C项正确;若要证明该气体为NO,须使NO与O2接触,生成红棕色的NO2,D项正确。
名师点拨
(1)浓、稀硝酸均具有强氧化性,浓度越大,氧化性越强。其还原产物的价态越高,一般情况下,HNO3(浓) NO2,HNO3(稀) NO。
(2)浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红,后褪色,该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性。
(3)常温下,铁、铝遇冷的浓硝酸能发生“钝化”,故浓硝酸可用铁桶盛放。
题组二 有关硝酸的定量计算
3.有一稀硫酸和稀硝酸的混合液,其中H2SO4和HNO3的物质的量浓度分别是4 mol/L和2 mol/L,取10 mL此混合液,向其中加入过量的铁粉,待反应结束后,可产生标准状况下的气体的体积为(设反应中HNO3被还原成NO)( )
A.0.448 L B.0.896 L
C.0.672 L D.0.224 L
3.答案 C 10 mL混合液中,n(H2SO4)=0.04 mol,n(HNO3)=0.02 mol,所以n(H+)=0.1 mol,n(NO3-)=0.02 mol,加入过量的铁粉后,先发生反应:3Fe+8H++2NO3- 3Fe2++2NO↑+4H2O,H+过量0.02 mol,产生NO气体0.02 mol。过量的H+再与Fe发生反应:2H++Fe Fe2++H2↑,产生0.01 mol H2,故反应结束后共产生气体0.02 mol+0.01 mol=0.03 mol,标准状况下的体积为0.672 L。
4.取铜镁合金完全溶于浓硝酸中,反应过程中硝酸被还原只产生0.896 L NO2气体和0.672 L N2O4气体(气体体积都已折算为标准状况),在反应后的溶液中加足量的氢氧化钠溶液,生成沉淀质量为3.7 g。则合金中铜与镁的物质的量之比等于( )
A.1∶1 B.2∶1
C.3∶2 D.2∶3
4.答案 D 假设铜的物质的量为n1 mol,镁的物质的量为n2 mol,由题意可知NO2的物质的量为0.04 mol,N2O4的物质的量为0.03 mol。结合得失电子守恒可知:2n1+2n2=0.04×1+0.03×2,根据最终所得沉淀质量为3.7 g可知:98n1+58n2=3.7,解得:n1=0.02,n2=0.03。
方法技巧
硝酸与金属反应的思维模型
题组三 硝酸的工业制法
5.工业上制取硝酸铵的流程图如图,请回答下列问题:
(1)在上述工业制硝酸的生产中,B设备的名称是 ,其中发生反应的化学方程式为 。
(2)在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是 。
(3)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物,可用如下两种方法处理:
碱液吸收法:NO+NO2+2NaOH 2NaNO2+H2O
NH3还原法: NH3+ NO2 N2+ H2O
①配平上述反应的化学方程式。
②以上两种方法中,符合绿色化学的是 。
(4)某化肥厂用NH3制备NH4NO3。已知:由NH3制NO的产率是96%,NO制HNO3的产率是92%,则制HNO3所用去的NH3的质量占消耗NH3总质量(不考虑其他损耗)的 %。(结果保留一位小数)
5.答案 (1)转化器 4NH3+5O2 4NO+6H2O
(2)可使NO循环利用,全部转化成HNO3
(3)①8 6 7 12 ②NH3还原法
(4)53.1
解析 (4)设制HNO3消耗NH3的质量为x,
NH3 ~ HNO3
x x×96%×92%
HNO3 + NH3 NH4NO3
x×96%×92% x×96%×92%
xx+x×96%×92%×100%≈53.1%。
A组 基础题组
1.(2020浙江海宁高级中学检测)下列由相关实验现象推出的结论正确的是( )
A.NH4Cl和NH4HCO3受热都能分解,说明可以用加热NH4Cl或NH4HCO3固体的方法制氨气
B.向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀,说明该溶液中一定有SO42-
C.Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应
D.分别将充满HCl、NH3的烧瓶倒置于水中,液面均迅速上升,说明二者均易溶于水
1.答案 D 不能用加热NH4Cl固体的方法制氨气,因为NH3和HCl会在试管里重新化合成NH4Cl;硝酸能将SO32-氧化成SO42-,B项实验不能说明原溶液中一定有SO42-;铁和稀硝酸反应生成的气体是NO不是H2。
2.(2020浙江宁波万里国际学校检测)下列说法不正确的是( )
A.向稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解,再加入Cu(NO3)2固体,铜粉仍不溶解
B.某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,该气体的水溶液显碱性
C.铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO3- 3Cu2++2NO↑+4H2O
D.HNO3→NO→NO2,以上各步变化均能通过一步实现
2.答案 A 稀硫酸与铜不反应,向溶液中再加入Cu(NO3)2固体,相当于存在稀硝酸,则铜粉与稀硝酸反应而溶解。
3.(2020浙江宁波中学检测)NH3是一种重要的化工原料,可以制备一系列物质(见下图)。下列说法中正确的是( )
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.图中所涉及的盐类物质均可发生水解
3.答案 C A项,NaHCO3不能作化肥;B项,Na2CO3受热时不易分解;C项,NH3和NO2在一定条件下可发生反应:8NH3+6NO2 7N2+12H2O,属于氧化还原反应;D项,NaCl不能水解。
4.(2019浙江平阳第一中学质量检测)某同学利用如图所示装置进行实验,一段时间后,水沿导管缓慢上升。下列说法错误的是 ( )
A.实验过程中气球体积会发生变化
B.广口瓶中液体的pH减小
C.广口瓶中有化合反应发生
D.试管中不可能发生分解反应
4.答案 D 铜与浓硝酸反应生成的NO2气体进入广口瓶中,与水反应生成NO,NO可能再与水上方的O2化合生成NO2,气体进入气球使其体积变大;广口瓶中有硝酸生成,液体的pH减小;试管中有浓硝酸,有可能发生浓硝酸的分解反应。
5.(2019浙江宁波效实中学月考)一定体积0.01 mol·L-1的稀硝酸恰好能氧化一定质量的铁、铝混合物,已知两种金属均被氧化为最高价态,还原产物只有NO。若用0.01 mol·L-1NaOH溶液溶解相同质量的该混合物,当反应完全时所需氢氧化钠溶液的体积是稀硝酸的15,则样品中铁、铝的物质的量之比为( )
A.2∶3 B.1∶3 C.1∶4 D.5∶3
5.答案 C 设样品中铁和铝的物质的量分别为x和y,根据Fe+4HNO3(稀) Fe(NO3)3+NO↑+2H2O、Al+4HNO3(稀) Al(NO3)3+NO↑+2H2O,反应中消耗HNO3的物质的量为4x+4y;2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2↑中消耗NaOH的物质的量为y,即y4x+4y=15,解得x∶y=1∶4。
6.(2020浙江温州第二高级中学月考)FeS与一定浓度的HNO3溶液反应,生成Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、NO2、N2O4、NO和H2O,当NO2、N2O4、NO的物质的量之比为1∶1∶1时,实际参加反应的FeS与HNO3的物质的量之比为( )
A.1∶6 B.16∶25
C.2∶11 D.1∶7
6.答案 D 当生成的NO2、N2O4、NO的物质的量之比为1∶1∶1时,若4 mol HNO3被还原得到6 mol电子,当1 mol FeS生成硝酸铁、硫酸铁时化合价的变化为:铁元素升高1价,硫元素升高8价,即共失去9 mol电子,所以参加氧化还原反应的FeS与被还原的HNO3的物质的量之比为1∶6。但是生成物中还有硝酸铁,有一部分硝酸起了酸性介质作用,通过元素守恒可得FeS与HNO3的比例为1∶7。
7.(2019江苏盐城四模)研究表明,雾霾中的无机物颗粒主要是硫酸铵和硝酸铵,大气中的氨是雾霾的促进剂。减少氨排放的下列解决方案不可行的是( )
A.改变自然界氮循环途径,使其不产生氨
B.加强对含氨废水的处理,降低氨气排放
C.采用氨法对烟气脱硝时,设置除氨设备
D.使用生物有机肥料,减少使用化肥
7.答案 A 人类无法改变自然界氮循环途径,使其不产生氨。
8.(2019河南名校联考)为了探究氨气的还原性,设计如下实验:
已知:Cu2O呈红色,在酸性条件下不稳定,生成铜和二价铜盐。下列说法错误的是( )
A.固体X可能是生石灰或氢氧化钠,干燥管中的试剂可能是碱石灰
B.先启动装置①中的反应,当装置④漏斗中产生较多白雾时,再点燃酒精灯
C.在实验室,可以用装置①来制备氧气、二氧化碳或氢气
D.实验结束取少量硬质玻璃管中的红色固体加稀硝酸,若溶液变蓝,则一定含有Cu2O
8.答案 D 向生石灰或氢氧化钠固体中滴加浓氨水时,会产生氨气,可用碱石灰干燥氨气,故A正确;先通氨气排尽装置中的空气,当漏斗中氨气遇水产生较多白雾时,表明装置内的空气已经排尽,再点燃装置③处的酒精灯,故B正确;装置①适合“固液不加热制气”,而氧气、二氧化碳和氢气均可在常温下由“固+液”制得,故C正确;铜和氧化亚铜都可以与稀硝酸反应生成硝酸铜,因此不能用稀硝酸检验红色固体是否含有氧化亚铜,应该用稀盐酸或稀硫酸,故D错误。
9.(2019湖南岳阳第一中学二检)已知很多气体都能用来做喷泉实验,若在标准状况下两个等体积烧瓶,一个收集满HCl和N2的混合气体,另一个收集满NO2,如图所示,喷泉实验停止后,两个烧瓶内溶液中溶质的物质的量浓度(c)和溶质的质量分数(ω)的关系是(两烧瓶所得溶液密度几乎相等)( )
A.c和ω都不同 B.c和ω都相同
C.c相同,ω不同 D.ω相同,c不同
9.答案 C 设标准状况下,两个烧瓶内分别盛有x L HCl、y L NO2,第一个烧瓶中只有HCl溶于水,n(HCl)=xL22.4 L/mol=x22.4mol,溶液的体积为x L,所以c(HCl)=x/22.4x=122.4 mol/L;第二个烧瓶中发生反应:3NO2+H2O 2HNO3+NO,n(HNO3)=23n(NO2)=23×(y22.4) mol,溶液的体积为23y L,所以c(HNO3)=23×(y22.4)23y mol·L-1=122.4 mol/L;由此可以看出两溶液中溶质的物质的量浓度相等。关系式c=1 000ρω/M,可知两溶液的c、ρ(密度)相同,但M(溶质的摩尔质量)不同,所以ω(质量分数)不同。
10.(2019辽宁师范大学附属中学一模)取x g铜镁合金完全溶于浓硝酸中,反应过程中硝酸被还原只产生8 960 mL的NO2气体和672 mL的N2O4气体(都已折算为标准状况下的体积),在反应后的溶液中加入足量的氢氧化钠溶液,生成沉淀的质量为17.02 g。则x等于( )
A.8.64 B.9.20 C.9.00 D.9.44
10.答案 B 反应流程为:
MgCuMg2+、Cu2+NO2、N2O4Mg(OH)2Cu(OH)2
x g=17.02 g-m(OH-),而OH-的物质的量等于镁、铜失去电子的物质的量,等于HNO3得电子的物质的量,即n(OH-)=8.96 L22.4 L·mol-1×1+0.672 L22.4 L·mol-1×2×1=0.46 mol,所以x g=17.02 g-0.46 mol×17 g·mol-1=9.20 g。
B组 提升题组
11.(2019安徽皖江名校摸底联考)某工厂拟综合处理含NH4+的废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO,不考虑其他成分),设计了如图所示流程:
下列说法正确的是( )
A.固体1中主要含有CaCO3、CaSO3
B.X可以是空气,且需过量
C.捕获剂所捕获的气体主要是CO
D.处理含NH4+的废水时,发生的反应为NH4++5NO2-+4H+ 6NO↑+4H2O
11.答案 C N2、CO2、SO2、NO、CO通过过量的石灰乳,二氧化碳和二氧化硫被吸收,生成碳酸钙和亚硫酸钙,固体1中还含有Ca(OH)2;剩余气体1含有氮气、一氧化氮和一氧化碳,从后面产物有亚硝酸钠分析,通入的X可能是空气,将一氧化氮氧化为二氧化氮,但不能过量,否则不能生成亚硝酸钠;气体2为一氧化碳和氮气,氮气无污染,所以捕获的气体为一氧化碳;铵根离子和亚硝酸根离子发生氧化还原反应生成氮气。
12.(2019河北衡水中学联考)资料显示:一定条件下NH3能还原CuO。为了证明资料的真实性,利用下列装置(含药品)进行实验,其中错误的是( )
12.答案 A 氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢,在试管口附近氨气和氯化氢遇冷又生成了白色固体氯化铵,故不能用于制备氨气,A项错误;可以在硬质玻璃管中进行氨还原氧化铜的反应,B项正确;碱石灰可以干燥氨气,C项正确;氨气与稀硫酸反应,用该装置吸收尾气中的氨气可以防止倒吸,D项正确。
13.(2020浙江宁波华茂外国语学校检测)亚硝酸钠是一种工业用盐,广泛用于物质合成、金属表面处理等,它的一些性质或用途如图所示,下列说法不正确的是( )
A.NaNO2的稳定性大于NH4NO2
B.NaNO2与N2H4反应,NaNO2是氧化剂
C.可用淀粉碘化钾试纸和食醋鉴别NaCl与NaNO2
D.NaN3分解,每产生1 mol N2转移6 mol e-
13.答案 D NH4NO2微热易分解,而NaNO2加热难分解,所以NaNO2的稳定性大于NH4NO2,故A正确;NaNO2与N2H4反应生成NaN3,NaNO2中氮元素的化合价由+3价降低为-13价,是氧化剂,故B正确;NaNO2具有氧化性,在酸性条件下氧化碘化钾,得到单质碘,单质碘使淀粉溶液变蓝,NaCl无氧化性,在酸性条件下不能氧化碘化钾,所以可用淀粉碘化钾试纸和食醋鉴别NaCl与NaNO2,故C正确;NaN3中氮元素的化合价为-13价,生成1个N2转移23个电子,则每产生1 mol N2转移23 mol e-,故D错误。
14.(2020浙江温岭新河中学检测)某氮肥NH4HCO3中混有少量(NH4)2CO3,现采用下列方案测定该氮肥中(NH4)2CO3的质量分数:称取5.7 g样品与2.0 mol·L-1 NaOH溶液混合,完全溶解后,低温加热使其充分反应(该温度下铵盐不分解),并使生成的氨气全部被稀硫酸吸收,测得氨气的质量与所用NaOH溶液体积的关系如图所示。请回答下列问题:
(1)A点前样品与NaOH溶液反应的离子方程式为 。
(2)为使生成的氨气被稀硫酸吸收时不发生倒吸,可以选用下列装置中的 (填字母序号)。
(3)样品中(NH4)2CO3的质量分数是 %(保留一位小数)。
(4)当V(NaOH)=50 mL时,生成NH3的质量为 。
14.答案 (1)HCO3-+OH- CO32-+H2O
(2)ABD (3)16.8 (4)0.68 g
解析 (1)样品中的HCO3-和NH4+都能与OH-反应,只有HCO3-反应完之后,NH4+才会与OH-反应生成NH3。(2)A、B中的漏斗和球形干燥管能蓄积较多液体,可防止倒吸;NH3不溶于CCl4,D装置也能防止倒吸。(3)设样品中NH4HCO3、(NH4)2CO3的物质的量分别为x mol、y mol,则79x+96y=5.7,2x+2y=0.14。解得:x=0.06,y=0.01。m[(NH4)2CO3]=0.96 g,ω[(NH4)2CO3]=0.96 g5.7 g×100%≈16.8%。(4)当V(NaOH)=50 mL时,n(NaOH)=0.1 mol。与HCO3-反应的NaOH为0.06 mol,与NH4+反应的NaOH为0.04 mol,所以生成的NH3为0.04 mol,质量为0.68 g。
15.(2019广西桂林中学5月模拟)氨气和氯气是重要的工业原料,室温下某兴趣小组设计了相关实验探究它们的某些性质。实验一:用氨气认识喷泉实验的原理,并测定电离平衡常数K(NH3·H2O)。
图1 喷泉实验装置
图2 盐酸滴定氨水的pH曲线
(1)检查图1中装置Ⅰ的气密性的方法是 。
(2)喷泉实验结束后,发现三颈烧瓶未充满水(假如装置的气密性良好),原因是 。用 (填仪器名称)量取25.00 mL喷泉实验后的氨水至锥形瓶中,用0.050 0 mol·L-1盐酸滴定,滴定曲线如图2所示。下列关于该滴定实验的说法中正确的是 (选填字母)。
A.当pH=7.0时,氨水与盐酸恰好中和
B.选择酚酞作为指示剂,测定结果偏低
C.酸式滴定管未用盐酸润洗会导致测定结果偏低
D.当pH=11.0时,K(NH3·H2O)约为2.27×10-5
实验二:拟用如下装置设计实验来探究纯净、干燥的氯气与氨气的反应。
(3)A中所发生反应的化学方程式为 。
(4)上图中的装置连接顺序为A→ → → → → (用大写字母表示)。若按照正确顺序连接实验装置后,整套实验装置存在的主要缺点是 。
(5)写出F装置中的反应的一种工业用途: 。
(6)反应完成后,F装置中底部有固体物质生成。请利用该固体物质设计一个实验方案证明NH3·H2O为弱碱(其余实验用品自选): 。
15.答案 (1)关闭止水夹K,打开分液漏斗的旋塞和盖子,从分液漏斗往烧瓶中加水,若分液漏斗中形成一段水柱且一段时间不变化,说明气密性良好
(2)氨气中混有空气 碱式滴定管(或移液管) BD
(3)2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2H2O+2NH3↑
(4)D F C E B 无尾气处理装置
(5)用氨气检验氯气管道是否泄漏
(6)取F装置中的固体物质溶于水配成溶液,测定溶液的pH,若pH<7,可证明NH3·H2O为弱碱
解析 (2)NH4Cl溶液呈酸性,当pH=7.0时,氨水与盐酸没有完全中和,盐酸不足,故A错误;选择酚酞作为指示剂,加入的盐酸不足,测定结果偏低,故B正确;酸式滴定管未用盐酸润洗会导致所加盐酸体积偏大,测定结果偏高,故C错误;由题图可知,恰好完全反应时,盐酸的体积为22.50 mL,c(NH3·H2O)=0.050 0×22.525.00 mol·L-1=0.045 mol·L-1,当pH=11.0时,盐酸的体积为0,K(NH3·H2O)=c(OH-)·c(NH4+)c(NH3·H2O)≈10-3×10-30.045-10-3≈2.27×10-5,故D正确。(4)A制NH3,D干燥NH3,F混合反应气体,C干燥Cl2,E除去Cl2中的HCl,B制取Cl2,装置连接顺序为A→D→F→C→E→B;若按照正确顺序连接实验装置后,整套实验装置存在的主要缺点是无尾气处理装置。
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