2020版高考化学大一轮复习专题6铝、氮及其化合物第二单元氮及其化合物（加试）学案

2020版高考化学大一轮复习专题6铝、氮及其化合物第二单元氮及其化合物（加试）学案

- 1 - 第二单元 氮及其化合物(加试) [考试标准] 知识条目 必考要求 加试要求 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 氮气及其氧化物 1．氮气 写出有关反应的化学方程式： ①3Mg＋N2=====点燃Mg3N2； ②N2＋3H2 高温、高压 催化剂 2NH3； ③N2＋O2 =====放电或高温2NO。 2．氮氧化物 氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 等。 完成下表中 NO 和 NO2 的比较： NO NO2 物理 性质 颜色 无色 红棕色 毒性 有毒 有毒 - 2 - 溶解性 微溶 能溶 化学 性质 与 O2 反应 2NO＋O2===2NO2 与 H2O 反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 与人体、环境的关系 ①与血红蛋白结合使人中毒 ②转化成 NO2 形成酸雨、光化 学烟雾 形成酸雨、光化学烟雾 题组一 氮气及其氧化物性质定性判断 1．下列反应中，起了氮的固定作用的是( ) A．N2 和 H2 在一定条件下合成氨 B．由氨制成碳酸氢铵或硫酸铵 C．NO 和 O2 反应生成 NO2 D．NO2 与 H2O 反应生成 HNO3 答案 A 解析 工业合成氨是人工固氮，将氮气转化为氮的化合物，属于氮的固定，A 项正确；B、C、 D 项都是含氮化合物变为含氮化合物，不属于氮的固定，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 发现在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 答案 C 解析 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又生成红棕 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 ①2NO2―→2NO＋2O，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 答案 A 解析 反应过程①＋②得 O2―→2O，③O＋O2―→O3，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，属同素异形体，D 项错误。 - 3 - 4．2007 年诺贝尔化学奖授予善于做“表面文章”的德国科学家格哈德·埃特尔。他的成就之 一是证实了气体在固体催化剂表面进行的反应，开创了表面化学的方法论。在汽车尾气净化 装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。下列说法正确的是( ) A．NO2 是该过程的最终产物 B．NO 和 O2 必须在催化剂表面才能反应 C．汽车尾气的主要污染成分是 CO2 和 NO D．该催化转化的总反应方程式：2NO＋O2＋4CO =====催化剂4CO2＋N2 答案 D 解析 气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程中先生成二氧化氮，然后在催化剂表面和一 氧化碳反应，最终生成无毒气体，起到尾气净化的作用，故 A 错误；NO 和 O2 在常温下就会发 生反应，故 B 错误；汽车尾气的主要污染成分是 CO、NO、NO2 等，故 C 错误；尾气处理净化的 目的是把有毒的污染气体在催化剂作用下转化为空气中的无毒成分，反应方程式为 2NO＋O2＋ 4CO =====催化剂4CO2＋N2 正好是过程图中的变化，故 D 正确。 氮氧化物对环境的污染 常见的污染类型 (1)光化学烟雾：NOx 在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生的一种有毒 的烟雾。 (2)酸雨：NOx 排入大气中后，与水反应生成 HNO3 和 HNO2，随雨雪降到地面。 (3)破坏臭氧层：NO2 可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。 考点二 氨气和铵盐 1．氨的分子结构和物理性质 电子式 密度 气味 水溶性 比空气小 强烈刺激性气味 极易溶于水(1∶700) - 4 - 2.氨的化学性质 (1)氨气与水的反应 NH3＋H2O NH3·H2O NH＋ 4 ＋OH－，氨气溶于水得氨水，氨水中含有的粒子有 NH3·H2O、NH3、 H2O、NH＋ 4 、OH－、H＋。一水合氨为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：NH3·H2O=====△ NH3↑ ＋H2O。 (2)氨气与酸的反应 蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为有白烟生成，将浓盐酸改为浓硝 酸，也会出现相同的现象。 化学方程式：HCl＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。 (3)与盐溶液的反应 如过量氨水与 AlCl3 反应的离子方程式： Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋ 4 。 3．氮肥的性质与科学使用 (1)常见的铵态氮肥硫酸铵(俗称硫铵)、氯化铵(俗称氯铵)、碳酸氢铵(俗称碳铵)、硝酸铵(俗 称硝铵)，它们都是白色、易溶于水的晶体，受热易分解，因此应保存在阴凉处。铵盐能与碱 反应放出 NH3，因此应避免将铵态氮肥与碱性肥料混合使用。 (2)常见的硝态氮肥是硝酸盐。 题组一 氨气和铵盐的性质定性判断 1．NH3 是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(如图)。下列有关表述正确的是( ) 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以水解 - 5 - 答案 C 解析 NaHCO3 不能用作化肥，A 项错误；Na2CO3 很稳定，受热时不易分解，B 项错误；图中的 NaCl 是强酸强碱盐，不水解，D 项错误。 2．为了检验某固体物质中是否含有 NH＋ 4 ，你认为下列试纸和试剂一定用不到的是( ) ①蒸馏水 ②NaOH 溶液 ③红色石蕊试纸 ④蓝色石蕊试纸 ⑤稀硫酸 A．①⑤ B．④⑤ C．①③ D．①④⑤ 答案 B 解析 为了检验某固体物质中是否含有 NH＋ 4 ，可以向固体中加入 NaOH 溶液，并加热，将产生 的气体用湿润的红色石蕊试纸检验，若试纸变为蓝色，就证明该气体是 NH3，原固体中含有 NH＋ 4 ， 因此一定用不到的物质是④蓝色石蕊试纸、⑤稀硫酸，答案选 B。 3．下列说法中正确的是( ) A．所有铵盐受热均可以分解，但产物不一定有 NH3 B．加热可除去 NH4Cl 中的少量 NaHCO3 C．在盛有硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液的试管中，滴加少量 NaOH 溶液，在试管口用湿润 的红色石蕊试纸检验，试纸变蓝 D．铵盐都易溶于水，其水溶液均呈酸性 答案 A 解析 铵盐分解不一定产生氨气，如 NH4NO3 在 400 ℃以上分解生成 N2、NO2 和 H2O，A 项正确； Fe2＋比 NH ＋ 4 更易结合 OH－，因而加入少量 NaOH 不会产生 NH3，C 项错误；NH4HCO3、(NH4)2S 等溶 液均呈碱性，D 项错误。 4．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．将 pH＝11 的氨水稀释 1 000 倍，测得 pH>8，说明 NH3·H2O 为弱碱 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 受热不稳定 D．将红热的铂丝伸入右图所示的锥形瓶中，瓶口出现少量红棕色气体，说明 氨气的氧化产物为 NO2 答案 D 解析 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；强碱稀释 10n 倍，pH 减小 n 个单位，而将 pH＝11 的氨水稀释 1 000 倍，测得 pH>8，说明 NH3·H2O 为弱碱， B 正确；加热 NH4HCO3 固体，观察到固体逐渐减少，试管口有液滴产生，说明碳酸氢铵受热分 解，不稳定，C 正确；氨气催化氧化生成一氧化氮，一氧化氮与空气中的氧气反应生成二氧化 氮，D 错误。 题组二 氮肥 - 6 - 5．下列说法不正确的是( ) A．氨水也可直接作化肥 B．“雷雨发庄稼”属于自然固氮 C．“肥田粉”属硝态氮肥 D．铵盐氮肥都是白色易溶于水的晶体，易分解，要保存在阴凉处 答案 C 解析 “肥田粉”是硫酸铵的俗称，应属于铵盐类氮肥。氮的固定是指将游离态的氮(N2)转变 为含氮的化合物，氮的固定分为生物固氮、自然固氮和工业固氮等，在自然条件下，将空气 中的氮气转化为化合态的氮属于自然固氮。 6．下列氮肥中，不含铵根离子的是( ) A．碳铵 B．硫铵 C．硝酸钾 D．氨水 答案 C 解析 碳铵为 NH4HCO3，硫铵为硫酸铵又称为“肥田粉”，它们都属于铵盐，含铵根离子；氨 水中也含铵根离子，硝酸钾中不含铵根离子。 题组三 NH3 的制法及性质探究 7．下列装置适用于实验室制氨气并验证氨气的某化学性质，其中能达到实验目的的是( ) A．用装置甲制取氨气 B．用装置乙除去氨气中的水蒸气 C．用装置丙验证氨气具有还原性 D．用装置丁吸收尾气 答案 C 解析 氨气极易溶于水，用氢氧化钠溶液和氯化铵溶液反应，氨气很难逸出，A 错误；氨气和 浓硫酸反应，应用碱石灰干燥氨气，B 错误；加热条件下，氨气与氧化铜发生氧化还原反应， 根据氧化铜的颜色变化可判断是否发生氧化还原反应，C 正确；氨气直接通入水中，不能防止 倒吸，D 错误。 - 7 - 8．下列装置应用于实验室制取 NH3，并用 AlCl3 溶液吸收多余氨气制氢氧化铝，最后回收氯化 铵的实验，能达到实验目的的是( ) A．用装置甲制取 NH3 B．用装置乙吸收 NH3 制取 Al(OH)3 C．用装置丙在不断搅拌下分离 Al(OH)3 和 NH4Cl 溶液 D．用装置丁蒸干 NH4Cl 溶液并灼烧制 NH4Cl 答案 A 解析 CaO 与水反应增大氢氧根离子浓度，且放热，均可使氨气逸出，甲装置可制备氨气，A 正确；氨气极易溶于水，导管在液面下，乙装置可发生倒吸，B 错误；过滤时不能搅拌，易捣 破滤纸，C 错误；蒸干 NH4Cl 溶液会使氯化铵分解，应用结晶法制 NH4Cl，D 错误。 9．某学习兴趣小组探究氨气的制取实验： (1)甲同学拟用下列实验方法制备氨气，其中合理的是________(填字母，下同)。 A．将氯化铵固体加热分解收集产生的气体 B．将浓氨水滴入氢氧化钠固体中，收集产生的气体 C．将碳酸氢铵加热分解产生的气体用碱石灰干燥 D．将氯化铵稀溶液滴入氢氧化钠固体中，收集产生的气体 (2)根据上述正确的原理，该同学欲用下列常见的实验室制气装置制取氨气，适宜的装置是 ________。 (3)气体的性质是气体收集方法选择的主要依据。下列性质与收集方法无关的是________(填 序号)。 ①密度 ②颜色 ③溶解性 ④热稳定性 ⑤与氧气反应 - 8 - (4)下图是甲同学设计收集氨气的几种装置，其中可行的是________，集气的原理是 ________________________________________________________________________。 答案 (1)BC (2)CD (3)②④ (4)d 利用氨气密度小于空气，采用短管进氨气，长管出空 气，即可收集氨气 解析 (1)加热氯化铵产生氯化氢和氨气，遇冷又转化为氯化铵固体，不能制取氨气，用浓氨 水与氢氧化钠固体混合制氨气时，将氨水滴入氢氧化钠固体中更方便操作，而且节约氨水的 用量。(2)将浓氨水滴入氢氧化钠固体制氨气用 C 装置，将碳酸氢铵加热分解，产生的气体用 碱石灰干燥制氨气选用 D 装置。(3)收集气体可采用排空气法(密度、气体不能被氧气氧化等)， 也可采用排水法(不易溶于水)，与其他性质无关。(4)氨气极易溶于水，且密度比空气小，故 采用向下排空气法收集。 题组四 喷泉实验 10．喷泉是一种常见的自然现象，其产生原因是存在压强差。 (1)图甲中，为化学教学中所用的喷泉实验装置。 在烧瓶中充满干燥气体，胶头滴管及烧杯中盛有液体。下列组合中不可能形成喷泉的是 ________(填字母，下同)。 A．HCl 和 H2O B．O2 和 H2O C．NH3 和 H2O D．CO2 和 NaOH 溶液 (2)某学生积极思考产生喷泉的其他办法，并设计了如图乙所示的装置。 ①在图乙的锥形瓶中，分别加入足量的下列物质，反应后可能产生喷泉的是________。 A．Cu 与稀盐酸 B．NaHCO3 与 NaOH 溶液 C．CaCO3 与稀硫酸 D．NH4HCO3 与稀盐酸 这种方法产生喷泉的原理是___________________________________________________ ________________________________________________________________________。 - 9 - ②在图乙锥形瓶外放一水槽，瓶中加入酒精，水槽中加入水后，再加入足量的下列物质，结 果也产生喷泉。水槽中加入的物质可以是________。 A．浓硫酸 B．食盐 C．硝酸钾 D．硫酸铜 这种方法产生喷泉的原理是_______________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③比较图甲和图乙两套装置，从产生喷泉的原理来分析，图甲________(填“增大”或“减 小”，下同)上部烧瓶内气体压强；图乙________下部锥形瓶内气体压强。 (3)城市中常见的人造喷泉及火山爆发的原理与上述________(填“图甲”或“图乙”)装置 的原理相似。 答案 (1)B (2)①D 锥形瓶中发生反应：NH4HCO3＋HCl===NH4Cl＋CO2↑＋H2O，随着 CO2 气体产生，锥形瓶 中的压强增大而产生“喷泉” ②A 浓 H2SO4 溶于水时，放出大量的热，温度升高使锥形瓶中 的酒精挥发速度加快，瓶内压强增大，从而形成“喷泉” ③减小 增大 (3)图乙 解析 图甲装置形成“喷泉”是因为烧瓶内气体极易溶解于烧杯和滴管中的液体，使烧瓶内 的压强突然减小而产生压强差形成“喷泉”。图乙装置恰恰相反，下部锥形瓶中的物质相互 反应产生气体，使锥形瓶内气体压强增大而产生压强差，将液体从下瓶中压入到上瓶形成“喷 泉”。 中学教材中喷泉实验装置如右图所示。实验操作是打开橡皮管上的夹子，挤压滴管的胶头， 则烧杯中的水由玻璃管进入烧瓶，形成喷泉。 (1)喷泉实验的原理 因为烧瓶内气体易溶于水或易与水反应，使瓶内压强减小，形成压强差，大气压将烧杯中的 水压入烧瓶而形成喷泉。 (2)能形成喷泉的条件 从原理上讲，气体要易溶于水或易与水反应，以形成足够大的压强差；从实验条件上讲，烧 瓶内气体要充满，气体和仪器均要干燥，装置的气密性要好。 (3)中学化学教材中常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂如下表： 气体 HCl NH3 CO2、SO2、Cl2、H2S NO2＋O2 吸收剂 水或 NaOH 溶液 水或 盐酸 浓 NaOH 溶液 水 - 10 - (4)喷泉实验的装置 喷泉实验的本质是形成压强差而引发液体上喷，为此可设计多种不同的装置和采用不同的操 作(如使气体溶于水、热敷、生成气体、发生气体体积减小的反应等)来使喷泉产生。 装置Ⅱ：挤压气球，即可使少量的溶液沿导管进入烧瓶中，导致大量的 NH3 溶解，烧瓶内形成 负压而产生喷泉。 装置Ⅲ：去掉了胶头滴管。打开止水夹，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨气受热膨胀，使氨 气通过导管与水接触，即产生喷泉。(开放性问题，或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进 入烧瓶，烧瓶内氨气溶于水) 装置Ⅳ：在锥形瓶中加入能产生气体的物质，使锥形瓶内气体的压强明显增大，将液体压入 烧瓶而产生喷泉。 装置Ⅴ：在水槽中加入使水温度升高的物质，致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气 体压强增大而产生喷泉。 装置Ⅵ：烧瓶中通入 H2S(或 SO2)，然后通入 SO2(或 H2S)，现象为有淡黄色粉末状物质生成， 瓶内壁附有水珠，NaOH 溶液喷到烧瓶内。 考点三 硝酸的性质及工业制法 1．物理性质 硝酸是无色易挥发的液体，有刺激性气味。 2．化学性质 - 11 - (1)不稳定性 反应的化学方程式：4HNO3(浓) =====△ 或光照2H2O＋4NO2↑＋O2↑。 (2)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。 按要求完成下列反应的方程式： ①与金属反应： 稀硝酸与铜反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O； 浓硝酸与铜反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。 ②与非金属反应： 浓硝酸与 C 的反应：C＋4HNO3(浓)=====△ CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。 ③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。 稀硝酸与 FeSO4 溶液反应的离子方程式：3Fe2＋＋4H＋＋NO－ 3 ===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。 (3)与有机物反应 ①硝化反应： 与 反应的化学方程式： ＋HNO3 ――→浓硫酸 △ ＋H2O。 ②颜色反应：含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。 3．用途 硝酸是重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料和硝酸盐等，也是实验室里必备的重 要试剂。 4．工业上氨氧化法生产硝酸的过程 (1)生产流程 氨气的催化氧化→ (2)生产设备主要有热交换器、转化器和吸收塔。 - 12 - (3)主要反应的化学方程式 转化器：4NH3＋5O2 =====催化剂 △ 4NO＋6H2O； 热交换器：2NO＋O2===2NO2； 吸收塔：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 题组一 硝酸的性质定性判断 1．下列物质与硝酸反应时，硝酸既表现酸性，又表现氧化性的是( ) A．CuO 与稀硝酸反应 B．C 与浓硝酸反应 C．HBr 与浓硝酸反应 D．Cu 与稀硝酸反应 答案 D 解析 硝酸表现酸性时，生成物中应有硝酸盐；硝酸表现氧化性时，生成物中应有含低价态 的氮的化合物或氮气。题给四个反应的方程式分别为 A 项，CuO＋2HNO3===Cu(NO3)2＋H2O；B 项， C＋4HNO3(浓)=====△ CO2↑＋4NO2↑＋2H2O；C 项，HBr＋6HNO3(浓)===HBrO3＋6NO2↑＋3H2O；D 项， 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。由反应可知选项 A 只表现了硝酸的酸性；选项 B、 C 只表现了硝酸的强氧化性；选项 D 既表现了硝酸的酸性，又表现了硝酸的强氧化性。 2．我国清代《本草纲目拾遗》中记叙无机药物 335 种，其中“强水”条目下写道：“性最烈， 能蚀五金……其水甚强，五金八石皆能穿滴，惟玻璃可盛。”这里的“强水”是指( ) A．氨水 B．硝酸 C．醋 D．卤水 答案 B 解析 氨水属于弱碱溶液，和金属不反应，不符合条件，故 A 错误；硝酸具有强氧化性、强 酸性，能腐蚀大多数金属，也能和岩石中的 CaCO3 发生反应，但不能和玻璃中的成分硅酸盐反 应，所以符合条件，故 B 正确；醋酸是弱电解质，能腐蚀较活泼金属，但不能腐蚀不活泼金 属，如 Cu 等金属，不符合条件，故 C 错误；卤水的主要成分为氯化镁、氯化钠和一些金属阳 离子，和大多数金属不反应，不符合条件，故 D 错误。 3．将铜粉放入稀 H2SO4 中，加热无明显现象发生，当加入下列一种物质后，铜粉的质量减少， 溶液呈蓝色，同时有气体逸出，该物质是( ) A．Fe2(SO4)3 B．Na2SO4 C．KNO3 D．FeSO4 - 13 - 答案 C 解析 “溶液呈蓝色”说明铜被氧化，在原稀 H2SO4 溶液中已含有 H＋，当加入 Fe3＋时，也可以 氧化 Cu，但此时并不能放出气体。只有加入 C 选项中的 KNO3，提供了 NO－ 3 ，Cu 片在稀硝酸的 环境中，会被氧化并放出 NO 气体。 1．硝酸与金属反应的规律 (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。 2．涉及 HNO3 的离子反应常见的易错问题 (1)忽视 NO － 3 在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下 NO － 3 不能与 Fe2＋、I－、SO2－ 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的写成复分解反应。 题组二 硝酸的工业制法 4．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 的质量占总耗 NH3 质量(不考虑其他损耗)的________%。 答案 (1)氧化炉 4NH3＋5O2 =====催化剂 △ 4NO＋6H2O - 14 - (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)NH3 ～ HNO3 x x×96%×92% HNO3 ＋ NH3===NH4NO3 x×96%×92% x×96%×92% x x＋x×96%×92% ×100%≈53.1%。 考点四 氮及其化合物的相互转化关系 1．转化关系 注意 箭头指出可体现物质的性质，指向可寻找该物质的制备方法。 2．不同价态的含氮物质相互转化的几种形式 (1)歧化——同一种物质中同一价态的同一元素的化合价在同一反应中既升高又降低。 如：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O (2)归中——同种元素的不同化合物发生氧化还原反应，元素的两种化合价向中间靠拢。 如：6NO＋4NH3=====△ 5N2＋6H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O (3)含氮物质的连续氧化 NH3――→O2 NO――→O2 NO2――→H2O HNO3 N2――→O2 NO――→O2 NO2――→H2O HNO3 1．A、B、C、D 是短周期元素形成的四种气体单质。E、F 均为气体，且 F 为红棕色。有关的 转化关系如下图所示(反应条件均已略去)。 - 15 - 请回答下列问题： (1)D 的化学式为________。 (2)反应③的离子方程式为_____________________________________________________。 (3)Y 和 E 在一定条件下可反应生成 B 和 Z。利用该反应可消除 E 对环境的污染，该反应的化 学方程式为___________________________________________________________。 (4)0.1 mol·L － 1 的 X 溶液和 0.1 mol·L － 1 的 Y 溶液等体积混合，溶液呈________性(填 “酸”“碱”或“中”)，原因是________________________________(用离子方程式说明)。 答案 (1)H2 (2)3NO2＋H2O===2H＋＋2NO－ 3 ＋NO (3)4NH3＋6NO =====一定条件5N2＋6H2O (4)酸 NH＋ 4 ＋H2O NH3·H2O＋H＋ 解析 (1)本框图题的突破口之一是“白烟”，是挥发性酸和氨气相遇后的产物，由此可推知 D 是 H2。突破口之二是“红棕色气体”，F 应为 NO2，反推可知 E 为 NO，C 为 O2，Z 为 H2O，Y 为 NH3，X 为 HCl，G 为 HNO3。(3)中涉及氨催化氧化反应，其原理是氧化还原反应中的归中反 应。(4)中两者恰好完全反应时生成 NH4Cl，铵根离子水解而使溶液显酸性。 2．已知 A 是气体单质，E 的水溶液显强酸性。A、B、C、D、E 是含有一种相同元素的五种物 质，在一定条件下可发生如图所示的转化。 (1)写出化学式：B________，D________，E________。 (2)写出化学方程式 B→C：________________________________________________________________________； D→E：________________________________________________________________________。 (3)C 物质常是汽车尾气的污染物之一，在汽车的排气管上装一个催化装置，可使 C 物质与 CO 反应，生成两种不是污染物的气体，反应的化学方程式是_______________________ ________________________________________________________________________， 每消耗 28 g 的 CO，转移电子的物质的量为________。 答案 (1)NH3 NO2 HNO3 - 16 - (2)4NH3＋5O2 =====催化剂 △ 4NO＋6H2O 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO (3)2NO＋2CO =====催化剂2CO2＋N2 2 mol 解析 (1)A 是一种常见的气体单质，C、D 是氧化物，且 C 与氧气反应生成 D，所以该元素是 变价元素，而 D 与水反应得到 E 的水溶液显强酸性，则 A 是 N2，B 为 NH3，C 是 NO，D 是 NO2， E 是 HNO3。 (2)B→C 的化学方程式：4NH3＋5O2 =====催化剂 △ 4NO＋6H2O，D→E 的化学方程式：3NO2＋H2O===2HNO3 ＋NO。 (3)NO 与 CO 反应，生成两种不是污染物的气体，应生成氮气与二氧化碳，反应的化学方程式： 2NO＋2CO =====催化剂2CO2＋N2，消耗 28 g 的 CO，其物质的量为 1 mol，转移电子的物质的量为 1 mol×(4－2)＝2 mol。 课时训练 1．下列有关氮及其化合物的说法不正确的是( ) A．硝酸应保存在棕色试剂瓶里 B．铵态氮肥不宜与碱性肥料混合施用 C．常温下铁、铝不与浓硝酸反应 D．NO 可用排水法收集，NO2 可用向上排空气法收集 答案 C 解析 A 项，硝酸不稳定，见光易分解，所以应保存在棕色试剂瓶里；B 项，铵态氮肥的水溶 液呈酸性，与碱性肥料混合施用会产生氨气，导致肥效降低；C 项，常温下铁、铝遇浓硝酸钝 化，钝化是氧化还原反应，是金属表面被氧化产生了一层致密的氧化物保护膜，阻止了金属 的进一步反应；D 项，NO 与氧气反应但不与水反应，也不溶于水，可用排水法收集，NO2 与水 反应，不能用排水法收集，由于其密度比空气大，可用向上排空气法收集。 2．氯化铵和氯化钠可用下列哪一种方法分离( ) A．加入氢氧化钠 B．加入 AgNO3 溶液 C．加热法 D．加入一种合适的酸 答案 C 3．如果要干燥氨气，可选用的干燥剂是( ) ①浓硫酸 ②固体氢氧化钠 ③五氧化二磷 ④碱石灰 ⑤固体 CaO ⑥无水 CaCl2 A．②③④⑤⑥ B．①③⑥ C．②④⑤ D．①②③④⑤ 答案 C - 17 - 解析 ①浓硫酸具有酸性，能和氨气反应，所以不能用浓硫酸干燥氨气，错误；②氢氧化钠 是强碱，氨气是碱性气体，二者不反应，可以用氢氧化钠干燥氨气，正确；③五氧化二磷是 酸性氧化物，氨气是碱性气体，五氧化二磷能和氨气反应，所以不能用五氧化二磷干燥氨气， 错误；④碱石灰显碱性，氨气是碱性气体，二者不反应，可以用碱石灰干燥氨气，正确；⑤ 固体 CaO 显碱性，氨气是碱性气体，二者不反应，可以用氧化钙干燥氨气，正确；⑥氯化钙 能和氨气反应，所以不能干燥氨气，错误；可选用的干燥剂有②④⑤，故选 C。 4．将氨气通过灼热的氧化铜后，发现氧化铜变红色，此外还收集到一种单质气体，这种气体 估计应是( ) A．O2 B．H2 C．O3 D．N2 答案 D 解析 由题目信息可知氧化铜将氨气氧化了，据此可以判断所得单质气体应为氮气。 5．检验铵盐溶液的方法：将待测物质取出少量，放在试管中，然后( ) A．加热，用湿润的红色石蕊试纸置于试管口检验 B．加强碱溶液后加热，再滴入无色酚酞溶液 C．加热，用蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口检验 D．加烧碱溶液后加热，再用湿润的红色石蕊试纸置于试管口检验 答案 D 解析 铵盐溶液在加热时不发生分解，没有氨气产生，用湿润的红色石蕊试纸置于试管口检 验无现象，故 A 错误；加强碱溶液后加热，再滴入无色酚酞溶液，因为强碱溶液呈碱性，不 能确定是否有铵根离子，故 B 错误；铵盐溶液在加热时不发生分解，没有氨气产生，用蘸有 浓盐酸的玻璃棒置于试管口检验无现象，故 C 错误；将铵盐和氢氧化钠混合后加热，用湿润 的红色石蕊试纸检验，湿润的红色石蕊试纸变蓝色，说明产生了氨气，这是由于铵根离子和 氢氧根离子反应产生氨气，则原溶液中含有铵根离子，为铵盐溶液，故 D 正确。 6．在下图所示的装置中，烧瓶中充满干燥气体 a，将滴管中的液体 b 挤入烧瓶内，轻轻振荡 烧瓶，然后打开弹簧夹 f，烧杯中的液体 b 呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶。则 a 和 b 不满 足题目要求的是( ) 选项 a(干燥气体) b(液体) A NO2 水 B CO2 4 mol·L－1 NaOH 溶液 C Cl2 饱和 NaOH 溶液 - 18 - D NH3 1 mol·L－1 盐酸 答案 A 解析 由 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 可知最后还剩余1 3 的气体，选 A；CO2、Cl2 均能完全溶解于 NaOH 溶液，故不选 B、C；NH3 能完全溶解于稀盐酸，不选 D。 7．如下图，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。下表中对实验现象所做的解释正确的是( ) 选项 实验现象 解释 A 浓盐酸附近产生白烟 NH3 与浓盐酸挥发的 HCl 气体反应产生了 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 答案 A 解析 B 项，浓 H2SO4 易与 NH3 发生反应；C 项，该溶液也可能是 MgCl2 等溶液；D 项，NH3·H2O 是碱，而 NH3 不属于碱。 8．无色的混合气体甲，可能含 NO、CO2、NO2、NH3、N2 中的几种，将 100 mL 甲气体经过下图实 验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为( ) A．NH3、NO2、N2 B．NO、CO2、N2 C．NH3、NO2、CO2 D．NH3、NO、CO2 答案 D 解析 无色气体说明不存在 NO2，通过足量的浓硫酸时氨气被吸收，由于气体体积减小 20 mL， 则氨气的体积为 20 mL；再通过足量的 Na2O2 的干燥管时，气体变为红棕色，则说明原气体中 含有 NO 和 CO2。发生反应：2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2；O2＋2NO===2NO2。当气体通过足量的水 时由于得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，所以没有 N2。因此在原混合气体中含有 NH3、NO、 CO2。 - 19 - 9．某化学兴趣小组进行了有关 Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示。下列有 关说法正确的是( ) A．实验①中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生，说明稀硝酸被 Cu 还原为 NO2 B．实验③中滴加稀硫酸，铜片继续溶解，说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强 C．实验③发生反应的化学方程式：3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4===4CuSO4＋2NO↑＋4H2O D．由上述实验可得出结论：Cu 在常温下既可以与稀硝酸反应，也可以与稀硫酸反应 答案 C 解析 ①中发生 3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，生成硝酸铜溶液为蓝色，试管口 NO 被氧化生成红棕色的二氧化氮，但硝酸被还原生成 NO，故 A 错误；③中加稀硫酸，Cu 与稀硫 酸不反应，但硝酸铜在酸性条件下具有硝酸的强氧化性，继续与 Cu 反应，而硝酸的氧化性强， 故 B 错误；实验③发生反应的化学方程式为 3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4===4CuSO4＋2NO↑＋4H2O， 故 C 正确；由上述实验可得出结论：Cu 在常温下可以和稀硝酸反应，故 D 错误。 10．某元素的单质与足量浓 HNO3 反应时，参加反应的单质与 HNO3 的物质的量之比为 1∶4，则 反应后的产物中，该元素的价态可能为( ) A．＋1 B．＋5 C．＋3 D．＋4 答案 D 11．如图的关系图中，A 是一种正盐，E 是强酸，当甲无论是强酸或强碱都有如下反应关系： A ――→甲 B ――→O2 C ――→O2 D ――→H2O E 当甲无论是强酸或强碱，A、B、C、D、E 均为同种元素对应的不同的化合物。回答下列问题： (1)A 是________(用化学式表示)。 (2)当甲是稀盐酸溶液时，B 为具有臭鸡蛋气味的气体。 ①写出 B 与 C 反应的化学方程式：_______________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②一定质量的 Zn 与 100 mL 12.0 mol·L－1 的 E 的浓溶液充分反应，反应后称量剩余锌发现质 量减少了 65.0 g，将反应后的溶液稀释至 1 L，此时溶液中 c(SO2－ 4 )＝________ mol·L－1，产 生 SO2 体积(标准状况下)＝________ L。 (3)当甲是浓氢氧化钠溶液时，B 为易液化的气体可作制冷剂。 ①C 是________，在浓的 E 溶液中放入过量的铜片，则反应将要结束时的离子方程式为 ________________________________________________________________________ - 20 - ________________________________________________________________________。 ②将盛有 D 和 O2 的混合气体 12 mL 的量筒倒立于水槽中，充分反应后，剩余 2 mL 无色气体(均 在同温同压下测定)，则原混合气体中氧气的体积是________。 答案 (1)(NH4)2S (2)①2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O ②1 4.48 (3)①NO 3Cu＋8H＋＋2NO－ 3 ===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O ②4 mL 或 1.2 mL 解析 (1)A 是一种正盐，E 是强酸，由转化关系可知，中学化学中 N、S 元素化合物符合转化， 当甲无论是强酸或强碱，A、B、C、D、E 均为同种元素对应的不同的化合物，可推知 A 为(NH4)2S。 (2)当甲是稀盐酸溶液时，B 为具有臭鸡蛋气味的气体，则 B 为 H2S、C 为 SO2、D 为 SO3，E 为 H2SO4，则： ①B 与 C 反应的化学方程式为 2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O。 ②一定质量的 Zn 与 100 mL 12.0 mol·L－1 的 H2SO4 的浓溶液充分反应，反应后称量剩余锌发 现质量减少了 65.0 g，则参加反应的 Zn 的物质的量为 1 mol，H2SO4 的物质的量为 0.1 L×12 mol·L－1＝1.2 mol，由于硫酸没有剩余，设与浓硫酸反应的 Zn 为 x mol，与稀硫酸反应的 Zn 为 y mol，则： Zn＋2H2SO4(浓)===ZnSO4＋SO2↑＋2H2O x 2x x x Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ y y y 由题意可知：x＋y＝1,2x＋y＝1.2，解得 x＝0.2，y＝0.8，故将反应后的溶液稀释至 1 L， 此时溶液中 c(SO2－ 4 )＝0.2 mol＋0.8 mol 1 L ＝1 mol·L －1，产生 SO2 体积(标准状况下)＝0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L。 (3)当甲是浓氢氧化钠溶液时，B 为易液化的气体可作制冷剂，则 B 为 NH3、C 为 NO、D 为 NO2， E 为 HNO3。 ①由上述分析可知 C 是 NO，在浓的 E 溶液中放入过量的铜片，则反应将要结束时，为 Cu 与稀 硝酸反应，离子方程式为 3Cu＋8H＋＋2NO－ 3 ===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。 ②可能发生的反应为 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，试管中 O2 和 NO2 气体按 体积比 1∶4 混合全部溶解，液体充满试管，假定全部为二氧化氮，剩余气体体积为1 3 ×12 mL ＝4 mL，实际是结果剩余 2 mL 气体，小于 4 mL，则说明剩余气体为 NO 或氧气，若为氧气， 则参加反应的气体为 12 mL－2 mL＝10 mL，根据 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，可知参加此反应的 NO2 的体积为 10 mL×4 5 ＝8 mL，参加反应的 O2 的体积为 10 mL－8 mL＝2 mL，原混合气体中 O2 的体积为 2 mL＋2 mL＝4 mL；若剩余气体为 NO 气体，根据 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，可知过量 - 21 - 的 NO2 为 3×2 mL＝6 mL，反应 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 消耗的气体总体积为 12 mL－6 mL＝6 mL， 则反应消耗的氧气为 6 mL×1 5 ＝1.2 mL，故答案为 4 mL 或 1.2 mL。 12．我国空气质量预报的内容主要包括三个方面：二氧化硫、氮氧化物(NOx)、悬浮颗粒物等 三种大气污染物的浓度。 (1)与氮氧化物有关的全球或区域性大气环境问题有________(填字母)。 a．酸雨 b．沙尘暴 c．光化学烟雾 d．温室效应 (2)为了降低汽车尾气对大气的污染，目前最有效的方法是给汽车安装尾气净化装置。它能将 尾气中的一氧化碳和 NO 在催化剂作用下，发生反应转化为无害气体，其反应的化学方程式为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)①写出实验室中由固体物质制取氨气的化学方程式 ________________________________________________________________________； ②欲收集一瓶干燥的氨气，选择下图中的装置，其连接顺序为发生装置→______________(按 气流方向，用小写字母表示)。 ③实验室也可用右图所示装置制取氨气。烧瓶内固体可选用________(填字母)。 a．碱石灰 b．生石灰 c．二氧化硅 d．五氧化二磷 ④催化剂存在条件下，NH3 也可用来消除 NOx 的污染，生成两种对环境无害的物质，请写出 NH3 与 NO2 反应的化学方程式：_______________________________________________ ________________________________________________________________________， 该反应中每生成 0.5 mol N2 转移________ mol 电子。 答案 (1)ac (2)2NO＋2CO =====催化剂N2＋2CO2 - 22 - (3)①2NH4Cl＋Ca(OH)2=====△ CaCl2＋2NH3↑＋2H2O ②d→c→f→e→i ③ab ④6NO2＋8NH3 =====催化剂7N2＋12H2O 1.7(或12 7 ) 解析 (1)氮氧化合物与水生成硝酸，使雨水 pH<5.6，故 a 选；沙尘暴与固体悬浮颗粒物有关， 与氮氧化物无关，故 b 不选；光化学烟雾与汽车尾气中的氮氧化合物有关，故 c 选；温室效 应与 CO2 有关，故 d 不选。 (2)NO、CO 在催化剂作用下转化为氮气和二氧化碳，反应的化学方程式为 2NO＋2CO =====催化剂N2 ＋2CO2。 (3)①实验室中由固体物质制取氨气为固体氯化铵和固体氢氧化钙反应，反应的化学方程式为 Ca(OH)2＋2NH4Cl=====△ CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。 ②实验室用加热固体氯化铵和氢氧化钙的方法制备氨气，制备的气体中含有水蒸气，氨气为 碱性气体，应选择盛有碱石灰的干燥管干燥气体，氨气极易溶于水，密度小于空气，所以应 选择向下排空气法收集气体，氨气极易溶于水，尾气可以用水吸收，注意防止倒吸的发生， 所以正确的连接顺序为发生装置→d→c→f→e→i。 ③a 项，浓氨水与碱石灰中的氧化钙反应生成氢氧化钙，放热，使得 NH3·H2O 分解放出氨气， 正确；b 项，浓氨水与氧化钙反应生成氢氧化钙，放热，使得 NH3·H2O 分解放出氨气，正确； c 项，浓氨水与二氧化硅不发生反应，错误；d 项，浓氨水与五氧化二磷生成磷酸铵，不放出 氨气，错误；故选 ab。 ④NH3 可用来消除 NO2 的污染，生成 2 种对环境无害的物质，应生成氮气和水，反应的化学方 程式为 6NO2＋8NH3 =====催化剂7N2＋12H2O，反应中只有 N 元素化合价发生变化，其中氨气中 N 的化 合价由－3 价变为 0 价，转移的电子数为 24，则每生成 0.5 mol N2 转移0.5 7 ×24 mol＝12 7 mol 电子。 13．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 NOx 反应进行了探究。将 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。 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 _________________________ - 23 - ________________________ ________________________ ________________________ ________________________ ________________________ _________________________ ______________________ _________________________ _________________________ ______________________ 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 生成的气态水凝集 打开 K2 ③______________________ ________________________ _______________________ ④_______________________ _________________________ ________________________ 答案 ①红棕色慢慢变浅 ②8NH3＋6NO2 =====催化剂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 管中压强小于外压 解析 ①NO2 具有强氧化性，NH3 有强还原性，两者相遇，会发生氧化还原反应产生氮气和水， 根据电子守恒、原子守恒，可得反应的化学方程式：8NH3＋6NO2 =====催化剂7N2＋12H2O，根据反应 方程式可知反应现象是 Y 管内看到红棕色慢慢变浅，同时在注射器的内壁有水珠产生；②根 据①分析可知发生该反应的方程式是 8NH3＋6NO2 =====催化剂7N2＋12H2O；③反应后由于容器内气体 的物质的量减小，所以会使容器内气体压强减小。当打开 K2 后，烧杯内 NaOH 溶液在大气压强 的作用下会倒吸进入 Y 管内；④溶液进入 Y 管内的原因是由于该反应是气体体积减小的反应， 反应发生导致装置内压强降低，在外界大气压的作用下而发生倒吸现象。