高考化学考点21 氮及其重要化合物

高考化学考点21 氮及其重要化合物

1 一、氮气一、氮气 1．氮气的循环 2．物理性质 氮气是无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。 3．分子结构 电子式： 结构式：N≡N 4．化学性质 （1）与 O2 反应 N2＋O2 2NO （2）与 H2 反应 N2+3H2 2NH3 （3）与 Mg 反应 N2+3Mg Mg3N2 5．用途 作保护气；医疗上用作冷冻麻醉剂；合成氨等。 （1）N2 约占空气总体积的 78%、总质量的 75%。 （2）N2 中氮元素处于中间价态，既可表现还原性，又可表现氧化性。 （3）N2 可作保护气，是因为在通常情况下 N2 的化学性质很稳定，不与 O2、酸、碱等发生反应；性质 稳定是由氮气分子内氮氮三键的键能大决定的。 二、氮的氧化物二、氮的氧化物 1．氮有多种价态的氧化物，如 N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 等，其中属于酸性氧化物的是 N2O3、 N2O5。 2．NO 和 NO2 的比较 NO NO2 颜色 无色 红棕色 毒性 有毒 有毒 2 溶解性 不溶于水 与 O2 反应 2NO＋O2===2NO2 与 H2O 反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 实验室制法 3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+ 2NO↑+4H2O，只能用排水法收集 Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，只能 用排空气法收集 对人体、环境的 影响 （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 3．氮氧化物对环境的污染和防治 （1）氮的氧化物都是有毒气体，都是大气污染物。 （2）空气中的 NO2 等是造成光化学烟雾的主要因素。 （3）空气中的 NO、NO2 主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂的废气等。 （4）污染的种类 光化学烟雾：NOx 与碳氢化合物在紫外线作用下发生一 系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾大 气 污 染 酸雨：NOx 排入大气后，与水反应生成 HNO3 和 HNO2， 随雨水降到地面，就有可能形成酸雨 水体污染 水体富营养化 （5）常见的 NOx 尾气处理方法 ①碱液吸收法：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。 2NO2+2NaOH NaNO3+NaNO2+H2O NO2+NO+2NaOH 2NaNO2+H2O ②催化转化：在催化剂、一定温度下，NOx 可与氨反应转化为无毒气体(N2)和 H2O 或与 CO 反应转化为 无毒气体（N2 和 CO2）。一般适用于汽车尾气的处理。 三、氨和铵盐三、氨和铵盐[[来源来源:Zxxk.Com]:Zxxk.Com] 1．氨 （1）物理性质 氨气是无色有刺激性气味的气体，易液化可作制冷剂，常温、常压下，1 体积的水可溶解 700 体积的氨 3 气，可由喷泉实验证明。 （2）化学性质 ①还原性：与氧气反应：4NH3＋5O2 4NO＋6H2O。 ②与酸反应：与氯化氢反应：HCl＋NH3===NH4Cl。 现象：冒白烟。 应用：用于 NH3 与挥发性酸的互相检验。 ③与水反应：NH3＋H2O NH3·H2O，NH3·H2O 发生电离：NH3·H2O NH4+＋OH－，氨的水溶液叫 氨水，呈弱碱性。 （3）氨气的制法 ①用铵盐和碱制取 ②用浓氨水制取 方法 化学方程式 气体发生装置 4 加热浓氨水 NH3·H2O NH3↑+H2O 浓氨水+固体 NaOH NaOH 溶于水放热，促使 NH3·H2O 分解， 且 OH−浓度的增大有利于 NH3 的逸出 浓氨水+固体 CaO CaO 与水反应，使溶剂（水）减少；反 应放热，促使 NH3·H2O 分解，NH3 逸出。 NH3·H2O+CaO NH3↑+ Ca(OH)2 ③工业制法：N2＋3H2 2NH3 （4）用途：化工原料，用于制硝酸、铵盐、纯碱、尿素，用作制冷剂。 （1）氨的电子式为 ，结构式为 ，分子构型为三角锥形。 （2）氨是中学阶段所学的唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，利用这一点，可以在推断题中 作为解题的突破口。 （3）氨水中含有三种分子（H2O、NH3·H2O、NH3）和三种离子（OH−、NH4+、H+），其中含量最多的是 NH3·H2O，但计算其物质的量浓度和溶质质量分数时，氨水的溶质以 NH3 代入。 （4）氨水中存在平衡：NH3+H2O NH3·H2O NH4+＋OH−。生成的一水合氨（NH3·H2O）是一种弱 碱，很不稳定，受热会分解：NH3·H2O NH3↑＋H2O。当氨水作反应物时，在离子方程式中用分 子式表示。 2．铵盐 （1）物理性质 铵盐都是白色或无色晶体，都易溶于水。 （2）化学性质 5 （3）NH4+的检验 四、硝酸四、硝酸 实验室中 HNO3 保存在棕色、细口、磨口玻璃塞的玻璃试剂瓶中，并放置在避光处。硝酸的保存与其性 质有着密切关系。 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 （1）不稳定性 化学方程式：4HNO3 4NO2↑＋O2↑＋2H2O。 （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。 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。 6 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＋＋ ===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。 （3）与有机物反应 ①硝化反应(与反应)：带有苯环的有机物与硝酸反应生成带有硝基的有机物。 ②颜色反应：蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。 3． 的检验 试液浓缩后，加入浓硫酸和 Cu 片，出现蓝色溶液和红棕色气体。若待测液较稀，相当于 Cu 与稀硝酸反 应，产生无色气体 NO，现象不明显。因此可将稀溶液浓缩后再检验。 考向一 氮的氧化物性质与相关计算 有关氮的氧化物溶于水的计算，从反应实质看都是氧化还原反应。可以从得失电子数相等或原子守恒 的角度分析，简化计算过程。如 NOx 与 O2、H2O 转化为硝酸的计算，则反应中 O2 得到的电子数与 NOx 失 去的电子数相等。 NO2 和 NO 有如下反应： 3NO2+H2O===2HNO3+NO ① 2NO+O2===2NO2 ② 4NO2+O2+2H2O===4HNO3 ③ 4NO+3O2+2H2O===4HNO3 ④ （1）NO 和 NO2 的混合气体 NO、NO2 的混合气体溶于水时仅涉及反应①，可利用气体体积变化差值进行计算：V 剩=V(NO)原+ V(NO2)。 （2）NO2 和 O2 的混合气体 NO2 和 O2 的混合气体溶于水时涉及反应③，其计算如下表： 3NO 3NO 1 3 7 x= 04 反应情况 O2 过量，剩余气体为 O2 恰好完全反应 NO2 过量，剩余气体为 NO （3）NO 和 O2 的混合气体 NO、O2 的混合气体溶于水时涉及反应④，其计算如下表： x= 0 反应情况 O2 过量，剩余气体为 O2 恰好完全反应 NO 过量，剩余气体为 NO 典例 1 现有等体积混合而成的 4 组气体：①NO2＋NO、②NO2＋O2、③HCl＋N2、④Cl2＋SO2。现将其分 别通入体积相同的试管中并立即倒立在足量水中，试管内水面上升的高度分别为 h1、h2、h3、h4，则高 度关系是 A．h4>h2>h3>h1 B．h4>h3>h2>h1 C．h2>h3>h1>h4 D．h3>h2>h1>h4 满整支试管，故选 A。 【答案】A 2 2 (NO ) (O ) V V 2 (NO) (O ) V V 4 3 4 3 4 3 8 1．如图所示，试管中盛装的气体呈红棕色，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试 管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水面 继续上升，经过多次重复后，试管被水充满，对原 试管中盛装的气体的说法正确的是 [来源:Zxxk.Com] A．可能是 N2 与 NO2 的混合气体 B．可能是 N2O 气体 C．可能是 NO 与 NO2 的 混合气体 D．只可能是 NO2 一种气体 考向二 氨与铵盐的性质及应用 典例 1 下列有关氨或铵盐的说法不正确的是 A.NH3 属于弱电解质 B.可用湿润的红色石蕊试纸检验氨气 C.用盐酸滴定氨水，当溶液呈中性时，c( )=c(Cl﹣) D.常温时，0.1mol•L﹣1NH4Cl 溶液加水稀释， 的值不变 加水稀释，由于温度不变，所以 的值不变，即 的值也不变， 故 D 正确。答案选 A。&网 【答案】A 4NH       4 3 2 NH NH H O H c c c          3 2 4 NH H O H NH c c c           4 3 2 NH NH H O H c c c    9 2．下列说法中正确的是 A．所有铵盐受热均可以分解，产物均有 NH3 B．硝酸铵受热易分解爆炸，实验室常用加热氯化铵与氢氧化钙的固体混合物制备氨气 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 考向三 喷泉实验 典例 1 某同学仿照喷泉实验原理在实验室里做了一个“喷烟实验”。如图所示，在甲、乙两个烧瓶中分别 装入 X、Y 两种无色气体，胶头滴管中盛有含酚酞的 NaOH 溶液，实验时将胶头滴管内的液体挤入甲 烧瓶中，然后打开止水夹，便可看到甲烧瓶中的导管喷出白色的烟，同时甲烧瓶中的溶液颜色逐渐变 浅最后褪为无色。则 X、Y 分别为 A．NH3 和 HCl B．HCl 和 NH3 C．SO2 和 HCl D．NO 和 HCl 【答案】A 3．如图是课外活动小组的同学设计的 4 个喷泉实验方案，下列有关操作不可能引发喷泉现象的是 A．挤压装置①的胶头滴管使 CCl4 全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹 10 B．挤压装置②的胶头滴管使 NaOH 溶液全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹 C．用鼓气装置从装置③的 a 处不断鼓入空气并打开止水夹 D．向装置④的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹 喷 泉 实 验 （1）喷泉实验的原理 当挤压胶头滴管胶头，使少量水进入烧瓶后，气体在液体中溶解度很大，在短时间内产生足够大的压 强差(负压)，则打开止水夹后，大气压将烧杯内的液体压入烧瓶中，在尖嘴导管口形成喷泉。 （2）形成喷泉的气体与液体组合 ①极易溶于水的气体(NH3、HCl 等)与水可形成喷泉； ②酸性气体与 NaOH 溶液组合能形成喷泉。 气体 HCl NH3 CO2、Cl2、H2S、SO2 NO2+O2 CH2=CH2 吸收剂 水或氢氧化钠溶液 水或盐酸 氢氧化钠溶液 水 溴水 （3）喷泉实验成功的关键 ①盛气体的烧瓶必须干燥； ②气体要充满烧瓶； ③装置不能漏气(实验前应先检查装置的气密性)； ④所用气体能大量溶于所用液体或气体与液体能快速反应。 （4）喷泉实验的几种常见装置 说明：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。 考向四 氨气的实验室制法 11 典例 1 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 4．为了在实验室利用工业原料制备少量氨气，有人设计了如下装置(图中夹持装置均已略去)。 [实验操作] ①检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹 a、b、c、d、e。在 A 中加入锌粒，向长颈漏斗注入一定量稀 硫酸。打开弹簧夹 c、d、e，则 A 中有氢气发生。在 F 出口处收集氢气并检验其纯度。 ②关闭弹簧夹 c，取下截去底部的细口瓶 C，打开弹簧夹 a，将氢气经导管 B 验纯后点燃，然后立即罩上 无底细口瓶 C，塞紧瓶塞，如图所示。氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭。 ③用酒精灯加热反应管 E，继续通氢气，待无底细口瓶 C 内水位下降到液面保持不 变时，打开弹簧夹 b， 无底细口瓶 C 内气体经 D 进入反应管 E，片刻后 F 中的溶液变红。回答下列问题： （1）检验氢气纯度的目的是 。 12 （2）C 瓶内水位下降到液面保持不变时，A 装置内发生的现象是 ，防止了实验 装置中压强过大。此时再打开弹簧夹 b 的原因是 ，C 瓶内气体的成 分是 。 （3）在步骤③中，先加热铁触媒的原 因是 。反应管 E 中发生反应的化学方程 式是 。 NH3 制取实验中 3 个方面的创新 （1）NH3 制取原理的创新 实验室制取少量 NH3，可不用铵盐和碱混合共热，而采用常温下将浓氨水滴加到固态碱性物质(如 CaO、NaOH、碱石灰等)上，来制取 NH3。 （2）NH3 制取装置的创新 （3）NH3 吸收装置的创新 考向五 硝酸与金属反应的计算 典例 1 将 11.2 g 的 Mg—Cu 混合物完全溶解于足量的硝酸中，收集反应产生的气体 x(假定产生的气体全 部逸出)。再向所得溶液中加入足量的 NaOH 溶液，产生 21.4 g 沉淀。根据题意推断气体 x 的成分可 能是 A．0.3 mol NO2 和 0.3 mol NO B．0.2 mol NO2 和 0.1 mol N2O4 C．0.6 mol NO 13 D．0.1 mol NO、0.2 mol NO2 和 0.05 mol N2O4 【答案】D 5．5.6 g Fe 全部溶于一定浓度、200 mL 的 HNO3 溶液中，得到标准状况下的气体 2.24 L，测得反应后溶液 中的 浓度为 1.25 mol·L−1。若反应前后溶液体积变化忽略不计，则下列有关判断错误的是 A．反应后溶液中铁元素以 Fe3+、Fe2+形式存在 B．反应后的溶液最多还能溶解 2.8 g Fe C．2.24 L 气体可能是 NO、NO2 的混合气体 D．原 HNO3 溶液的浓度为 1.75 mol·L−1 硝酸与金属反应的计算方法 （1）硝酸与金属反应的计算模型 （2）计算技巧 3NO 14 1．下列有关氮元素的单质及其化合物的说法正确的是 A.豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮气,属于物理变化 B.向装有 Fe(NO3)2 溶液的试管中加入稀硫酸,在管口观察到红棕色气体,原因是 HNO3 分解生成了 NO2 C.将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近,观察到白烟 D.雷雨天气可以产生硝酸,不会给作物带来危害 2．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（1） 和（2）两个试管内溶液物质的量浓度之比为 A.1∶1　　 B.4∶3　　 C.5∶7　　 D.7∶5 3．如图所示是实验室制取气体的装置，其中发生装置相同，干燥和集气装置有两套，分别用图 1 和图 2 表 示。下列选项中正确的是 选项 发生装置中的药品 干燥和集气装置 A 亚硫酸钠和饱和稀盐酸 图 2 15 B 大理石和稀盐酸 图 1 C 铜和稀硝酸 图 2 D 氧化钙和浓氨水 图 1 4．下列关于硝酸的说法正确的是 A.硝酸与金属反应时，主要是+5 价的氮得电子 B.浓硝酸与浓盐酸按 3∶1 的体积比混合，所得的混合物叫王水 C.硝酸电离出的 H+能被 Zn、Fe 等金属还原成 H2 D.常温下，向浓硝酸中投入 Fe 片，会产生大量的红棕色气体 5．如图所示是验证气体性质的实验装置，下列有关说法不正确的是 A.若水槽中是水，试管中是 NO2，可观察到试管中液面上升，若再充入适量的 O2 可使液体充满整个试管 B.若水槽中是 NaOH 溶液，试管中是 Cl2，可观察到试管中液面上升 C.若水槽中是水并滴有几滴紫色石蕊试液，试管中是 SO2，可观察到试管中液面上升，试管中溶液呈无 色 D.若水槽中是水并滴有几滴酚酞试液，试管中是 NH3，可观察到试管中液面上升，试管中溶液呈红色 6．用内置有螺旋状铜丝的胶头滴管小心吸取一滴管浓硝酸后迅速插入细口瓶中(如图)，滴管与瓶口接触处 垫一小块滤纸使滴管与瓶口留少量空隙，依次观察到如下现象：①滴管内产生红棕色气体，液面下降；② 滴管内的液面上升，气体变成无色；③滴管内的液面再次下降。下列说法中不正确的是 A．现象①中产生的红棕色气体为 NO2[来源:Z#xx#k.Com] B．产生现象②的原因是 NO2 与水反应 C．产生现象③的原因是铜与稀硝酸反应 D．最终瓶内溶液中的溶质一定只有 Cu(NO3)2 7．在一定浓度的浓硝酸中加入 m 克铜镁合金恰好完全溶解(假定硝酸的还原产物只有 NO2)，向反应后的混 16 合溶液中滴加 b mol/L NaOH 溶液，当滴加到 V mL 时，恰好完全反应，得到沉淀质量为 n 克，则下列有 关该实验的说法中正确的有 ①沉淀中氢氧根的质量为（n−m）克 ②恰好溶解后溶液中 的物质的量为 bV mol ③反应过程中转移的电子数为 mol ④生成 NO2 气体的体积为 L ⑤与合金反应的硝酸的物质的量为 mol A．①②③④⑤ B．①③④⑤ C．①③⑤ D．①②③⑤ 8．将铁粉和铜粉的均匀混合物分成四等份，分别加入同浓度的稀硝酸，充分反应，在标准状况下生成 NO 的体积和剩余金属的质量如下表(设硝酸的还原产物只有 NO)。下列计算结果错误的是 编号 ① ② ③ ④ 稀硝酸体积/mL 100 200 300 400 剩余金属/g 18.0 9.6 0 0 NO 体积/ mL 2 240 4 480 6 720 V A.①中溶解了 8.4 g Fe B.原混合物的总质量为 105.6 g C.硝酸的浓度为 4 mol·L-1 D.④中 V=6 720 9．某小组同学欲探究 NH3 经一系列反应得到 NH4NO3 的过程，按如图所示装置进行实验。用 A、B 装置制 备相关气体，可选药品:浓氨水、30%H2O2 溶液、蒸馏水、NaOH 固体、MnO2。 A　　　　　　　　　　　　B （1）A 装置制备的气体是　　　　，理由是　　　　　　　　　　　　。 3NO 17 n m  22.4 17 n m  2 17 n m 17 C　　　　 　D　　　 　　E　　　　 　　F （2）装置 C 中可以盛放　　　　　　　　；装置 C 有多种作用，如使氨气和氧气充分混合、控制通入 氨气和氧气的体积比，还用于　　　　　　　　　　　　。 （3）装置连接顺序是 a→c、b→d、e→　　　　　　　　　　　　。 （4）进行有关实验。在硬质玻璃管 F 中加入少量催化剂，点燃酒精灯。 操作步骤 实验现象 解释原因 打开 c、d 导管的止水夹，控制通入氨气和氧气 的体积比小于 1∶2，使混合气体缓慢通入硬质 玻璃管中 ①E 瓶中　　　 ②F 中反应的化学方程 式为　　　　　　　 关闭 c 导管的止水夹，并熄灭酒精灯 ③E 瓶中　　　 ④　　　 （5）本实验设置有尾气处理装置，但还会污染环境，原因是　　　　　　　　　　。 10．亚硝酸钙[Ca(NO2)2]是水泥混凝土外加剂的主要原料，可配制成混凝土防冻剂、钢筋阻锈剂等。某学习 小组设计实验制备亚硝酸钙，实验装置如图所示(夹持装置略去)。 已知:2NO+CaO2 Ca(NO2)2；2NO2+CaO2 Ca(NO3)2。 请回答下列问题: （1）向三颈烧瓶中加入稀硝酸之前，应向装置中通入一段时间的 N2，原因是　　　　　　　　　　　　。 （2）仪器 D 的名称是　　　　；B 中盛放的试剂是　　　　　　　　。 （3）装置 F 中，酸性 K2Cr2O7 溶液可将剩余的 NO 氧化成 N ，溶液由橙色变为绿色(Cr3+)，发生反应 的离子方程式是　　　　　　　　　　　　。 （4）工业上可用石灰乳和硝酸工业的尾气(含 NO、NO 2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的 18 Ca(NO2)2，反应原理为 Ca(OH)2+ NO+NO2 Ca(NO2)2+H2O。其部分工艺流程如图所示: 该工艺需控制 NO 和 NO2 的物质的量之比接近 1∶1。 ①若 n(NO)∶n(NO2)>1∶1，则会导致　　　　　　　　　　　　　　； ②若 n(NO)∶n(NO2)<1∶1，则会导致　　　　　　　　　　　　　　。 （5）已知 Ca(NO2)2 溶液需保持弱碱性，因为其遇酸会发生分解，产生 NO 气体。取 a g 某样品加入过量 的稀硫酸中，发生反应产生 b L(标准状况)气体，则该样品的纯度是　　　　　　　　。 1．[2018 新课标Ⅱ卷]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[来源:#网] 2．[2017 北京]下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是 ① ② ③ A．由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体 B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应 C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物 19 D．③的气体产物中检测出 CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应 3．[2016 上海]称取(NH4)2SO4 和 NH4HSO4 混合物样品 7.24 g，加入含 0.1 mol NaOH 的溶液，完全反应，生 成 NH3 1792 mL（标准状况），则(NH4)2SO4 和 NH4HSO4 的物质的量比为 A．1∶1 B．1∶2 C．1.87∶1 D．3.65∶1 4．[2016 海南]下列反应可用离子方程式“H++OH− H2O”表示的是 A．NaHSO4 溶液与 B a(OH)2 溶液混合 B．NH4Cl 溶液与 Ca(OH) 2 溶液混合 C．HNO3 溶液与 KOH 溶液混合 D．Na2HPO4 溶液与 NaOH 溶液混合 5．[2016 江苏]根据侯氏制碱原理制备少量 NaHCO3 的实验，经过制取氨气、制取 NaHCO3、分离 NaHCO3、 干燥 NaHCO3 四个步骤，下列图示装置和原理能达到实验目的的是 6．[2017 北京]SCR 和 NSR 技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的 NOx 排放。 （1）SCR（选择性催化还原）工作原理： ① 尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为 NH3 和 CO2，该反应的化学方程式：____________。 ② 反应器中 NH3 还原 NO2 的化学方程式：____________。 ③ 当燃油中含硫量较高时，尾气中 SO2 在 O2 作用下会形成(NH4)2SO4，使催化剂中毒。用化学方程式表 示(NH4)2SO4 的形成：________。 ④ 尿素溶液浓度影响 NO2 的转化，测定溶液中尿素（M=60 g·mol −1）含量的方法如下：取 a g 尿素溶液， 将所含氮完全转化为 NH3，所得 NH3 用过量的 v1 mL c1 mol·L−1 H2SO4 溶液吸收完全，剩余 H2SO4 用 v2 mL c2 mol·L−1 NaOH 溶液恰好中和，则尿素溶液中溶质的质量分数是________。 （2）NSR（NOx 储存还原）工作原理： 20 NOx 的储存和还原在不同时段交替进行，如图 a 所示。 ① 通过 BaO 和 Ba(NO3)2 的相互转化实现 NOx 的储存和还原。储存 NOx 的物质是_________。 ② 用 H2 模拟尾气中还原性气体研究了 Ba(NO3)2 的催化还原过程，该过程分两步进行，图 b 表示该过程 相关物质浓度随时间的变化关系。第一步反应消耗的 H2 与 Ba(NO3)2 的物质的量之比是__________。 ③ 还原过程中，有时会产生笑气（N2O）。用同位素示踪法研究发现笑气的产生与 NO 有关。在有氧条 件下 15NO 与 NH3 以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是 15NNO。将该反应的化学方程式补充完整： _______ □15NNO+□H2O 1．【答案】C 2．【答案】B 【解析】铵盐分解不一定产生 NH3，如 NH4NO3 在 400 ℃以上分解生成 N2、NO2 和 H2O，A 错误；Fe2+ 比 更易结合 OH−，因而加入少量 NaOH 溶液，不会产生 NH3，C 错误；CH3COONH4 溶液呈中性， D 错误。 3．【答案】B 【解析】①中的Cl2 易溶于 CCl4，使圆底烧瓶中压强减小，使烧杯中的 NaOH 溶液进入烧瓶形成喷泉；② 中的 NO 与 NaOH 溶液不反应，圆底烧瓶内的压强不改变，不会形成喷泉；③中因鼓入空气使锥形瓶内 气压增大，使水进入烧瓶而形成喷泉；④中浓H2SO4 溶于水放热，促使锥形瓶内氨水分解产生 NH3，NH3 进入烧瓶与 HCl 反应而形成喷泉。 4．【答案】（1）“排除空气，保证安全”或“判断装置中空气是否排净，保证安全”(合理即可) （2）锌粒与酸脱离 尽量增大氢气的浓度以提高氮气的转化率 N2、H2 （3）升高温度，增大铁触媒活性，加快氨的合成反应速率 N2+3H2 2NH3 催化剂 4NH  铁触媒 △ 21 【解析】（1）氢气和空气混合气体受热易爆炸。若不检验氢气的纯度可能在 E 处发生危险。 （2）A 装置原理类似启普发生器当试管内压强过大酸会流回长颈漏斗中使反应停止。C 瓶利用排水法收 集氢气，氢气收集满后再通入气体压强变大导致 A 中酸流回漏斗和锌粒脱离接触反应停止。C 中原有空 气里的氧气被氢气燃烧而消耗最终主要剩余氮气，所以 C 中气体主要成分为氮气和氢气。通氢气一直到 压强增大到不能增大为止可以让通入的氢气尽可能多。根据化学平衡原理增大氢气浓度可以提高氮气的 转化率。学& （3）铁触媒在较高温度时活性增大加快氨合成的反应速率。发生的反应为 N2+3H2 2NH3。 5．【答案】B 【解析】n(Fe)= =0.1 mol，n( )=0.2 L×1.25 mol·L−1=0.25 mol，所以 n(Fex+)∶n( )=1∶ 2.5 ， 则 溶 液 中 的 Fe 以 Fe3+ 和 Fe2+ 的 形 式 存 在 ， A 正 确 ； 设 溶 液 中 含 Fe(NO3)3 x mol ， 则 有 3x+(0.1−x)×2=0.25，解得 x=0.05，结合 2Fe3++Fe 3Fe2+，则还能溶解 Fe：56 g·mol−1×0.05 mol× =1.4 g，B 错误；Fe 与 HNO3 反应时失去电子：0.05 mol×3+(0.1−0.05)mol×2=0.25 mol，结合电子得失守恒和 生 成 n(NOx)= =0.1 mol ， 则 2.24 L 气 体 为 NO 和 NO2 组 成 的 混 合 气 体 ， C 正 确 ； n(HNO3)=0.25 mol+0.1 mol=0.35 mol，所以 c(HNO3)= =1.75 mol·L−1，D 正确。 1．【答案】D 【解析】豆科植物通过根瘤菌将空气中的氮气转化为化合物,属于化学变化,A 错误;发生 3Fe 2++ +4H+ 3Fe3++NO↑+2H2O,NO 遇空气生成红棕色 NO2,B 错误;浓硫酸无挥发性,无法观察到白烟,C 错误; 雷雨天气可以产生硝酸,硝酸随雨水下降与土壤中的矿物质反应生成硝酸盐,给农作物提供氮肥,D 正确。 2．【答案】A 【解析】选 A。设试管的体积为 1 L,水充满整个试管,溶液的体积是 1 L,无论是 NO2 还是 NO 都转变成了 HNO3,根据氮元素守恒,生成的 HNO3 的物质的量相等,即硝酸的物质的量浓度相等。 3．【答案】D 【解析】应该用亚硫酸钠与浓硫酸反应制取二氧化硫，否则二氧化硫中会混有氯化氢，A 项错误；二氧 化碳能和碱石灰反应，所以不能用碱石灰干燥，且二氧化碳的密度大于空气的密度，应采用向上排空气 法收集，B 项错误；一氧化氮能和空气中的氧气反应生成二氧化氮，所以不能用排空气法收集，C 项错  铁触媒 △ 1 5.6g 56g mol 3NO 3NO 1 2 1 2.24L 22.4L mol 0.35mol 0.2L 3NO 22 误；氨气和碱石灰不反应，所以可用碱石灰干燥，氨气的密度小于空气的密度，所以可用向下排空气法 收集，D 项正确。学& 4．【答案】A 【解析】A 项，HNO3 是一种强氧化性酸，它的氧化性主要是由+5 价的 N 元素表现出来的;B 项，王水中 浓盐酸与浓硝酸的体积比是 3∶1;C 项，HNO3 是强氧化性酸，和金属反应，一般不产生 H2;D 项，常温 下浓硝酸能使 Fe 钝化，不会产生大量的红棕色气体。 5．【答案】C 6．【答案】D 【解析】铜和浓硝酸发生反应 Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，生成的二氧化氮为红棕色 气体，A 正确；现象①中产生的二氧化氮能和水发生反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，从方程式可知， 3 mol 红棕色的二氧化氮与水反应，生成 1 mol 无色一氧化氮气体，气体的体积减小，滴管内的压强减小， 所以滴管内的液面上升，气体变成无色，B 正确；现象②中生成的稀硝酸与内置的螺旋状铜丝发生反应 3Cu ＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，因滴管内有气体生成，压强增大，所以滴管内的液面再次下降， C 正确；滴管与瓶口接触处垫一小块滤纸使滴管与瓶口留少量空隙，现象③中生成的一氧化氮气体与氧 气、水反应生成硝酸，硝酸继续与铜反应，最终可能有硝酸剩余，所以最终瓶内溶液中的溶质有 Cu(NO3)2，也可能有硝酸，D 错误。 7．【答案】C 【解析】本题主要考查金属和硝酸反应的计算。①生成的 n 克沉淀为氢氧化铜和氢氧化镁。根据质量守 恒定律，其中镁、铜元素的质量等于 m 克合金的质量，所以沉淀中氢氧根的质量为（n−m）克，①正确；② 恰好溶解后溶液中 的物质的量等于沉淀量最大时溶液中 的物质的量，当沉淀量最大时，溶液 中的溶质只有 NaNO3，硝酸根离子与钠离子的物质的量相等，n( )＝n(Na+)＝n(NaOH)＝ mol， 错误；在沉淀中，氢氧根的物质的量等于 Mg2+、Cu2+所带电荷的物质的量，也等于合金失去电子的物质 3NO 3NO 3NO b 1000 V 23 的量，即为反应过程中转移的电子，则 n(e－)＝n(OH－)＝ mol，正确；④选项中没有说明气体所处 状态，无法计算二氧化氮的体积，错误；⑤参加反应的硝酸有两种作用，起酸和氧化剂作用，作氧化剂 的硝酸的物质的量等于 NO2 的物质的量，为 mol，生成硝酸铜、硝酸镁的硝酸根离子为 mol，所以与合金反应的硝酸的物质的量为 mol，⑤正确。故 C 项正确。学& 8．【答案】D 9．【答案】（1）O2　因为发生装置后接洗气瓶，洗气瓶中盛放的是溶液，而 NH3 一般用碱石灰干燥 （2）石蜡油(不与 O2 和 NH3 反应的液体都可以)　平衡装置内的压强 （3）j→k→h→i→f(j 和 k 可互换) （4）①有红棕色气体出现，内壁产生液珠　②4NH3+5O2 4NO+6H2O　③产生白烟，内壁产生白 色固体　④NO 被 O2 氧化为 NO2，NO2 和生成的 H2O 反应生成 HNO3，停止通入 O2，继续通入 NH3 即 生成 NH4NO3 学& （5）尾气处理装置中的试剂选择不恰当 17 n m 17 n m 17 n m  2 17 n m 24 （4）打开 c、d 导管的止水夹，使混合气体缓慢通入硬质玻璃管中，控制通入氨气和氧气的体积比小于 1∶2，让 NH3 充分氧化，因为从整体来看，相当于 NH3 和 O2 反应生成 HNO3 和 H2O，NH3 和 O2 的系数 比为 1∶2，故 E 装置烧瓶中发生 NO NO2 HNO3，有红棕色气体出现，内壁产生液珠；硬质玻 璃管中发生反应 4NH3+5O2 4NO+6H2O。关闭 c 导管的止水夹，并熄灭酒精灯，不再通入 O2，只 有 NH3 进入 E 装置中，即有 HNO3 NH4NO3，看到的现象是产生白烟，在烧瓶内壁形成白色固体。 （5）NO 不能被水吸收，尾气处理试剂选择不恰当。 10．【答案】（1）排除装置中的空气，防止其中的 O2 将生成的 NO 氧化为 NO2 （2）U 形干燥管　蒸馏水 （3） +2NO+6H+ 2Cr3++ +3H2O （4）①排放气体中 NO 含量升高　②产品中 Ca(NO3)2 含量升高 （5） % 【解析】（1）向三颈烧瓶中加入稀硝酸之前，应向装置中通入一段时间的 N2，排除装置中的空气，防 止生成的 NO 被空气中的 O2 氧化为 NO2，发生反应 2NO2+CaO2 Ca(NO3)2，造成产品纯度降低。 （2）由于硝酸具有挥发性，同时可能产生少量 NO2，这样会干扰实验结果，可以在 B 洗气瓶中盛放蒸 馏水，除去硝酸蒸气和 NO2。 （3）装置 F 中，剩余的 NO 被酸性 K2Cr2O7 溶液氧化成 ，溶液由橙色变为绿色(Cr3+)，反应的离子 方程式是 +2NO+6H+ 2Cr3++2 +3H2O。学& （ 4 ） 控 制 NO 和 NO2 的 物 质 的 量 之 比 接 近 1 ∶ 1 ， 与 石 灰 乳 发 生 反 应 :Ca(OH)2+NO+NO2 Ca(NO2)2+H2O。若 n(NO)∶n(NO2)>1∶1，混合气体发生上述反应后，NO 有剩余且不能被石灰乳吸收， 2 2 7Cr O  3NO 442b a 3NO 2 2 7Cr O  3NO 25 导致排放的气体中 NO 含量升高。若 n(NO)∶n(NO2)<1∶1，混合气体发生上述反应后，NO2 有剩余，可 与 Ca(OH)2 发生反应生成 Ca(NO3)2，导致产品中 Ca(NO3)2 含量升高。 （5）由题干信息知反应的化学方程式为 3Ca(NO2)2+2H2SO4 Ca(NO3)2+2CaSO4+4NO↑+2H2O，由生成 mol NO 知，消耗 Ca(NO2)2 的质量约为 4.42b g，则该样品的纯度为 ×100%= %。 1．【答案】C 2．【答案】D 【解析】A、①中的碎玻璃不与浓硝酸反应，但仍有红棕色气体产生，说明浓硝酸受热分解产生了二氧 化氮和氧气，A 正确；B、通过 A 分析可知，浓硝酸受热可以分解产生二氧化氮和氧气，所以②中 红棕 色气体可能来源于硝酸分解，即不能表明②中木炭与浓硝酸发生反应，B 错误；C、实验③中木炭没有 与浓硝酸接触，浓硝酸没有被加热，生成的红棕色气体二氧化氮只能是挥发出的硝酸蒸气与红热木炭反 应、或是挥发出的硝酸受热分解，从生成的二氧化氮看，都是来源于 HNO3 中+5 价氮元素，所以红棕色 气体是还原产物，C 正确； D、由于空气中含有氧气，因此红热的木炭可能与氧气反应产生了 CO2，且③ 中木炭和浓硝酸并没有接触，因此不能说明木炭一定与浓硝酸发生了反应，D 错误。答案选 D。 【名师点睛】这是一组探究性题型，明确浓硝酸的性质，例如浓硝酸的挥发性、不稳定性和强氧化性等 是解答的关键。解题时需要将题目中产生红棕色气体 NO2 的两种可能性综合分析，另外还需要注意反应 在空气中进行，因此就必须考虑空气中氧气对实验的干扰。平时复习要掌握信息的提取能力，突出知识 迁移的能力。学& 3．【答案】C 22.4 b 4.42b a 442b a 26 4．【答案】C 【解析】A．NaHSO4 溶液与 Ba(OH)2 溶液混合时，除了 H+与 OH−反应外，还有 与 Ba2+反应生成 BaSO4 沉淀；B．NH4Cl 溶液与 Ca(OH) 2 溶液混合产生 NH3·H2O；C．HNO3 溶液与 KOH 溶液混合，为 可溶性强酸与强碱反应只生成水的类型，符合该离子反应方程式；D．Na2HPO4 不能拆开成 H+。故选 C。 5．【答案】C 【解析】A、氯化铵受热分解生成的氨气和氯化氢在试管口遇冷又生成氯化铵固体，不能用加热氯化铵 固体的方法制备氨气，A 错误；B、气流方向错误，应该从右侧导管通入 CO2 气体，B 错误；C、从溶液 中分离出碳酸氢钠固体用过滤的方法，C 正确；D、碳酸氢钠受热易分解生成碳酸钠、水和二氧化碳， 不能用该装置干燥碳酸氢钠，D 错误。答案选 C。 6．【答案】（1）①CO(NH2)2+H2O CO2+2NH3 ②8NH3+6NO2 7N2+12H2O ③2SO2+O2+4NH3+2H2O 2(NH4)2SO4 ④ （2）①BaO ②8∶1 ③415NO+4NH3+3O2 415NNO+6H2O 【解析】（1）①尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为 NH3 和 CO2，结合原子守恒，发生反应的化学方程式为 CO(NH2)2+H2O 2NH3↑+CO2↑。②从图中可以看出 NH3 在催化剂作用下还原 NO2 生成氮气和水， 根据电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式为 8NH3+6NO2 7N2+12H2O。③SO2 在 O2 作用下 与 NH3、H2O 反应形成(NH4)2SO4，此反应中 SO2 是还原剂，氧气是氧化剂，结合电子守恒和原子守恒可 得此反应的化学方程式为 2SO2+O2+4NH3+2H2O 2(NH4)2SO4。④吸收 NH3 的硫酸的物质的量为 v1×10−3L× c1 mol·L−1 −v2 ×10−3 L×c2 mol·L−1 × =（v1c1− v2c2）×10−3mol，则尿素的物质的量为（v1c1− v2c2 ） ×10−3mol ， 尿 素 溶 液 中 溶 质 的 质 量 分 数 是 [ （ v1c1− v2c2 ） ×10−3mol×60g/mol]÷a g×100%= 。（2）①由图示可知BaO 和 NOx 作用生成 Ba(NO3)2，Ba(NO3)2 再还原为 N2，则储存 NOx 的物质是 BaO。②由图示可知，第一步反应为H2 与 Ba(NO3)2 作用生成 NH3，每摩 Ba(NO3)2 作用生成 NH3 2 4SO  1 1 2 23(2 ) 100 c v c v a  =====△ 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 23(2 ) 100 c v c v a  27 共转移 16 mol 电子，根据电子守恒，参加反应的氢气的物质的量为 16 mol÷2=8 mol，则消耗的 H2 与 Ba(NO3)2 的物质的量之比是 8∶1。③反应物有 15NO 与 NH3，结合产物中有水，可知还有另一反应物 O2，反应中 NH3 是还原剂，15NO 与 O2 是氧化剂，因含氮产物均为 15NNO，则 15NO 与 NH3 以 1∶1 参加 反应，结合电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式为 415NO+4NH3+3O2 415NNO+6H2O。学&[来 源:+网 Z+X+X+K]