2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《氮及其化合物》

2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《氮及其化合物》

2020-2021 年新高三化学一轮复习讲解《氮及其化合物》 【知识梳理】 一、氮气与氮的氧化物 1.氮气 自然界存在 氮元素在元素周期表中位于第二周期ⅤA族。在自然界中,氮元素既有 态,也有化合态,大部分氮元素以游离态的形式存在于空气中。将空气中游离的氮 转变成氮的化合物的方法叫做氮的固定，氮的固定的方式有自然固氮、生物固氮、 工业固氮 物理性质 N2是无色、无味气体，密度比空气略小，难溶于水 化学性质 稳定性 常温下,氮气化学性质稳定(氮氮三键的键能大),通常情况下不易发 生化学反应 氧化性 3Mg＋N2=====△ Mg3N2 N2＋3H2 2NH3 还原性 N2＋O2===== 放电 2NO 2.一氧化氮和二氧化氮 氮的氧化物 NO NO2 物理性质 颜色 无色 红棕色 毒性 有毒 有毒 溶解性 不溶 能溶 化学性质 与 O2 反应 2NO＋O2===2NO2 与 H2O 反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 聚合反应 2NO2 （红棕色） N2O4（无色） 实验室制法 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2 ＋2NO↑＋4H2O Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋ 2NO2↑＋2H2O 与环境的关系 空气中 NO、NO2 主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工 厂等，空气中 NO、NO2 是形成酸雨、光化学烟雾的主要因素 温馨提示： （1）氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因，同时也可造成水体污染。汽车尾气中的氮氧化物 （燃料在发动机内高温燃烧时，空气中的氮气与氧气反应生成的）与碳氢化合物经紫外线照射发生反应生 成形成的一种有毒的烟雾，称为光化学烟雾。光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛、伤害植物并使大气能 见度降低。 （2）收集 NO 用排水法，收集 NO2 用向上排空气法，前者易与氧气反应，后者易与水反应。 （3）工业上就是利用 3NO2 十 H2O=2HNO3＋NO 这一原理制取 HNO3，为了提高 NO2 的吸收率，在吸收的 过程中要补充适量的 O2，所以总的吸收反应可表示为：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。NO 与 O2 配比适当时， 也可以被水完全吸收。总的吸收反应可表示为：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3。 （4）通常“纯净”的 NO2 或 N2O4 并不纯，因为在常温、常压下能发生聚合反应。由于此可逆反应的发生， 通常实验测得 NO2 的相对分子质量大于它的实际值，或在相同条件下，比相同物质的量的气体体积要小。 同理，通常实验测得 N2O4 的相对分子质量小于它的实际值，或在相同条件下，比相同物质的量的气体体积 要大。此外涉及 NO2 气体的颜色深浅、压强、密度等要考虑此反应。 例题1、下列说法正确的是 。 下列说法正确的是 。 ①用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的 NO ②密闭容器中 2 mol NO 与 1 mol O2 充分反应，产物的分子数为 2NA ③燃料的脱硫脱氮、SO2 的回收利用和 NOx 的催化转化都是减少酸雨产生的措施 ④氮元素有负化合价，正化合价和零价，因而常温下，N2 既能与氧气反应，又能与 H2 反应 ⑤1 mol N2 与 4 mol H2 反应生成的 NH3 分子数为 2NA ⑥NO 可以是某些含低价氮物质氧化的产物 ⑦NO 是亚硝酸的酸酐 ⑧氮的氧化物和硫的氧化物既是形成光化学烟雾，又是形成酸雨的主要物质 ⑨工业合成氨属于人工固氮 ⑩制二氧化氮时，用水或 NaOH 溶液吸收尾气 ⑪用湿润的碘化钾淀粉试纸鉴别 Br2(g)和 NO2 ⑫N、Si、S 的单质均能和氧气反应，生成的产物分别是 NO2、SiO2 和 SO2 【指点迷津】氮的氧化物溶于水的计算 （1）NO2 或 NO2 与 N2（非 O2）的混合气体溶于水可依据 3NO2 + H2O ＝ 2HNO3 + NO 利用气体体积变化 差值进行计算。 （2）NO2 和 O2 的混合气体溶于水时由 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 进行计算，当体积比 V（NO2）： V（O2） =4：1 时，恰好反应；>4：1 时，NO2 过量，剩余 NO；<4：1 时，O2 过量，剩余 O2。 （3）NO 和 O2 同时通入水中时，由 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 进行计算，原理同②方法。 （4）NO、NO2、O2 的混合气体通入水中，先按①求出 NO 的体积，再加上混合气体中 NO 的体积再按③方 法进行计算。 二、硝酸 1．物理性质：纯硝酸为无色、刺激性气味、易挥发液体，能与水以任意比例互溶，常用浓硝酸的质量分数 大约为 69%。 2、化学性质 化学性质 化学反应 应用（化学方程式） 不稳定性 浓硝酸遇光遇热易分解产生的 NO2 浓硝酸贮存在棕色试剂瓶中，避光保存放 置于阴凉处 强酸性 稀硝酸能使紫色石蕊试液变红色，浓 硝酸能使石蕊试液先变红色，微热后 褪色 鉴别浓、稀硝酸 强氧化性 除 Pt、Au 外，大部分金属均能与 HNO3 反应 王水（浓硝酸和浓盐酸体积之比为 1∶3） 能溶解铂和金 常温下，浓硝酸、浓硫酸可使铁、铝 表面形成致密的氧化膜而钝化， 用铁、铝容器贮存冷的浓 HNO3 Cu 与浓 HNO3 反应 Cu + 4HNO3（浓）＝ Cu（NO3）2 + 2NO2↑ + 2H2O Cu 与稀 HNO3 反应 3Cu + 8HNO3（稀）＝ 3Cu（NO3）2 + 2NO↑ + 4H2O 碳与浓 HNO3 反应 C＋4HNO3(浓)=====△ CO2↑＋4NO2↑＋ 2H2O 与某些还原性化合物或离子的反应 H2S、SO2、HBr、HI、FeCl2 等 有机反应 与苯及其同系物发生硝化反应，与醇 发生酯化反应，与蛋白质发生颜色反 应等 鉴别蛋白质（带苯环） 温馨提示：①浓硝酸贮存在棕色试剂瓶中，避光保存放置于阴凉处。②无论浓稀硝酸均具有强氧化性，与 金属反应时不放出氢气。③常温下，浓硝酸、浓硫酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化，保护内部 的金属不再跟硝酸反应，所以可以用铝质或铁质容器盛浓硝酸。④浓硝酸和浓盐酸按体积之比为 1∶3 组成 的混合物叫王水，王水能溶解铂和金。⑤非金属和浓硝酸反应，非金属被氧化成高价的含氧酸或最高价氧 化物。⑥在溶液中 NO3—几乎与所有离子能大量共存，当溶液的酸性较强时可形成硝酸溶液，具有还原性的 某些离子则不能与其大量共存，如 NO3—、H＋、Fe2+中任意两者能大量共存，但三者混合则不能大量共存。 即 NO3—在中性或碱性溶液中不表现氧化性，而在酸性溶液中表现强氧化性。⑦氧化剂氧化能力的强弱决定 于得电子能力的强弱，而不是本身的被还原程度。实验证明：硝酸越浓得电子的能力越强，因而氧化能力 越强。如稀硝酸能将 HI 氧化为 I2，而浓硝酸可将 HI 氧化为 HI03。 例题2、下列说法正确的是 。 ①1 mol Fe 溶于过量硝酸，电子转移数为 2NA A ②将铜丝插入稀硝酸中：Cu＋4H＋＋2NO－ 3 ===Cu2＋＋2NO2↑＋H2O ③将铁屑放入稀 HNO3 中证明 Fe 比 H2 活泼 ④向稀 HNO3 中滴加 Na2SO3 溶液：SO2－ 3 ＋2H＋===SO2↑＋H2O ⑤SO2 和 SO3 混合气体通入 Ba(NO3)2 溶液可得到 BaSO3 和 BaSO4 ⑥将可调高度的铜丝伸入稀 HNO3 中，溶液变蓝，说明铜与稀 HNO3 发生置换反应 ⑦稀硝酸可除去试管内壁的银镜 ⑧过量的铜与浓硝酸反应，产物中一定有 NO ⑨将相同质量的铜分别与足量的浓硝酸、稀硝酸反应，硝酸浓度越大消耗的硝酸越少，产生的有毒气体也 越少 ⑩Fe2＋、Mg2＋、Cl－、NO－ 3 能大量共存于 pH＝0 的溶液中 ⑪向 Fe(NO3)2 溶液中滴加稀盐酸，无明显变化 ⑫在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，再加入 Cu(NO3)2 固体，铜粉仍不溶解 【指点迷津】硝酸与金属反应的一般规律 （1）金属与 HNO3 反应一般不生成 H2，浓 HNO3 一般被还原为 NO2，稀 HNO3 一般被还原为 NO。 （2）足量金属与一定量浓硝酸反应时，随着硝酸浓度的降低，产物也发生改变。 （3）金属与 H2SO4、HNO3 的混合酸或金属与稀 H2SO4、硝酸盐混合反应时，由于硝酸盐中 NO－ 3 在 H2SO4 提供 H＋的条件下能继续与金属反应。 （4）HNO3 与金属反应时，一部分 HNO3 起酸的作用，以 NO－ 3 的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转 化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的 HNO3 中氮原子的物质的量。 ①金属＋浓硝酸→金属硝酸盐＋NO2↑＋H2O：反应中，表现氧化性(被还原)的 HNO3 占1 2；表现酸性生成硝 酸盐的 HNO3 占1 2。 ②金属＋稀硝酸→金属硝酸盐＋NO↑＋H2O：反应中，表现氧化性(被还原)的 HNO3 占1 4；表现酸性生成硝酸 盐的 HNO3 占3 4。 三、氨气与铵盐 1．分子结构：由极性键形成的三角锥形的极性分子，N 原子有一孤对电子；N -3 价，为 N 元素的最低价态。 2．物理性质：无色、刺激性气味的气体，密度比空气小，极易溶于水，常温常压下 1 体积水能溶解 700 体 积的氨气，易液化（可作致冷剂）。 温馨提示：（1）喷泉实验的原理：气体在溶液中溶解度大或者可与液体发生剧烈反应，且不再产生新的气 体或者气体体积急剧减小，造成烧瓶内外压强差较大，即可发生“喷泉”现象。 （2）喷泉实验的操作要点：烧瓶中充满干燥气体，挤出胶头滴管中的水，打开止水夹。 （3）喷泉实验成功的关键：收集氨气的烧瓶要干燥；收集的氨气要全充满；装置要密闭不漏气；玻璃管的 长度不能过长；实验不可能实现全充满。 3.化学性质 化学反应 化学方程式 备注 与水的反应 NH3＋H2O NH3·H 2O NH4 ＋＋OH－ 氨气溶于水得氨水，氨水中含有的粒子有 NH3、H2O、NH3·H 2O、NH4 ＋、OH－、H+，氨 水为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分 解 与酸反应 HCl＋NH3===NH4Cl 蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒 靠近有白烟生成，该反应用于氨气或氯化氢气 体的检验 Fe3＋＋3NH3·H 2O===Fe(OH)3↓＋ 3NH＋ 4 生成红褐色沉淀 与盐溶液反应 Al3＋＋3NH3·H 2O===Al(OH)3↓＋ 3NH＋ 4 生成白色胶状沉淀，白色沉淀可溶于盐酸和氢 氧化钠溶液 Ag＋＋NH3·H 2O===AgOH↓＋ NH＋ 4 AgOH＋2NH3·H 2O==[Ag(NH3)2] ＋＋OH－＋2H2O 先生成白色沉淀后消失 与氧气反应 4NH3＋5O2=====催化剂 △ 4NO＋6H2O 氨的催化氧化是工业制硝酸的基础反应 温馨提示：①NH3 是唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，可用于氨气的检验。②氨水与液氨为不同 物质，氨水为混合物，液氨为纯净物;NH3 为非电解质，而 NH3·H 2O 为弱电解质。③氨水的密度小于水的密 度，氨水的浓度越大，密度越小。 3．实验室制法 反应原理 2NH4Cl＋Ca（OH）2 CaCl2＋2NH3↑ 制取装置 固体与固体反应加热制取气体的装置，与制氧气相似 收集方法 只能用向下排空气法收集，并在收集的试管口塞上棉花，防止生成的 NH3 和空气 对流，确保收集到纯净的氨气 气体检验 ①用湿润的红色石蕊试纸(变蓝)；②用蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口(白烟) 气体干燥 用碱石灰做干燥剂 温馨提示：①制氨气所用铵盐不能用硝铵、碳铵。因为加热过程中 NH4NO3 可能发生爆炸而发生危险；而 NH4HCO3 受热极易分解产生 CO2 使生成的 NH3 中混有较多的 CO2 杂质。②消石灰不能用 NaOH、KOH 代 替，原因是 NaOH、KOH 具有吸湿性，易结块，不利于产生 NH3，在加热条件下能腐蚀试管。③由于 NH3 极易溶于水，在制备收集过程中，都应尽可能地不与水接触，以防减少损失和防止倒吸现象。④因氨气比 空气轻，易与空气发生对流，所以收集氨气时，导气管应插入收集气体的试管底部附近，管口塞一团干燥 的棉花团，来防止 NH3 与空气对流，确保收集到纯净的氨气。⑤实验室快速制氨气的方法：用浓氨水加固 体 NaOH 或加热浓氨水。 4.铵盐 △ 由铵离子和酸根离子构成的盐，叫铵盐。铵盐都是白色、易溶于水的晶体，铵盐属于铵态氮肥。 （1）水解性：铵盐在水溶液中铵根离子水解。NH4++H2O NH3·H 2O+H+ （2）与强碱反应：铵盐与强碱反应产生氨气。NH4++OH- NH3↑+H2O （3）热稳定性：铵盐受热均易分解生成氨气和酸。氯化铵受热分解的方程式：NH4Cl NH3+ HCl， NH4HCO3 NH3 + H2O + CO2 温馨提示：①铵盐的共性之一是与碱反应生成氨气，如果在加热时与浓碱作用，逸出氨气，可用于铵盐的 检验。②铵盐的另一部分阴离子往往不被重视，某些阴离子可与酸反应，甚至放出气体，例如：（NH4）2CO3、 NH4HCO3、（ NH4）2SO3、NH4HSO3、（ NH4）2S、NH4HS 等弱酸的铵盐，既可与碱反应，又可与酸反应。 ③在未知溶液中加入强碱并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验，若试纸变蓝，则证明原溶液中含 NH4+。④ 铵盐与浓碱溶液生成氨气，铵盐与稀碱溶液反应并加热生成氨气，铵盐与稀碱溶液反应不加热生成一水合 氨。⑤氯化铵分解产生“升华”现象，硫酸铵在高温时会发生氧化还原反应，生成氮气、二氧化硫和水，硝酸 铵受热或受撞击都会发生爆炸。 例题3、下列说法正确的是 。 ①因为 NH4HCO3 受热易分解，故可用作氮肥 A ②下列物质间的转化能够实现：N2 ――→H2 高温、高压、催化剂NH3 ――→HCl aq NH4Cl(aq) ③H4Cl 溶液与 Ca(OH)2 溶液混合的离子方程式为 H＋＋OH－===H2O ④用生石灰与浓氨水制得的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，说明 NH3 为碱性气体( ⑤检验溶液中是否含有 NH＋ 4 ：取少量试液于试管中，加入 NaOH 溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验 产生的气体 ⑥加热盛有 NH4Cl 的试管，试管底部有固体消失，试管口有晶体凝结，说明 NH4Cl 固体可以升华 ⑦实验室制取氨气： ⑧施肥时，草木灰(有效成分为 K2CO3)不能与 NH4Cl 混合使用，是因为 K2CO3 与 NH4Cl 反应生成氨气会降 低肥效 ⑨加热 NH4Cl 和 Ca(OH)2 混合物，并将产生的气体通入酚酞溶液中，酚酞溶液变成红色 ⑩测 0.1mol/L 氨水的 pH 为 11 的，氨水的电离方程式：NH3·H 2O NH4++OH- ⑪向 Al2(SO4)3 溶液中加入过量氨水的离子方程式：Al3++3NH3·H 2O=Al(OH)3↓+3NH4+ ⑫NH3、O2 和 HNO3 三种物质中，任意两种物质在一定条件下均能发生反应 【课时练习】 1．硝酸被称为“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组 是（ ） A．浓硝酸使紫色石蕊试液先变红后褪色——酸性和强氧化性 B．不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性 C．要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性 D．能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去——强氧化性 2．下列说法不正确的是( ) A．在稀硫酸中加入铜粉，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，该气体的水溶液一定显碱性 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 3．下列有关氮元素的单质及其化合物的说法错误的是( ) ①氮气与氧气在放电的条件下可直接生成 NO2 ②铵盐都不稳定，受热分解都生成氨气 ③向 Fe(NO3)2 溶 液中滴加稀盐酸，无明显的变化 ④实验室加热氯化铵固体，用碱石灰除氯化氢的方法制备氨气 A．①③④ B．①③ C．①④ D．①②③④ 4．利用 N2→NH3→NO→NO2→HNO3 这一过程制备 HNO3，有关上述各物质的叙述中不正确的是（ ） A．上述转化过程中某些气体会发生颜色变化 B．可利用 Cu 与硝酸的反应，将 N 元素转化为 NO 或 NO2 C．为使上述各步骤依次发生，必须向每个步骤中提供氧化剂 D．实验室中可以利用 Ca(OH)2 固体与 NH4Cl 固体混合加热制备 NH3 5．氮元素在海洋中的循环，是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用如图表示， 下列关于海洋氮循环的说法中，正确的是（ ） A．海洋中不存在游离态的氮 B．②中的含氮物质转化属于氮的固定 C．④中的含氮物质转化属于氮的还原 D．向海洋中排放含 NO3-的废水不会影响 NH4+的含量 6．自然界中时刻存在着氮气的转化。实现氮气按照一定方向转化一直是科学领域研究的重要课题，如图为 N2 分子在催化剂的作用下发生的一系列转化示意图。下列叙述正确的是（ ） A．N2→NH3，NH3→NO 均属于氮的固定 B．在催化剂 a 作用下，N2 发生了氧化反应 C．催化剂 a、b 表面均发生了极性共价键的断裂 D．使用催化剂 a、b 均可以提高单位时间内生成物的产量 7．科学工作者研发了一种 SUNCAT 的系统,借助锂循环可持续合成氨,其原理如图所示。下列说法不正确的 是 A．过程Ⅰ得到的 Li3N 中 N 元素为−3 价 B．过程Ⅱ生成 W 的反应：Li3N+3H2O═3LiOH+NH3↑ C．过程Ⅲ中能量转化的形式：电能转变为化学能 D．过程Ⅲ涉及到反应：2H2O-4 e−═O2↑+4H+ 8．某实验过程如图所示，则图③试管中的现象是（ ） A．铜片溶解，产生无色气体，该气体遇空气变为红棕色 B．铜片溶解，产生无色气体，该气体遇到空气不变色 C．铜片溶解，放出红棕色有刺激性气味的气体 D．无明显现象，因稀硫酸不与铜反应 9．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 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 10．某实验兴趣小组利用下列实验装置探究氯气与过量氨气反应的实验，有关说法不正确的是 A．打开 K1，关闭 K2，将注射器的活塞往外拉一小段，然后松开，活塞复原，说明装置气密性良好 B．打开 K1，推动注射器的活塞使过量的氨气与氯气混合时，产生大量的白色烟雾 C．充分反应后，关闭 K1，打开 K2，可观察到烧杯中的溶液会倒吸至试管内 D．实验室制备氨气和氯气可以用同一套发生装置 11．“封管实验”具有简易、方便、节约、绿色等优点，下列关于三个“封管实验”(夹持装置未画出)的说法正 确的是( ) A．加热时，①中上部汇集了 NH4Cl 固体 B．加热时，②中溶液变红，冷却后又都变为无色 C．加热时，③中溶液红色褪去，冷却后溶液变红，体现 SO2 的漂白性 D．三个“封管实验”中所发生的化学反应都是可逆反应 12．已知NH4NO3在空气中爆炸时的反应为4NH4NO3 3N2↑＋2NO2↑＋8H2O↑。下列说法不正确的是（ ） A．NH4NO3 在高温下爆炸时可以看到红棕色的烟雾 B．NH4NO3 的含氮量小于氯化铵 C．实验室不能用 NH4NO3 固体与 Ca(OH)2 固体混合加热制备 NH3 D．乘坐火车时不能携带 NH4NO3 固体 13．某课外活动小组欲利用 CuO 与 NH3 反应，研究 NH3 的某种性质并测定其组成，设计了如下实验装置（夹 持装置未画出）进行实验。请回答下列问题： （1）仪器 a 的名称为______；仪器 b 中可选择的试剂为______。 （2）实验室中，利用装置 A，还可制取的无色气体是______（填字母）。 A．Cl2 B．O2 C．CO2 D．NO2 （3）实验中观察到装置 C 中黑色 CuO 粉末变为红色固体，量气管有无色无味的气体，上述现象证明 NH3 具有______性，写出相应的化学方程式______。 （4）E 装置中浓硫酸的作用______。 （5）读取气体体积前，应对装置 F 进行的操作：______。 （6）实验完毕，若测得干燥管 D 增重 mg，装置 F 测得气体的体积为 n L（已折算成标准状况），则氨分子 中氮、氢的原子个数比为______（用含 m、n 字母的代数式表示）。 14．用零价铁（Fe）去除水体中的硝酸盐（NO3-）已成为环境修复研究的热点之一。 （1）Fe 还原水体中 NO3-的反应原理如图 1 所示。 ①作负极的物质化学式为___________。 ②正极的电极反应式是_________________________________________。 （2）将足量铁粉投入水体中，经 24 小时测定 NO3-的去除率和 pH，结果如下： 初始 pH pH=2.5 pH=4.5 NO3-的去除率 接近 100% ＜50% 24 小时 pH 接近中性 接近中性 铁的最终物质形态 pH=4.5 时，NO3-的去除率低。其原因是_____________________________________。 （3）实验发现：在初始 pH=4.5 的水体中投入足量铁粉的同时，补充一定量的 Fe2+可以明显提高 NO3-的去 除率。对 Fe2+的作用提出两种假设： Ⅰ．Fe2+直接还原 NO3-； Ⅱ．Fe2+破坏 FeO（OH）氧化层。 ①做对比实验，结果如图 2 所示，可得到的结论是____________________。 ②同位素示踪法证实 Fe2+能与 FeO（OH）反应生成 Fe3O4，该反应的离子方程式为_________，解释加入 Fe2+ 提高 NO3-去除率的原因：_____________________________________。 15．某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝 酸能将 NO 氧化成 2NO ，而稀硝酸不能氧化 NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。 可选药品：浓硝酸、3mol/L 稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳。 已知：氢氧化钠溶液不与 NO 反应，能与 反应： 23222NO+2NaOH=NaNO+NaNO+HO 。 (1)实验应避免有害气体排放到空气中，装置③、④、⑥中盛放的药品依次是____________。 (2)滴加浓硝酸之前的操作是检查装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后____________。 (3)装置①中发生反应的化学方程式是___________。 (4)装置②的作用是________，发生反应的化学方程式是_________。 (5)该小组得出的结论所依据的实验现象是____________。 16．某工厂以硝酸为原料生产亚硝酸钠，其工艺流程如图： 已知：Na2CO3+NO+NO2=2NaNO2+CO2 （1）“分解塔”中 SO2 从塔底进入，硝酸从塔顶喷淋，其目的是____。 （2）“分解塔”中的温度不宜过高，其原因是____。 （3）按一定计量比在“分解塔”中通 SO2 和喷入硝酸，若反应后生成的 NO 与 NO2 物质的量之比恰好 1：1， 则“分解塔”中发生反应的化学方程式为____。 （4）为提高氮氧化物的转化率，可向“尾气”中通入一定量的____气体，再通入“吸收塔”中，实现循环吸收。 （5）“吸收塔”所得溶液中除含有 NaNO2、NaNO3 和少量 Na2CO3 外，还含有的溶质为___（填化学式）。 参考答案 例题1、③⑥⑨ 【解析】NO 的密度与空气接近，且能与氧气反应生成 NO2，NO 不能溶于水，所以应该用排水法收集，① 错误；NO 与氧气反应生成二氧化氮，但常温下，二氧化氮与四氧化二氮之间存在平衡，所以产物的分子数 小于 2NA，②错误；燃料的脱硫脱氮、SO2 的回收利用和氮氧化物的催化转化都可以减少 SO2、氮氧化物的 排放，所以可以减少酸雨的产生，③正确；N2 在放电条件下才能与 O2 反应；在高温高压、催化剂条件下才 能与 H2 化合生成 NH3，④错误；N2 与 H2 在一定条件下发生反应生成 NH3，该反应是可逆反应，反应物不 能完全转化为生成物，故 1 mol N2 与 4 mol H2 反应生成的 NH3 分子数小于 2NA，⑤错误；NO 中氮的化合价 处于中间价态，它可以是还原产物，如 HNO3→NO，也可以是氧化产物，如 NH3→NO，⑥正确；HNO2 的 酸酐是 N2O3，⑦错误；硫的氧化物不能形成光化学烟雾，⑧错误；工业合成氨属于人工固氮，⑨正确；二 氧化氮与水反应产生 NO，不能用水吸收，⑩错误；Br2(g)和 NO2 都具有强氧化性，都能使湿润的碘化钾淀 粉试纸变蓝，⑪错误；氮气和氧气反应生成 NO，得不到 NO2，⑫错误。 例题 2、⑦⑧ 【解析】铁是变价金属，硝酸具有强的氧化性，所以 1molFe 溶于过量硝酸生成硝酸铁，反应中电子转移数 目为 3NA，①错误；将铜插入稀硝酸中生成 NO，反应的离子方程式为：3Cu+8H++2NO3 -===3Cu2++2NO↑+4H2O， ②错误；铁屑放入稀 HNO3 中不产生 H2，而是产生 NO，③错误；稀硝酸与 Na2SO3 发生氧化还原反应，生 成 SO42‾、NO 和 H2O，④错误；SO2 在酸性环境中能被 Ba(NO3)2 氧化成硫酸钡，则 SO2 和 SO3 混合气体通 入 Ba(NO3)2 溶液只得到 BaSO4 白色沉淀，⑤错误；铜与稀硝酸发生氧化还原反应生成硝酸铜，溶液变蓝， 不是置换反应，⑥错误；稀硝酸具有强氧化性，能够与 Ag 发生反应产生可溶性的 AgNO3，达到除去试管 内壁的银镜的目的，⑦正确；浓硝酸与 Cu 反应，逐渐变为稀硝酸，因而会产生 NO，⑧正确；铜完全反应， 在进行相关计算时以铜为标准，等质量的铜在反应中失去的电子数相同，生成的 Cu(NO3)2 的量相同，浓硝 酸被还原为 NO2，价态由＋5 降到＋4，每个氮原子只得 1 个电子，稀 HNO3 被还原时每个氮原子得到 3 个 电子，故被还原的浓硝酸多、稀硝酸少，生成 NO2 也比 NO 多，⑨错误；酸性条件下，HNO3 氧化 Fe2＋，⑩ 错误；向硝酸亚铁溶液中加入稀盐酸，酸性条件下，硝酸根离子具有强氧化性，能把亚铁离子氧化成铁离 子，同时自身被还原成一氧化氮，⑪错误；加入 Cu(NO3)2 固体后，Cu 和 H＋、NO－ 3 发生反应：3Cu＋8H＋ ＋2NO－ 3 ===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，⑫错误。 例题 3、②④⑤⑧⑨⑩⑪ 【解析】NH4HCO3 用作氮肥是因为其中含有氮元素，易被农作物吸收，与热稳定性无关，①错误；N2+3H2 高温、高压 催化剂 2NH3、NH3+HCl===NH4Cl，②正确；NH4Cl 溶液与 Ca(OH) 2 溶液混合产生 NH3·H 2O，③错误； NH3 制备可以采取浓氨水和生石灰制取，可用红色石蕊试纸检验，试纸变蓝则说明 NH3 为碱性气体，④正 确；检验氨气的方法正确，⑤正确；不是升华，试管底部 NH4Cl 分解生成 NH3 和 HCl，试管口 NH3 与 HCl 反应生成了 NH4Cl，发生了化学反应，⑥错误；.NH4Cl 受热分解，离开热源又会重新生成 NH4Cl,得不到氨 气，且氨气极易溶于水，不能用排水法收集，⑦错误；草木灰的有效成分 K2CO3 是强碱弱酸盐，水解使溶 液显碱性，而 NH4Cl 是强酸弱碱盐，水解使溶液显酸性，当施肥时若把草木灰（有效成分为 K2CO3）与 NH4Cl 混合使用，则二者的水解作用相互促进，发生的双水解反应的离子方程式为：CO32-+2NH4+= CO2↑+NH3↑ +H2O，这样 N 元素就会以氨气的形式逸出从而使肥效会降低，⑧正确；加热氯化铵和氢氧化钙混合物，通 入酚酞溶液变红，说明有碱性气体产生，⑨正确；0.1mol/L 氨水的 pH 为 11，说明氨水为弱电解质，存在电 离平衡，故电离方程式应用可逆号连接，⑩错正确；氨水是弱碱不能溶解氢氧化铝，则向 Al2(SO4)3 溶液中 加入过量氨水的离子方程式为 Al3++3NH3·H 2O===Al(OH)3↓+3NH4+，⑪正确；O2 和 HNO3 二者不能反应， ⑫错误。 【课时练习】 1．D【解析】A. 浓硝酸使紫色石蕊试液先变红，表现出酸性；后褪色，表现出强氧化性，正确。 B. 不能用稀硝酸与锌反应制氢气，因为硝酸具有强氧化性，被锌还原生成氮氧化物等，而不生成氢气，正 确。 C. 要用棕色瓶盛装浓硝酸，因为浓硝酸具有光的不稳定性，正确。 D. 能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去，可能是硝酸表现出强氧化性，将酚酞氧化而褪色；也可能是硝 酸表现出酸性，中和了氢氧化钠的碱性，酚酞在中性溶液中呈无色，错误。 故选 D。 2．A【解析】A.铜和稀硫酸不反应，加入 NO3-后，NO3-在酸性条件下具有强氧化性，能溶解 Cu，A 项错误； B.能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体的水溶液一定显碱性，如 NH3，B 项正确； C.铜与稀硝酸反应的离子方程式正确，产物正确，电荷守恒、原子守恒，C 项正确； D.稀硝酸与 Cu 反应产生 NO，NO 与 O2 反应产生 NO2，均能通过一步实现转化，D 项正确； 答案选 A。 3．D【解析】①放电条件下，氮气和氧气反应生成一氧化氮而不是二氧化氮，一氧化氮不稳定，易被氧气 氧化生成二氧化氮，①错误；②NH4NO3 加热到 190℃时分解生成一氧化二氮和水，若加热到 300℃左右时 分解生成氮气、硝酸和水，②错误；③向硝酸亚铁溶液中加入稀盐酸，酸性条件下，硝酸根离子具有强氧 化性，能把亚铁离子氧化生成铁离子，同时自身被还原生成一氧化氮，③错误；④氯化铵受热易分解，冷 却时又生成氯化铵，所以得不到氨气，④错误；答案选 D。 4．C【解析】A．NO→NO2 的转化会出现气体由无色到红棕色的颜色变化，故 A 正确； B．Cu 与稀 HNO3 反应生成 NO，与浓 HNO3 反应生成 NO2，故 B 正确； C．N2 转化为 NH3 时，需要加入 H2 做还原剂，不需要加入氧化剂，NO2 与 H2O 反应生成 HNO3 时，NO2 既 是氧化剂又是还原剂，也不需要再加入氧化剂，故 C 错误； D．Ca(OH)2 与 NH4Cl 混合加热可制备 NH3，故 D 正确； 故答案为 C。 5．B【解析】A.根据图像，海水中存在氮气，A 错误； B. ②中氮气转化为 + 4NH 含氮化合物，属于氮的固定，B 正确； C. ④中 转化为 - 2NO 或 2NO，化合价升高，属于氮的氧化反应，C 错误； D.根据图像， - 3NO 能转化为 ， 转为氮气，氮气转化为 ，故向海水中排放 会造成 浓度增大，D 错误； 故答案选 B。 6．D【解析】A.氮的固定是指氮由游离态转变为化合态，N2→NH3 的反应为氮的固定，但 NH3→NO 的反应 没有氮气参与，不属于氮的固定，故 A 错误； B.由示意图可知，在催化剂 a 作用下，氮元素化合价降低被还原，氮气发生还原反应，故 B 错误； C.由示意图可知，催化剂 a 的表面只发生了非极性共价键的断裂，没有发生极性共价键的断裂，故 C 错误； D.使用催化剂 a、b 可加快反应速率，能提高单位时间内生成物的产量，故 D 正确； 故选 D。 7．D【解析】A．由图可知，过程Ⅰ是 Li 和 N2 生成 Li3N，Li 元素为+1 价，N 元素为−3 价，A 正确； B．W 是 LiOH，过程 II 的反应为：Li3N+3H2O=3LiOH+NH3  ，B 正确； C．过程Ⅲ是 4LiOH＝4Li+2H2O+O2↑，该反应需要电解，所以是电能转变为化学能，C 正确； D．由于该过程为了合成 NH3，故电解质环境为碱性，过程Ⅲ涉及到反应为：4OH--4e-=O2 +2H2O，D 错 误； 故选 D。 8．A【解析】在②试管的溶液中仍然有 NO3-，加入稀硫酸，相当于有硝酸存在，所以铜片溶解、产生无色 气体 NO，该气体遇空气变为红棕色; 答案选 A。 9．D【解析】A．①中灼热碎玻璃起加热作用，浓硝酸受热分解生成红棕色 NO2，硝酸中氮元素化合价降 低，必有元素化合价升高，只能为氧元素，因此，还有 O2 生成，产生的气体为混合气体，A 项正确； B．由①可知，浓硝酸受热分解可生成红棕色气体，所以②中产生的“红棕色气体”不一定是木炭与浓硝酸发 生反应产生的，B 项正确； C．③中浓硝酸挥发才能与红热木炭接触，产生的 NO2 是还原产物，C 项正确； D．红热的木炭还可与空气中的 O2 反应生成 CO2，不一定是木炭与浓硝酸发生反应生成了 CO2，D 项错误； 故选 D。 10．B【解析】A. 打开 K1，关闭 K2，将注射器的活塞往外拉一小段，然后松开，活塞复原，说明装置不漏 气，气密性良好，故 A 正确； B. 打开 K1，推动注射器的活塞使过量的氨气与氯气混合时，过量的氨气与氯气反应生成氮气和氯化铵，只 产生大量的白烟，没有雾，故 B 错误； C. 充分反应后，装置内的气体压强减小或生成极易溶于水的气体，关闭 K1，打开 K2，可观察到烧杯中的 溶液会倒吸至试管内，故 C 正确； D. 实验室制备氨气和氯气都可以使用固体与液体制备，制备氨气可以选用浓氨水和氧化钙，制备氯气可以 选用高锰酸钾和浓盐酸，可以用同一套发生装置，故 D 正确； 故选 B。 11．A【解析】A．加热时，①上部汇集了固体 NH4Cl，是由于氯化铵不稳定，受热易分解，分解生成的氨 气遇冷重新反应生成氯化铵，A 正确； B．加热时氨气逸出，②中颜色为无色，冷却后氨气又溶解②中为红色，B 错误； C．二氧化硫与有机色素化合生成无色物质而具有漂白性，受热又分解，恢复颜色，所以加热时，③溶液变 红，冷却后又变为无色，C 错误； D．可逆反应应在同一条件下进行，题中实验分别在加热条件下和冷却后进行，不是可逆反应，D 错误； 答案选 A。 12．B【解析】A．根据 NH4NO3 的爆炸反应可知生成的 NO2 为红棕色，爆炸时，NO2、粉尘、H2O 等形成 了红棕色的烟雾，故 A 正确； B．NH4NO3 的含氮量为 35%，NH4Cl 的含氮量为 26.2%，故 B 错误； C．由于 NH4NO3 固体受热可能爆炸，故实验室不能用其制备 NH3，故 C 正确； D．NH4NO3 属于易爆炸物，不能带上火车，故 D 正确； 故答案为 B。 13．（ 1）分液漏斗；固体氢氧化钠或氧化钙或碱石灰（2）BC（3）还原；3CuO+2NH3 3Cu+3H2O+N2 （4）吸收未反应的氨气，阻止 F 中水蒸气进入 D（4）慢慢上下移动右边漏斗，使左右两管液面相平（5） 9n 11.2m 【解析】A 装置制取氨气，B 装置干燥氨气，C 为反应装置，D 装置吸收反应产生的水，E 装置防止 F 中的 水分进入 D 装置干扰实验结果，F 装置测量生成氮气的体积。 （1）装置中仪器 a 为分液漏斗，浓氨水遇氧化钙、氢氧化钠会释放氨气，故可选用固体氢氧化钠或氧化钙 或碱石灰（成分为氧化钙和氢氧化钠）； （2）该装置为固液不加热制取气体， A.氯气为黄绿色气体，A 错误； B.过氧化钠和水，或过氧化氢和二氧化锰制氧气都无需加热，B 正确； C.碳酸钙和稀盐酸制取二氧化碳，无需加热，C 正确； D.二氧化氮为红棕色气体，D 错误； 答案选 BC； （3）装置 C 中黑色 CuO 粉末变为红色固体，说明氧化铜被还原为铜单质，说明氨气具有还原性，量气管 有无色无味的气体，根据元素守恒该气体肯定含有氮元素，只能是氮气，故方程式为 3223CuO+2NH3Cu+3H O+NΔ ； （4）根据实验目的，需要测定 D 装置的质量变化来确定生成水的量，故 E 装置的作用是防止 F 中的水分进 入 D 装置，同时浓硫酸还能吸收氨气； （5）为保证读出的气体体积为标准大气压下的体积，需要调整两边液面相平； （6）测得干燥管 D 增重 m g，即生成 m g 水，装置 F 测得气体的体积为 n L，即 n L 氮气，根据元素守恒， 水中的氢元素都来自于氨气，氮气中的氮元素都来自于氨气，故氨分子中氮、氢的原子个数比为： n m 9n2: 2=22.4 18 11.2m 。 14．（ 1）①Fe②NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O（2）FeO（OH）不导电，阻碍电子转移（3）①本实验条件下， Fe2+不能直接还原 NO3-；在 Fe 和 Fe2+共同作用下能提高 NO3-的去除率②Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+；Fe2+ 将不导电的 FeO（OH）转化为可导电的 Fe3O4，利于电子转移 【解析】（1）①原电池中负极材料失电子，根据图 1，铁失电子，所以作负极的物质化学式为 Fe； ②根据示意图，正极是 NO3-得电子生成 NH4+，正极的电极反应式是 NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O； （2）根据图示，pH=4.5 时，NO3-的去除率低的原因是：pH=4.5 生成了较多的 FeO（OH）， FeO（OH）不 导电，阻碍电子转移，所以 NO3-的去除率低； （3）①根据图 2 可知，只加入 Fe2+的水中 NO3-的去除率为 0，加入 Fe2+、Fe 的水中 NO3-的去除率最高，可 得到的结论是本实验条件下，Fe2+不能直接还原 NO3-；在 Fe 和 Fe2+共同作用下能提高 NO3-的去除率； ②根据得失电子守恒，Fe2+与 FeO（OH）反应生成 Fe3O4 的离子方程式是 Fe2++2FeO（OH）=Fe3O4+2H+； 加入 Fe2+提高 NO3-去除率的原因是：Fe2+将不导电的 FeO（OH）转化为可导电的 Fe3O4，利于电子转移， 所以加入 Fe2+提高 NO3-去除率。 15．（ 1）3mol/L 稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液（2）通入 2CO 一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中导管 末端伸入倒置的烧瓶内（3） 33222Cu+4HNO()=Cu(NO)+2NO+2HO 浓 （4）将 2NO 转化为 NO； 2233NO+HO=2HNO+NO （5）装置③中液面上方的气体仍为无色，装置④中液面上方的气体由无色变为 红棕色 【解析】（1）根据装置特点和实验目的，装置⑤是收集 NO，装置⑥中盛放 NaOH 溶液吸收 NO2，因为要验 证稀 HNO3 不能氧化 NO，所以装置③中应该盛放稀硝酸，④盛放浓硝酸，生成二氧化氮气体，应用氢氧化 钠溶液吸收，故答案为：3mol/L 稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液； （2）由于装置中残存的空气能氧化 NO 而对实验产生干扰，所以滴加浓 HNO3 之前需要通入一段时间 CO2 赶走装置中的空气，同时也需将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内防止反应产生的 NO 气体逸出，故答 案为：通入 一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内； （3）装置①中是 Cu 与浓 HNO3 反应，所以反应的化学方程式是 Cu+4HNO3(浓) =Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O， 故答案为：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O； （4）根据实验目的，装置①中没有生成 NO，故装置②中可以盛放 H2O，使 NO2 与 H2O 反应生成 NO： 3NO2+H2O=2HNO3+NO，故答案为：将 转化为 NO；3NO2+H2O=2HNO3+NO； （5）NO 通过稀 HNO3 溶液后，若无红棕色 NO2 产生，说明稀 HNO3 不能氧化 NO，所以盛放稀 HNO3 装置 的液面上方没有颜色变化即可说明之，装置④中盛放的是浓 HNO3，若浓 HNO3 能氧化 NO 则装置④液面的 上方会产生红棕色气体，故答案为：④中液面上方气体变为红棕色，③中液面上方气体不变色。 16．（ 1）使 SO2 气体被充分吸收（2）硝酸受热会挥发、分解（3）2HNO3+2SO2+H2O=NO+NO2+2H2SO4（4） O2（5）NaHCO3 【解析】 (1) “分解塔”中 SO2 从塔底进入，硝酸从塔顶喷淋，其目的是使 SO2 气体被充分吸收； (2) “分解塔”中的温度不宜过高，其原因是温度太高，硝酸会挥发、分解； (3)按一定计量比在“分解塔”中通 SO2 和喷入硝酸，SO2 被氧化，在酸性条件下生成 H2SO4, HNO3 被还原， 若反应后生成的 NO 与 NO2 物质的量之比恰好 1 : 1，根据得失电子守恒，则“分解塔”中发生反应的化学方 程式为 2HNO3+2SO2+H2O= NO+NO2 t 2H2SO4； (4)由于 NO 不溶于 Na2CO3，为提高氮氧化物的转化率，可向“尾气”中通入一定量的 O2 气体，使 NO 部分转 化为 NO2，再通入“吸收塔”中，实现循环吸收； (5)进入“吸收塔”的混合气体中是 NO、NO2，反应后又生成了 CO2， CO2 被 Na2CO3 吸收生成了 NaHCO3， 故“吸收塔”所得溶液中除含有 NaNO2、NaNO3 和少量 Na2CO3 外，还含有的溶质为 NaHCO3。