备战2021 高考化学 考点21 氮及其重要化合物(解析版)

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备战2021 高考化学 考点21 氮及其重要化合物(解析版)

考点 21 氮及其重要化合物 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 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 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 大 气 污 染 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 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。 反应方程式为 ①4NH3+6NO 5N2+6H2O; ②8NH3+6NO2 7N2+12H2O; ③2NO+2CO N2+2CO2; ④2NO2+4CO N2+4CO2。 三、氨和铵盐 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 气,可由喷泉实验证明。 (2)喷泉实验 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常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂如表: 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 (3)化学性质 ①还原性:与氧气反应:4NH3+5O2 4NO+6H2O。 ②与酸反应: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。化学方程式为 HCl+NH3===NH4Cl、NH3+HNO3===NH4NO3。 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。 (4)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 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 (5)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 (3)NH4+的检验 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。 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+ + 3NO ===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. 3NO 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 + 1 3 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: x= 2 2 (NO ) (O ) V V 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= 2 (NO) (O ) V V 0 4 3 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 在一定条件下,将 NO2和 O2的混合气体 12 mL 通入足量水中,充分反应后剩余 2 mL 气体(同温 同压下),则原混合气体中氧气的体积为 ①1.2 mL ②2.4 mL ③3 mL ④4 mL A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 【答案】D 【解析】混合气体通入水中,涉及的反应有①4NO2+O2+2H2O===4HNO3,②3NO2+H2O===2HNO3 +NO。若 12 mL 全部为 NO2,发生反应②,剩余气体 4 mL 大于实际剩余气体 2 mL,故剩余气体为 NO 或 O2。若剩余的气体是 O2,则 V(NO2)= 4 5 ×(12-2)mL=8 mL,V(O2)=12 mL-8 mL=4 mL。若剩余的气体是 NO(2 mL)⇒6 mL NO2,则 V(O2)= 1 5 ×(12-6)mL=1.2 mL。 1.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 【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。 考向二 氨与铵盐的性质及应用 典例 2 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( 4NH )=c(Cl﹣) D.常温时,0.1mol•L﹣1NH4Cl 溶液加水稀释,       4 3 2 NH NH H O H c c c    的值不变 【答案】A 【解析】本题考查有关氨或铵盐的知识、弱电解质的电离平衡、离子浓度的比较。NH3属于非电解质, 故 A 错;氨气溶于水呈碱性,所以氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,故 B 正确;用盐酸滴定氨水,当溶 液呈中性时,溶质为一水合氨和氯化铵,根据电荷守恒可得:c( 4NH )+c(H+)=c(Cl﹣)+ c(OH-),由于溶液呈中 性 , 则 c(H+)= c(OH-) , 所 以 c( 4NH )=c(Cl ﹣ ) , 故 C 正 确 ; =                 3 2 3 2 4 4 NH H O H NH H O H OH NH NH OH c c c c c c c c              =   W 3 2NH H O K K  ,常温时,0.1mol•L﹣1NH4Cl 溶液 加水稀释,由于温度不变,所以       3 2 4 NH H O H NH c c c     的值不变,即       4 3 2 NH NH H O H c c c    的值也不变,故 D 正确。答案选 A。 2.中国科学院科研团队研究表明,在常温常压和可见光下,基于LDH (一种固体催化剂)合成 3NH 的原理 示意图如图。下列说法错误的是 A.氧化剂与还原剂的物质的量之比为 3:1 B.该过程中涉及极性键和非极性键的断裂与生成 C.基于LDH合成 3NH 的过程属于氮的固定 D.工业中,氨经一系列反应可以得到硝酸 【答案】A 【解析】 A. 该反应的化学方程式为 2N2+6H2O=4NH3+3O2,氮气是氧化剂、水是还原剂,氧化剂与还原剂的物质的 量之比为 1∶3,A 项错误; B. 该过程中,既有极性键(N-H、O-H)的断裂与生成,也有非极性键(NN、O=O)的断裂与生成,B 项正确; C. 基于LDH合成 3NH 的过程是将氮气转化为氨气的过程,属于氮的固定,C 项正确; D. 工业中,氨可以通过与氧气催化氧化得到 NO,NO 被氧化为 NO2,NO2再与水反应生成硝酸,D 项正确; 答案选 A。 考向三 喷泉实验 典例 3 利用如图所示的装置,可以验证 NH3和 HCl 的有关性质。实验前 a、b、c 活塞均关闭。 (1)若要在烧瓶Ⅱ中产生“喷泉”现象,烧瓶Ⅰ中不产生“喷泉”现象,其操作方法是______________。 (2)若先打开 a、c 活塞,再挤压胶头滴管,在烧瓶中可观察到的现象是_____________________。 (3)通过挤压胶头滴管和控制活塞的开关,在烧瓶Ⅰ中产生“喷泉”现象,烧瓶Ⅱ中不产生“喷泉”现象, 其操作方法是__________________________________。若要在该装置中产生双喷泉现象,其操作方法 是________________________________。 【解析】(1)打开 a、b 活塞,再将胶头滴管中的水挤入烧瓶Ⅱ中,由于 NH3 极易溶于水,使烧瓶内 气体压强迅速减小,烧杯中的水迅速进入烧瓶Ⅱ中,形成喷泉。(2)先打开 a、c 活塞,再将胶头滴管中的 水挤入烧瓶Ⅱ中,烧瓶Ⅱ中的气压迅速减小,烧瓶Ⅰ中的HCl气体会流向烧瓶Ⅱ中,且与NH3化合生成NH4Cl 而产生白烟。(3)在(2)基础上,若关闭 a 活塞,打开 b 活塞,烧杯中的水会迅速进入烧瓶Ⅰ中,形成 喷泉;若打开 b 活塞,不关闭 a 活塞,烧瓶中的水便会同时进入烧瓶Ⅰ和Ⅱ中,形成双喷泉。 【答案】(1)先打开 a、b 活塞,再挤压胶头滴管(或先挤压胶头滴管,再打开 a、b 活塞) (2)烧瓶Ⅱ中导管口处产生白烟 (3)先打开 a、c 活塞,再挤压胶头滴管(或先打开 a 活塞,挤压胶头滴管,再打开 c 活塞),片刻后, 关闭 a 活塞,然后打开 b 活塞 先打开 a、c 活塞,再挤压胶头滴管(或先打开 a 活塞,挤压胶头滴管,再打 开 c 活塞),片刻后,打开 b 活塞 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 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 【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。 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 典例 4 下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂,其中错误的是 A.①② B.②③ C.③④ D.①③ 【答案】D 【解析】①中 NH4Cl 受热可产生 NH3 和 HCl,但两者遇冷会重新凝结产生 NH4Cl,且可能出现堵塞导 管的情况,③中试管口未向下倾斜会导致水倒流入试管底部而使试管炸裂,故①③符合题意。 4.表中 a、b、c 表示相应仪器中加入的试剂,可用如图所示装置制取、净化、收集的气体是( ) 选项 气体 a b c A NH3 浓氨水 生石灰 碱石灰 B SO2 70%的浓 H2SO4 Na2SO3 固体 98%的浓 H2SO4 C NO 稀 HNO3 铜屑 H2O D NO2 浓 HNO3 铜屑 NaOH 溶液 【答案】B 【解析】 A. 因 NH3的密度比空气的小,不能用图示装置收集,收集方法不合理,故 A 错误; B. Na2SO3与 70%的浓硫酸反应生成 SO2,SO2 中混有的 H2O 用 98%的浓 H2SO4 除去,收集装置合理,故 B 正确; C. NO 与空气中的氧气反应,则不能用图示装置收集 NO,应利用排水法收集,故 C 错误; D. NO2被 NaOH 溶液吸收,收集不到 NO2,故 D 错误; 故选 B。 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 5 将 32.64 g 铜与 140 mL 一定浓度的硝酸反应,铜完全溶解,产生的 NO 和 NO2 混合气体在标准状 况下的体积为 11.2 L。请回答下列问题: (1)NO 的体积为________L,NO2的体积为________L。 (2)参加反应的 HNO3 的物质的量是______________。 (3)待产生的气体全部释放后,向溶液中加入 V mL a mol·L-1 的 NaOH 溶液,恰好使溶液中的 Cu2+ 全部转化成沉淀,则原硝酸溶液的浓度为____________mol·L-1 。 (4)欲使铜与硝酸反应生成的气体在 NaOH 溶液中全部转化为 NaNO3,至少需要 30%的双氧水 ____________g。 【答案】(1)5.824 5.376 (2)1.52 mol (3)aV×10-3+0.5 0.14 (4)57.8 【解析】(1)n(Cu)= 32.64 g 64 g·mol-1 =0.51 mol,设混合气体中 NO 的物质的量为 x,NO2 的物质的量为 y。 根据气体的总体积为 11.2 L,有:x+y=0.5 mol。根据得失电子守恒,有:3x+y=(0.51×2)mol。解方程组 得:x=0.26 mol,y=0.24 mol。则:V(NO)=0.26 mol×22.4 L·mol-1=5.824 L, V(NO2)=11.2 L-5.824 L= 5.376 L。(2)参加反应的 HNO3分两部分:一部分没有被还原,显酸性,生成 Cu(NO3)2;另一部分被还原 成 NO2和 NO,所以参加反应的 HNO3 的物质的量为 0.51 mol×2+0.5 mol=1.52 mol。(3)HNO3 在反应中 一部分变成气体,一部分以 NO - 3 的形式留在溶液中。变成气体的 HNO3的物质的量为 0.5 mol。加入 NaOH 溶液至正好使溶液中 Cu2+全部转化为沉淀,则溶液中只有 NaNO3,其物质的量为 10-3aV mol,也就是以 NO- 3 形式留在溶液中的 HNO3 的物质的量为 10-3aV mol。所以,c(HNO3)= aV×10-3+0.5 0.14 mol·L-1。(4)由得失 电子守恒得:2×n(Cu)=2×n(H2O2), 32.64 g 64 g·mol-1 ×2=n(H2O2)×2,n(H2O2)=0.51 mol,则 m(H2O2)=17.34 g。 需 30%的双氧水:17.34 g÷30%=57.8 g。 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 3NO 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 【答案】B 【解析】n(Fe)= 1 5.6g 56g mol =0.1 mol,n( 3NO )=0.2 L×1.25 mol·L−1=0.25 mol,所以 n(Fex+)∶n( 3NO )=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 2 =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)= 1 2.24L 22.4L mol =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)= 0.35mol 0.2L =1.75 mol·L−1,D 正确。 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 1.利用废蚀刻液(含 FeCl2、CuCl2 及 FeCl3)制备碱性蚀刻液[Cu(NH3)4Cl2 溶液]和 FeCl3•6H2O 的主要步 骤:用 H2O2氧化废蚀刻液,制备氨气,制备碱性蚀刻液[CuCl2+4NH3=Cu(NH3)4Cl2]、固液分离,用盐酸 溶解沉淀并制备 FeCl3•6H2O。下列实验原理和装置不能达到实验目的的是( ) A.用装置甲制备 NH3 B.用装置乙制备 Cu(NH3)4Cl2并沉铁 C.用装置丙分离 Cu(NH3)4Cl2 溶液和 Fe(OH)3 D.用装置丁将 FeCl3溶液蒸干制备 FeCl3•6H2O 【答案】D 【解析】 A.实验室制备氨气,可用氢氧化钙、氯化铵在加热条件下进行,故 A 正确; B.氨气易溶于水,注意防止倒吸,氨气与溶液反应生成 Cu(NH3)4Cl2和氢氧化铁,故 B 正确; C.分离固体和液体,可用过滤的方法,故 C 正确; D.应在蒸发皿中蒸发,且避免氯化铁水解,更不能直接蒸干,故 D 错误; 故答案为 D。 2.如图是 M 元素高中常见物质的价类二维图。其中 A 到 D、D 到 E 的转化都可以加同—种物质实现,且 E 的相对分子质量比 D 的相对分子质量大 16,下列说法正确的是 A.汽油燃料中主要含有 M 元素,所以汽车尾气中通常含有大量 D 而导致环境问题 B.检验Ⅰ中阳离子的方法:向其样品中加强碱,产生的气体可使湿润的蓝色石蕊试纸变红 C.物质 F 的浓溶液可以用铁制容器盛放 D.物质 B 可用作火箭燃料,其电子式为 【答案】C 【解析】 A. 汽油燃烧时,吸入的空气中含有氮气在放电的条件下生成 NO,导致环境污染,A 错误; B. Ⅰ为含硝酸根离子的正盐,其阳离子不一定含有铵根离子,B 错误; C. 物质 F 为硝酸,硝酸的浓溶液与铁发生钝化,可以用铁制容器盛放,C 正确; D. 物质 B 为联氨(H2N-NH2)可用作火箭燃料,其电子式为 ,D 错误; 答案为 C。 3.NSR 技术能降低柴油发动机在空气过量条件下 NOx的排放,其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A.降低 NOx 排放可以减少酸雨的形成 B.储存过程中 NOx被氧化 C.还原过程中消耗 1molBa(NO3)2转移的电子数为 5NA(NA为阿伏加德罗常数的值) D.通过 BaO 和 Ba(NO3)2的相互转化实现 NOx 的储存和还原 【答案】C 【解析】 A.大气中的 NOx 可形成硝酸型酸雨,降低 NOx排放可以减少酸雨的形成,A 正确; B.储存过程中 NOx转化为 Ba(NO3)2,N 元素价态升高被氧化,B 正确; C.还原过程中消耗 1molBa(NO3)2转移的电子数为 10NA,C 错误; D.BaO 转化为 Ba(NO3)2 储存 NOx,Ba(NO3)2转化为 BaO、N2和 H2O,还原 NOx,D 正确; 故选 C。 4.下列关于氮及其化合物说法,不正确的是 A.“雷雨发庄稼”是由于放电条件有利于游离态的氮转化为化合态 B.二氧化氮不仅能形成酸雨,还能在一定条件下促进形成“光化学烟雾” C.铵态氮肥应保存在阴凉处,硝态氮肥(硝酸盐)则能够耐高温 D.工业上制备硝酸过程中,氨催化氧化放出大量热,能预热新进入设备的氨气和空气,节约能源 【答案】C 【解析】 A.“雷雨发庄稼”这是由于在放电的条件下,空气中的氧气和氮气化合生成了氮的氧化物,氮的氧化物再经 过各种复杂的化学变化,最后生成了易被农作物吸收的硝酸盐,是在放电条件下游离态的氮转化为化合态, 故 A 正确; B.二氧化氮溶于水生成硝酸,能形成酸雨;汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物和二氧化氮在阳光 (紫外光)作用下发生光化学反应,形成有害浅蓝色烟雾,即“光化学烟雾”,故 B 正确; C.铵态氮肥应保存在阴凉处,硝态氮肥(硝酸盐)在高温下分解,甚至爆炸,故 C 错误; D.工业上制备硝酸过程中,4NH3+5O2 4NO+6H2O,由氨催化氧化放出大量热,可以利用来预热 新进入设备的氨气和空气,节约能源,故 D 正确; 故选 C。 5.化学反应中,有时“一种物质过量,另一种物质仍不能完全反应”。下列反应中不存在此类情况的是 A.铁片与过量浓硝酸(常温) B.铜粉与过量浓硝酸(常温) C.浓盐酸与过量 MnO2(共热) D.浓硫酸与过量铜片(共热) 【答案】B 【解析】 A、铁片与过量浓硝酸(常温)发生钝化,A 错误; B、铜粉与过量浓硝酸(常温)反应生成硝酸铜、NO2 和水,即使浓硝酸变为稀硝酸铜也能完全溶解,B 正 确; C、浓盐酸与过量 MnO2(共热)时随着反应的进行浓盐酸变为稀盐酸,因此即使二氧化锰过量,浓盐酸也 不能完全反应,C 错误; D、浓硫酸与过量铜片(共热)时随着反应的进行浓硫酸变为稀硫酸,而稀硫酸与铜不反应,D 错误; 答案选 B。 6.下图为有关分子在催化剂作用下发生转化的示意图,下列叙述正确的是( )。 A.N2→NH3,NH3→NO 均属于氮的固定 B.催化剂 a 作用下氮原子发生了氧化反应 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 【答案】D 【解析】 A.把游离态的氮转化为氮的化合物,称为氮的固定,N2→NH3属于氮的固定,NH3→NO 不属于氮的固定, 故 A 错误; B.催化剂 a 作用下,N2→NH3,氮原子化合价从 0 降低至-3 价,发生还原反应,故 B 错误; C.催化剂 a 作用下,N2→NH3,断裂非极性共价键 N≡N 键,催化剂 b 作用下,NH3→NO,断裂极性共价 键 N-H 键,故 C 错误; D.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,故 D 正确; 故答案为 D。 7.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 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 【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 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。 8.NH3 是一种重要的化工原料,可以制备一系列物质(如图)。下列说法正确的是 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都属于正盐 【答案】C 【解析】NaHCO3 不是化肥,故 A 错误;NH4Cl、HNO3 受热时都易分解,Na2CO3 性质稳定,受热不分 解,故 B 错误;NH3 和 NO2 中氮元素存在中间价态,一定条件下可发生氧化还原反应,故 C 正确;NaHCO3 为酸式盐,故 D 错误。 9.向 50 mL 稀硫酸与稀硝酸的混合溶液中逐渐加入铁粉,假设加入铁粉的质量与产生气体的体积(标准状 况)之间的关系如图所示,且每一段只对应一个反应。 下列说法正确的是 A.开始时产生的气体为 H2 B.AB段发生的反应为置换反应 C.所用混合溶液中 c(HNO3)=0.5 mol·L-1 D.参加反应的铁粉的总质量 m2=5.6 g 【答案】D 【解析】向混合溶液中逐渐加入铁粉,铁首先和 H+ 、NO - 3 反应生成 Fe3+和 NO;当溶液中 NO - 3 完全被 消耗之后,过量的铁能和 Fe3+反应生成 Fe2+;当 Fe3+完全反应之后,过量的铁和稀硫酸反应生成 FeSO4 和 H2。由以上分析可知,开始生成的气体是 NO,A 错误;AB段的反应是铁和 Fe3+的反应,不是置换反 应,B 错误;A点对应的气体是 NO,物质的量是 0.05 mol,根据氮原子守恒可知,稀硝酸的物质的量浓 度是 0.05 mol 0.05 L =1.0 mol·L-1,C 错误;生成氢气的体积是 0.56 L,物质的量为 0.025 mol,所以反应中共转 移电子 0.05 mol×3+0.025 mol×2=0.2 mol,参加反应的铁最终在溶液中以 Fe2+的形式存在,因此根据电 子得失守恒可知,消耗铁的物质的量是 0.1 mol,质量是 5.6 g,D 正确。 10.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 【答案】D 【解析】A 项,由上述分析可知,实验①发生反应 3Fe+8HNO3 3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O,生成 NO 的 物质的量为 1 2.24 L 22.4 L mol = 0.1 mol,根据化学方程式可知,参加反应的 Fe 的物质的量为 0.1 mol× = 0.15 mol,故参加反应的 Fe 的质量=0.15 mol×56 g·mol-1=8.4 g,正确。B 项,原混合物的质量为 4×(18.0 g+8.4 g)= 105.6 g,正确。C 项,实验①中生成 NO 的物质的量为 1 2.24 L 22.4 L mol =0.1 mol,根据化学方程式可知, 参加反应的 HNO3的物质的量为 0.1 mol×4=0.4 mol,故硝酸的物质的量浓度为 c= 0.4 mol 0.1 L =4 mol·L-1,正 确。D 项,由上述分析可知,在实验③的基础上再加入 100 mL 硝酸,为硝酸与溶液中亚铁离子反应生 成 NO,V一定大于 6 720,可直接作出判断;具体的计算方法如下:实验②中 Fe 与 HNO3恰好完全反应 生成硝酸亚铁,生成 NO 的物质的量= 1 4.48 L 22.4 L mol =0.2 mol,由 3Fe+8HNO3 3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O 可知,溶液中亚铁离子的物质的量为 0.3 mol,在实验③的基础上加入 100 mL 硝酸后,根据电子得失守 恒可知,生成 NO 的物质的量为  0.3 mol 3 2 5 2    =0.1 mol,故生成 NO 的体积为 0.1 mol×22.4 L·mol-1=2.24 L,则 V=6.72 L+2.24 L=8.96 L=8 960 mL,错误。 1.[2020 年全国 3 卷]喷泉实验装置如图所示。应用下列各组气体—溶液,能出现喷泉现象的是 气体 溶液 A. H2S 稀盐酸 B. HCl 稀氨水 C. NO 稀 H2SO4 D. CO2 饱和 NaHCO3溶液 【答案】B 【解析】 A.由于硫化氢气体和盐酸不发生反应且硫化氢在水中的溶解度较小,烧瓶内外压强差变化不大,不会出现 喷泉现象,A 错误; B.氯化氢可以和稀氨水中的一水合氨发生反应,使烧瓶内外产生较大压强差,能够出现喷泉实验,B 正确; C.一氧化氮不与硫酸发生反应且不溶于水,烧瓶内外不会产生压强差,不能发生喷泉现象,C 错误; D.二氧化碳不会溶于饱和碳酸氢钠溶液中,烧瓶内外不会产生压强差,不能发生喷泉实验,D 错误; 故选 B。 2.[2019江苏]N2O、NO和NO2等氮氧化物是空气污染物,含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。 (1)N2O的处理。N2O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物,用特种催化剂能使N2O分解。NH3与O2在加 热和催化剂作用下生成N2O的化学方程式为 ▲ 。 (2)NO和NO2的处理。已除去N2O的硝酸尾气可用NaOH溶液吸收,主要反应为 NO+NO2+2OH− 2 2NO +H2O 2NO2+2OH− 2NO + 3NO +H2O ①下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的有 ▲ (填字母)。 A.加快通入尾气的速率 B.采用气、液逆流的方式吸收尾气 C.吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液 ②吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤,得到NaNO2晶体,该晶体中的主要杂质是 ▲ (填 化学式);吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是 ▲ (填化学式)。 (3)NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气,可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同,NO转 化为 3NO 的转化率随NaClO溶液初始pH(用稀盐酸调节)的变化如图所示。 ①在酸性NaClO溶液中,HClO氧化NO生成Cl−和 3NO ,其离子方程式为 ▲ 。 ②NaClO溶液的初始pH越小,NO转化率越高。其原因是 ▲ 。 【答案】(1)2NH3+2O2 N2O+3H2O (2)①BC ②NaNO3 NO (3)①3HClO+2NO+H2O 3Cl−+2 3NO +5H+ ②溶液 pH 越小,溶液中 HClO 的浓度越大,氧化 NO 的能力越强 【解析】(1)NH3与 O2 在加热和催化剂作用下发生氧化还原反应生成 N2O,根据得失电子守恒和原子 守恒可知反应有水生成,配平化学方程式为:2NH3+2O2 N2O+3H2O。 (2)①A、加快通入尾气的速率,不能提高尾气中 NO 和 NO2 的去除率,不符合题意;B、采用气、液 逆流的方式吸收尾气,可使气液充分接触,能提高尾气中 NO 和 NO2的去除率,符合题意; C、定期补充适量的 NaOH 溶液可增大反应物浓度,能提高尾气中 NO 和 NO2的去除率,符合题意。 故选 BC。 ②由吸收反应:NO+NO2+2OH-=2NO2-+H2O,2NO2+2OH-=NO2-+ NO3-+H2O 可知,反应后得到 NaNO2 和 NaNO3混合溶液,经浓缩、结晶、过滤得到 NaNO2 和 NaNO3晶体,因此得到的 NaNO2混有 NaNO3;由 吸收反应可知,若 NO 和 NO2的物质的量之比大于 1:1,NO 不能被吸收,因此,吸收后排放的尾气中 含量较高的氮氧化物是 NO。 (3)①在酸性的 NaClO 溶液中,次氯酸根离子和氢离子结合生成 HClO,HClO 和 NO 发生氧化还原反 应生成 NO3-和 Cl-,根据得失电子守恒及电荷守恒、原子守恒,配平离子方程式为 2NO+3HClO+H2O=2 NO3-+3 Cl-+5H+。 ②在相同条件下,氧化剂的浓度越大,氧化能力越强,由反应 2NO+3HClO+H2O=2NO3-+3 Cl-+5H+可知, 溶液 pH 越小,溶液中 HClO 浓度越大,氧化 NO 的能力越强。 3.[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 【答案】C 【解析】A.雾的分散剂是空气,分散质是水。霾的分散剂是空气,分散质固体颗粒。因此雾和霾的分 散剂相同,A 正确; B.由于氮氧化物和二氧化硫转化为铵盐形成无机颗粒物,因此雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵,B 正确; C.NH3 作为反应物参加反应转化为铵盐,因此氨气不是形成无机颗粒物的催化剂,C 错误; D.氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关,由于氮肥会释放出氨气,因此雾霾的形成与 过度施用氮肥有关,D 正确。答案选 C。 点睛:结合示意图的转化关系明确雾霾的形成原理是解答的关键,氨气作用判断是解答的易错点。本题 情境真实,应用导向,聚焦核心素养,既可以引导考生认识与化学有关的社会热点问题,形成可持续发 展的意识和绿色化学观念,又体现了高考评价体系中的应用性和综合性考查要求。 4.[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 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 【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。 5.[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 【答案】C 【解析】利用极值法分析,可知 0.1 mol 氢氧化钠不足,故先将 NH4HSO4 反应完,再反应(NH4)2SO4,因 共生成 NH3 0.08 mol,故与 H+反应的氢氧化钠为 0.02 mol,则可知道 NH4HSO4为 0.02 mol,则(NH4)2SO4 质量为 7.24 g-115 g/mol×0.02 mol=4.94 g,(NH4)2SO4的物质的量为 4.94 g ÷132 g/mol=0.0374 mol。因此 (NH4)2SO4与 NH4HSO4物质的量之比为:1.87∶1 ,故选 C。 6.[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 Ba(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 【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 2 4SO  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。 7.[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 【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。 8.[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: 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: _______ 催化剂 □15NNO+□H2O 【答案】(1)①CO(NH2)2+H2O CO2+2NH3 ②8NH3+6NO2 7N2+12H2O ③2SO2+O2+4NH3+2H2O 2(NH4)2SO4 ④ 1 1 2 23(2 ) 100 c v c v a  (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 × 1 2 =(v1c1− 1 2 v2c2)×10−3mol,则尿素的物质的量为 (v1c1− 1 2 v2c2)×10−3mol,尿素溶液中溶质的质量分数是[(v1c1− 1 2 v2c2)×10−3mol×60g/mol]÷a g×100%= 1 1 2 23(2 ) 100 c v c v a  。(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。
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