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- 2021-07-08 发布
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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。