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第34练　硝酸　氮及其化合物的转化
一、 单项选择题
1. (2024·苏锡常镇一模)下列物质结构与性质或物质性质与用途不具有对应关系的是(　　)
A. NH3分子间存在氢键，NH3极易溶于水
B. 液氨汽化时吸收大量的热，可用作制冷剂
C. N2H4中N原子能与H＋形成配位键，N2H4的水溶液呈碱性
D. N2H4具有还原性，可用作燃料电池的燃料
2. (2025·扬州中学高三下月考)含氮化合物在生产生活中具有重要应用，下列说法不正确的是(　　)
A. 工业上常以向饱和氨的食盐水中通入CO2制备NaHCO3和NH4Cl
B. 实验室可将苯和浓硝酸混合共热制备硝基苯
C. 浓硝酸和浓盐酸以体积比1∶3组成的混合物可用于溶解金、铂等金属
D. 尿素是一种中性肥料，可水解成碳酸铵或碳酸氢铵，缓慢释放氨气被作物吸收
3. (2024·如皋一模)N2H4的燃烧热为622 kJ·mol－1，具有强还原性，可由尿素[CO(NH2)2]、NaClO和NaOH溶液一起反应制得。下列化学反应的表示正确的是(　　)
A. 金属钠和液氨反应：NH3＋Na===NaNH2＋H2↑
B. 过量氨水和SO2反应：SO2＋2NH3·H2O===(NH4)2SO3＋H2O
C. 尿素、NaClO、NaOH溶液制取N2H4的离子方程式：CO(NH2)2＋ClO－===CO2↑＋N2H4＋Cl－
D. 肼燃烧的热化学方程式：N2H4(g)＋O2(l)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－622 kJ·mol－1
二、 非选择题
4. 水合肼(N2H4·H2O)易溶于水，具有弱碱性和还原性，能与铜离子形成络合物。利用水合肼处理碱性铜氨废液可获得纳米铜粉。
已知：Cu2＋＋4NH3??[Cu(NH3)4]2＋；Cu2＋在一定条件下可与铜反应转化为Cu＋。
(1)水合肼电离平衡常数表达式为Kb1(N2H4·H2O)＝__________________。
(2)获得纳米铜粉时，水合肼被氧化成N2，发生反应的离子方程式为____________________________________。若水合肼的量不足时，生成另一种还原产物，其晶胞结构如图所示，该产物的化学式为__________。
(3)保持其它条件不变，水合肼浓度、反应温度对纳米铜的产率的影响如图所示。
　　　　
①水合肼浓度大于3.25 mol·L－1时，纳米铜的产率下降的原因可能是________________________。
②温度高于75 ℃后，纳米铜的产率下降的原因可能是____________________________________。
(4)Na2SO3、N2H4·H2O都可用于处理高压锅炉水中溶解的O2，防止锅炉被腐蚀。与Na2SO3相比，使用水合肼处理水中溶解的O2的优点有__________________。
5. (2025·连云港中学高三下月考)尿素[CO(NH2)2]的生产具有重要意义。
(1)尿素的催化合成
已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH1＝－286.0 kJ·mol－1
N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH2＝－92.2 kJ·mol－1
2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(aq)＋H2O(l)　ΔH3＝－101.5 kJ·mol－1
则反应2CO2(g)＋2N2(g)＋4H2O(l)===2CO(NH2)2(aq)＋3O2(g)的　ΔH＝__________ kJ·mol－1
(2)尿素的电化学合成
①电催化CO2和NO合成尿素的装置如下图所示，生成尿素的电极反应式为______________________________________________。
②电催化CO2和N2合成尿素。CO2先在阴极被还原为中间体CO，再与N2合成尿素。
已知：CO2在阴极还能被还原为CH4，其生成CH4的趋势比生成CO的趋势更大。但实验数据说明，一定时间内，阴极产物中CO的物质的量大于CH4，可能的原因为___________________________________________________。
(3)尿素的应用
尿素将烟气中氮氧化物还原为N2以达到消除污染的目的。控制其他条件相同，将混有NO、NO2、SO2、N2和O2的模拟烟气匀速通过装有尿素溶液的装置，在装置出口处检测NO、NO2的脱除率α[α＝×100%]。
①当烟气中有少量SO2时，有利于NO2脱除，其可能的原因是____________________________________。
②当烟气中无SO2存在时，且超过一定数值时，测得α(NO)变为负值，其可能的原因是_______________________________________________________________________________________________。
③尿素水溶液热解产生的NH3可去除尾气中的NOx，流程如下：
若氧化处理后的尾气中混有SO2，此时催化剂表面会因为覆盖部分硫酸盐而导致催化剂中毒，降低NOx的去除率。试分析硫酸盐的产生过程______________________________________________________。
6. (2025·灌南中学高三月考)氮的化合物在工农业生产中有着重要的作用，氮的化合物也会对大气及水体等产生污染，在利用这些物质的同时，治理和减少污染是重要的课题。
(1)NH3和N2H4是氮元素的两种重要的氢化物。
结合NH3分子的结构和性质，解释NH3常用作制冷剂的原因_________________________________。
(2)NO和NO2是氮元素的两种常见的氧化物，它们之间可以相互转化。NOx会导致光化学烟雾的形成。
其反应进程与能量变化的关系示意图如图1所示。
NO氧化为NO2的总反应速率由反应Ⅱ控制，原因是_______________________________________。
②光化学烟雾形成时，部分物质发生光化学反应的过程如图2，虚线方框内的过程可描述为________________________________________________________________________________________________。
　　　　　　
(3)含铈溶液可以处理大气中的氮氧化物，并可通过电解法再生。铈元素(Ce)常见的化合价有＋3价、＋4价。NO可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO、NO。可采用电解法将上述吸收液中的NO转化为无毒物质，同时再生Ce4＋，其原理如图3所示。阴极的电极反应式为__________________________________________________。
7. (2024·连云港高三上期中)利用Zn和KNO3溶液反应模拟地下水的脱硝过程，并探究脱硝原理及相关因素对脱硝速率的影响。模拟过程的实验装置如图所示。
(1)实验室用稀硫酸洗涤Zn粒，再用蒸馏水洗涤至接近中性；将KNO3溶液的pH调至2.5。
①用稀硫酸洗涤Zn粒的目的是______________________________。
②向上述KNO3溶液中加入足量洗涤后的Zn粒，写出Zn与KNO3溶液反应生成NH的离子方程式：________________________________________________________________________________________________。
③锥形瓶中NaOH溶液的作用是__________________________________。
(2)某兴趣小组进行了如下实验：取两套上图所示装置，分别加入等体积、等浓度的KNO3溶液；将溶液的pH调节为2.5，并通入氮气；将其中一套实验装置浸入热水浴中(或浸入冰水浴中)；向三颈瓶中分别加入足量且等质量的同种Zn粒，用离子色谱仪测定相同反应时间时三颈烧瓶中NO的浓度(已知：溶液中NO的物质的量浓度可用离子色谱仪测定)。
①该实验的目的是__________________________。
②该实验过程中采用了科学探究中一种重要的思想方法是______________。
(3)反应过程中有NO生成。为测定反应液中NO的含量，取过滤后的滤液100 mL，用0.005 mol·L－1酸性KMnO4溶液滴定，消耗KMnO4溶液的体积为16.00 mL(已知：2MnO＋5NO＋6H＋===2Mn2＋＋5NO＋3H2O，且在此条件下NH不与酸性KMnO4溶液反应)。计算过滤后的滤液中NO的物质的量浓度(写出计算过程)。
第34练　硝酸　氮及其化合物的转化
1. A　解析：NH3极易溶于水，是由于氨气分子和水分子都是极性分子同时可以形成氢键，与NH3分子间存在氢键无关，A符合题意；氨分子由液态转化为气态时，需要从周围环境吸收热量，液氨可用作制冷剂，B不符合题意；N2H4中的N原子与H＋形成配位键，N2H4分子内的N原子可以提供孤电子对，H＋提供空轨道形成配位键，故N2H4的水溶液呈碱性，C不符合题意；N2H4中N元素处于较低价态，具有还原性，可以和氧气等氧化剂反应，故而可用作燃料电池的燃料，D不符合题意。故选A。
2. B　解析：由于碳酸氢钠的溶解度小于碳酸氢铵，故工业上常以向饱和氨的食盐水中通入CO2制备NaHCO3和NH4Cl，A正确；实验室可将苯、浓硝酸和浓硫酸混合共热发生硝化反应制备硝基苯，B错误；浓硝酸和浓盐酸以体积比1∶3组成的混合物为王水，可用于溶解金、铂等金属，C正确；尿素可水解成碳酸铵或碳酸氢铵，缓慢释放氨气被作物吸收，D正确。故选B。
3. B　解析：金属钠和液氨反应生成NaNH2和H2，反应的方程式为：2NH3＋2Na===2NaNH2＋H2↑，A错误；过量氨水吸收工业尾气中的SO2，生成(NH4)2SO3和水：SO2＋2NH3·H2O===(NH4)2SO3＋H2O，B正确；尿素和NaClO溶液在碱性条件下反应生成N2H4、Na2CO3和NaCl，反应的离子方程式为：CO(NH2)2＋ClO－＋2OH－===CO＋N2H4＋Cl－＋H2O，C错误；肼燃烧的热化学方程式中H2O应为液态，D错误。故选B。
4. (1)eq \f(c（OH－）×c（N2H）,c（N2H4·H2O）)　(2)2[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－＋N2H4·H2O===2Cu＋8NH3↑＋N2↑＋5H2O　Cu2O
(3)①溶液碱性增强，溶液中铵根离子转化为氨气，有利于生成[Cu(NH3)4]2＋，溶液中铜离子减少　②氨气逸出，导致生成[Cu(NH3)4]2＋的平衡逆向移动，Cu2＋与铜粉生成Cu＋
(4)水合肼的用量少，不产生杂质
解析：(1)水合肼N2H4·H2O溶于水发生电离，N2H4·H2O??N2H＋OH－，则Kb1(N2H4·H2O)＝eq \f(c（OH－）×c（N2H）,c（N2H4·H2O）)；
(2)已知[Cu(NH3)4]2＋与水合肼反应生成铜和氮气，则反应的离子方程式为2[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－＋N2H4·H2O===2Cu＋8NH3↑＋N2↑＋5H2O；根据晶胞的结构，铜原子在晶胞的体内，个数为4，氧原子在顶点和体内，个数＝8×＋1＝2，则N(Cu)∶N(O)＝4∶2＝2∶1，化学式为Cu2O；(3)①水合肼浓度大于3.25 mol·L－1时，溶液碱性增强，溶液中铵根离子转化为氨气，生成更多的[Cu(NH3)4]2＋，导致铜离子减小，纳米铜的产率降低；
②温度高于75 ℃后，氨气逸出，导致生成[Cu(NH3)4]2＋的平衡逆向移动，Cu2＋与铜粉生成Cu＋，纳米铜的产率降低；
(4)亚硫酸钠与氧气反应生成硫酸钠，产生杂质，而水合肼与氧气反应生成氮气和水，无杂质生成。
5. (1)470.6 kJ·mol－1
(2)①CO2＋2NO＋18H＋＋16e－===CO(NH2)2＋7H2O　②该条件下，CO2在阴极生成CO的速率比生成CH4的速率快
(3)①SO2具有还原性，也能还原一部分NO2　②当烟气中超过一定数值时，过量的NO2与溶液中的H2O反应生成NO，使NO的出口浓度大于进口浓度　③SO2与O2、H2O反应生成硫酸，硫酸与氨气生成硫酸铵或硫酸氢铵
解析：(1)已知：反应①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH1＝－286.0 kJ·mol－1；②N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH2＝－92.2 kJ·mol－1；③2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(aq)＋H2O(l)　ΔH3＝－101.5 kJ·mol－1；根据盖斯定律可知，由2②＋2③－3①可得，反应2CO2＋2N2＋4H2O===2CO(NH2)2＋3O2　ΔH＝2(－92.2 kJ·mol－1)＋2(－101.5 kJ·mol－1)－3(－286.0 kJ·mol－1)＝470.6 kJ·mol－1。
(2)①根据装置图可知，CO2、NO反应生成尿素，为还原反应，生成尿素的电极反应式为CO2＋2NO＋18H＋＋16e－===CO(NH2)2＋7H2O。②已知：CO2在阴极还能被还原为CH4，其生成CH4的趋势比生成CO的趋势更大，即生成CH4反应的平衡常数比生成CO的反应的平衡常数更大。但实验数据说明，一定时间内，阴极产物中CO的物质的量大于CH4，可能的原因为该条件下，CO2在阴极生成CO的速率比生成CH4的速率快。
(3)尿素将烟气中氮氧化物还原为N2以达到消除污染的目的。控制其他条件相同，将混有NO、NO2、SO2、N2和O2的模拟烟气匀速通过装有尿素溶液的装置，在装置出口处检测NO、NO2的脱除率α(α＝×100%)。①当烟气中有少量SO2时，有利于NO2脱除，其可能的原因是SO2具有还原性，也能还原一部分NO2。②当烟气中无SO2存在时，烟气中超过一定数值时，过量的NO2与溶液中的H2O反应生成NO，使NO的出口浓度大于进口浓度。③若氧化处理后的尾气中混有SO2，此时催化剂表面会因为覆盖部分硫酸盐而导致催化剂中毒，降低NOx的去除率。则二氧化硫被氧化了，故硫酸盐的产生过程为SO2与O2、H2O反应生成硫酸，硫酸与氨气生成硫酸铵或硫酸氢铵。
6. (1)液氨气化时吸收大量热，使周围环境温度降低，因此可用作制冷剂
(2)①由图像可知：Ea2>Ea1，反应Ⅱ活化能较大，反应的活化能越大，反应速率越慢，决定了总反应速率　②虚线框中是NO2在紫外线照射下产生游离的O原子，O与O2结合形成O3，然后是CH2===CH—CH3与O3发生氧化还原反应产生CH3CHO、HCHO
(3)2NO＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O
解析：(1)液氨气化时吸收大量热，使周围环境温度降低，因此可用作制冷剂
(2)①由图像可知：Ea2>Ea1，反应Ⅱ活化能较大，反应的活化能越大，反应速率越慢，决定了总反应速率。②虚线框中是NO2在紫外线照射下产生游离的O原子，O与O2结合形成O3，然后是CH2===CH—CH3与O3发生氧化还原反应产生CH3CHO、HCHO。(3)阴极NO得电子生成氮气，电极方程式为：2NO＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O。
7. (1)①除去锌粒表面的氧化膜　②4Zn＋NO＋10H＋===4Zn2＋＋NH＋3H2O　③吸收副反应可能产生的氮氧化合物
(2)①探究温度对脱氮速率的影响　②控制变量法
(3)0.002 mol·L－1(过程见解析)
解析：(1)①锌是活泼金属，锌表面有一层氧化膜，用稀硫酸洗涤锌粒的目的是除去锌粒表面的氧化膜。③NO可能被还原为NO或NO2等，锥形瓶中NaOH溶液的作用是吸收可能产生的NOx。
(2)①该实验的变量为温度，实验目的是探究温度对脱氮速率的影响。
(3)消耗的n(KMnO4)＝0.005 mol·L－1×16.00×10－3 L＝8×10－5 mol，由2MnO～5NO知，n(NO)＝×8×10－5 mol＝2×10－4 mol，c(NO)＝＝0.002 mol·L－1。

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