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第3讲　氮及其化合物
【复习目标】
1.了解氮及其氧化物的主要性质;了解氮氧化物对环境的影响。
2.掌握NH3及铵盐的性质与用途、喷泉实验与NH3的实验室制法的原理及操作。
3.掌握硝酸的性质及应用。
4.能从物质类别、氮的化合价变化理解氮及其化合物的转化关系。
5.能从含氮物质的性质和转化的视角解释生产、生活中的相关现象。
考点一　氮及其氧化物
1.氮的固定
2.氮气
(1)电子式:　　　　　　　　。
(2)物理性质:　　　　的气体,密度比空气略小,　　　　溶于水。
(3)化学性质:
写出有关化学方程式:
①　 ;
②　 ;
③　 。
[示例] 下列关于氮气的用途的叙述中,分别应用了氮气的什么性质
①代替稀有气体作焊接金属时的保护气,以防止金属被空气氧化:　　　　　　　。
②氮气是合成氨工业的重要原料:　　　　　　。
③雷电是自然界重要的固氮方式:　　　　　　。
④医学上用液氮作冷冻剂,以便在冷冻麻醉下进行手术:　 。
3.氮的氧化物
(1)氮元素的六种氧化物。
化合价 +1 +2 +3 +4 +5
化学式 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5
N2O3、　　　　是酸性氧化物。
(2)NO和NO2的比较。
性质 NO NO2
色、味、态 　　　
水溶性 　　　 易溶于水
毒性 有毒,大气污染物之一
与水反应 不反应 3NO2+H2O2HNO3+NO
与氧气 反应 2NO+O22NO2 不反应
[示例] ①快速验证某无色气体为NO的方法为 　。
②NO2与N2O4存在平衡:2NO2N2O4,因此实验测量所得NO2相对分子质量可能　　　　(填“大于”或“小于”)46。
4.氮氧化物的危害与防治
(1)对环境的影响。
(2)防治。
①碱液吸收法。
工业尾气中的NOx常用碱液吸收处理,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)。
②催化转化法。
在催化剂、加热条件下,氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2),或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。
[理解·辨析] 判断正误
(1)固氮反应一定属于氧化还原反应。(　　)
(2)液氮可用于医学和高科技领域,制造低温环境。(　　)
(3)NO2可以通过化合反应获得。(　　)
(4)NO2能与水反应生成硝酸,故NO2为酸性氧化物。(　　)
(5)CO、NO、NO2都是大气污染气体,都能在空气中稳定存在。(　　)
(6)NO与CO都能与血红蛋白结合而使人中毒。(　　)
(7)可以用淀粉碘化钾试纸或NaOH溶液来区别NO2气体和溴蒸气。(　　)
一、氮气、NO和NO2的性质
1.(2024·北京东城区期末)下列关于N2的叙述不正确的是(　　)
[A] 两个氮原子间以共价三键结合
[B] N2既可作氧化剂又可作还原剂
[C] 氮的固定过程中N2均被氧化
[D] 大自然通过闪电释放的能量可将N2转化为含氮的化合物
2.下列有关氮的氧化物的说法正确的是(　　)
[A] NO和NO2混合气体的尾气可以用水吸收
[B] 4.6 g NO2和N2O4混合气体中含有的氧原子数目小于0.2NA
[C] 用硝酸银溶液或湿润的淀粉KI试纸均可鉴别Br2(g)和NO2
[D] 除去NO中混有的少量NO2气体时,可以用水洗涤后再干燥
二、氮氧化物与O2、H2O反应的分析
3.在一支50 mL注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器,静置后观察现象①。打开弹簧夹,快速吸入 10 mL 空气后夹上弹簧夹,观察现象②。振荡注射器,静置后再观察现象③。
下列关于该过程的分析不正确的是(　　)
[A] 现象①②主要体现了NO难溶于水、具有还原性
[B] 现象②③,针筒示数:③<②
[C] 过程中若将空气10 mL改成15 mL,③能观察到针筒内无气体剩余
[D] 该实验启示工业上制硝酸时充入适量O2可以提高氮原子利用率
4.将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中,充分反应后,还剩余2 mL无色气体。剩余无色气体的成分可能是什么 原混合气体中NO2、O2的体积分别是多少
氮氧化物、O2溶于水的分析
(1)剩余气体分析。
无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两者的混合气体,反应的实质是3NO2+H2O2HNO3+NO,2NO+O22NO2,故若有气体剩余只能是NO或O2,不可能是NO2。
(2)分析计算的反应依据。
①若NO和O2通入水中,总反应为4NO+3O2+2H2O4HNO3。
②若NO2和O2通入水中,总反应为4NO2+O2+2H2O4HNO3。
三、废气中氮氧化物的治理
5.(1)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理,使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式: 　 。
(2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。如 4NH3+6NO5N2+6H2O,写出NH3转化NO2的化学方程式: 　 , 该反应中氧化产物与还原产物的质量之比为　　　　。
(3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。
①NO2被烧碱溶液吸收时,生成两种钠盐,其物质的量之比为1∶1,写出该反应的化学方程式: 　。
②NO与NO2按物质的量之比为1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐,该钠盐的化学式是　　　　。
考点二　氨和铵盐
一、氨
1.氨的分子结构和物理性质
(1)氨的分子结构特征。
(2)物理性质。
通常状况下,氨是一种无色、　　　　气味的气体,密度比空气的　　　　,极易溶于水(1∶700),易液化,工业上可使用液氨作　　　　剂。
[示例] 试从结构和性质上解释NH3极易溶于水的原因: 　。
2.氨的化学性质
(1)与水的反应。
NH3+H2O　　　 N+OH-,氨溶于水得氨水,氨水中含有的粒子有 　 。
(2)与酸的反应。
与HCl反应:　 。
(3)与盐溶液的反应。
与AlCl3溶液反应的离子方程式: 　 。
(4)氨的还原性。
氨的催化氧化:　 。
(5)较强的配位能力。
Cu(OH)2溶于氨水的离子方程式: 　。
二、铵盐及N的检验
1.N的结构与铵盐的物理性质
电子式 空间结构 颜色状态 溶解性
正四面体 　 色固体 绝大多数 　　溶于水
2.铵盐的化学性质
(1)不稳定性。
①NH4Cl受热分解:　 。
②NH4HCO3受热分解:　 。
③硫酸铵、硝酸铵分解产物复杂。如硝酸铵用作炸药,分解产物均为空气的成分:2NH4NO32N2↑+O2↑+4H2O。
(2)与碱反应。
①与NaOH溶液(加热): 　(N的检验)。
②与消石灰: 　(实验室制NH3)。
3.N的检验
未知液呈碱性湿润的红色石蕊试纸变　　　　,则证明含N。
三、氨的实验室制法
1.氨的实验室制法
(1)原理:2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O。
(2)装置:“固体+固体气体”(与用KClO3或KMnO4制O2的装置相同)。
(3)收集:只能用　　　　　　　法。
(4)验满方法。
①将湿润的红色石蕊试纸置于试管口,现象是试纸变　　　　色。
②将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口,现象是有　　　　产生。
(5)尾气处理。
收集时,一般在试管口塞一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球,可减小NH3与空气的对流速度,收集到纯净的NH3,同时也可避免污染空气。
2.用浓氨水制备氨的简易方法
方法 气体发生装置 化学方程式(或原理)
加热 浓氨水 NH3·H2OH2O+NH3↑
浓氨水+ 固体 NaOH NaOH溶于水放热,促使氨水分解,且OH-浓度的增大有利于NH3的放出
浓氨水+ 固体CaO CaO与水反应,使溶剂(水)减少,反应放热,促使氨水分解;化学方程式为 NH3·H2O+CaONH3↑+Ca(OH)2
[理解·辨析] 判断正误
(1)在1 mol/L氨水中,NH3·H2O、N的物质的量浓度之和为1 mol/L。(　　)
(2)加热盛有NH4Cl固体的试管,试管底部固体消失,试管口有晶体凝结,说明NH4Cl固体可以升华。(　　)
(3)用浓氯化铵溶液处理过的舞台幕布不易着火,其原因是氯化铵分解吸收热量,降低了温度;氯化铵分解产生的气体隔绝了空气。(　　)
(4)铵盐加热均易分解产生NH3。(　　)
(5)氨遇到浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸都会发生反应,产生白烟。(　　)
(6)向某无色溶液中加入稀NaOH溶液,把湿润的红色石蕊试纸放在试管口,试纸不变蓝,则原溶液中不含N。(　　)
(7)铵盐都易溶于水,其水溶液均呈酸性。(　　)
一、从“类别”和“价态”的视角理解氨的性质
1.探究氨及铵盐性质的过程中,下列根据实验现象得出的结论正确的是(　　)
[A] 将集有氨的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨极易溶于水
[B] 氨使AlCl3溶液产生白色沉淀,反应中氨被还原
[C] 加热盛有少量NH4HCO3固体的试管,并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸,石蕊试纸变蓝,说明NH4HCO3显碱性
[D] 将红热的铂丝伸入盛有浓氨水的锥形瓶中,瓶口出现少量红棕色气体,说明氨的氧化产物为NO2
2.(2024·湖南娄底模拟)实验室用N2H4(肼,又名联氨,常温下为无色油状液体,沸点为113.5 ℃,具有与氨相似的气味,有弱碱性和较强的还原性)还原Cu(OH)2制备纳米Cu2O的装置(部分夹持及加热装置已省略)如图所示。已知:NaNO2溶液与NH4Cl溶液在加热条件下反应能得到N2。下列说法不正确的是(　　)
[A] 装置②⑥中分别盛装浓硫酸和稀硫酸
[B] 无水硫酸铜由白色变为蓝色,说明从装置④出来的气体中含有水蒸气
[C] 装置④中发生反应的化学方程式为N2H4+4Cu(OH)22Cu2O+N2↑+6H2O
[D] 加入反应试剂后,先打开K2,待装置④中反应完且冷却至室温,再打开K1排尽装置中的N2H4
二、喷泉实验的探究
3.(喷泉实验原理)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
4.(喷泉实验产物的浓度计算)如图为化学教学中所用的喷泉实验装置。某同学在烧瓶中盛不同成分的气体进行喷泉实验,请帮助分析实验后烧瓶中所得溶液的浓度。(假设是在标准状况下完成实验,且溶质不扩散)
(1)若用HCl气体,则c(HCl)=　 。
(2)若用NO2气体,则c(HNO3)=　 。
(3)若用n(NO2)∶n(O2)=2∶1的混合气体,则 c(HNO3)=　　　　　　。
喷泉实验的发生装置及操作方法
引发操作:
原装置:打开止水夹,挤压胶头滴管的胶头,使少量水进入烧瓶。
装置(Ⅰ):打开①②处活塞,由导管口向烧瓶中通入一定量的H2S和SO2后关闭①②处活塞,现象为有淡黄色固体生成,烧瓶内壁附有水珠,打开③处活塞,NaOH溶液上喷形成喷泉。
装置(Ⅱ):打开①处的活塞并向烧瓶中缓慢通入少量的HCl气体后关闭该活塞,等充分反应后再打开②处的活塞,观察到先有白烟产生,后产生喷泉。
装置(Ⅲ):挤压胶头滴管,然后打开导管上部的两个活塞,则右边烧瓶出现喷白烟的现象,再打开导管下部活塞,则可产生双喷泉。
三、氨的制备与性质实验探究
5.(2024·陕西宝鸡模拟)某化学兴趣小组利用如图装置制取氨并探究氨的有关性质。
(1)装置A中烧瓶内试剂可选用　　　(填字母)。
a.碱石灰
b.浓硫酸
c.生石灰
d.五氧化二磷
e.烧碱
(2)若探究氨的溶解性,需在K2的导管末端连接如图装置中的　　　　(填序号)装置,当装置D中集满氨后,关闭K1、K2,打开K3,引发喷泉的实验操作是　 。
备选装置(其中水中含酚酞溶液)
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
(3)若探究氨的还原性,需打开K1、K3,K2处导管连接制取纯净、干燥氯气的装置。
①装置D中氨与氯气反应产生白烟,同时生成一种无色无味的气体。该反应的化学方程式为 　。
②从K3处导管逸出的气体中含有少量Cl2,则为了环保需要,装置C中发生反应的离子方程式为 　。
考点三　硝酸
1.物理性质
硝酸是　　　　色、　　　　挥发、　　　　气味的液体。
2.化学性质
(1)不稳定性:　 。
(2)强氧化性(浓度越大,氧化性越强)。
①与金属反应。
稀硝酸与铜反应的离子方程式: 　;
浓硝酸与铜反应的化学方程式: 　。
②与非金属反应。
浓硝酸与C反应的化学方程式: 　 。
③与还原性化合物反应。
硝酸可氧化H2S、SO2、S、HI、F等还原性物质。
稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式: 　。
(3)与有机化合物反应。
①硝化反应(与反应): 　。
②显色反应:含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸时变　　　　色。
[理解·辨析] 判断正误
(1)常温下,将铝片放入浓硝酸中无明显现象,原因是Al与浓硝酸不反应。(　　)
(2)可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S。(　　)
(3)铜、碳分别与浓硝酸反应,都体现了浓硝酸的强氧化性和酸性。(　　)
(4)在酸性条件下,N与I-、Fe2+、S均不能大量共存。(　　)
(5)Cu在KNO3溶液和稀硫酸中均不溶解,但能溶解在其混合液中。(　　)
(6)试管内壁上的银镜可用稀硝酸除去,也可用氨水除去。(　　)
一、硝酸性质的实验探究
1.(2024·北京昌平区二模)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] ①中发生了反应4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O
[B] 由②中产生红棕色气体可推测木炭与浓硝酸发生了反应
[C] 由③中产生红棕色气体可推测出浓硝酸可能具有挥发性
[D] ③的气体产物中检测出CO2,不能得出木炭与浓硝酸发生反应的结论
2.(2024·江西八校联考)铜与足量浓硝酸反应的装置如图所示,下列说法错误的是(　　)
[A] 具支试管A中会出现红棕色气体,溶液呈绿色
[B] 装置B的作用是缓冲气流并收集NO2
[C] 该反应体现了浓硝酸的强氧化性和酸性
[D] 烧杯中反应的离子方程式为2NO2+2OH-N+N+H2O
二、硝酸与金属反应过程分析
3.向含有1 mol HNO3和1 mol H2SO4的混合溶液中逐渐加入铁粉至过量,溶液中金属阳离子a、b与所加铁粉的物质的量的关系如图所示(已知稀硝酸的还原产物只有NO)。下列有关判断不正确的是(　　)
[A] a表示n(Fe3+)的变化曲线
[B] n1=0.75
[C] P点时,n(Fe2+)=0.562 5 mol
[D] 向P点溶液中加入铜粉,最多可溶解14.4 g
4.向一定量的浓硝酸中加入过量的铜片。
(1)反应开始阶段产生　　　　色气体,化学方程式为　 。
(2)反应进行一段时间后又产生无色气体,此时反应的化学方程式为 　 。
(3)待反应停止后,再加入少量的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,原因是 　 。
5.将32 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13.44 L。请回答下列问题。
(1)生成NO的体积为　　　　L,NO2的体积为　　　　 L。
(2)待产生的气体全部释放后,向溶液中加入V mL a mol/L 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。
(3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3,至少需要通入标准状况下氧气　　　　L。
6.将一定量硫酸、硝酸和KNO3溶液混合成100 mL溶液,其中H2SO4、HNO3和KNO3的物质的量浓度分别是6 mol/L、2 mol/L和1 mol/L,向其中缓慢加入过量的铁粉。
(1)开始发生反应的离子方程式为 　 。
(2)产生的混合气体体积(标准状况)为　　　　。
(3)共消耗铁粉的物质的量为　　　　。
金属与硝酸反应的思维模型
考点四　氮及其化合物的转化　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.了解氮在自然界中的循环转化
2.通过氮元素的“价—类”二维图,认识氮元素不同价态、不同类别之间的转化
(1)在氮及其化合物的“价—类”二维图中填充适当物质。
(2)根据氮元素的“价—类”二维图,完成图中序号对应的化学方程式(合理即可)。
①　 ;
②　 ;
③　 ;
④　 ;
⑤　 ;
⑥　 ;
⑦　 。
3.氮及其化合物的转化的应用——工业制备硝酸
(1)原料。
氨(由氮气和氢气制得)、空气和水。
(2)流程。
在上述流程中,实现了氮元素的不同物质类别间的转化关系,每一步反应均为氧化还原反应,氮元素的化合价均发生变化。
(3)尾气吸收。
2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O;
NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O。
[理解·辨析] 判断正误
(1)豆科植物通过吸收空气中的氮氧化物完成氮的固定。(　　)
(2)中间价态的含氮元素物质通过氧化反应或还原反应完成物质类别之间的转化。(　　)
(3)同价态、同类别的含氮化合物之间不能发生转化。(　　)
(4)工业制硝酸的过程中提供过量的氧气可以减少尾气中氮氧化物的含量。(　　)
一、认识氮在自然界中的循环
1.(2024·江苏南通调研)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是(　　)
[A] ①和②均属于氮的固定
[B] 氢、氧元素也参与了自然界中的氮循环
[C] 反应④中每生成1 mol N,消耗2 mol O2
[D] 反应③和⑤中氮元素分别被还原和被氧化
2.(2024·河南信阳阶段检测)氮元素在自然界的循环影响着地球上生物圈的平衡与发展。如图为氮循环中的部分转化过程,下列说法正确的是(　　)
[A] 氮氧化物会形成酸雨和光化学烟雾
[B] 升高温度,反应1的反应速率一定增大
[C] 反应1断键吸收的能量大于成键放出的能量
[D] 反应2的化学方程式为2NH3+O22NO+3H2
二、氮及其化合物的转化
3.(2025·陕晋青宁高考适应性考试)下列物质在一定条件下的转化关系如图所示。E、G、Q、R均为气体,其中R为红棕色。下列说法正确的是(　　)
[A] E、G、Q、R、T所含同种元素化合价依次升高
[B] E的水溶液能导电,所以E是电解质
[C] Q和E可用排水法收集
[D] 铜与不同浓度的T溶液反应均可生成Q
4.“价—类”二维图是学习元素化合物性质的重要方法,利用所学知识能更好地了解氮的循环。
(1)“价—类”二维图中A的类别为　　　 　　;丙为钠盐,其化学式为　　　　　　　　　　　。
(2)写出工业上制备甲的化学方程式: 　。
(3)预测以下物质能与乙发生反应的是　　　　　(填字母,下同)。
A.Na2SO4 B.Mg
C.CO2 D.NH3·H2O
(4)科学研究人员提出在有机碳源和微生物的作用下,可以实现大气中的氮循环(如图所示),减少对环境的污染。下列说法正确的是　　　。
A.N转化成N属于氮的固定
B.图中氮的化合价仅有0、+3、+5价
C.转化过程中N被甲醇氧化为N2
D.N与N反应的离子方程式为N+NN2↑+2H2O
1.判断正误。
(1)(2024·贵州卷)向BaCl2溶液中先通入适量SO2,无明显现象,再加入稀硝酸,有白色沉淀生成,说明稀硝酸有氧化性。(　　)
(2)(2024·河北卷)硝酸具有腐蚀性和挥发性,使用时应注意防护和通风。(　　)
(3)(2024·广东卷)由氨制硝酸:NH3→NO→NO2→HNO3,NH3和NO2均具有氧化性。(　　)
(4)(2024·浙江6月选考)HNO3见光易分解,应保存在棕色试剂瓶中。(　　)
(5)(2023·河北卷)NH3通入滴有酚酞溶液的水中,溶液变红,说明氨水显碱性。(　　)
(6)(2023·浙江1月选考)常温下铁与浓硝酸反应可制备NO2。(　　)
(7)(2023·山东卷)稀硝酸可清洗附有银镜的试管。(　　)
(8)(2021·河北卷)浓硝酸和稀硝酸与Cu反应的还原产物分别为NO2和NO,故稀硝酸氧化性更强。(　　)
(9)(2021·全国甲卷)可通过加热氯化铵固体的方法制备氨。(　　)
2.(2024·湖南卷,7)某学生按图示方法进行实验,观察到以下实验现象:
①铜丝表面缓慢放出气泡,锥形瓶内气体呈红棕色;
②铜丝表面气泡释放速度逐渐加快,气体颜色逐渐变深;
③一段时间后气体颜色逐渐变浅,至几乎无色;
④锥形瓶中液面下降,长颈漏斗中液面上升,最终铜丝与液面脱离接触,反应停止。
下列说法正确的是(　　)
[A] 开始阶段铜丝表面气泡释放速度缓慢,原因是铜丝在稀硝酸中表面钝化
[B] 锥形瓶内出现了红棕色气体,表明铜和稀硝酸反应生成了NO2
[C] 红棕色逐渐变浅的主要原因是3NO2+H2O2HNO3+NO
[D] 铜丝与液面脱离接触,反应停止,原因是硝酸消耗完全
3.(2023·江苏卷,8)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是(　　)
[A] 实验室探究稀硝酸与铜反应的气态产物:HNO3(稀)NONO2
[B] 工业制硝酸过程中的物质转化:N2NOHNO3
[C] 汽车尾气催化转化器中发生的主要反应:2NO+2CON2+2CO2
[D] 实验室制备少量NH3的原理:2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O
4.(2023·广东卷,4)1827年,英国科学家法拉第进行了NH3喷泉实验。在此启发下,兴趣小组利用以下装置,进行如下实验。其中,难以达到预期目的的是(　　)
[A] 喷泉实验　　　　　
[B] 干燥NH3
[C] 收集NH3　　　　　
[D] 制备NH3
5.(2024·北京卷,16)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。
(1)方法一:早期以硝石(含NaNO3)为氮源制备HNO3,反应的化学方程式为H2SO4(浓)+NaNO3NaHSO4+HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和　　　　　　。
(2)方法二:以NH3为氮源催化氧化制备HNO3,反应原理分三步进行。
①第Ⅰ步反应的化学方程式为 　。
②针对第Ⅱ步反应进行研究:在容积可变的密闭容器中,充入2n mol NO和n mol O2进行反应。在不同压强下(p1、p2),反应达到平衡时,测得NO转化率随温度的变化如图所示。解释y点的容器容积小于x点的容器容积的原因: 　。
(3)方法三:研究表明可以用电解法以N2为氮源直接制备HNO3,其原理示意图如图所示。
①电极a表面生成N的电极反应式: 　。
②研究发现:N2转化可能的途径为N2NON。电极a表面还发生ⅲ.H2O→O2。ⅲ的存在,有利于途径ⅱ,原因是 　。
(4)人工固氮是高能耗的过程,结合N2分子结构解释原因: 　。
方法三为N2的直接利用提供了一种新的思路。
第3讲　氮及其化合物
考点一　氮及其氧化物
必备知识整合
2.(1) 　　(2)无色无味　难　(3)①3Mg+N2Mg3N2　②N2+3H22NH3　③N2+O22NO
[示例] ①N2的稳定性　②N2的氧化性　③N2的还原性
④N2的沸点低,液氮易汽化,且汽化吸热
3.(1)N2O5　(2)无色的气体　红棕色、有刺激性气味的气体
不溶于水
[示例] ①向该无色气体中通入O2(或空气),无色气体变为红棕色　②大于
(4)光化学烟雾
[理解·辨析] (1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　
(6)√　(7)×
关键能力提升
1.C　氮气分子的结构式为N≡N,两个氮原子间以共价三键结合,故A正确;N2中氮元素的化合价处于中间价态,既可以得电子又可以失电子,所以N2既可作氧化剂又可作还原剂,故B正确;氮的固定中N2既可以得电子,被还原,如 N2+3H22NH3,也可以失电子,被氧化,如N2+O22NO,故C错误;大自然通过闪电释放的能量可将N2转化为NO,NO是含氮的化合物,故D正确。
2.D　NO与水不反应,A错误;根据原子守恒,可按NO2计算,含有的氧原子数目为0.2NA,不受2NO2N2O4平衡影响,B错误;NO2和Br2(g)都能使湿润的淀粉KI试纸变蓝,C错误;二氧化氮与水反应生成NO,用水洗涤后再干燥可除杂,D正确。
3.C　在一支50 mL注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器,静置后观察现象①为注射器中气体无色,注射器活塞几乎不发生移动,NO难溶于水;打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹,观察现象②为注射器内气体变为红棕色,气体体积减小,注射器活塞向里移动,NO具有还原性,被氧化为NO2;振荡注射器,静置后再观察现象③为气体由红棕色变为无色,气体体积减小,注射器活塞向里移动。由分析知,现象①②主要体现了NO难溶于水、具有还原性,A正确;现象②中NO被氧化为二氧化氮,现象③中二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,故针筒示数③<②,B正确;过程中若将空气 10 mL改成15 mL,则氧气约有3 mL,20 mL NO和3 mL氧气反应时,NO过量,故③能观察到针筒内有气体剩余,C错误;该实验启示工业上制硝酸时充入适量O2可以提高氮原子利用率,D正确。
4.【答案】 (1)若剩余的无色气体是O2,则NO2、O2的体积分别是8 mL、4 mL。
(2)若剩余的无色气体是NO,则NO2、O2的体积分别是 10.8 mL、1.2 mL。
【解析】 混合气体通入水中发生反应4NO2+O2+2H2O4HNO3,3NO2+H2O2HNO3+NO。设O2的体积为x,剩余的无色气体有两种可能,即(1)若剩余的无色气体是O2,则V剩=x-×(12 mL-x)=2 mL,解得x=4 mL,NO2的体积是8 mL。(2)若剩余的无色气体是NO,则V剩=×[(12 mL-x)-4x]=2 mL,解得x=1.2 mL,NO2的体积是10.8 mL。
5.(1)2CO+2NON2+2CO2
(2)8NH3+6NO27N2+12H2O　4∶3
(3)①2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O
②NaNO2
考点二　氨和铵盐
必备知识整合
一、1.(2)有刺激性　小　制冷
[示例] NH3、H2O均为极性分子,NH3与H2O之间可形成分子间氢键,并且NH3和H2O能反应生成NH3·H2O
2.(1)NH3·H2O　NH3·H2O、NH3、H2O、N、OH-、H+　(2)HCl+NH3NH4Cl　(3)Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3N　(4)4NH3+5O24NO+6H2O　(5)Cu(OH)2+4NH3[Cu(NH3)4+2OH-
二、1.白　易
2.(1)①NH4ClNH3↑+HCl↑　②NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O　(2)①N+OH-NH3↑+H2O　②2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O
3.蓝色
三、1.(3)向下排空气　(4)①蓝　②白烟
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×
关键能力提升
1.A　将集有氨的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨极易溶于水,A正确;氨使AlCl3溶液产生白色沉淀,是氨与水反应生成的一水合氨与AlCl3发生复分解反应,B错误;湿润的红色石蕊试纸变蓝是NH4HCO3分解产生的NH3与水反应生成的氨水显碱性,C错误;氨被氧气直接氧化为NO,NO被O2氧化为红棕色的NO2,D错误。
2.D　本实验为N2H4还原Cu(OH)2制备纳米Cu2O,装置①中NaNO2溶液与NH4Cl溶液反应得到N2,装置②为干燥N2的装置,装置③为油浴加热装置,装置④中N2H4还原Cu(OH)2制备纳米Cu2O,装置⑤为检验水蒸气的装置,装置⑥为尾气处理装置,并防止倒吸。装置①中产生的N2中含有水蒸气,应先干燥,然后通入后续反应装置赶走空气,避免空气对实验造成影响,故装置②中盛装浓硫酸干燥氮气,装置⑥中盛装稀硫酸可吸收未反应的N2H4,A正确;无水硫酸铜变蓝说明从装置④出来的气体中含有水蒸气,B正确;根据题意可知,Cu(OH)2是氧化剂,被还原为Cu2O,N2H4是还原剂,被氧化为N2,化学方程式为N2H4+4Cu(OH)22Cu2O+N2↑+6H2O,C正确;加入反应试剂后,应该先打开K1排出装置中的空气,待装置中的空气排尽后,关闭K1,再打开K2,待反应结束且冷却至室温后,关闭K2,再打开K1排尽装置中的N2H4,D错误。
3.B　H2难溶于NaOH溶液,不能使烧瓶内外形成较大压强差,故不能引发喷泉,B项符合题意。
4.【答案】 (1) mol/L　(2) mol/L　(3) mol/L
【解析】 设烧瓶的容积为V L,则气体的物质的量均为 mol。
(1)若是HCl气体,实验后,溶液充满烧瓶,则溶液的体积为V L,c(HCl)== mol/L。
(2)若为NO2,实验后,溶质为HNO3,
3NO2+H2O2HNO3+NO
mol × mol
则实验后溶液的体积为V L,c(HNO3)== mol/L。
(3)若n(NO2)∶n(O2)=2∶1,发生反应4NO2+O2+2H2O4HNO3,则反应剩余 L O2,溶液的体积为V L,溶质为HNO3,则c(HNO3)== mol/L。
5.【答案】 (1)ace
(2)Ⅱ或Ⅲ　用热毛巾将烧瓶焐热
(3)①8NH3+3Cl26NH4Cl+N2　②Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O
【解析】 (1)氨水易挥发,升高温度能促进氨水分解生成氨,为促进分解,装置中的试剂遇氨水后能放出大量的热且不与氨反应,符合条件的试剂有碱石灰、生石灰和烧碱,故选ace。
(2)氨极易溶于水,为防止倒吸,吸收氨的装置中应该有缓冲装置,Ⅱ、Ⅲ装置中都有缓冲装置,Ⅰ装置中没有缓冲装置,能产生倒吸,故选Ⅱ或Ⅲ;利用压强差将烧杯中的水压入烧瓶中,操作为用热毛巾将烧瓶焐热,烧瓶中的空气进入烧杯中,导致大气压强大于烧瓶中气体压强,从而使烧杯中的水通过导管进入烧瓶中产生喷泉实验。
(3)①氨与氯气反应产生白烟的同时还生成氮气,结合氧化还原反应的规律可知反应的化学方程式为8NH3+3Cl26NH4Cl+N2。
②可以用氢氧化钠溶液除去氯气,反应的离子方程式为 Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O。
考点三　硝酸
必备知识整合
1.无　易　有刺激性
2.(1)4HNO32H2O+4NO2↑+O2↑　(2)①3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O　Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O　②C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O　③3F+4H++N3F+NO↑+2H2O　(3)①+HNO3+H2O　②黄
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×
关键能力提升
1.B　浓硝酸受热易分解,故①中发生的反应为4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O,A正确;红热木炭会使浓硝酸受热分解生成二氧化氮、氧气和水,则产生红棕色气体不能推测②中木炭与浓硝酸发生了反应,B错误;③中红棕色气体可能由浓硝酸挥发产生的硝酸蒸气与红热木炭反应生成,C正确;红热木炭可与空气中氧气反应生成二氧化碳,则③的气体产物中检测出二氧化碳不能说明木炭一定与浓硝酸发生了反应,D正确。
2.B　具支试管A中发生反应Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,NO2为红棕色气体,NO2溶于Cu(NO3)2溶液使溶液呈绿色,故A正确;NO2的密度比空气大,应用向上排空气法收集,故装置B不能收集NO2,故B错误;生成 Cu(NO3)2 体现浓硝酸的酸性,生成NO2体现浓硝酸的强氧化性,故C正确;烧杯中NO2与氢氧化钠溶液反应生成NaNO3、NaNO2和H2O,反应的离子方程式为2NO2+2OH-N+N+H2O,故D正确。
3.C　先发生反应Fe+4H++NFe3++NO↑+2H2O,当HNO3耗完后,再加入铁粉,发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+,n(Fe3+)先增后减,则a表示n(Fe3+)的变化曲线,b表示n(Fe2+)的变化曲线,A正确;向含有1 mol HNO3和 1 mol H2SO4的混合溶液中逐渐加入铁粉至过量,先是和H+以及N反应,N能将Fe氧化为Fe3+,自身被还原为NO,离子方程式为Fe+4H++NFe3++NO↑+2H2O,1 mol HNO3和 1 mol H2SO4共有 3 mol H+,1 mol的N完全氧化需要4 mol H+,H+量不足,生成Fe3+的物质的量为 mol,即 n1=0.75,B正确;当铁过量,会发生反应2Fe3++Fe3Fe2+,设Fe3+被还原的物质的量为x mol,
2Fe3++Fe3Fe2+
2 3
x 1.5x
P点时Fe3+和Fe2+的物质的量相同,即0.75-x=1.5x,x=0.3,此时Fe3+的物质的量为 0.45 mol,所以P点时,n(Fe2+)=0.45 mol,C错误;向P点溶液中加入铜粉发生反应2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,设加入铜的质量是y g,根据离子方程式可得=,解得y=14.4,即最多可溶解14.4 g铜粉,D正确。
4.(1)红棕　Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O　(2)3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O　(3)加入稀硫酸后,氢离子与原溶液中的硝酸根离子构成强氧化性酸,又能与过量的铜反应
5.【答案】 (1)4.48　8.96
(2)
(3)5.6
【解析】 (1)n(Cu)==0.5 mol,在反应中失去电子的物质的量为2×0.5 mol=1 mol,氮氧化物的物质的量为=0.6 mol,设NO的物质的量是x mol,NO2的物质的量是
y mol,则3x+y=1,x+y=0.6,联立解得x=0.2,y=0.4,即NO的体积为0.2 mol×22.4 L/mol=
4.48 L,NO2的体积为0.4 mol×22.4 L/mol=8.96 L。
(2)加入NaOH溶液恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀,此时溶液中溶质为NaNO3,根据钠原子守恒得 n(NaOH)=n(NaNO3)=0.001aV mol,根据硝酸根离子守恒得起酸性作用的硝酸的物质的量为0.001aV mol,根据氮原子守恒作氧化剂的硝酸的物质的量为0.6 mol,所以原硝酸溶液的浓度为=mol/L。
(3)用氧气使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3,氧气得到的电子等于NO、NO2失去的电子,设需要氧气的物质的量为 x mol,根据得失电子守恒可得0.2×3+0.4×1=4x,解得x=0.25,标准状况下,V=0.25 mol×22.4 L/mol=5.6 L。
6.【答案】 (1)3Fe+2N+8H+3Fe2++2NO↑+4H2O
(2)8.96 L　(3)0.55 mol
【解析】 100 mL溶液中含有氢离子的物质的量为 0.1 L×6 mol/L×2+0.1 L×2 mol/L=
1.4 mol;含有硝酸根离子的物质的量为0.1 L×2 mol/L+0.1 L×1 mol/L=0.3 mol,加入过量的铁粉,发生反应
3Fe　+　2N　+　8H+3Fe2++2NO↑+4H2O
3 2 8 2
0.45 mol 0.3 mol 1.2 mol 0.3 mol
剩余的氢离子的物质的量为1.4 mol-1.2 mol=0.2 mol,发生反应
Fe　+　2H+Fe2++H2↑
1 2 1
0.1 mol 0.2 mol 0.1 mol
产生气体的物质的量为0.3 mol+0.1 mol=0.4 mol,标准状况下体积为0.4 mol×
22.4 L/mol=8.96 L,消耗铁粉的物质的量为(0.45+0.1) mol=0.55 mol。
考点四　氮及其化合物的转化
必备知识整合
2.(1)NH3·H2O　NH3　NO2　HNO3　N2O4　NO　NH4Cl　(2)①N2+O22NO　②4NH3+5O24NO+6H2O　③3NO2+H2O2HNO3+NO　④3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O　
⑤Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O　
⑥NH3+HClNH4Cl　⑦2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)×　(4)√
关键能力提升
1.D　反应①将N2转化为NO,属于氮的固定,反应②属于植物固氮,A正确;由图可知,氮循环过程中涉及氢、氧元素,B正确;反应④是O2将NH3氧化为N,N由-3价升高到+5价,即生成1 mol N失去8 mol电子,根据得失电子守恒可知每生成1 mol N需要消耗
2 mol O2,C正确;反应③中NO被氧化为N,反应⑤中N被还原为N2,D错误。
2.A　氮氧化物会形成酸雨和光化学烟雾,A正确;升高温度,催化剂的活性可能降低,反应1的速率不一定增大,B错误;合成氨反应为放热反应,断键吸收的能量小于成键放出的能量,C错误;根据图示,反应2是氨在催化剂b作用下与氧气反应生成了NO,同时应该生成H2O,氨不可能被氧化生成氢气,D错误。
3.A　R为红棕色气体,R为NO2,根据转化关系可知Q为NO,T为HNO3,E与CuO反应生成G,G与O2反应生成NO,则E为NH3,G为N2。E、G、Q、R、T所含氮元素化合价依次升高,A正确;E为NH3,NH3不属于电解质,B错误;NH3极易溶于水,不能用排水法收集,C错误;铜和浓硝酸反应的还原产物是NO2,铜和稀硝酸反应的还原产物是NO,D错误。
4.【答案】 (1)单质　NaNO3
(2)N2+3H22NH3
(3)BD
(4)D
【解析】 (1)“价—类”二维图中A的类别为单质;丙为钠盐,其化学式为NaNO3。
(2)甲为NH3,工业上制备NH3的化学方程式为N2+3H22NH3。
(3)乙为硝酸,具有强氧化性,能够与活泼金属镁反应,体现酸性和强氧化性,也能够与NH3·H2O反应,体现酸性,B、D符合题意。
(4)氮的固定是指游离态氮转化为化合态氮,N转化成N是化合态氮之间的转化,不属于氮的固定,故A错误;题图中含氮粒子有N2、N、N、N,对应氮的化合价分别为0、+3、+5、-3价,故B错误;转化过程中N被甲醇还原为N2,故C错误;N与N反应生成N2和水,离子方程式为N+NN2↑+2H2O,故D正确。
真题验收
1.(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×　(7)√　(8)×　(9)×
2.C　金属铜与稀硝酸不会产生钝化,开始阶段铜丝表面气泡释放速度缓慢,可能的原因是铜表面有氧化铜,故A错误;由于装置内有空气,铜和稀硝酸反应生成的NO迅速被氧气氧化为红棕色的NO2,产生的NO2浓度逐渐增加,气体颜色逐渐变深,故B错误;装置内氧气逐渐被消耗,生成的NO2的量逐渐达到最大值,同时装置内的NO2能与溶液中的H2O发生反应3NO2+H2O2HNO3+NO,故一段时间后气体颜色逐渐变浅,故C正确;由于该装置为密闭体系,生成的NO无法排出,逐渐将锥形瓶内液体压入长颈漏斗,铜丝与液面脱离接触,此时铜丝无法与硝酸接触,所以反应停止,但硝酸不一定消耗完全,故D错误。
3.B　Cu与稀硝酸的反应产物之一为NO,NO与氧气发生反应生成NO2,A正确;氮气与氧气在放电或高温条件下生成NO,但NO无法与水发生化学反应,B错误;汽车尾气催化转化器主要将污染气体NO、CO转化为无污染的气体,故该反应的化学方程式为2NO+2CON2+2CO2,C正确;实验室利用熟石灰和氯化铵制备少量NH3,化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,D正确。
4.B　NH3极易溶于水,溶于水后圆底烧瓶内压强小于外界大气压,烧杯中滴有酚酞的水溶液被压入烧瓶中,从而产生喷泉,故A能达到预期目的;P2O5为酸性氧化物,NH3具有碱性,两者可以发生反应,故不可以用P2O5干燥NH3,故B不能达到预期目的;NH3的密度比空气小,可采用向下排空气法收集,故C能达到预期目的;CaO与浓氨水混合后与水反应并放出大量的热,促使NH3生成和逸出,可用此装置制备NH3,故D能达到预期目的。
5.【答案】 (1)难挥发性
(2)①4NH3+5O24NO+6H2O　
②2NO+O22NO2,该反应的正反应气体分子总数减少,同温时,p1条件下NO转化率高于p2,故p1>p2,x、y点转化率相同,此时压强对容积的影响大于温度对容积的影响
(3)①N2-10e-+6H2O2N+12H+　②反应ⅲ生成O2,O2将NO氧化成NO2,NO2更易转化成N
(4)N2中存在氮氮三键,键能高,断键时需要较大的能量,故人工固氮是高能耗的过程
【解析】 (1)浓硫酸难挥发,产物HNO3为气体,有利于复分解反应进行,体现了浓硫酸的难挥发性和酸性。
(2)①第Ⅰ步反应为氨的催化氧化,化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。
②2NO+O22NO2,该反应的正反应气体分子总数减少,同温时,p1条件下NO转化率高于p2,故p1>p2,根据 V=nR,x、y点转化率相同,则n相同,此时压强对容积的影响大于温度对容积的影响,故y点的容器容积小于x点的容器容积。
(3)①由电极a上的物质转化可知,氮元素化合价升高,发生氧化反应,电极a为阳极,电极反应式为N2-10e-+6H2O2N+12H+。
②反应ⅲ生成O2,O2将NO氧化成NO2,NO2更易转化成N。
(4)N2中存在氮氮三键,键能高,断键时需要较大的能量,故人工固氮是高能耗的过程。
(
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氮及其化合物
第3讲
1.了解氮及其氧化物的主要性质;了解氮氧化物对环境的影响。
2.掌握NH3及铵盐的性质与用途、喷泉实验与NH3的实验室制法的原理及操作。
3.掌握硝酸的性质及应用。
4.能从物质类别、氮的化合价变化理解氮及其化合物的转化关系。
5.能从含氮物质的性质和转化的视角解释生产、生活中的相关现象。
1.氮的固定
2.氮气
(1)电子式: 。
(2)物理性质: 的气体,密度比空气略小, 溶于水。
无色无味
难
(3)化学性质:
写出有关化学方程式:
① ;
② ;
③ 。
[示例] 下列关于氮气的用途的叙述中,分别应用了氮气的什么性质
①代替稀有气体作焊接金属时的保护气,以防止金属被空气氧化:
　　　　　　　。
②氮气是合成氨工业的重要原料:　　　　　 　。
③雷电是自然界重要的固氮方式:　　　　 　　。
④医学上用液氮作冷冻剂,以便在冷冻麻醉下进行手术:
　 。
N2的稳定性
N2的氧化性
N2的还原性
N2的沸点低,
液氮易汽化,且汽化吸热
3.氮的氧化物
(1)氮元素的六种氧化物。
化合价 +1 +2 +3 +4 +5
化学式 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5
N2O3、 是酸性氧化物。
N2O5
(2)NO和NO2的比较。
无色的气体
红棕色、有刺激性气味的气体
不溶于水
[示例] ①快速验证某无色气体为NO的方法为
　 。
向该无色气体中通入O2
(或空气),无色气体变为红棕色
大于
4.氮氧化物的危害与防治
(1)对环境的影响。
光化学
烟雾
(2)防治。
①碱液吸收法。
工业尾气中的NOx常用碱液吸收处理,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)。
②催化转化法。
在催化剂、加热条件下,氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2),或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。
[理解·辨析] 判断正误
(1)固氮反应一定属于氧化还原反应。(　 　)
(2)液氮可用于医学和高科技领域,制造低温环境。(　 　)
(3)NO2可以通过化合反应获得。(　 　)
(4)NO2能与水反应生成硝酸,故NO2为酸性氧化物。(　 　)
(5)CO、NO、NO2都是大气污染气体,都能在空气中稳定存在。(　 　)
(6)NO与CO都能与血红蛋白结合而使人中毒。(　 　)
(7)可以用淀粉碘化钾试纸或NaOH溶液来区别NO2气体和溴蒸气。(　 　)
×
√
√
√
×
√
×
一、氮气、NO和NO2的性质
1.(2024·北京东城区期末)下列关于N2的叙述不正确的是(　　)
[A] 两个氮原子间以共价三键结合
[B] N2既可作氧化剂又可作还原剂
[C] 氮的固定过程中N2均被氧化
[D] 大自然通过闪电释放的能量可将N2转化为含氮的化合物
C
2.下列有关氮的氧化物的说法正确的是(　　)
[A] NO和NO2混合气体的尾气可以用水吸收
[B] 4.6 g NO2和N2O4混合气体中含有的氧原子数目小于0.2NA
[C] 用硝酸银溶液或湿润的淀粉-KI试纸均可鉴别Br2(g)和NO2
[D] 除去NO中混有的少量NO2气体时,可以用水洗涤后再干燥
D
二、氮氧化物与O2、H2O反应的分析
3.在一支50 mL注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器,静置后观察现象①。打开弹簧夹,快速吸入 10 mL 空气后夹上弹簧夹,观察现象②。振荡注射器,静置后再观察现象③。
下列关于该过程的分析不正确的是(　　)
[A] 现象①②主要体现了NO难溶于水、具有还原性
[B] 现象②③,针筒示数:③<②
[C] 过程中若将空气10 mL改成15 mL,③能观察到针筒内无气体剩余
[D] 该实验启示工业上制硝酸时充入适量O2可以提高氮原子利用率
C
【解析】 在一支50 mL注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器,静置后观察现象①为注射器中气体无色,注射器活塞几乎不发生移动,NO难溶于水;打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹,观察现象②为注射器内气体变为红棕色,气体体积减小,注射器活塞向里移动,NO具有还原性,被氧化为NO2;振荡注射器,静置后再观察现象③为气体由红棕色变为无色,气体体积减小,注射器活塞向里移动。由分析知,现象①②主要体现了NO难溶于水、具有还原性,A正确;现象②中NO被氧化为二氧化氮,现象③中二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,故针筒示数
③<②,B正确;过程中若将空气10 mL改成15 mL,则氧气约有3 mL,20 mL NO和3 mL氧气反应时,NO过量,故③能观察到针筒内有气体剩余,C错误;该实验启示工业上制硝酸时充入适量O2可以提高氮原子利用率,D正确。
4.将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中,充分反应后,还剩余2 mL无色气体。剩余无色气体的成分可能是什么 原混合气体中NO2、O2的体积分别是多少
【答案】 (1)若剩余的无色气体是O2,则NO2、O2的体积分别是8 mL、4 mL。
(2)若剩余的无色气体是NO,则NO2、O2的体积分别是10.8 mL、1.2 mL。
氮氧化物、O2溶于水的分析
思维建模
思维建模
三、废气中氮氧化物的治理
5.(1)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理,使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式:
　 。
4∶3
(3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。
①NO2被烧碱溶液吸收时,生成两种钠盐,其物质的量之比为1∶1,写出该反应的化学方程式: 　 。
②NO与NO2按物质的量之比为1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐,该钠盐的化学式是　 　　　。
NaNO2
一、氨
1.氨的分子结构和物理性质
(1)氨的分子结构特征。
(2)物理性质。
通常状况下,氨是一种无色、 气味的气体,密度比空气的 ,极易溶于水(1∶700),易液化,工业上可使用液氨作 剂。
有刺激性
小
制冷
[示例] 试从结构和性质上解释NH3极易溶于水的原因:
　。
极性分子,NH3与H2O之间可形成分子间氢键,并且NH3和H2O能反应生成NH3·H2O
NH3、H2O均为
2.氨的化学性质
NH3·H2O
(2)与酸的反应。
与HCl反应: 。
(3)与盐溶液的反应。
与AlCl3溶液反应的离子方程式: 。
(4)氨的还原性。
氨的催化氧化: 。
(5)较强的配位能力。
Cu(OH)2溶于氨水的离子方程式: 。
电子式 空间结构 颜色状态 溶解性
正四面体 色固体 绝大多数
溶于水
白
易
2.铵盐的化学性质
(1)不稳定性。
①NH4Cl受热分解: 。
②NH4HCO3受热分解: 。
(2)与碱反应。
②与消石灰: (实验室制NH3)。
蓝色
三、氨的实验室制法
1.氨的实验室制法
(3)收集:只能用 法。
向下排空气
(4)验满方法。
①将湿润的红色石蕊试纸置于试管口,现象是试纸变 色。
②将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口,现象是有 产生。
(5)尾气处理。
收集时,一般在试管口塞一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球,可减小NH3与空气的对流速度,收集到纯净的NH3,同时也可避免污染空气。
蓝
白烟
2.用浓氨水制备氨的简易方法
[理解·辨析] 判断正误
×
(2)加热盛有NH4Cl固体的试管,试管底部固体消失,试管口有晶体凝结,说明NH4Cl固体可以升华。(　 　)
(3)用浓氯化铵溶液处理过的舞台幕布不易着火,其原因是氯化铵分解吸收热量,降低了温度;氯化铵分解产生的气体隔绝了空气。(　 　)
×
√
(4)铵盐加热均易分解产生NH3。(　 　)
(5)氨遇到浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸都会发生反应,产生白烟。(　 　)
×
×
(7)铵盐都易溶于水,其水溶液均呈酸性。(　 　)
×
×
一、从“类别”和“价态”的视角理解氨的性质
1.探究氨及铵盐性质的过程中,下列根据实验现象得出的结论正确的是(　　)
[A] 将集有氨的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨极易溶于水
[B] 氨使AlCl3溶液产生白色沉淀,反应中氨被还原
[C] 加热盛有少量NH4HCO3固体的试管,并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸,石蕊试纸变蓝,说明NH4HCO3显碱性
[D] 将红热的铂丝伸入盛有浓氨水的锥形瓶中,瓶口出现少量红棕色气体,说明氨的氧化产物为NO2
A
【解析】 将集有氨的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨极易溶于水,A正确;氨使AlCl3溶液产生白色沉淀,是氨与水反应生成的一水合氨与AlCl3发生复分解反应,B错误;湿润的红色石蕊试纸变蓝是NH4HCO3分解产生的NH3与水反应生成的氨水显碱性,C错误;氨被氧气直接氧化为NO,NO被O2氧化为红棕色的NO2,D错误。
2.(2024·湖南娄底模拟)实验室用N2H4(肼,又名联氨,常温下为无色油状液体,沸点为113.5 ℃,具有与氨相似的气味,有弱碱性和较强的还原性)还原Cu(OH)2制备纳米Cu2O的装置(部分夹持及加热装置已省略)如图所示。已知:NaNO2溶液与NH4Cl溶液在加热条件下反应能得到N2。下列说法不正确的是(　　)
[A] 装置②⑥中分别盛装浓硫酸和稀硫酸
[B] 无水硫酸铜由白色变为蓝色,说明从装置④出来的气体中含有水蒸气
[D] 加入反应试剂后,先打开K2,待装置④中反应完且冷却
至室温,再打开K1排尽装置中的N2H4
D
二、喷泉实验的探究
3.(喷泉实验原理)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
B
【解析】 H2难溶于NaOH溶液,不能使烧瓶内外形成较大压强差,故不能引发喷泉,B项符合题意。
4.(喷泉实验产物的浓度计算)如图为化学教学中所用的喷泉实验装置。某同学在烧瓶中盛不同成分的气体进行喷泉实验,请帮助分析实验后烧瓶中所得溶液的浓度。(假设是在标准状况下完成实验,且溶质不扩散)
(1)若用HCl气体,则c(HCl)=　　　　　　　　。
(2)若用NO2气体,则c(HNO3)=　 。
(3)若用n(NO2)∶n(O2)=2∶1的混合气体,则 c(HNO3)=　　　　。
归纳拓展
喷泉实验的发生装置及操作方法
引发操作:
原装置:打开止水夹,挤压胶头滴管的胶头,使少量水进入烧瓶。
装置(Ⅰ):打开①②处活塞,由导管口向烧瓶中通入一定量的H2S和SO2后关闭①②处活塞,现象为有淡黄色固体生成,烧瓶内壁附有水珠,打开③处活塞,NaOH溶液上喷形成喷泉。
归纳拓展
装置(Ⅱ):打开①处的活塞并向烧瓶中缓慢通入少量的HCl气体后关闭该活塞,等充分反应后再打开②处的活塞,观察到先有白烟产生,后产生喷泉。
装置(Ⅲ):挤压胶头滴管,然后打开导管上部的两个活塞,则右边烧瓶出现喷白烟的现象,再打开导管下部活塞,则可产生双喷泉。
三、氨的制备与性质实验探究
5.(2024·陕西宝鸡模拟)某化学兴趣小组利用如图装置制取氨并探究氨的有关性质。
(1)装置A中烧瓶内试剂可选用　　　(填字母)。
a.碱石灰 b.浓硫酸
c.生石灰 d.五氧化二磷
e.烧碱
ace
【解析】 (1)氨水易挥发,升高温度能促进氨水分解生成氨,为促进分解,装置中的试剂遇氨水后能放出大量的热且不与氨反应,符合条件的试剂有碱石灰、生石灰和烧碱,故选ace。
(2)若探究氨的溶解性,需在K2的导管末端连接如图装置中的　　　　(填序号)装置,当装置D中集满氨后,关闭K1、K2,打开K3,引发喷泉的实验操作是
　　　　　　　　　 　　。
备选装置(其中水中含酚酞溶液)
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Ⅱ或Ⅲ
用热毛巾将烧瓶焐热
【解析】 (2)氨极易溶于水,为防止倒吸,吸收氨的装置中应该有缓冲装置,
Ⅱ、Ⅲ装置中都有缓冲装置,Ⅰ装置中没有缓冲装置,能产生倒吸,故选Ⅱ或Ⅲ;利用压强差将烧杯中的水压入烧瓶中,操作为用热毛巾将烧瓶焐热,烧瓶中的空气进入烧杯中,导致大气压强大于烧瓶中气体压强,从而使烧杯中的水通过导管进入烧瓶中产生喷泉实验。
(3)若探究氨的还原性,需打开K1、K3,K2处导管连接制取纯净、干燥氯气的装置。
①装置D中氨与氯气反应产生白烟,同时生成一种无色无味的气体。该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②从K3处导管逸出的气体中含有少量Cl2,则为了环保需要,装置C中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
1.物理性质
硝酸是 色、 挥发、 气味的液体。
2.化学性质
无
易
有刺激性
(1)不稳定性: 。
(2)强氧化性(浓度越大,氧化性越强)。
①与金属反应。
稀硝酸与铜反应的离子方程式: ;
浓硝酸与铜反应的化学方程式: 。
②与非金属反应。
浓硝酸与C反应的化学方程式: 。
③与还原性化合物反应。
②显色反应:含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸时变 色。
黄
[理解·辨析] 判断正误
(1)常温下,将铝片放入浓硝酸中无明显现象,原因是Al与浓硝酸不反应。
(　 　)
(2)可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S。(　 　)
(3)铜、碳分别与浓硝酸反应,都体现了浓硝酸的强氧化性和酸性。(　 　)
×
×
×
√
(5)Cu在KNO3溶液和稀硫酸中均不溶解,但能溶解在其混合液中。(　 　)
(6)试管内壁上的银镜可用稀硝酸除去,也可用氨水除去。(　 　)
√
×
一、硝酸性质的实验探究
1.(2024·北京昌平区二模)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
[B] 由②中产生红棕色气体可推测木炭与浓硝酸发生了反应
[C] 由③中产生红棕色气体可推测出浓硝酸可能具有挥发性
[D] ③的气体产物中检测出CO2,不能得出木炭与浓硝酸发生反应的结论
B
2.(2024·江西八校联考)铜与足量浓硝酸反应的装置如图所示,下列说法错误的是(　　)
[A] 具支试管A中会出现红棕色气体,溶液呈绿色
[B] 装置B的作用是缓冲气流并收集NO2
[C] 该反应体现了浓硝酸的强氧化性和酸性
B
二、硝酸与金属反应过程分析
3.向含有1 mol HNO3和1 mol H2SO4的混合溶液中逐渐加入铁粉至过量,溶液中金属阳离子a、b与所加铁粉的物质的量的关系如图所示(已知稀硝酸的还原产物只有NO)。下列有关判断不正确的是(　　)
[A] a表示n(Fe3+)的变化曲线
[B] n1=0.75
[C] P点时,n(Fe2+)=0.562 5 mol
[D] 向P点溶液中加入铜粉,最多可溶解14.4 g
C
4.向一定量的浓硝酸中加入过量的铜片。
(1)反应开始阶段产生　　　　 色气体,化学方程式为
　 。
(2)反应进行一段时间后又产生无色气体,此时反应的化学方程式为
　。
(3)待反应停止后,再加入少量的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,原因是
　。
红棕
加入稀硫酸后,氢离子与原溶液中的硝酸根离子构成强氧化性酸,又能与过量的铜反应
5.将32 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13.44 L。请回答下列问题。
(1)生成NO的体积为　　　　L,NO2的体积为　　　　 L。
4.48
8.96
(2)待产生的气体全部释放后,向溶液中加入V mL a mol/L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。
(3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3,至少需要通入标准状况下氧气　　　　L。
5.6
【解析】 (3)用氧气使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3,氧气得到的电子等于NO、NO2失去的电子,设需要氧气的物质的量为 x mol,根据得失电子守恒可得0.2×3+0.4×1=4x,解得x=0.25,标准状况下,
V=0.25 mol×22.4 L/mol=5.6 L。
6.将一定量硫酸、硝酸和KNO3溶液混合成100 mL溶液,其中H2SO4、HNO3和KNO3的物质的量浓度分别是6 mol/L、2 mol/L和1 mol/L,向其中缓慢加入过量的铁粉。
(1)开始发生反应的离子方程式为 　 。
(2)产生的混合气体体积(标准状况)为　　　　。
(3)共消耗铁粉的物质的量为　　 　　。
8.96 L
0.55 mol
【解析】 100 mL溶液中含有氢离子的物质的量为 0.1 L×6 mol/L×2+0.1 L×
2 mol/L=1.4 mol;含有硝酸根离子的物质的量为0.1 L×2 mol/L+0.1 L×1 mol/L=
0.3 mol,加入过量的铁粉,发生反应
思维建模
金属与硝酸反应的思维模型
1.了解氮在自然界中的循环转化
2.通过氮元素的“价—类”二维图,认识氮元素不同价态、不同类别之间的转化
(1)在氮及其化合物的“价—类”二维图中填充适当物质。
NH3·H2O
NH3
NO
NO2
N2O4
HNO3
NH4Cl
(2)根据氮元素的“价—类”二维图,完成图中序号对应的化学方程式(合理即可)。
① ;
② ;
③ ;
④ ;
⑤ ;
⑥ ;
⑦ 。
3.氮及其化合物的转化的应用——工业制备硝酸
(1)原料。
氨(由氮气和氢气制得)、空气和水。
(2)流程。
在上述流程中,实现了氮元素的不同物质类别间的转化关系,每一步反应均为氧化还原反应,氮元素的化合价均发生变化。
(3)尾气吸收。
[理解·辨析] 判断正误
(1)豆科植物通过吸收空气中的氮氧化物完成氮的固定。(　 　)
(2)中间价态的含氮元素物质通过氧化反应或还原反应完成物质类别之间的转化。(　 　)
(3)同价态、同类别的含氮化合物之间不能发生转化。(　 　)
(4)工业制硝酸的过程中提供过量的氧气可以减少尾气中氮氧化物的含量。
(　 　)
×
×
×
√
一、认识氮在自然界中的循环
1.(2024·江苏南通调研)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是
(　　)
[A] ①和②均属于氮的固定
[B] 氢、氧元素也参与了自然界中的氮循环
[D] 反应③和⑤中氮元素分别被还原和被氧化
D
2.(2024·河南信阳阶段检测)氮元素在自然界的循环影响着地球上生物圈的平衡与发展。如图为氮循环中的部分转化过程,下列说法正确的是(　　)
[A] 氮氧化物会形成酸雨和光化学烟雾
[B] 升高温度,反应1的反应速率一定增大
[C] 反应1断键吸收的能量大于成键放出的能量
A
【解析】 氮氧化物会形成酸雨和光化学烟雾,A正确;升高温度,催化剂的活性可能降低,反应1的速率不一定增大,B错误;合成氨反应为放热反应,断键吸收的能量小于成键放出的能量,C错误;根据图示,反应2是氨在催化剂b作用下与氧气反应生成了NO,同时应该生成H2O,氨不可能被氧化生成氢气,D错误。
二、氮及其化合物的转化
3.(2025·陕晋青宁高考适应性考试)下列物质在一定条件下的转化关系如图所示。E、G、Q、R均为气体,其中R为红棕色。下列说法正确的是(　　)
[A] E、G、Q、R、T所含同种元素化合价依次升高
[B] E的水溶液能导电,所以E是电解质
[C] Q和E可用排水法收集
[D] 铜与不同浓度的T溶液反应均可生成Q
A
【解析】 R为红棕色气体,R为NO2,根据转化关系可知Q为NO,T为HNO3,
E与CuO反应生成G,G与O2反应生成NO,则E为NH3,G为N2。E、G、Q、R、T所含氮元素化合价依次升高,A正确;E为NH3,NH3不属于电解质,B错误;NH3极易溶于水,不能用排水法收集,C错误;铜和浓硝酸反应的还原产物是NO2,铜和稀硝酸反应的还原产物是NO,D错误。
4.“价—类”二维图是学习元素化合物性质的重要方法,利用所学知识能更好地了解氮的循环。
(1)“价—类”二维图中A的类别为　　　 　　;丙为钠盐,其化学式为　　　　　　　　。
单质
NaNO3
【解析】 (1)“价—类”二维图中A的类别为单质;丙为钠盐,其化学式为NaNO3。
(2)写出工业上制备甲的化学方程式: 。
(3)预测以下物质能与乙发生反应的是　　　　　(填字母,下同)。
A.Na2SO4 B.Mg
C.CO2 D.NH3·H2O
BD
【解析】 (3)乙为硝酸,具有强氧化性,能够与活泼金属镁反应,体现酸性和强氧化性,也能够与NH3·H2O反应,体现酸性,B、D符合题意。
(4)科学研究人员提出在有机碳源和微生物的作用下,可以实现大气中的氮循环(如图所示),减少对环境的污染。下列说法正确的是　　　。
D
1.判断正误。
(1)(2024·贵州卷)向BaCl2溶液中先通入适量SO2,无明显现象,再加入稀硝酸,有白色沉淀生成,说明稀硝酸有氧化性。(　　)
(2)(2024·河北卷)硝酸具有腐蚀性和挥发性,使用时应注意防护和通风。
(　　)
(3)(2024·广东卷)由氨制硝酸:NH3→NO→NO2→HNO3,NH3和NO2均具有氧化性。(　　)
(4)(2024·浙江6月选考)HNO3见光易分解,应保存在棕色试剂瓶中。(　　)
√
×
√
√
(5)(2023·河北卷)NH3通入滴有酚酞溶液的水中,溶液变红,说明氨水显碱性。
(　　)
(6)(2023·浙江1月选考)常温下铁与浓硝酸反应可制备NO2。(　　)
(7)(2023·山东卷)稀硝酸可清洗附有银镜的试管。(　　)
(8)(2021·河北卷)浓硝酸和稀硝酸与Cu反应的还原产物分别为NO2和NO,故稀硝酸氧化性更强。(　　)
(9)(2021·全国甲卷)可通过加热氯化铵固体的方法制备氨。(　　)
√
×
√
×
×
2.(2024·湖南卷,7)某学生按图示方法进行实验,观察到以下实验现象:
①铜丝表面缓慢放出气泡,锥形瓶内气体呈红棕色;
②铜丝表面气泡释放速度逐渐加快,气体颜色逐渐变深;
③一段时间后气体颜色逐渐变浅,至几乎无色;
④锥形瓶中液面下降,长颈漏斗中液面上升,最终铜丝与液面脱离接触,反应停止。
下列说法正确的是(　　)
[A] 开始阶段铜丝表面气泡释放速度缓慢,原因是铜丝在稀硝酸中表面钝化
[B] 锥形瓶内出现了红棕色气体,表明铜和稀硝酸反应生成了NO2
[D] 铜丝与液面脱离接触,反应停止,原因是硝酸消耗完全
C
3.(2023·江苏卷,8)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是(　　)
B
4.(2023·广东卷,4)1827年,英国科学家法拉第进行了NH3喷泉实验。在此启发下,兴趣小组利用以下装置,进行如下实验。其中,难以达到预期目的的是(　　)
B
[A] 喷泉实验　　 [B] 干燥NH3 [C] 收集NH3　 [D] 制备NH3
【解析】 NH3极易溶于水,溶于水后圆底烧瓶内压强小于外界大气压,烧杯中滴有酚酞的水溶液被压入烧瓶中,从而产生喷泉,故A能达到预期目的;
P2O5为酸性氧化物,NH3具有碱性,两者可以发生反应,故不可以用P2O5干燥NH3,故B不能达到预期目的;NH3的密度比空气小,可采用向下排空气法收集,故C能达到预期目的;CaO与浓氨水混合后与水反应并放出大量的热,促使NH3生成和逸出,可用此装置制备NH3,故D能达到预期目的。
5.(2024·北京卷,16)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。
难挥发性
【解析】 (1)浓硫酸难挥发,产物HNO3为气体,有利于复分解反应进行,体现了浓硫酸的难挥发性和酸性。
(2)方法二:以NH3为氮源催化氧化制备HNO3,反应原理分三步进行。
①第Ⅰ步反应的化学方程式为 　 。
②针对第Ⅱ步反应进行研究:在容积可变的密闭容器中,充入2n mol NO和
n mol O2进行反应。在不同压强下(p1、p2),反应达到平衡时,测得NO转化率随温度的变化如图所示。解释y点的容器容积小于x点的容器容积的原因:
　 。
转化率高于p2,故p1>p2,x、y点转化率相同,此时压强对容积的影响大于温度对容积的影响
(3)方法三:研究表明可以用电解法以N2为氮源直接制备HNO3,其原理示意图如图所示。
反应ⅲ生成O2,O2将NO氧化
(4)人工固氮是高能耗的过程,结合N2分子结构解释原因:
　 。
方法三为N2的直接利用提供了一种新的思路。
键能高,断键时需要较大的能量,故人工固氮是高能耗的过程
N2中存在氮氮三键,
【解析】 (4)N2中存在氮氮三键,键能高,断键时需要较大的能量,故人工固氮是高能耗的过程。
课时作业16　氮及其氧化物　氨和铵盐
(时间:30分钟　满分:90分)
一、选择题(共11小题,1～9小题每小题6分,10～11小题每小题7分,共68分)
1.(2024·江苏江阴期中)氮气属于地球大气的主要成分,它是地球生命循环——氮循环的重要组成部分,下列关于氮气的说法错误的是(　　)
[A] 氮气不燃烧,也无法支持燃烧,不能供给呼吸
[B] 液氮可用于医学和高科技领域,制造低温环境
[C] 利用氮气的稳定性,工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气
[D] 氮气可用于食品保鲜
A
【解析】 活泼金属镁可以在氮气中燃烧生成氮化镁,故A错误;液氮汽化吸热,可用于医学和高科技领域,制造低温环境,故B正确;氮气分子内两个氮原子间以共价三键结合,化学性质很稳定,很难与其他物质发生化学反应,工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气,故C正确;氮气的性质稳定,可防止食品被氧化,因此可用作食品的保鲜剂,故D正确。
2.(2024·重庆长寿区期末)薯条等膨化食品袋子里填充的是食品级氮气。下列有关氮及其化合物的说法正确的是(　　)
[A] NO和N2都可稳定存在于空气中
[B] N2既具有氧化性又具有还原性
[C] 为增加肥效,碳酸氢铵和草木灰混合使用
[D] N2、NO和NO2均为无色气体
B
【解析】 NO极易和氧气反应生成二氧化氮,所以NO不能在空气中稳定存在,故A错误;氮气中氮元素化合价处于中间价态,所以N2既具有氧化性又具有还原性,故B正确;铵根离子能与碳酸根离子发生相互促进的水解反应生成氨而降低肥效,故C错误;二氧化氮为红棕色气体,故D错误。
3.(2024·江苏南京调研)实验室采用如图装置制取氨,正确的是(　　)
D
[A] [B] [C] [D]
制取NH3 干燥NH3 收集NH3 并验满 吸收多余
NH3
【解析】 NH4Cl受热分解生成HCl和NH3,HCl和NH3在试管口遇冷又会化合生成氯化铵,不能用加热氯化铵来制取氨,A错误;浓硫酸能与氨反应,不能用浓硫酸来干燥氨,B错误;氨的密度比空气小,应该用向下排空气法收集氨,导管应该伸到试管底部,C错误;氨极易溶于水,尾气吸收应采取防倒吸的措施,D正确。
4.某集气瓶内装有红棕色的混合气体,加入足量蒸馏水,盖上玻璃片振荡得到橙黄色溶液,气体颜色消失,再打开玻璃片后,瓶中气体又变为红棕色,该混合气体可能是(　　)
[A] N2、O2、Br2 [B] NO2、NO、N2
[C] Br2、NO、O2 [D] N2、NO2、Br2
D
【解析】 Br2和NO2气体均呈红棕色,所以混合气体中至少含有Br2和NO2气体中的一种,溴水为橙黄色溶液,盖上玻璃片振荡得到橙黄色溶液,说明一定含有Br2,再打开玻璃片后,瓶中气体又变为红棕色,说明存在NO,则原混合气体中一定存在NO2气体,即原混合气体一定含有NO2、Br2,故D正确。
5.下列关于实验室制取氨的说法正确的是(　　)
[A] 虽然氨水受热分解可产生氨,在实验室也不能用加热浓氨水的方法制取氨
[B] 通常可选择浓硫酸为干燥剂,除去氨中的水蒸气
[C] 既可用向下排空气法收集NH3,又可用排水法收集NH3
[D] 用碱石灰代替消石灰与NH4Cl固体加热制取NH3,可增大反应速率
D
【解析】 一水合氨受热分解可产生氨,在实验室可以用加热浓氨水的方法制取氨,故A错误;氨可以与浓硫酸反应,生成硫酸铵,氨不能用浓硫酸干燥,故B错误;氨极易溶于水,不能用排水法收集,只能用向下排空气法收集,故C错误;碱石灰的主要成分是CaO和NaOH,NaOH与NH4Cl固体加热制取NH3,同时生成NaCl和H2O,CaO可以与水反应生成Ca(OH)2,可增大反应速率,故D正确。
6.某同学进行如下实验:
序号 实验步骤 实验现象
Ⅰ 将NH4Cl固体加入试管中,并将湿润的pH试纸置于试管口,试管口略向下倾斜,对试管底部进行加热 试纸颜色变化:黄色→蓝色(pH≈10)→黄色→红色(pH≈2);试管中部有白色固体附着
Ⅱ 将饱和NH4Cl溶液滴在pH试纸上 试纸颜色变化:黄色→橙黄色(pH≈5)
下列说法不正确的是(　　)
[A] 根据Ⅰ中试纸变蓝,说明NH4Cl发生了分解反应
[B] 根据Ⅰ中试纸颜色变化,说明氨比氯化氢气体扩散速率大
[C] Ⅰ中试纸变成红色,是NH4Cl水解造成的
[D] 根据试管中部有白色固体附着,说明不宜用加热NH4Cl的方法制备NH3
C
【解析】 实验Ⅰ中对装有NH4Cl固体的试管加热,湿润的pH试纸颜色由黄色→蓝色(pH≈10)→黄色→红色(pH≈2),说明加热过程中生成了氨,氨遇水形成一水合氨,一水合氨为弱碱,使试纸变蓝,同时产生了氯化氢气体,氯化氢极易溶于水形成盐酸,中和了一水合氨,pH试纸恢复到黄色,最后变为红色,该过程可证明氯化铵受热发生分解生成氨和氯化氢气体,试纸先变蓝后变红,说明氨扩散的速率比氯化氢大;试管中部有白色固体附着,说明氯化铵分解产生的氨和氯化氢在扩散过程中重新化合生成氯化铵;实验Ⅱ中将饱和氯化铵溶液滴在pH试纸上,试纸颜色由黄色→橙黄色(pH≈5),说明氯化铵溶液中铵根离子水解使溶液显酸性。根据Ⅰ中试纸变蓝,说明NH4Cl发生了分解反应,A正确;根据Ⅰ中试纸颜色变化,说明氨比氯化氢气体扩散速率大,B正确;根据分析,Ⅰ中试纸变成红色,是NH4Cl分解产生的氯化氢造成的,C错误;根据试管中部有白色固体附着,说明氯化铵分解产生的氨和氯化氢在扩散过程中重新化合生成氯化铵,则不宜用加热NH4Cl的方法制备NH3,D正确。
7.如图所示是NH3的两个性质实验,下列有关说法正确的是(　　)
[A] 两个实验均表现了NH3易溶于水
[B] 两个实验均表现了NH3易挥发
[C] 两个实验均表现了NH3是碱性气体
[D] 两个实验均表现了NH3是还原性气体
C
【解析】 实验一是氨的喷泉实验,证明氨极易溶于水,形成的氨水为弱碱性溶液,酚酞溶液变红色,证明氨是碱性气体。实验二中浓氨水挥发出的氨分子和浓盐酸挥发出的氯化氢分子结合生成氯化铵固体小颗粒,证明浓氨水易挥发,氨是碱性气体,C正确。
8.(2024·吉林模拟)在相同状况下,将下列4组混合气体:①体积比为3∶1的NH3和N2、②体积比为1∶1的NO和NO2、③体积比为1∶1的NO2和O2、④体积比为4∶1的NO2和O2分别置于完全相同的试管里,并倒置于水槽中,充分反应后,液面上升高度分别为h1、h2、h3、h4,下列关系正确的是(　　)
[A] h1>h2>h3>h4
[B] h4>h3>h2>h1
[C] h4>h1>h3>h2
[D] h2>h3>h1>h4
C
9.以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法,其工艺流程如图。下列说法正确的是(　　)
[A] 反应①使用催化剂可增大反应速率和甲烷的平衡转化率
[B] 反应②的原子利用率为100%
[C] 生成1.0 mol NH4NO3至少需要 0.75 mol CH4
[D] 反应③理论上当n(NH3)∶n(O2)=4∶3时,恰好完全反应
C
10.(2024·广东深圳模拟)如图所示为“双色双喷泉”实验装置。图中烧瓶内分别充满了氨和氯化氢。烧杯内盛放滴有紫色石蕊溶液的蒸馏水。下列说法错误的是(　　)
[A] 在实验室中可用浓氨水和生石灰制备氨,用浓盐酸和浓硫酸制备氯化氢
[B] 在实验室中干燥氨时可选用的干燥剂是碱石灰,而氯化氢不能用碱石灰干燥
[C] 实验中同时打开止水夹a、c、d,即可分别形成蓝色和红色喷泉
[D] 喷泉结束后将烧瓶内的溶液混合后蒸干可得氯化铵固体
D
【解析】 浓氨水中加入生石灰,生石灰与水反应放出大量的热,促进氨的挥发,浓盐酸与浓硫酸混合,浓硫酸吸收水,且放出大量的热,可促进氯化氢挥发,通过这两种方法可分别制备氨和氯化氢,故A正确;碱石灰与氨不反应,且具有吸水性,可用于干燥氨,而氯化氢与碱石灰反应,不能用碱石灰干燥,故B正确;打开止水夹a、c、d,氨和氯化氢反应而导致烧瓶内压强减小,从而形成喷泉,氨水呈碱性,盐酸呈酸性,则可分别形成蓝色和红色喷泉,故C正确;氯化铵不稳定,加热易分解,喷泉结束后将烧瓶内的溶液混合后直接蒸干无法得到氯化铵固体,故D错误。
11.关于化合物(NH4)2Cr2O7的性质,下列推测合理的是(　　)
C
二、非选择题(共1小题,共22分)
12.(22分,每空2分)(2024·天津模拟)某实验小组拟在实验室模拟工业合成氨,并进行氨的催化氧化。
Ⅰ.实验室模拟合成氨的流程如图:
已知:实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液加热反应制取氮气。
(1)图中制取氮气的装置是　　　　(填字母,下同);制取氢气的装置是
　　　　。
a
【解析】 (1)结合题给信息氮气的实验室制法可得,制取N2的装置为液液加热装置,故选装置a;可用锌和稀硫酸反应制取氢气,属于固液不加热型,故选装置b。
b
(2)氮气和氢气通过装置甲,装置甲的作用除了将气体混合外,还有　　　　、
　　　　　　　　　　　　 　　　　。
干燥气体
【解析】 (2)氮气和氢气通过盛有浓硫酸的装置甲,装置甲的作用是将氮气、氢气混合并干燥气体,通过观察气泡产生速度控制氢气和氮气的流速。
根据气泡产生速度控制氢气和氮气的流速　
(3)原料气通入合成装置合成氨的化学方程式是　 。
Ⅱ.氨的催化氧化。
(4)将从合成器流出并经冷却后的气体连续通入装置乙的水中进行吸收,
　　　　(填“会”或“不会”)发生倒吸,原因是　
　。
不会
有大量的氮气和氢气未能
转化为氨,这样会缓解氨极易溶于水产生的压强差,不会发生倒吸
【解析】 (4)合成氨的反应是可逆反应,有大量的氮气和氢气未能转化为氨,这样会缓解氨极易溶于水产生的压强差,不会发生倒吸。
(5)用装置乙吸收一段时间氨后,再通入空气,同时将经过加热的铂丝插入装置乙的锥形瓶内,能使铂丝保持红热的原因是　　　　 　　　　　,锥形瓶中还可观察到的现象是　　　　　　　　　　　　。
有红棕色气体生成
反应放热
(6)反应结束后锥形瓶内的溶液中含有H+、OH-、　　　　、　　　　(填离子符号)。
课时作业17　硝酸　氮及其化合物的转化
(时间:30分钟　满分:72分)
一、选择题(共8小题,每小题6分,共48分)
1.下列有关硝酸的说法正确的是(　　)
[A] 工业硝酸的质量分数约为69%,常因溶有少量NO而略显黄色
[B] 硝酸是一种氧化性很强的酸,可以与金、铂等金属反应
[C] 将木炭放入浓硝酸中,可立即观察到有气泡生成
[D] 工业制备硝酸第三步为用水吸收二氧化氮生成硝酸
D
2.(2024·湖南长沙期末)固氮是将游离态的氮转变为氮的化合物,一种新型人工固氮的原理如图所示,下列说法正确的是(　　)
[A] 反应①②③均为氧化还原反应
[B] 转化过程中所涉及的元素均呈现了两种价态
[C] Li3N、LiOH两种化合物中含有的化学键完全相同
[D] 假设每一步均完全转化,每消耗1 mol N2,同时生成1.5 mol O2
D
【解析】 反应②中元素的化合价没有发生改变,不是氧化还原反应,A错误;反应过程中氢元素只呈现+1价,B错误;Li3N中只含有离子键,LiOH中含有离子键和共价键,两种化合物中含有的化学键不完全相同,C错误;反应过程中氮元素由0价降低到-3价,氧元素由-2价升高到0价,则假设每一步均完全转化,每消耗1 mol N2,同时生成 1.5 mol O2,D正确。
3.(2024·山东日照二模)下列关于含氮化合物之间转化反应的离子方程式书写错误的是(　　)
C
4.(2024·贵州贵阳期末)NH3是一种重要的化工原料,可以制备一系列无机物。部分转化关系如图所示,下列说法错误的是(　　)
[A] NH3具有还原性
[B] 反应①②③均属于氮的固定
[C] 反应②③④是工业制硝酸的路径
[D] NH4NO3易溶于水,是农业上常用的化肥
B
【解析】 NH3中氮元素为-3价,处于其最低价态,具有还原性,故A正确;将游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定,反应①是氮的固定,反应②③不是氮的固定,故B错误;反应②③④分别是氨催化氧化生成一氧化氮和水、一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮、二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,是工业制硝酸的路径,故C正确;NH4NO3易溶于水,硝酸铵中含有氮元素,属于氮肥,故D正确。
D
5.下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是(　　)
序号 实验操作 现象 解释或结论
① 将过量的铁粉加入稀硝酸中,充分反应后,滴入KSCN溶液 溶液呈 红色 稀硝酸将Fe氧化为Fe3+
② 浓硝酸久置或光照 变黄色 HNO3不稳定,易分解
③ 铝箔插入稀硝酸中 无现象 铝箔表面被硝酸氧化,形成致密的氧化膜
④ 用玻璃棒蘸取浓硝酸点到蓝色石蕊试纸上 试纸先 变红色 后褪色 浓硝酸具有酸性和强氧化性
[A] ①② [B]③④ [C]②③④ [D]②④
【解析】 将过量的铁粉加入稀硝酸中生成Fe2+,加入KSCN溶液时颜色不变,故①错误;浓硝酸久置或光照变黄是因为HNO3分解产生的NO2溶于硝酸溶液所致,故②正确;铝箔遇浓硝酸钝化,稀硝酸会使铝箔溶解,故③错误;浓硝酸具有酸性和强氧化性,可使蓝色石蕊试纸先变红色后褪色,故④正确。
6.某同学做“FeSO4被HNO3氧化”的实验,发现溶液变深棕色。猜想可能是生成的NO2或NO与Fe2+或Fe3+反应,使溶液变为深棕色,设计如图装置探究。下列说法错误的是(　　)
[A] 先检查装置气密性,加入药品后,关闭c,打开a和b,再通入一段时间N2
[B] 关闭a、c,打开b及分液漏斗活塞,反应后丙中溶液变为深棕色,丁中溶液无明显变化,证明NO与Fe2+反应
[C] 甲中反应一段时间后,更新丙、丁中试剂,关闭a和b,打开c,反应后丙中溶液变为深棕色,丁中溶液无明显变化,证明NO2也可与Fe2+反应
[D] 该实验的缺陷是缺少尾气吸收装置
C
【解析】 先检查装置气密性,加入药品后,为防止装置中的氧气影响实验结果,需关闭c,打开a和b,通入一段时间氮气,将装置内的空气排尽,故A正确;关闭a、c,打开b及分液漏斗活塞,浓硝酸与Cu反应生成NO2,NO2通入水中与水反应生成NO,NO进入丙和丁后,丙中含Fe2+的溶液变为深棕色,而丁中含Fe3+的溶液无明显变化,说明NO与Fe2+反应,故B正确;甲中反应一段时间后,浓硝酸变稀,生成的气体中有NO,所以该操作无法证明NO2与Fe2+反应,故C错误;实验中未反应的NO2和NO会污染空气,需要尾气吸收装置,故D正确。
7.某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL,平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉,最多能溶解9.6 g Cu。向另一份中逐渐加入铁粉,产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析错误的是(　　)
A
C
二、非选择题(共1小题,共24分)
9.(24分,每空3分)(2024·河南周口模拟)某兴趣小组设计实验验证铜与浓硝酸、稀硝酸的反应,装置如图所示(夹持装置未画出):
实验一:验证铜与浓硝酸的反应
按图示连接好装置,　　　　　　　　　　后,装入药品,关闭K2、K3,打开K1,一段时间后,再关闭K1,打开K2,加入足量的浓硝酸。
实验二:验证铜与稀硝酸的反应
待装置B中反应完全后……
回答下列问题。
(1)实验一中的横线上应填入的内容是　　　　　　　　　　　　;装置B中装浓硝酸的仪器名称是　　　 　　。
检验装置的气密性
分液漏斗
【解析】 研究铜与浓硝酸、稀硝酸反应的差异,先利用二氧化碳将装置中的空气排出,防止Cu与稀硝酸反应生成的NO被氧化,装置B中滴加浓硝酸时,Cu与浓硝酸反应生成二氧化氮,在装置C中验证铜和稀硝酸的反应,最后进行尾气处理。
(1)装置连接后首先需要检验装置的气密性;装置B中装浓硝酸的仪器名称是分液漏斗。
(2)实验一中“关闭K2、K3,打开K1”的目的是
　 。
排尽装置内的空气,防止Cu
【解析】 (2)由于装置中含有空气,会干扰NO的检验,所以实验一中“关闭K2、K3,打开K1”的目的是排尽装置内的空气,防止Cu与稀硝酸反应生成的NO被氧化。
与稀硝酸反应生成的NO被氧化
(3)装置B中发生反应的离子方程式为 　 。
(4)实验二的后续操作顺序为　　　　　　(填字母),打开止水夹后装置C的具支试管中的现象为　 。
a.打开止水夹　b.打开K1　c.打开K3,加入蒸馏水　d.关闭K1　e.插入铜丝
bceda
液面上方出现红棕色气体
【解析】(4)实验二是验证铜与稀硝酸的反应,因此首先把生成的二氧化氮转化为硝酸,所以后续操作顺序为待装置B中反应完全后打开K1→打开K3,加入蒸馏水→插入铜丝→关闭K1→打开止水夹,即 bceda;打开止水夹后氧气把NO氧化为二氧化氮,则装置C的具支试管中的现象为液面上方出现红棕色气体。
(5)实验结束后,有同学观察到装置B中溶液呈绿色,装置C中溶液呈蓝色。小组同学认为颜色不同的原因可能如下:
猜想1:硝酸铜溶液的物质的量浓度不同,溶液颜色不同,浓度小时呈蓝色,浓度大时呈绿色。
猜想2:NO2溶解在硝酸铜溶液中,导致溶液颜色不同。
继续实验,打开K1,一段时间后,装置B中溶液变为蓝色,说明　　　　　可能成立,请设计实验验证另一猜想的可能性:
　 　 。
猜想2
取适量装置C中的溶液于试
管中,加入Cu(NO3)2固体,若溶液变为绿色,说明猜想1成立
【解析】 (5)继续实验,打开K1,一段时间后,装置B中溶液变为蓝色,由于装置A中二氧化碳把二氧化氮带出,因此说明猜想2可能成立;要验证猜想1的可能性,实验方案为取适量装置C中的溶液于试管中,加入Cu(NO3)2固体,若溶液变为绿色,说明猜想1成立。课时作业16　氮及其氧化物　氨和铵盐
(时间:30分钟　满分:90分)
一、选择题(共11小题,1～9小题每小题6分,10～11小题每小题7分,共68分)
1.(2024·江苏江阴期中)氮气属于地球大气的主要成分,它是地球生命循环——氮循环的重要组成部分,下列关于氮气的说法错误的是(　　)
[A] 氮气不燃烧,也无法支持燃烧,不能供给呼吸
[B] 液氮可用于医学和高科技领域,制造低温环境
[C] 利用氮气的稳定性,工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气
[D] 氮气可用于食品保鲜
2.(2024·重庆长寿区期末)薯条等膨化食品袋子里填充的是食品级氮气。下列有关氮及其化合物的说法正确的是(　　)
[A] NO和N2都可稳定存在于空气中
[B] N2既具有氧化性又具有还原性
[C] 为增加肥效,碳酸氢铵和草木灰混合使用
[D] N2、NO和NO2均为无色气体
3.(2024·江苏南京调研)实验室采用如图装置制取氨,正确的是(　　)
[A] [B] [C] [D]
制取NH3 干燥NH3 收集NH3 并验满 吸收多余 NH3
4.某集气瓶内装有红棕色的混合气体,加入足量蒸馏水,盖上玻璃片振荡得到橙黄色溶液,气体颜色消失,再打开玻璃片后,瓶中气体又变为红棕色,该混合气体可能是(　　)
[A] N2、O2、Br2 [B] NO2、NO、N2
[C] Br2、NO、O2 [D] N2、NO2、Br2
5.下列关于实验室制取氨的说法正确的是(　　)
[A] 虽然氨水受热分解可产生氨,在实验室也不能用加热浓氨水的方法制取氨
[B] 通常可选择浓硫酸为干燥剂,除去氨中的水蒸气
[C] 既可用向下排空气法收集NH3,又可用排水法收集NH3
[D] 用碱石灰代替消石灰与NH4Cl固体加热制取NH3,可增大反应速率
6.某同学进行如下实验:
序号 实验步骤 实验现象
Ⅰ 将NH4Cl固体加入试管中,并将湿润的pH试纸置于试管口,试管口略向下倾斜,对试管底部进行加热 试纸颜色变化:黄色→蓝色(pH≈10)→黄色→红色(pH≈2);试管中部有白色固体附着
Ⅱ 将饱和NH4Cl溶液滴在pH试纸上 试纸颜色变化:黄色→橙黄色(pH≈5)
下列说法不正确的是(　　)
[A] 根据Ⅰ中试纸变蓝,说明NH4Cl发生了分解反应
[B] 根据Ⅰ中试纸颜色变化,说明氨比氯化氢气体扩散速率大
[C] Ⅰ中试纸变成红色,是NH4Cl水解造成的
[D] 根据试管中部有白色固体附着,说明不宜用加热NH4Cl的方法制备NH3
7.如图所示是NH3的两个性质实验,下列有关说法正确的是(　　)
[A] 两个实验均表现了NH3易溶于水
[B] 两个实验均表现了NH3易挥发
[C] 两个实验均表现了NH3是碱性气体
[D] 两个实验均表现了NH3是还原性气体
8.(2024·吉林模拟)在相同状况下,将下列4组混合气体:①体积比为3∶1的NH3和N2、②体积比为1∶1的NO和NO2、③体积比为 1∶1的NO2和O2、④体积比为4∶1的NO2和O2分别置于完全相同的试管里,并倒置于水槽中,充分反应后,液面上升高度分别为h1、h2、h3、h4,下列关系正确的是(　　)
[A] h1>h2>h3>h4
[B] h4>h3>h2>h1
[C] h4>h1>h3>h2
[D] h2>h3>h1>h4
9.以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法,其工艺流程如图。下列说法正确的是(　　)
[A] 反应①使用催化剂可增大反应速率和甲烷的平衡转化率
[B] 反应②的原子利用率为100%
[C] 生成1.0 mol NH4NO3至少需要 0.75 mol CH4
[D] 反应③理论上当n(NH3)∶n(O2)=4∶3时,恰好完全反应
10.(2024·广东深圳模拟)如图所示为“双色双喷泉”实验装置。图中烧瓶内分别充满了氨和氯化氢。烧杯内盛放滴有紫色石蕊溶液的蒸馏水。下列说法错误的是(　　)
[A] 在实验室中可用浓氨水和生石灰制备氨,用浓盐酸和浓硫酸制备氯化氢
[B] 在实验室中干燥氨时可选用的干燥剂是碱石灰,而氯化氢不能用碱石灰干燥
[C] 实验中同时打开止水夹a、c、d,即可分别形成蓝色和红色喷泉
[D] 喷泉结束后将烧瓶内的溶液混合后蒸干可得氯化铵固体
11.关于化合物(NH4)2Cr2O7的性质,下列推测合理的是(　　)
[A] (NH4)2Cr2O7固体受热分解产物可能为CrO3、NH3、N2和H2O
[B] 在(NH4)2Cr2O7溶液中滴加足量浓KOH溶液时只发生离子反应:N+OH-NH3↑+H2O
[C] 若一定条件下(NH4)2Cr2O7溶液与H2O2溶液反应生成CrO5(Cr为+6价),推测CrO5可能具有分子稳定性差、易分解的性质
[D] 用浓盐酸酸化(NH4)2Cr2O7溶液,会使平衡Cr2+H2O2Cr+2H+逆向移动,溶液由黄色(或橙黄色)变为橙色
二、非选择题(共1小题,共22分)
12.(22分,每空2分)(2024·天津模拟)某实验小组拟在实验室模拟工业合成氨,并进行氨的催化氧化。
Ⅰ.实验室模拟合成氨的流程如图:
已知:实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液加热反应制取氮气。
(1)图中制取氮气的装置是　　　　(填字母,下同);制取氢气的装置是　　　　。
(2)氮气和氢气通过装置甲,装置甲的作用除了将气体混合外,还有　 、 　 。
(3)原料气通入合成装置合成氨的化学方程式是　 。
Ⅱ.氨的催化氧化。
(4)将从合成器流出并经冷却后的气体连续通入装置乙的水中进行吸收,　　　　(填“会”或“不会”)发生倒吸,原因是　 　。
(5)用装置乙吸收一段时间氨后,再通入空气,同时将经过加热的铂丝插入装置乙的锥形瓶内,能使铂丝保持红热的原因是　　　　　　　　　,锥形瓶中还可观察到的现象是　　　　　　　　　　　　。
(6)反应结束后锥形瓶内的溶液中含有H+、OH-、　　　　、　　　　(填离子符号)。
课时作业16　氮及其氧化物　氨和铵盐
1.A　活泼金属镁可以在氮气中燃烧生成氮化镁,故A错误;液氮汽化吸热,可用于医学和高科技领域,制造低温环境,故B正确;氮气分子内两个氮原子间以共价三键结合,化学性质很稳定,很难与其他物质发生化学反应,工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气,故C正确;氮气的性质稳定,可防止食品被氧化,因此可用作食品的保鲜剂,故D正确。
2.B　NO极易和氧气反应生成二氧化氮,所以NO不能在空气中稳定存在,故A错误;氮气中氮元素化合价处于中间价态,所以N2既具有氧化性又具有还原性,故B正确;铵根离子能与碳酸根离子发生相互促进的水解反应生成氨而降低肥效,故C错误;二氧化氮为红棕色气体,故D错误。
3.D　NH4Cl受热分解生成HCl和NH3,HCl和NH3在试管口遇冷又会化合生成氯化铵,不能用加热氯化铵来制取氨,A错误;浓硫酸能与氨反应,不能用浓硫酸来干燥氨,B错误;氨的密度比空气小,应该用向下排空气法收集氨,导管应该伸到试管底部,C错误;氨极易溶于水,尾气吸收应采取防倒吸的措施,D正确。
4.D　Br2和NO2气体均呈红棕色,所以混合气体中至少含有Br2和NO2气体中的一种,溴水为橙黄色溶液,盖上玻璃片振荡得到橙黄色溶液,说明一定含有Br2,再打开玻璃片后,瓶中气体又变为红棕色,说明存在NO,则原混合气体中一定存在NO2气体,即原混合气体一定含有NO2、Br2,故D正确。
5.D　一水合氨受热分解可产生氨,在实验室可以用加热浓氨水的方法制取氨,故A错误;氨可以与浓硫酸反应,生成硫酸铵,氨不能用浓硫酸干燥,故B错误;氨极易溶于水,不能用排水法收集,只能用向下排空气法收集,故C错误;碱石灰的主要成分是CaO和NaOH,NaOH与NH4Cl固体加热制取NH3,同时生成NaCl和H2O,CaO可以与水反应生成Ca(OH)2,可增大反应速率,故D正确。
6.C　实验Ⅰ中对装有NH4Cl固体的试管加热,湿润的pH试纸颜色由黄色→蓝色(pH≈10)→黄色→红色(pH≈2),说明加热过程中生成了氨,氨遇水形成一水合氨,一水合氨为弱碱,使试纸变蓝,同时产生了氯化氢气体,氯化氢极易溶于水形成盐酸,中和了一水合氨,pH试纸恢复到黄色,最后变为红色,该过程可证明氯化铵受热发生分解生成氨和氯化氢气体,试纸先变蓝后变红,说明氨扩散的速率比氯化氢大;试管中部有白色固体附着,说明氯化铵分解产生的氨和氯化氢在扩散过程中重新化合生成氯化铵;实验Ⅱ中将饱和氯化铵溶液滴在pH试纸上,试纸颜色由黄色→橙黄色(pH≈5),说明氯化铵溶液中铵根离子水解使溶液显酸性。根据Ⅰ中试纸变蓝,说明NH4Cl发生了分解反应,A正确;根据Ⅰ中试纸颜色变化,说明氨比氯化氢气体扩散速率大,B正确;根据分析,Ⅰ中试纸变成红色,是NH4Cl分解产生的氯化氢造成的,C错误;根据试管中部有白色固体附着,说明氯化铵分解产生的氨和氯化氢在扩散过程中重新化合生成氯化铵,则不宜用加热NH4Cl的方法制备NH3,D正确。
7.C　实验一是氨的喷泉实验,证明氨极易溶于水,形成的氨水为弱碱性溶液,酚酞溶液变红色,证明氨是碱性气体。实验二中浓氨水挥发出的氨分子和浓盐酸挥发出的氯化氢分子结合生成氯化铵固体小颗粒,证明浓氨水易挥发,氨是碱性气体,C正确。
8.C　设混合气体的体积均为4 L。①氨全部溶解,只剩余1 L N2;②根据3NO2+H2O2HNO3+NO,剩余(2+)L NO;③根据4NO2+O2+2H2O4HNO3,剩余1.5 L O2;④根据4NO2+O2+2H2O4HNO3,无气体剩余。剩余气体越少,液面上升越高,故C正确。
9.C　反应①使用催化剂可以增大反应速率,但不能提高甲烷的平衡转化率,A错误;反应②的化学方程式为CO2+2NH3CO(NH2)2+H2O,则该反应的原子利用率小于100%,B错误;由天然气经过各步转化,最终生成NH4NO3,涉及的化学方程式有CH4+2H2OCO2+4H2、N2+3H22NH3、2NH3+2O2NH4NO3+H2O,则有NH4NO3~2NH3~3H2~CH4,故生成 1.0 mol NH4NO3至少需要 0.75 mol CH4,C正确,D错误。
10.D　浓氨水中加入生石灰,生石灰与水反应放出大量的热,促进氨的挥发,浓盐酸与浓硫酸混合,浓硫酸吸收水,且放出大量的热,可促进氯化氢挥发,通过这两种方法可分别制备氨和氯化氢,故A正确;碱石灰与氨不反应,且具有吸水性,可用于干燥氨,而氯化氢与碱石灰反应,不能用碱石灰干燥,故B正确;打开止水夹a、c、d,氨和氯化氢反应而导致烧瓶内压强减小,从而形成喷泉,氨水呈碱性,盐酸呈酸性,则可分别形成蓝色和红色喷泉,故C正确;氯化铵不稳定,加热易分解,喷泉结束后将烧瓶内的溶液混合后直接蒸干无法得到氯化铵固体,故D错误。
11.C　-3价的氮元素具有还原性,+6价的铬元素具有氧化性,(NH4)2Cr2O7固体受热分解,铬元素化合价会降低,氮元素化合价会升高,故A错误;在(NH4)2Cr2O7溶液中滴加足量浓KOH溶液时,除了发生反应N+OH-NH3↑+H2O,还会使平衡Cr2+H2O2Cr+2H+正向移动,故B错误;若一定条件下(NH4)2Cr2O7溶液与H2O2溶液反应生成CrO5,Cr为+6价,O的平均价态为-价,则CrO5可能具有分子稳定性差、易分解的性质,故C正确;(NH4)2Cr2O7溶液中的Cr2具有强氧化性,能与浓盐酸发生氧化还原反应,溶液不会由黄色(或橙黄色)变为橙色,故D错误。
12.【答案】 (1)a　b　(2)干燥气体　根据气泡产生速度控制氢气和氮气的流速　(3)N2+3H22NH3　
(4)不会　有大量的氮气和氢气未能转化为氨,这样会缓解氨极易溶于水产生的压强差,不会发生倒吸　(5)反应放热　有红棕色气体生成　(6)N　N
【解析】 (1)结合题给信息氮气的实验室制法可得,制取N2的装置为液液加热装置,故选装置a;可用锌和稀硫酸反应制取氢气,属于固液不加热型,故选装置b。(2)氮气和氢气通过盛有浓硫酸的装置甲,装置甲的作用是将氮气、氢气混合并干燥气体,通过观察气泡产生速度控制氢气和氮气的流速。(3)合成氨反应的化学方程式为N2+3H22NH3。(4)合成氨的反应是可逆反应,有大量的氮气和氢气未能转化为氨,这样会缓解氨极易溶于水产生的压强差,不会发生倒吸。(5)氨的催化氧化反应 4NH3+5O24NO+6H2O是放热反应,将经过加热的铂丝插入装置乙的锥形瓶内,能使铂丝保持红热,且反应生成的NO遇到空气中的氧气会生成红棕色的二氧化氮。(6)氨的催化氧化反应生成的NO继续和空气中的氧气反应生成红棕色的NO2气体,NO2和水反应生成HNO3,HNO3和NH3反应生成NH4NO3,反应结束后锥形瓶内的溶液中含有的离子为H+、OH-、N、N。
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