专题7测评
可能用到的相对原子质量:H-1、C-12、N-14、O-16、Fe-56、Cu-64、Zn-65
一、单项选择题(共14题,每题3分,共42分。每题只有一个选项最符合题意)
1.[2023江苏宿迁统考期末]下列物质性质与用途具有对应关系的是( )
A.N2性质不活泼,可作为粮食保护气
B.NH3具有还原性,可用作制冷剂
C.NO能被还原,可用于制备HNO3
D.NH4Cl受热易分解,可用作铁的除锈剂
2.[2023江苏镇江统考期末]实验室制备氨气并探究其还原性,下列实验装置(夹持仪器已省略)或操作不能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取NH3
B.用装置乙干燥NH3
C.用装置丙探究NH3还原性
D.用pH试纸检验试管a内液体的酸碱性
3.下面有关化肥与环境关系的描述,正确的是( )
A.雨天追肥有利于农作物的吸收
B.大量施用化肥对环境没有污染
C.绿色植物都能直接在空气中进行生物固氮
D.过多的尿素进入水体会恶化水质,导致“水华”现象
4.下列离子方程式书写正确的是( )
A.实验室用氯化铵和熟石灰制氨:N+OH-NH3↑+H2O
B.NaOH溶液与NH4Cl溶液混合加热:N+OH-NH3·H2O
C.氨水中加盐酸:NH3·H2O+H+N+H2O
D.氨水中加入氯化铁溶液:Fe2++2NH3·H2O2N+Fe(OH)2↓
5.[2023江苏淮安期末]在指定条件下,下列选项所示的物质间转化能实现的是( )
A.NO(g)HNO3(aq)
B.稀HNO3(aq)NO2(g)
C.NO(g)N2(g)
D.NO2(g)N2(g)
6.[2023江苏南通海安高级中学校考期中]研究表明,氮氧化物(NOx)与二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关,其转化关系如图所示。下列关于雾霾及其形成的叙述中,不正确的是( )
A.雾霾的形成与燃料燃烧有关
B.涉及氧化还原反应
C.雾霾中含有NH4NO3和SO4
D.NH3是形成无机颗粒物的催化剂
7.[2023江苏淮安中学校考期末]某新型合成NH3的原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.N2和O2在高温和放电条件下都能反应
B.该反应涉及的4种物质中只有1种是电解质
C.NH3在过量O2中燃烧生成NO和H2O
D.发生反应的n(N2)∶n(H2O)=1∶3
8.[2023江苏南通高一统考期末]叠氮酸(HN3)是一种弱酸,可通过亚硝酸氧化肼获得,工业上利用NH3催化氧化生成NO,反应为4NH3+5O24NO+6H2O,将NO进一步氧化,用水吸收制备HNO3。下列说法正确的是( )
A.HN3与NaOH反应的离子方程式为H++OH-H2O
B.以NH3为原料制备HNO3属于氮的固定
C.用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近浓硝酸有白烟产生
D.NH3催化氧化时,每生成0.1 mol NO,转移电子的数目为6.02×1023
9.[2023江苏镇江期末]周期表中ⅤA族元素的化合物应用广泛。N2可以形成多种含氮化合物,NH3在强碱条件下能被NaClO氧化生成肼N2H4(l),具有较大的燃烧热(624 kJ·mol-1),可用作火箭燃料。磷矿[主要成分为]可与浓硫酸反应制备磷肥[有效成分]。700~900 ℃下,AsH3与通过化学气相沉积可制得半导体材料砷化镓(GaAs)晶体。下图是氮元素的转化示意图。下列说法不正确的是( )
N2、O2NONO2X
A.反应①是自然界中氮固定的一种途径
B.反应②的现象是气体由无色变红棕色
C.为使NO2全部转化为X,反应③中
D.X是一种强氧化性酸,常温下其浓溶液可用铝槽车贮运
10.向500 mL稀硝酸中加入一定量的铁粉恰好完全反应,铁粉完全溶解后,放出6.272 L NO(标准状况),同时溶液质量增加11.2 g。下列判断不正确的是( )
A.原HNO3溶液的物质的量浓度为2.24 mol·L-1
B.原溶液中投入铁粉的物质的量是0.35 mol
C.反应后溶液中c(Fe3+)∶c(Fe2+)=3∶2
D.反应后的溶液还可以溶解铜粉4.48 g
11.欲进行下列实验,其方案设计合理的是( )
A.检验装置气密性 B.氨气尾气处理
C.NO2被水
完全吸收 D.比较NaHCO3和
Na2CO3溶解度
12.对下列事实的解释错误的是( )
A.氨气溶于水的喷泉实验说明氨气极易溶于水
B.常温下,将铜放入浓硫酸中无明显变化,说明铜在冷的浓硫酸中钝化
C.浓硝酸久置显黄色,说明浓硝酸不稳定
D.向胆矾中加入浓硫酸后出现白色固体,说明浓硫酸具有吸水性
13.利用某分子筛作催化剂,NH3可脱除废气中的NO和NO2,生成两种无毒物质,其反应历程如图所示,下列说法正确的是( )
A.反应过程中NO2、N之间的反应是氧化还原反应
B.上述历程的总反应为2NH3+NO+NO22N2+3H2O
C.X是HNO2,是还原产物
D.[(NH4)(HNO2)]+是反应过程中的催化剂
14.[2023江苏盐城阶段练习]用石灰乳吸收硝酸工业的尾气(含NO、NO2)可获得Ca,部分工艺流程如下:
下列说法不正确的是( )
A.采用气液逆流接触有利于尾气中NO、NO2的充分吸收
B.加快通入尾气速率可提高NO、NO2的去除率
C.吸收时主要反应的化学方程式为NO+NO2+Ca(OH)2Ca(NO2)2+H2O
D.若尾气中n(NO2)∶n(NO)<1∶1,吸收后排放的气体中NO含量升高
二、非选择题(共4小题,共58分)
15.(12分)[2023江苏淮安期末]氮及其化合物是重要的化工原料,研究其性质、用途和转化具有重要意义。
回答下列问题:
(1)X属于 (填“离子”或“共价”)化合物;常温下,NO2为 (填颜色)气体。
(2)物质N2H4(肼)可作为火箭发动机的燃料,已知在298 K、101 kPa时1 g液态肼燃烧生成氮气和液态水,释放19.44 kJ的热量,写出表示其燃烧热的热化学方程式: 。
(3)农业上常用物质R作氮肥,实验室检验物质R中阳离子的方法为 (写出操作过程和现象)。
(4)硫可与Q的浓溶液反应,硫转化为 (填化学式)。
(5)氮的氧化物(NOx)是常见的大气污染物之一,NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。当物质Y与NO2的物质的量之比为1∶1时,与足量氨气能在催化剂作用下发生反应,生成两种无污染的物质,该反应的化学方程式为 。
16.(14分)[2023江苏扬州统考期末]氮及其化合物的转化具有重要应用。
(1)实验室模拟用浓硫酸脱除氮氧化物,装置如图所示,实验开始后装置C中发生反应:NO+NO2+2H2SO42NOHSO4+H2O。
①A装置中发生反应的离子方程式是 ,B装置的作用是 。
②理论上应相同时间内控制a、b处通入气体的物质的量之比为 。
(2)已知:HNO3(浓)+SO2NOHSO4。请补充完整由Na2SO3固体制备纯净的NOHSO4晶体的实验方案:向一定量Na2SO3固体中加入 ,制得SO2;向浓硝酸中缓慢通入SO2, ,将反应后得到的混合物过滤、洗涤、干燥。(操作须进行尾气吸收,须选用的试剂有18 mol·L-1H2SO4溶液、0.5 mol·L-1NaOH溶液)
(3)一定条件下,NH3在钒(V)催化剂作用下可脱除气体中的NO,可能的反应机理如图所示:
①步骤1中O—H被削弱,形成的化学键是 。
②若反应中参加反应的n(NH3)∶n(NO)=1∶1,则总反应的化学方程式为 。
17.(14分)硝酸铵是一种常用的化肥,其工业生产流程如图。
请回答下列问题:
(1)写出反应装置B中发生反应的化学方程式: 。
(2)吸收塔C中通入空气的目的是 ;C、D两个反应容器中发生的反应,属于氧化还原反应的是 (填反应容器代号)。
(3)浓硝酸一般保存在棕色试剂瓶里,并放置在阴凉处,用化学方程式解释原因: 。
(4)金属铜与稀硝酸反应的离子方程式: 。该反应中稀硝酸表现的性质是 。
18.(18分)[2023江苏扬州中学月考]NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一,有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。
(1)NSR储存还原时,NO的储存和还原在不同时段交替进行,如图1所示。
①NO储存转化为Ba(NO3)2过程中,参加反应的NO和O2的物质的量之比为 。
②H2还原Ba(NO3)2的过程分两步进行,图2表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系。第一步反应的化学方程式为 。
图1
图2
(2)NaClO溶液能有效去除NO。25 ℃时,NO的去除率随pH的变化如图3所示(用盐酸调节pH);pH=4时,NO的去除率随温度的变化如图4所示。
图3
图4
①25 ℃时,随着pH降低,NO去除率增大的原因是 。
②pH=4时,60~80 ℃间NO去除率下降的原因是 。
(3)一定条件下,将一定浓度NOx(NO2和NO的混合气体)通入Ca(OH)2悬浊液中,改变n(NO2)∶n(NO)的值,NOx的去除率如图5所示。
图5
已知:a.NOx的去除率=1-×100%
b.NO与Ca(OH)2不反应
①当n(NO2)∶n(NO)在0.3~0.5之间,NO与NO2被吸收转化为Ca(NO2)2反应的离子方程式为 。
②当n(NO2)∶n(NO)大于1.4时,NO2的去除率升高,但NO的去除率却降低。其可能的原因是
专题7测评
1.A 解析N2性质不活泼,可作为粮食保护气防止粮食被氧化,性质与用途有对应关系,故A正确;氨气易液化,可用作制冷剂,性质与用途不对应,故B错误;NO中N的化合价为+2价,硝酸的N为+5价,NO被氧化才能生成硝酸,故C错误;氯化铵溶液呈酸性,可用作除锈剂,故D错误。
2.B 解析氯化铵和氢氧化钙固体加热生成氨气,能达到实验目的,A不符合题意;氨气和氯化钙反应,故不能用来干燥氨气,不能达到实验目的,B符合题意;氨气和氧化铜生成铜、水和氮气,体现氨气的还原性,能达到实验目的,C不符合题意;pH试纸可以检验试管a内液体的酸碱性,能达到实验目的,D不符合题意。
3.D
4.C 解析A.该反应属于固体间的加热反应,不能书写相应的离子方程式;B.加热条件下NH3·H2O应分解为NH3和H2O;C.符合反应原理及离子方程式书写要求;D.向氨水中滴加FeCl3溶液应生成Fe(OH)3沉淀,离子方程式为Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3N。
5.C 解析NO与H2O不能发生反应,不能生成HNO3,A不能实现;稀HNO3与Cu反应,生成NO气体,不能生成NO2气体,B不能实现;在催化剂、高温条件下,NO与CO能发生反应,生成N2和CO2,C能够实现;NO2中N元素显+4价,若反应生成N2,则表现出氧化性,O3具有强氧化性,同一反应中的反应物,不可能同时表现出氧化性,而不表现出还原性,D不能实现。
6.D 解析雾霾的形成与燃料燃烧有关,故A正确;二氧化硫到三氧化硫,硫化合价升高,氮氧化物到五氧化二氮,氮化合价升高,因此涉及氧化还原反应,故B正确;根据图中信息雾霾中含有NH4NO3和(NH4)2SO4,故C正确;氨气与硝酸或硫酸生成硝酸铵或硫酸铵颗粒,氨气参与反应且量减少,因此NH3不是形成无机颗粒物的催化剂,故D错误。
7.C 解析N2和O2在高温和放电条件下都能反应生成NO,A正确;N2、O2、NH3均不是电解质,H2O是电解质,B正确;由N2不能在O2中燃烧可推知,NH3在过量O2中燃烧生成N2和H2O,而不能生成NO,C错误;由图知,发生的反应为2N2+6H2O4NH3+3O2,n(N2)∶n(H2O)=1∶3,D正确。
8.C 解析HN3是一种弱酸,故HN3与NaOH反应的离子方程式为HN3+OH-;氮的固定为将空气中游离态的氮转化为含氮的化合物,以NH3为原料制备HNO3不属于氮的固定,故B错误;用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近浓硝酸,由于浓氨水、浓硝酸均有挥发性,反应生成硝酸铵固体小颗粒,有白烟产生,故C正确;NH3催化氧化时,每生成0.1molNO,转移电子的数目为0.5×6.02×1023,故D错误。
9.C 解析反应①是氮气和氧气在放电条件下生成NO,属于自然界中的氮的固定,故A正确;NO是无色气体、NO2是红棕色气体,反应②的现象是气体由无色变红棕色,故B正确;反应③的化学方程式为2H2O+4NO2+O24HNO3,为使NO2全部转化为X,反应③中,故C错误;X是硝酸,具有强氧化性,常温下铝在浓硝酸中钝化,常温下其浓溶液可用铝槽车贮运,故D正确。
10.C 解析标准状况下6.272LNO的物质的量为0.28mol,假设反应后生成Fe2+、Fe3+的物质的量分别为x、y,根据得失电子守恒可得0.28mol×(5-2)=2x+3y;反应后溶液质量增加11.2g,则有56g·mol-1×(x+y)-0.28mol×30g·mol-1=11.2g,联立上述两式解得x=0.21mol,y=0.14mol,则反应后溶液中c(Fe3+)∶c(Fe2+)=0.14∶0.21=2∶3,C错误;据铁元素守恒可知,原溶液中投入铁粉的物质的量为0.21mol+0.14mol=0.35mol,B正确;据N元素守恒可知,原HNO3溶液中n(HNO3)=0.21mol×2+0.14mol×3+0.28mol=1.12mol,则有c(HNO3)==2.24mol·L-1,A正确;反应后的溶液为Fe(NO3)2和Fe(NO3)3混合液,加入铜粉,发生反应:2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,则0.14molFe3+可溶解0.07molCu,其质量为0.07mol×64g·mol-1=4.48g,D正确。
11.B 解析没有形成封闭体系,不能检验其气密性,A错误;氨气极易溶于水,倒扣的漏斗可以防止倒吸,B正确;二氧化氮溶于水生成硝酸和NO,不能被完全吸收,C错误;触摸外壁只能比较溶于水时的热效应,不能比较二者的溶解度大小,D错误。
12.B 解析氨气极易溶于水,可做氨气溶于水的喷泉实验,A正确;常温下,铜与浓硫酸不反应,而钝化是指反应产生的氧化膜阻止了反应的进行,B错误;浓硝酸久置分解产生的二氧化氮气体溶于浓硝酸中使浓硝酸显黄色,C正确;向胆矾中加入浓硫酸后出现白色固体,是胆矾失去结晶水后变为白色固体,说明浓硫酸具有吸水性,D正确。
13.B 解析反应过程中NO2、N之间发生反应生成[(NH4)2(NO2)]2+,没有化合价的变化,不是氧化还原反应,故A错误;题图中可以生成X的反应为[(NH4)2(NO2)]2++NO[(NH4)(HNO2)]++X+H+,根据原子守恒判断X为N2和H2O,故C错误;由反应历程图可知,氨、二氧化氮和一氧化氮是反应物,氮气与水是生成物,所以总反应为2NH3+NO+NO22N2+3H2O,故B正确;[(NH4)(HNO2)]+反应前没有,反应后没有,为反应的中间产物,不是反应过程中的催化剂,故D错误。
14.B 解析采用气液逆流接触可以使气体与石灰乳充分接触,有利于尾气中NO、NO2的充分吸收,故A正确;加快通入尾气速率,尾气与石灰乳接触时间短,不利于提高NO、NO2的去除率,故B错误;石灰乳吸收硝酸工业的尾气中的NO、NO2生成Ca,根据得失电子守恒,吸收时主要反应的化学方程式为NO+NO2+Ca(OH)2+H2O,故C正确;NO单独与氢氧化钙不反应,若尾气中n(NO2)∶n(NO)<1∶1,吸收后排放的气体中NO含量升高,故D正确。
15.答案 (1)共价 红棕色 (2)N2H4(l)+O2(g)N2(g)+2H2O(l) ΔH=-622.08 kJ mol-1 (3)取少量R的溶液,加入足量浓NaOH溶液并加热,在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体,试纸变蓝,则表明生成氨气,从而证明R中含有铵根离子 (4)H2SO4 (5)2NH3+NO+NO22N2+3H2O
解析从图中可以看出,X为N元素显-3价的氢化物,则其为NH3;Y为N元素显+2价的氧化物,则其为NO;Q为N元素显+5价的含氧酸,则其为HNO3;R为含有-3价N元素的盐,则其为铵盐。
(1)由分析可知,X为NH3,属于共价化合物;常温下,NO2为红棕色气体。
(2)在298K、101kPa时,1g液态肼燃烧生成氮气和液态水,释放19.44kJ的热量,则1mol液态肼(32g)完全燃烧生成氮气和液态水时,放热19.44kJ·g-1×32g·mol-1=622.08kJ mol-1,则表示其燃烧热的热化学方程式为N2H4(l)+O2(g)N2(g)+2H2O(l)ΔH=-622.08kJ mol-1。
(3)农业上常用物质R作氮肥,检验物质R中阳离子即,实验室常用浓NaOH溶液检验,方法为取少量R的溶液,加入足量浓NaOH溶液并加热,在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体,若试纸变蓝,则表明生成氨气,从而证明R中含有铵根离子。
(4)由分析可知,Q为HNO3,浓硝酸具有强氧化性,硫可与浓硝酸反应,硫转化为H2SO4。
(5)当物质Y(NO)与NO2的物质的量之比为1∶1时,与足量氨气能在催化剂作用下发生反应,生成N2和H2O,该反应的化学方程式为2NH3+NO+NO22N2+3H2O。
16.答案 (1)①3NO2+H2O2H+++NO 除去水蒸气 ②3∶1 (2)一定量18 mol·L-1H2SO4溶液充分反应 用0.5 mol·L-1NaOH溶液吸收剩余的气体 (3)N—H 4NH3+4NO+O24N2+6H2O
解析A装置中,NO2与水反应,生成硝酸和NO;B装置中,NO用浓硫酸干燥;C装置中,NO、NO2在浓硫酸中混合,并与浓硫酸发生反应,生成NOHSO4,尾气用气囊收集后进行处理。
(1)①A装置中,NO2与水反应,生成硝酸和NO,发生反应的离子方程式是3NO2+H2O2H++2+NO,B装置是NO的干燥装置,作用是除去水蒸气。②依据发生的反应:3NO2+H2O2HNO3+NO、NO+NO2+2NOHSO4+H2O,可建立关系式:3NO2(a处)~NO~NO2(b处),则理论上应相同时间内控制a、b处通入气体的物质的量之比为3∶1。
(2)制取SO2时,发生反应Na2SO3+H2SO4(浓)Na2SO4+H2O+SO2↑;SO2有毒,是大气污染物,通常使用NaOH溶液进行尾气处理。则由Na2SO3固体制备纯净的NOHSO4晶体的实验方案:向一定量Na2SO3固体中加入一定量18mol·L-1H2SO4溶液充分反应,制得SO2;向浓硝酸中缓慢通入SO2,用0.5mol·L-1NaOH溶液吸收剩余的气体,将反应后得到的混合物过滤、洗涤、干燥。
(3)①从图中可以看出,步骤1中,O—H中的H原子与NH3分子中的N原子间形成共价键,则O—H被削弱,形成的化学键是N—H。②若反应中参加反应的n(NH3)∶n(NO)=1∶1,则依据得失电子守恒,n(NH3)∶n(NO)∶n(O2)=4∶4∶1,从而得出总反应的化学方程式为4NH3+4NO+O24N2+6H2O。
17.答案(1)4NH3+5O24NO+6H2O (2)将一氧化氮氧化成二氧化氮 C (3)4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O (4)3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O 酸性和氧化性
解析由NH4NO3的工业生产流程可知,N2与H2在铁丝网的作用下反应产生NH3,NH3在Pt-Rh合金网的作用下加热,与空气中的O2反应生成NO和水,NO在吸收塔中与O2反应产生NO2,NO2被水吸收得到HNO3和NO。HNO3与NH3作用生成NH4NO3。
(1)反应装置B中发生反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。
(2)在吸收塔C中通入空气的目的是将NO氧化成NO2;在C中发生反应:2NO+O22NO2,3NO2+H2O2HNO3+NO。在D中发生反应:HNO3+NH3NH4NO3。前两个反应是氧化还原反应,第三个反应不是氧化还原反应。所以发生氧化还原反应的容器为C。
(3)浓硝酸不稳定,光照下容易分解,温度越高越容易分解,为防止浓硝酸的分解,常把浓硝酸保存在棕色试剂瓶中,放在冷暗处。分解的化学方程式为4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O。
(4)硝酸有强氧化性,不仅能把活泼的金属氧化,还能把不活泼的金属如Cu氧化。金属Cu与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O。该反应中一部分HNO3中的N元素由+5价变为+2价,得到电子,被还原,表现氧化性,还有一部分HNO3中的N元素的化合价没有变化,提供酸根离子来形成硝酸盐,故硝酸表现的性质是酸性和氧化性。
18.答案(1)①4∶3 ②8H2+Ba(NO3)2BaO+2NH3+5H2O (2)①pH降低,ClO-+H+HClO,溶液中c(HClO)增大 ②HClO受热分解,溶液中c(HClO)减小(3)①NO+NO2+Ca(OH)2Ca2++2N+H2O ②NO2量太多,剩余的NO2和水反应生成NO逸出,导致NO去除率降低
解析(1)①NO储存转化为Ba(NO3)2过程中,根据转化图分析,NO和O2反应转化为NO2,NO2和BaO反应转化为Ba(NO3)2,1molNO转化为NO2需消耗O2的物质的量为0.5mol,生成1molNO2,NO2转化为N,则需要消耗O2的物质的量为0.25mol,整个转化过程中,消耗NO和O2的物质的量之比为1∶0.75=4∶3。②根据图2分析,第一步反应中,H2含量降低,NH3含量升高,可知H2将N还原成NH3,则第一步反应中发生的反应为8H2+Ba(NO3)2BaO+2NH3+5H2O。
(2)①pH降低,c(H+)增大,产生更多的HClO,所以NO的去除率增大。②HClO会分解,温度太高,HClO分解得太多,溶液中HClO浓度减小了。
(3)①NO和Ca(OH)2不反应,所以反应物有NO、NO2和Ca(OH)2,根据氧化还原规律,产物为Ca(NO2)2和水,所以离子方程式为NO+NO2+Ca(OH)2Ca2++2N+H2O。②当太大,NO2量太多,吸收不完,有一部分NO2就和水反应生成硝酸和NO,这样就导致NO2去除率升高,但NO去除率却降低。专题7第二单元 第1课时 氨气
必备知识基础练
1.2021年5月,我国的火星探测器“天问一号”成功登陆火星,其中,制冷温度低、质量小,符合航天要求的制冷机是由云南省有关单位负责研制的。液氨可用作某些行业的制冷剂。下列关于NH3的说法错误的是( )
A.极易溶于水
B.能使湿润的蓝色石蕊试纸变红
C.可用于工业制HNO3
D.可用于生产氮肥
2.[2023江苏徐州统考期中]氨的催化氧化是工业制硝酸的基础:4NH3+5O24NO+6H2O。下列关于该反应的说法正确的是( )
A.NH3作氧化剂
B.O2发生氧化反应
C.反应过程中各元素的化合价都发生变化
D.NH3中N元素被氧化
3.[2023江苏宿迁北附同文实验学校月考]常温下,1体积水能溶解约700体积NH3。用圆底烧瓶收集NH3后进行如图所示实验,下列分析正确的是( )
A.圆底烧瓶内形成喷泉现象,证明NH3与水发生了反应
B.喷泉停止后,圆底烧瓶内剩余少量气体,是因为NH3的溶解已达到饱和
C.圆底烧瓶中的液体呈红色的原因是NH3+H2ONH3·H2O+OH-
D.圆底烧瓶内的液体,含有2种分子
4.下列关于氨气的说法不正确的是(已知NH3难溶于CCl4)( )
A.氨气易液化,汽化时吸热,可用作制冷剂
B.氨气可以用浓硫酸干燥
C.用水吸收氨气可用图1的装置防止倒吸
D.氨气密度比空气密度小,可用图2收集NH3
5.[2023湖北鄂东南重点中学期中]实验中按如图所示的装置来干燥和收集气体R,多余的气体用水吸收,则R是( )
A.NH3 B.SO2
C.Cl2 D.NO2
6.[2023福建福州一中期中]实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下:
已知实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。
a b c
(1)从图中选择制取气体的合适装置:氮气 (填序号,下同),氢气 。
(2)氮气和氢气通过甲装置,甲装置的作用除了将气体混合外,还有干燥氮气和氢气以及 。
甲 乙
(3)氨合成器出来经冷却的气体连续通入乙装置的水中吸收氨,但不会发生倒吸,原因是
。
(4)用乙装置吸收一段时间氨后,再通入空气,同时将经加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内,能使铂丝保持红热的原因是 ;乙装置中氨氧化的化学方程式为 ;锥形瓶中出现白烟,该物质的化学式为 。
关键能力提升练
7.[2023江苏盐城响水中学阶段练习]“空气变面包,氨功不可没”。下列说法正确的是( )
A.NH3易液化,故液氨可做喷泉实验
B.氨气是碱性气体,不能选择浓硫酸干燥,可用CaCl2干燥
C.氨遇到浓盐酸、浓硫酸都会发生反应,产生白烟
D.合成氨是人工固氮重要途径
8.锥形瓶内盛有气体X,滴管内盛有液体Y,若挤压胶头滴管,使液体Y滴入瓶中,振荡,过一会儿可见小气球a鼓起,气体X和液体Y不可能是( )
A.X是NH3,Y是水
B.X是SO2,Y是NaOH浓溶液
C.X是CO2,Y是稀硫酸
D.X是HCl,Y是NaNO3稀溶液
9.实验室进行氨的制备、收集及性质实验。有以下制备、收集装置可供选择,下列说法正确的是( )
a b c
d e f
A.选用b装置制备氨气,试管中加入固体氢氧化钙,分液漏斗中加入氯化铵溶液
B.选用e装置收集氨气,因为氨气比空气轻且易溶于水
C.氨能发生喷泉实验,利用了氨易液化的性质
D.氨气可与盐酸反应,体现了氨气的还原性
10.在1 L 1 mol·L-1的氨水中,下列说法正确的是( )
A.含1 mol NH3分子
B.含NH3和N的物质的量之和为1 mol
C.含NH3·H2O 1 mol
D.含NH3、NH3·H2O、N的物质的量之和为1 mol
11.现用传感技术测定喷泉实验中的压强变化来认识喷泉实验的原理,装置如图1所示,利用排空气法收集NH3,将胶头滴管中的水挤入三颈烧瓶中,完成喷泉实验,瓶内压强变化曲线如图2。下列说法错误的是( )
图1 图2
A.三颈烧瓶内可以看到蓝色喷泉
B.由图2可知D点时喷泉最剧烈
C.实验结束后,水不能充满整个三颈烧瓶
D.图2中A→B段,是因为挤入三颈烧瓶的水吸收了NH3
12.按下图装置进行NH3的性质实验。
(1)①若先打开旋塞1,B瓶中的现象是 ,原因是 。
②稳定后,关闭旋塞1,再打开旋塞2,B瓶中的现象是 。
(2)①若先打开旋塞2,烧杯中溶液显蓝色的原因是 (用化学用语表示)。
②取实验后B中的溶液加热,观察到的现象是 ,发生反应的化学方程式为 。
(3)用圆底烧瓶收集B中的气体(气体全部为NH3)。按如图所示装置,打开止水夹,挤压胶头滴管的胶头时,可以看到的现象为 ,圆底烧瓶中所得溶液的浓度为 (假设是在标准状况下完成实验,且溶质不扩散)。
学科素养创新练
13.在图Ⅰ装置中,烧瓶中充满干燥的气体a,将滴管中的液体b挤入烧瓶内,然后打开弹簧夹,烧瓶内气体a由于极易溶解于液体b,使烧瓶内气压小于外界大气压,从而把烧杯内的液体压回烧瓶,呈喷泉状喷出,最终几乎充满整个烧瓶。
请回答下列问题:
(1)a和b分别可以是 (填字母)。
A.N2、H2O
B.CO2、浓NaOH
C.NH3、盐酸
D.O2、H2O
(2)写出上述能进行化学反应的一个化学方程式:
。
(3)某同学设计了图Ⅱ的喷泉实验装置:
①在图中的锥形瓶里,分别加入足量的下列物质,反应后能产生喷泉的是 (填字母)。
A.Cu和稀盐酸
B.HCl溶液和NaOH溶液
C.Fe2O3和稀硫酸
D.Zn和稀硫酸
②在图Ⅱ的锥形瓶外放一水槽,向锥形瓶中加入酒精,水槽中加入冷水后,再分别加入足量的下列物质,可产生喷泉的是 (填字母)。
A.生石灰 B.硫酸铜
C.浓硫酸 D.硫酸钾
第二单元 重要的含氮化工原料
第1课时 氨气
1.B
2.D 解析 由方程式可知,反应中N元素化合价升高,所以NH3作还原剂,故A错误;由方程式可知,反应中O元素化合价降低,所以O2作氧化剂,发生还原反应,故B错误;由方程式可知,反应中H元素化合价不变,故C错误;由方程式可知,反应中N元素化合价升高,所以NH3中N元素被氧化,故D正确。
3.C 解析 试管内液面上升,不能证明NH3与H2O发生了反应,也可能是由于NH3极易溶于水,A错误;用排空气法收集的气体不一定纯净,NH3极易溶于水,1∶1溶解时远没有达到饱和状态,则试管中剩余少量气体,不是因为NH3在水中的溶解达到了饱和,而是因为收集的NH3中含有少量的空气杂质,B错误;圆底烧瓶中的液体呈红色说明呈碱性,原因是NH3+H2ONH3·H2O+OH-,C正确;圆底烧瓶内的液体,含有H2O、NH3·H2O和NH3,D错误。
4.B 解析 氨气易液化,汽化时吸热,可用作制冷剂,A正确;氨气会与浓硫酸发生反应,所以不能用浓硫酸干燥氨气,B错误;氨气在水中的溶解度大,而在四氯化碳中的溶解度小,四氯化碳的密度比水大,所以氨气通入下层,防止倒吸,C正确;氨气密度比空气密度小,采用向下排空气法收集,即短口进,长口出,D正确。
5.A 解析 由图可知,气体用向下排空气法收集且用倒置漏斗防倒吸,说明该气体的密度比空气的小且易溶于水。
6.答案(1)a b (2)控制氢气和氮气的流速 (3)因为混合气体中含有大量难溶于水的氮气、氢气两种气体,溶解过程中不会造成压强的急剧变化 (4)氨的氧化反应是一个放热反应
4NH3+5O24NO+6H2O NH4NO3
解析 (1)已知实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气,溶液中加热反应选择a装置制备N2。锌粒与稀硫酸反应制备H2,固液不加热反应选择b。
(2)可以通过气泡的量确定气体的流速。
(3)因为混合气体中含有大量难溶于水的氮气、氢气两种气体,溶解过程中不会造成压强的急剧变化,故不会引起倒吸。
(4)铂丝一直红热说明外界给它提供热量,即NH3的催化氧化为放热反应。NH3经O2氧化为NO,NO与O2反应生成NO2,NO2与H2O反应生成HNO3,HNO3与NH3反应生成NH4NO3小颗粒,故白烟成分为NH4NO3。
7.D 解析 NH3极易溶于水,故氨气可做喷泉实验,故A错误;氨气能与CaCl2发生反应,不能用CaCl2干燥氨气,故B错误;氨气遇到HCl发生反应生成氯化铵,产生白烟,氨气和硫酸反应生成硫酸铵,硫酸不挥发,不能产生白烟,故C错误;氮气和氢气反应生成氨气,合成氨是人工固氮重要途径,故D正确。
8.C 解析 液体Y滴入瓶中振荡,小气球a鼓起,说明锥形瓶中压强减小,可能是气体X溶于液体Y,或气体X与液体Y发生反应引起。NH3极易溶于水,气体压强减小,A不符合题意;SO2与NaOH浓溶液反应生成Na2SO3,气体压强减小,B不符合题意;CO2不易溶于稀硫酸,也不发生反应,气体压强几乎不变,C符合题意;HCl不与NaNO3稀溶液反应,但HCl极易溶于水,气体压强减小,D不符合题意。
9.B 解析 选用b装置制备氨气,试管中加入固体NaOH或CaO,分液漏斗中加入浓氨水,A错误;氨气易溶于水且密度小于空气,可选择向下排空气法收集,故选用e装置收集氨气,B正确;氨能发生喷泉实验,利用了氨极易溶于水的性质,C错误;氨气可与盐酸反应生成氯化铵,没有化合价变化,不属于氧化还原反应,D错误。
10.D 解析 NH3+H2ONH3·H2ON+OH-,氨水中含氮微粒有NH3、NH3·H2O、N,根据氮元素守恒可知,1L1mol·L-1的氨水中含NH3、NH3·H2O、N的物质的量之和为1mol。
11.B 解析 NH3溶于水形成氨水,使紫色石蕊溶液显蓝色,观察到三颈烧瓶中产生蓝色喷泉,A正确;由题图2可知,C点时烧瓶内气体压强减小最大,此时NH3溶解最多,喷泉最剧烈,B错误;C点时NH3基本溶解于水,此时压强介于70~80kPa之间,说明烧瓶内有大量空气,最终水不能充满整个三颈烧瓶,C正确;题图2中A→B段,挤入三颈烧瓶的水吸收了NH3,气体压强迅速降低,D正确。
12.答案 (1)①有白烟出现 A瓶中HCl气体压强大,所以HCl进入B瓶,与NH3反应生成NH4Cl固体小颗粒
②石蕊溶液进入B瓶,且溶液显红色 (2)①NH3·H2ON+OH- ②有刺激性气味气体产生,溶液由蓝色又变为紫色 NH3·H2ONH3↑+H2O (3)产生蓝色喷泉
mol·L-1
解析 (1)①A瓶中压强比B瓶中大,打开旋塞1,HCl气体进入B瓶并与NH3反应生成NH4Cl固体小颗粒,B瓶中产生白烟。②反应后B瓶中压强减小,关闭旋塞1,打开旋塞2,烧杯中的石蕊溶液倒吸入B瓶,因B瓶中HCl剩余,得到的溶液显酸性,溶液变红色。
(2)①氨水中NH3·H2O电离得到N、OH-,故溶液显碱性。②氨水不稳定,在加热条件下NH3·H2O分解生成氨气和水,碱性逐渐减弱,溶液由蓝色又变为紫色,反应的化学方程式为NH3·H2ONH3↑+H2O。
(3)NH3溶于水显碱性,遇石蕊溶液变蓝。NH3溶于水形成喷泉后,溶液充满烧瓶,设烧瓶容积为VL,则溶液体积为VL,则c(NH3)=mol·L-1。
13.答案 (1)BC (2)2NaOH+CO2Na2CO3+H2O(或NH3+HClNH4Cl) (3)①D ②AC
解析 (1)N2和O2与水不反应,也不溶于水,不能形成喷泉,A、D不符合题意;CO2与NaOH能发生反应,NH3与HCl能发生反应,气体被溶液吸收,烧瓶内压强减小,同外界环境产生压强差,所以能形成喷泉,B、C符合题意。
(2)2NaOH+CO2Na2CO3+H2O或NH3+HClNH4Cl。
(3)①Cu和稀盐酸不反应,不能形成喷泉,A不符合题意;B、C中的两物质都能反应,但不产生气体,容器内的压强没有明显变化,不能形成喷泉;Zn和稀硫酸反应,产生氢气,使锥形瓶内压强大于烧瓶内压强,能形成喷泉,D符合题意。②生石灰与水反应放出大量的热量,浓硫酸溶解于水中放出大量热量,会使液体的温度升高,达到酒精沸点而使其汽化,锥形瓶内压强会增大,当大于烧瓶内压强时,就能形成喷泉,A、C符合题意;硫酸铜或硫酸钾溶于冷水后,溶液温度基本不变,不能使酒精汽化,锥形瓶内压强与烧瓶内压强是相等的,不能形成喷泉,B、D不符合题意。专题7第二单元 第2课时 硝酸
必备知识基础练
1.[2023江苏连云港赣榆智贤中学月考]下列有关硝酸的说法正确的是( )
A.保存在棕色瓶中 B.不易挥发
C.与铜不反应 D.受热不分解
2.[2023福建厦门二中月考]在一定条件下,不能溶解金属铜的物质是( )
A.浓硫酸 B.浓硝酸
C.浓盐酸 D.稀硝酸
3.[2023福建漳州月考]关于反应3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,下列说法错误的是( )
A.若3.2 g Cu参加反应,转移电子0.1 mol
B.氧化性:HNO3>Cu(NO3)2
C.NO是还原产物
D.氧化剂与还原剂的物质的量之比为8∶3
4.[2023江苏南京五中月考]用以下三种途径制取相同质量的硝酸铜,下列叙述不正确的是( )
①铜与浓硝酸反应 ②铜与稀硝酸反应 ③铜与氧气反应生成氧化铜,氧化铜再与稀硝酸反应
A.对环境造成的危害:③最小
B.所消耗的HNO3的物质的量:①>②>③
C.三种途径所消耗的铜的质量相同
D.铜与浓硝酸反应速率最快,故制取硝酸铜的最佳方案是①
5.已知含Fe3+的溶液为棕黄色,含Fe2+的溶液为浅绿色,向Fe(NO3)2溶液中逐滴加入少量稀盐酸时,溶液的颜色变化应该是( )
A.颜色变浅 B.变为红色
C.没有改变 D.变为棕黄色
6.[2023山东菏泽单县二中月考]某学习小组为研究铜与浓、稀HNO3反应的差异,设计了如图所示的实验装置。下列说法不正确的是( )
A.反应开始前通入过量的CO2气体,目的是排除装置内的空气
B.A中的离子方程式为Cu+2N+4H+C+2NO2↑+2H2O
C.当B中0.03 mol铜粉被氧化时,B中产生的NO物质的量大于0.02 mol
D.C装置中装入一定量的水进行尾气处理
7.将黑色固体单质甲加热至红热,投入黄色的溶液乙中,剧烈反应产生混合气体A,A在常温下不与空气反应,根据下列变化填空:
(1)甲是 ,乙是 ,丙是 。
(2)混合气体A的主要成分是 。
(3)丙与溶液D反应的化学方程式是 。
(4)若将32.0 g丙跟一定量的D的浓溶液反应,丙消耗完时,共产生13.44 L(标准状况)气体,则所消耗D的物质的量为 。
关键能力提升练
8.[2023河北邯郸鸡泽一中月考]某同学进行有关铜、硝酸、硫酸化学性质的实验,实验过程如图所示:
下列说法正确的是( )
A.①中溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生,稀硝酸被还原为NO2
B.NO2能和NaOH反应,因此是酸性氧化物
C.由上述实验得出结论:常温下,Cu既可与稀硝酸反应,也可与稀硫酸反应
D.③中反应的化学方程式:3Cu+Cu(NO3)2+4H2SO44CuSO4+2NO↑+4H2O
9.碳与浓硝酸共热,产生的气体分为两份,第一份气体先通入适量蒸馏水中再通入石灰水中;第二份气体直接通入石灰水中,则石灰水的变化可能是( )
A.第一份不变浑浊;第二份变浑浊
B.第一份变浑浊;第二份不变浑浊
C.第一份变浑浊;第二份变浑浊
D.第一份不变浑浊;第二份不变浑浊
10.[2023湖南株洲醴陵一中月考]碳跟浓硫酸共热产生气体X,铜跟浓硝酸反应产生气体Y,将X与Y同时通入装有稀BaCl2溶液的洗气瓶中(如图装置)。下列有关说法正确的是( )
A.洗气瓶中产生的沉淀可能含碳酸钡
B.在Z导管口处可收集到无色气体NO
C.在Z导管出来的气体中可能不含CO2
D.洗气瓶中产生的沉淀只有硫酸钡
11.[2023湖南师大附中月考]一定量的铁粉和铜粉混合物加入一定量稀硝酸中,充分反应后剩余固体m1 g,再向溶液中加入一定量的稀硫酸,充分反应后,剩余固体质量为m2 g。则m1和m2的关系是( )
A.m1>m2 B.m1=m2
C.m1≥m2 D.不能确定
12.[2023山东潍坊期末]为探究铁片与浓硝酸的反应原理,某同学设计如下4组实验,所有实验过程中均有红棕色气体产生,且③产生的红棕色气体明显比②多,④不考虑空气对反应的影响。
① ② ③ ④
下列说法正确的是( )
A.①中产生的气体一定是混合物
B.②和③中发生的反应完全相同
C.③能说明铁片与浓硝酸发生反应生成NO2
D.由④可说明浓硝酸具有挥发性,且NO2为氧化产物
13.[2023河北石家庄一中月考]在100 mL的混合液中,硝酸和硫酸的物质的量浓度分别是0.4 mol·L-1、0.2 mol·L-1,向该混合液中加入2.56 g铜粉,加热,待充分反应后,所得溶液中铜离子的物质的量浓度是( )
A.0.15 mol·L-1 B.0.225 mol·L-1
C.0.30 mol·L-1 D.0.45 mol·L-1
14.某化学学习小组采用下列装置,对浓硝酸与木炭的反应进行探究(已知:4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O)。
请回答下列问题:
(1)检查装置气密性后,将燃烧匙中的木炭在酒精灯上加热至红热状态,立即伸入三颈烧瓶中,并塞紧瓶塞,滴加浓硝酸,可观察到三颈烧瓶中气体的颜色为 ,产生该气体的化学方程式是 。
(2)装置C中盛有足量Ba(OH)2溶液,反应一段时间后可观察到C中出现白色沉淀,该白色沉淀为 (写化学式)。其中的Ba(OH)2溶液 (填“能”或“不能”)用Ca(OH)2溶液代替,理由是
。
(3)装置B的作用是 。
(4)装置D中收集到了无色气体,部分同学认为是NO,还有部分同学认为是O2。下列对该气体的检验方法合适的是 (填字母)。
A.敞口观察集气瓶内气体的颜色变化
B.将润湿的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内,观察试纸是否变红
C.将带火星的木条伸入集气瓶中,观察木条是否复燃
学科素养创新练
15.[2023江苏南京调研]废旧CPU中的金(Au)、Ag和Cu回收的部分流程如下。
已知:HAuCl4H++AuC。下列说法正确的是( )
A.“酸溶”时用浓硝酸产生NOx的量比稀硝酸的少
B.“过滤”所得滤液中的阳离子只含有Cu2+和Ag+
C.用浓盐酸和NaNO3也可以溶解金
D.用过量Zn粉将1 mol HAuCl4完全还原为Au,参加反应的Zn的物质的量为1.5 mol
16.[2023江苏扬州广陵红桥高级中学月考]如图是用浓硝酸、铜片、水等试剂,探究浓、稀硝酸强氧化性并观察还原产物的实验装置。
Ⅰ.浓硝酸的强氧化性实验
将铜片置于具支试管的底部,在分液漏斗中加入约5 mL浓硝酸,往具支试管中滴入约2 mL浓硝酸,用排水法收集产生的气体。
(1)具支试管中发生反应的化学方程式为 。
(2)实验中观察到能证明浓硝酸具有强氧化性的现象是 。
Ⅱ.稀硝酸的强氧化性实验
(3)上述反应完成后,欲进一步证明稀硝酸也具有强氧化性,紧接的简便、合理的实验操作是 。发生反应的离子方程式是 。
(4)能证明稀硝酸与铜反应产生NO的实验现象是 (填序号)。
A.c中收集到无色气体
B.c中收集到的无色气体接触空气后变为红棕色
C.b中产生的无色气体接触空气后变为红棕色
Ⅲ.问题讨论
(5)用等质量铜片与等体积的浓硝酸、稀硝酸(硝酸均过量)反应时,发现反应后所得溶液前者呈绿色,后者呈蓝色。对此有两种看法:
①两者颜色不同,是由Cu2+浓度差异引起的。
②前者溶液呈绿色,是由生成的红棕色气体NO2溶解于溶液中引起的。
你认为上述看法 (填“①”或“②”)合理。若是①合理,说明理由,若是②合理,设计一个简单实验证明:
。
第2课时 硝酸
1.A 解析 硝酸见光易分解,保存在棕色瓶中,A正确;硝酸易挥发,浓度大于90%时为“发烟”硝酸,B错误;硝酸氧化性很强,常温下能与铜反应生成硝酸铜、氮氧化物和水,C错误;硝酸受热易分解生成二氧化氮、氧气和水,D错误。
2.C 解析 浓硫酸和铜在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫和水,A不符合题意;浓硝酸和铜反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,B不符合题意;浓盐酸与铜不反应,C符合题意;稀硝酸和铜反应生成硝酸铜、一氧化氮和水,D不符合题意。
3.D 解析 根据反应3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O可知,每有3molCu反应,反应过程中转移电子6mol,3.2gCu的物质的量是0.05mol,则其完全发生上述反应时转移电子的物质的量是0.1mol,A正确;反应中,HNO3作氧化剂,Cu(NO3)2为氧化产物, 所以氧化性:HNO3>Cu(NO3)2,B正确;N元素化合价降低,所以HNO3为氧化剂,NO为还原产物,C正确;Cu元素化合价升高,所以Cu为还原剂,在化学方程式中8个HNO3参加反应,其中只有2个作氧化剂,故氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3,D错误。
4.D 解析 ①铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2H2O+2NO2↑;②铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水,3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+4H2O+2NO↑;③铜与氧气反应生成氧化铜,氧化铜再与稀硝酸反应,反应为2Cu+O22CuO、CuO+2HNO3+H2O。③不生成污染性气体,对环境污染最小,故A正确;由分析可知,生成等量的硝酸铜,所消耗的HNO3的物质的量:①>②>③,B正确;根据铜元素守恒可知,三种途径所消耗的铜的质量相同,C正确;铜与浓硝酸反应生成污染性气体,且氮元素利用率低;方案③不生成污染性气体且氮元素利用率高,故制取硝酸铜的最佳方案是③,D错误。
5.D 解析 溶液中存在N,再加入盐酸相当于提供了H+,Fe2+会被N(H+)氧化成Fe3+,硝酸被还原为NO,所以溶液变成棕黄色。
6.D 解析 铜与浓硝酸反应生成NO2,NO2为红棕色气体,铜与稀硝酸反应生成NO,NO为无色气体,NO能与氧气反应生成NO2,为了避免空气中氧气对实验干扰,先通入二氧化碳,排除装置内的空气,然后打开分液漏斗活塞,滴加浓硝酸,三颈烧瓶中出现红棕色气体,说明铜与浓硝酸反应生成NO2,NO2与B中水反应生成NO和HNO3,B中铜粉溶解,溶液变蓝,试管B中气体不显红棕色,说明铜和稀硝酸反应生成NO,氮的氧化物有毒,需要尾气处理。为了便于观察B中生成无色气体,防止NO被氧化,开始前通入二氧化碳气体,排除装置内的空气,A正确;A中Cu与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,离子方程式为Cu+2N+4H+C+2NO2↑+2H2O,B正确;B中Cu与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水,根据得失电子守恒,0.03mol×(2-0)=n(NO)×(5-2),解得n(NO)=0.02mol,NO2与水反应也能产生NO,因此试管B中产生NO物质的量大于0.02mol,C正确;NO不与水反应,不能装入一定量的水进行尾气处理,D错误。
7.答案 (1)碳 浓硝酸 Cu (2)CO2和NO2
(3)3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(4)1.6 mol
解析 由反应③可推测单质丙为单质铜,则溶液D中存在硝酸,进一步结合反应①②以及将黑色固体单质甲加热至红热,投入黄色的溶液乙中,剧烈反应产生混合气体A,得知A为CO2与NO2的混合气体,B为NO,甲为C(碳),乙为浓硝酸。
(3)由分析可知化学方程式为3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
(4)n(Cu)==0.5mol,n(气体)==0.6mol。利用氮原子守恒,消耗硝酸的物质的量n(HNO3)=2n(Cu)+n(气体)=2×0.5mol+0.6mol=1.6mol。
8.D 解析 稀硝酸与铜反应生成一氧化氮和硝酸铜,稀硝酸被还原为一氧化氮,A错误;NO2与NaOH反应生成NaNO3、NaNO2和H2O,生成的盐是两种,且发生元素化合价的变化,所以NO2不是酸性氧化物,B错误;实验①~③中,由于在滴加稀硫酸前,溶液中含有硝酸根离子,滴加稀硫酸后,使得硝酸根的氧化性增强,从而将剩余的铜氧化,因此只能说明稀硝酸能与铜反应,C错误;在实验③中,滴加稀硫酸后增强了硝酸根的氧化性,从而将剩余的铜氧化,因此反应的化学方程式为3Cu+Cu(NO3)2+4H2SO44CuSO4+2NO↑+4H2O,D正确。
9.B 解析 碳与浓硝酸共热,产生NO2和CO2的混合气体,第一份气体先通入适量蒸馏水中,NO2与水反应生成硝酸和NO,NO和剩余气体(CO2)通入石灰水中,石灰水变浑浊;第二份气体直接通入石灰水中,NO2与水反应生成硝酸,再和石灰水反应,石灰水不变浑浊。
10.D 解析 碳与浓硫酸共热产生的气体X为CO2和SO2,铜与浓硝酸反应产生的气体Y是NO2,CO2与稀BaCl2溶液不反应,无BaCO3沉淀生成,A错误;NO2溶于水生成的HNO3将SO2氧化为H2SO4,与BaCl2反应生成BaSO4沉淀,过程中会产生NO气体,NO在常温下与O2反应生成红棕色NO2,B错误;因为CO2在溶液中不发生化学反应,只有少量溶解,所以在Z导管出来的气体中应含有CO2,C错误;CO2与BaCl2溶液不反应,SO2被氧化生成的H2SO4与BaCl2反应,所以洗气瓶中产生的沉淀只有硫酸钡,D正确。
11.A 解析 铁与铜的混合物中,加入一定量的稀硝酸,反应后剩余金属m1g,该金属为Cu或Cu、Fe;铁和铜都能与硝酸反应生成硝酸盐,再加入硫酸,提供氢离子,在酸性条件下,硝酸盐中的硝酸根具有强氧化性,还能与剩余金属反应,金属又部分溶解,故m1一定大于m2,A正确。
12.A 解析 浓硝酸具有不稳定性,加热条件下分解生成二氧化氮、氧气和水,则产生的气体一定为混合物,A正确;常温下,Fe会被浓硝酸钝化,表面形成致密的氧化膜,阻止反应继续进行,加热时Fe可以与浓硝酸持续反应,B错误;对比实验①和③可知,在没有铁片存在的情况下也产生了红棕色气体,所以不能说明铁片与浓硝酸发生反应生成NO2,故C错误;浓硝酸易挥发,与铁反应生成NO2,硝酸中N元素化合价为+5价,生成二氧化氮的N的化合价为+4价,化合价降低,NO2为还原产物,D错误。
13.C 解析 反应离子方程式为3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O,由题可知,n(N)=0.04mol,n(H+)=0.08mol,当n(Cu)=0.04mol,H+量不足,计算得到n(Cu2+)=×0.08mol=0.03mol,c(Cu2+)==0.30mol·L-1,C正确。
14.答案 (1)红棕色 C+4HNO3(浓)4NO2↑+CO2↑+2H2O (2)BaCO3 不能 Ca(OH)2溶液中Ca(OH)2浓度较低,NO2、CO2过量,最终溶液显酸性,不能形成CaCO3沉淀 (3)防倒吸 (4)AC
解析 (1)装置A中是浓硝酸与木炭的反应,生成NO2、CO2和H2O,由于NO2为红棕色气体,故三颈烧瓶中的气体为红棕色,化学方程式见答案。
(2)将NO2、CO2通入Ba(OH)2溶液中分别生成Ba(NO3)2和BaCO3,由于Ba(OH)2溶液足量,故溶液为碱性环境,BaCO3不溶解,以沉淀形式析出。Ba(OH)2溶液不能用Ca(OH)2溶液代替,因为Ca(OH)2微溶于水,溶液中Ca(OH)2浓度太低,不足以完全吸收生成的气体,导致溶液呈酸性,不能生成CaCO3沉淀。
(3)装置B可以防止装置C中气体因溶解速率太快而出现倒吸。
(4)NO与足量O2反应生成红棕色气体NO2,A正确;NO和O2均不具有酸性,B错误;O2能使带火星的木条复燃,而NO不能,C正确。
15. C 解析 硝酸与金不反应,与银和铜反应,酸溶后过滤得到金,滤液中所含金属离子为铜离子和银离子,经过溶金分离后得到氯金酸溶液,用锌粉还原得到金。浓硝酸被还原产生NO2,产生1molNO2得1mol电子,稀硝酸被还原产生NO,产生1molNO得3mol电子,金属的量相同,“酸溶”时用浓硝酸产生NOx的量比稀硝酸的多,A错误;“过滤”所得滤液中的阳离子含有H+、Cu2+和Ag+,B错误;浓盐酸和NaNO3在溶液中电离产生氢离子和硝酸根离子,相当于有硝酸,也可以溶解金,C正确;HAuCl4H++AuC,氢离子也会与锌反应,1molHAuCl4参加反应时转移电子的物质的量为4mol,消耗锌的物质的量为2mol,D错误。
16.答案 (1)Cu + 4HNO3(浓) Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O (2)铜片溶解,试管中溶液变蓝,且b中有红棕色气体产生
(3)向分液漏斗中加水,稀释浓硝酸,打开活塞,滴入稀硝酸
3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O (4)C
(5)② 往蓝色溶液中通NO2,溶液变绿(或加热绿色溶液,产生红棕色气体,溶液变蓝)
解析 (1)具支试管中铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮、水,发生反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
(2)浓硝酸具有强氧化性,铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮、水,反应现象为铜片溶解,试管中溶液变蓝,且b中有红棕色气体产生。
(3)向分液漏斗中加水,稀释浓硝酸,打开活塞,放入稀硝酸,铜能继续溶解,证明稀硝酸具有强氧化性;铜和稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮、水,发生反应的离子方程式是3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O。
(4)A.NO2和水反应生成硝酸和NO,c中收集到无色气体,可能是NO2和水反应生成的NO,不能证明稀硝酸与铜反应产生NO;B.c中收集到的无色气体接触空气后变为红棕色,只能说明c中收集的气体是NO,NO可能是NO2和水反应生成的,不能证明稀硝酸与铜反应产生NO;C.b中产生的无色气体接触空气后变为红棕色,烧杯b中有NO生成,证明稀硝酸与铜反应产生NO。
(5)用等质量铜片与等体积的浓硝酸、稀硝酸(硝酸均过量)反应时,生成硝酸铜的浓度相等,两者颜色不同,不可能是Cu2+浓度差异引起的,所以②合理。往蓝色溶液中通NO2,溶液变绿,或加热绿色溶液,产生红棕色气体,溶液变蓝,证明②合理。专题7第三单元 含氮化合物的合理使用
必备知识基础练
1.[2023山东济宁实验中学月考]对于铵盐的描述都正确的是( )
①都溶于水 ②都是白色晶体 ③都有刺激性气味 ④加热后都有NH3放出 ⑤与碱混合后加热都有NH3放出
A.全部 B.①②④
C.①②⑤ D.③④⑤
2.[2023山东济南期末]汽车尾气中的氮氧化合物(NOx)与大气中的NH3发生如下作用,形成一种雾霾。
NOxN2O5HNO3烟(一种雾霾)
有关该雾霾的叙述错误的是( )
A.该雾霾中含硝酸铵固体
B.反应②是非氧化还原反应
C.反应①是固氮反应
D.NH3可能来自过度施用氮肥
3.检验试管中盛有的少量白色固体是铵盐的方法是( )
A.将固体加热,用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验,看是否变蓝
B.加水溶解,用pH试纸测溶液的酸碱性
C.加水溶解,加入浓NaOH溶液,加热,用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验,看是否变蓝
D.加水溶解,加入浓NaOH溶液,加热,再滴入酚酞溶液
4.[2023湖南长沙宁乡一中月考]仅使用一种试剂(可以加热),就能将NH4Cl、NaCl、(NH4)2SO4、Na2SO4四种无色溶液区分开来的是( )
A.Ba(OH)2溶液 B.AgNO3溶液
C.BaCl2溶液 D.NaOH溶液
5.[2023江苏盐城响水清源中学月考]价类二维图是学习元素化合物的工具,a~g分别表示氮元素的不同价态所对应的物质,其关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.f属于强电解质
B.g受热分解一定能得到a
C.b常温下可转化为c从而实现氮的固定
D.可用湿润的红色石蕊试纸检验a
6.[2023福建福州高级中学期中]下图表示汽车尾气净化器处理汽车尾气的过程。下列有关叙述不正确的是( )
A.CO转化为CO2所需氧元素来源于NO2
B.汽车尾气发生的都是氧化反应
C.Pt-Rh催化剂化学反应前后质量不变
D.使用该净化器可减少酸雨的发生
7.[2023湖南衡阳四中开学考试]小红在奶奶家看到一袋化肥,化肥标签上的部分文字说明如图,请根据所学知识,跟她一起思考并探究。
碳酸氢铵
化学式:NH4HCO3
净 重:50 kg
含氮量:≥16%
保 存:密封、防潮、阴暗处
施 用:避免雨天、高温天气
(1)从标签上看,该化肥具有的物理性质和化学性质分别是 (各写一条即可)。
(2)碳酸氢铵还具有哪些化学性质
Ⅰ.探究碳酸氢铵溶液的酸碱性
取少量碳酸氢铵固体于试管中,加适量蒸馏水溶解,滴入 试液,振荡,观察到溶液变成红色,说明碳酸氢铵溶液显碱性。
Ⅱ.探究“N”的作用
图1
如图1,取少量碳酸氢铵固体于研钵中,加入少量熟石灰混合研磨,闻到 气味,说明碳酸氢铵可与碱反应。
Ⅲ.探究“”的作用
根据已学知识可知碳酸氢钠能与酸反应,那么碳酸氢铵是否也能与酸发生反应呢
取少量碳酸氢铵固体于试管中,滴加稀盐酸,观察到固体逐渐减少,有气泡生成,将产生的气体通入澄清石灰水中,石灰水变浑浊。请写出产生气泡的化学方程式:
。
Ⅳ.根据标签中“避免雨天、高温天气”,猜测碳酸氢铵不稳定,利用图2所示装置进行验证。
图2
取少量碳酸氢铵固体于试管中,用酒精灯加热一段时间,观察到:①A中试管内壁有水珠生成;②B中酚酞溶液变红色;③C中 。
小红认为根据现象①可以判断碳酸氢铵分解产生水,根据现象②可以判断碳酸氢铵分解产生氨气,根据现象③可以判断碳酸氢铵分解产生了二氧化碳。小红将她探究的过程分享给同学后,同学认为现象①并不能准确判定碳酸氢铵分解的产物中一定含有水,理由是
。
关键能力提升练
8.为了检验某固体物质中是否含有N,你认为下列试纸和试剂能用到的是( )
①蒸馏水 ②NaOH溶液 ③红色石蕊试纸 ④蓝色石蕊试纸 ⑤稀硫酸
A.①②④ B.①②③
C.②③ D.①③⑤
9.大型影剧院容纳的人数众多,防火安全非常重要。用浓氯化铵溶液处理过的舞台幕布不易着火,其原因是( )
①幕布的着火点升高 ②幕布的质量增加
③氯化铵分解吸收热量,降低了温度 ④氯化铵分解产生的气体隔绝了空气
A.①② B.②④ C.③④ D.①③10.[2023山西朔州怀仁一中期中]汽车尾气管中安装有尾气处理装置,以降低汽车使用过程中对环境的污染,其工作原理如图所示,下列说法正确的是( )
A.反应中NO为还原剂,N2为还原产物
B.汽车尾气的主要污染成分为CO、NO和N2
C.催化转化总反应为2NO+O2+2CO2CO2+N2
D.NO和O2必须在催化剂表面才能反应
11.[2023陕西西安期中]为落实“五水共治”,某工厂拟综合处理含N废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO,不考虑其他成分),设计了如下流程:
下列说法不正确的是( )
A.X可以是空气,且需过量
B.固体1中主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3
C.捕获剂所捕获的气体主要是CO
D.处理含N废水时,发生反应的离子方程式为N+NN2↑+2H2O
12.[2023福建莆田二十五中期中]工业或机动车尾气中的NOx会造成环境问题,可用多种方法脱除。
(1)碱液吸收:NaOH溶液可吸收硝酸工业尾气(含NO、NO2),获得副产品NaNO2。
①等物质的量NO与NO2被NaOH溶液吸收,反应的离子方程式为 。
②若吸收时NO与NO2比例控制不当,则吸收液经浓缩结晶、过滤得到NaNO2晶体中最有可能混有的杂质是 (填化学式)。排放的尾气中含量较高的氮氧化物是 (填化学式)。
(2)还原法:尿素水溶液热解产生的NH3可去除尾气中的NOx,流程如下:
①尿素[CO(NH2)2]中氮元素的化合价为 。
②写出“催化反应”过程中NH3还原NO2的化学方程式: 。
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。试分析硫酸盐的产生过程: 。
④“催化反应”过程中需控制温度在250~380 ℃之间。温度过高,NOx的去除率下降,其原因可能是温度过高催化剂的活性降低和 。
13.[2023江苏南通如皋月考]用如图所示装置测定氮肥[NH4HCO3中含(NH4)2CO3]中NH4HCO3的质量分数(不考虑铵盐溶液分解)。
(1)实验时,若需配制100 mL 5.0 mol L-1的NaOH溶液,则所需NaOH固体的质量是 。
(2)为提高实验的准确性,待充分反应后需继续向烧瓶中鼓入空气一段时间,其目的是 。
(3)取7.59 g样品与NaOH溶液混合,完全溶解后,加热充分反应,并使生成的氨气全部被稀硫酸吸收,测得稀硫酸增重1.7 g。
①样品中的物质的量为 mol。
②NH4HCO3的质量分数为 。
学科素养创新练
14.某城市对大气进行监测,发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5(直径小于等于2.5 μm的悬浮颗粒物),其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此,对PM2.5、SO2、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题:
(1)PM2.5分散在空气中形成的分散系 (填“属于”或“不属于”)胶体。
(2)将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如表所示:
离子 K+ Na+ N S N Cl-
浓度/(mol·L-1) 4×10-6 6×10-6 2×10-5 4×10-5 3×10-5 2×10-5
根据表中数据判断待测试样为 (填“酸”或“碱”)性,该试样中c(H+)= mol·L-1。
(3)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨,污染大气,采用NaClO2溶液在碱性条件下对烟气进行脱硫、脱硝,效果非常好。完成下列对烟气脱硝过程的离子方程式。
Cl+ NO+
Cl-+ N+
(4)为减少SO2的排放,常采取的措施有
①将煤转化为清洁气体燃料。写出焦炭与水蒸气反应的化学方程式: 。
②洗涤含SO2的烟气。以下物质可作洗涤剂的是 (填字母)。
a.Ca(OH)2 b.Na2CO3
c.CaCl2 d.NaHSO3
(5)汽车尾气中NOx和CO的生成及转化。
①汽车启动后,气缸温度越高,单位时间内NO排放量越大,写出气缸中生成NO的化学方程式: 。
②汽车燃油不完全燃烧时产生CO,目前,在汽车尾气系统中安装催化转化器可减少CO和NO的污染,其化学方程式为
。
第三单元 含氮化合物的合理使用
1.C 解析 ①铵盐都易溶于水,故正确;②铵盐都是白色晶体,故正确;③所有铵盐均为固体,不具有氨的刺激性气味,故错误;④大多数铵盐分解生成氨气,部分铵盐分解生成氮气或者其他含氮化合物,故错误;⑤铵盐中铵根离子能与碱反应,受热放出氨气,故正确。故选C。
2.C 解析 硝酸和氨气反应生成硝酸铵,故雾霾中含有硝酸铵固体,A正确;N2O5中氮元素为+5价,O为-2价,H2O中H为+1价,O为-2价,HNO3中H为+1价,N为+5价,O为-2价,各元素化合价未发生变化,是非氧化还原反应,B正确;固氮反应是将游离态的氮转化为化合态的氮,NOx中N已经是化合态,故反应①不是固氮反应,C错误;过度施用氮肥,其中铵态氮肥可分解生成氨气,D正确。
3.C 解析 检验固体铵盐时,要先加水溶解,再加入浓NaOH溶液,加热,用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验,看是否变蓝,若变蓝则产生NH3,从而推知白色固体为铵盐。
4.A 解析 四种无色溶液分别加入Ba(OH)2溶液并加热,只有刺激性气味气体产生的是NH4Cl溶液;无现象的是NaCl溶液;既有刺激性气味气体产生,又有白色沉淀产生的是(NH4)2SO4溶液,只有白色沉淀产生的是Na2SO4溶液,A正确。
5.D 解析 由图可知,a为-3价的氢化物,即NH3,b为N2,c为+2价的氧化物,即NO,d为+4价的氧化物,即NO2或N2O4,e为+5价的含氧酸,即HNO3,f为-3价的碱,即NH3·H2O,g为-3价的盐,即铵盐。f为NH3·H2O,属于弱电解质,A错误;铵盐受热分解不一定得到a,可能得到氮的氧化物,如硝酸铵在不同温度下的分解,B错误;b为N2,c为NO,b在放电条件下可转化为c从而实现氮的固定,C错误;a为NH3,可用湿润的红色石蕊试纸检验氨气,D正确。
6.B 解析 由图可知,CO转化为CO2所需氧元素来源于NO2,A正确;由图可知,氮的氧化物变为氮气,发生的是还原反应,B错误;催化剂只是参与反应,但是反应前后其质量是不变的,C正确;使用该净化器,反应产物中没有氮的氧化物,可以减少酸雨的发生,D正确。
7.答案 (1)易溶于水、高温易分解 (2)酚酞 刺激性 NH4HCO3+HClNH4Cl+H2O+CO2↑ 澄清石灰水变浑浊 碳酸氢铵易潮解,所取样品可能吸收了空气中的水分
解析 (1)碳酸氢铵属于铵盐,易溶于水、高温易分解。
(2)Ⅰ. 碱能使酚酞试液变红色,取少量碳酸氢铵固体于试管中,加适量蒸馏水溶解,滴入酚酞试液,振荡,观察到溶液变成红色,说明碳酸氢铵溶液显碱性。Ⅱ. 取少量碳酸氢铵固体于研钵中,加入少量熟石灰混合研磨,产生氨气,氨气具有刺激性气味,因此闻到刺激性气味,说明碳酸氢铵可与碱反应。Ⅲ. 取少量碳酸氢铵固体于试管中,滴加稀盐酸,二者反应生成氯化铵、二氧化碳和水,因此观察到固体逐渐减少,有气泡生成,将产生的气体通入澄清石灰水中,石灰水变浑浊,产生气泡的化学方程式为NH4HCO3+HClNH4Cl+H2O+CO2↑。Ⅳ. 取少量碳酸氢铵固体于试管中,用酒精灯加热一段时间,碳酸氢铵受热分解生成氨气、二氧化碳和水,氨气溶于水显碱性,二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊,因此可观察到:①A中试管内壁有水珠生成;②B中酚酞溶液变红色;③C中澄清石灰水变浑浊。由于碳酸氢铵易潮解,所取样品可能吸收了空气中的水分,所以现象①并不能准确判定碳酸氢铵分解的产物中一定含有水。
8.B 解析 固体加蒸馏水溶解,再加入NaOH溶液后,加热,若含有N,则发生N+OH-NH3↑+H2O,NH3能使湿润(用到蒸馏水)的红色石蕊试纸变蓝。故选B。
9.C
10.A 解析 NO与O2反应生成NO2,NO为还原剂;NO2和CO反应生成N2,N2为还原产物,A正确;汽车尾气的主要污染成分为CO、NO,N2不是污染物,B错误;根据图示,催化转化总反应为2NO+O2+4CO4CO2+N2,C错误;NO和O2可在常温下直接反应生成NO2,不需要催化剂,D错误。
11.A 解析 工业废气通入石灰乳,CO2、SO2和Ca(OH)2反应生成CaCO3、CaSO3,得到固体1为CaCO3、CaSO3和过量的Ca(OH)2,B正确;剩余气体1为N2、NO、CO,其中的NO与X、NaOH溶液反应生成NaNO2,则X为氧化剂,可以是空气,但空气不能过量,否则过量的O2会将NaNO2氧化为NaNO3,A错误;气体2主要是N2和CO,CO对环境有污染,故经过捕获剂得到无污染的气体即N2,则捕获剂所捕获的气体主要是CO,C正确;N和N反应生成无污染的气体为N2,D正确。
12.答案 (1)①NO+NO2+2OH-+H2O
②NaNO3 NO (2)①-3 ②8NH3+6NO27N2+12H2O ③SO2与O2、H2O反应生成H2SO4,生成的H2SO4与NH3反应生成(NH4)2SO4或NH4HSO4 ④温度升高,NH3催化氧化生成NO
解析 (1)①由题意可知NO和NO2混合气体通入NaOH生成NaNO2,反应的化学方程式为NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O,离子方程式为NO+NO2+2OH-2N+H2O。②NO与NO2混合气体中NO过量时,混合气体与NaOH反应生成的盐只有NaNO2。同时,过量的NO由于不和NaOH反应,以尾气形式排放。当NO与NO2比例为1∶1时,与NaOH反应只生成NaNO2,无气体释放。混合气体中NO2过量时,除NO与NO2按1∶1与NaOH反应生成NaNO2外,剩余的NO2可被NaOH吸收生成NaNO2和NaNO3,无气体释放,故晶体中最可能的杂质为NaNO3,比例不当时可能释放NO。
(2)①CO(NH2)2中碳元素为+4价,氧元素为-2价,氢元素为+1价,设氮元素化合价为x,则4+(-2)+2x+1×4=0,解得x=-3。②依据题意可知反应物为NO2和NH3,产物为N2和H2O。③硫酸盐形成需要S,而题目中混合气体含有的是SO2,因此可以推测形成S的过程中存在将SO2氧化成SO3的过程。尿素水溶液热解和催化生成N2过程中均有H2O生成,可以将SO3转化成H2SO4,生成的H2SO4与NH3反应生成(NH4)2SO4或NH4HSO4。④催化反应过程通入的气体含有NO2、O2、NH3、H2O、CO2(尿素水溶液热解产物),除发生NO2与NH3反应外,还可能发生NH3的催化氧化,其产物为NO和H2O。NO的生成可以使NOx的去除率下降。
13.答案 (1)20.0 g (2)将氨气全部赶出而使其被稀硫酸吸收 (3)①0.1 ②93.7%
解析 (1)m(NaOH)=5.0mol L-1×0.1L×40g mol-1=20.0g。
(2)由于装置中还有反应生成的氨气未全部排出,为提高实验的准确性,应将生成的氨气全部排出被稀硫酸吸收,因此待充分反应后需继续向烧瓶中鼓入空气一段时间,其目的是将氨气全部赶出而使其被稀硫酸吸收。
(3)①根据稀硫酸增重1.7g即增加的质量为氨气的质量,氨气物质的量为0.1mol,则样品中的物质的量为0.1mol。②设NH4HCO3物质的量为xmol,(NH4)2CO3物质的量为ymol,则有x+2y=0.1,79x+96y=7.59,解得y=0.005,x=0.09,故NH4HCO3的质量分数为×100%≈93.7%。
14.答案 (1)不属于 (2)酸 10-4 (3)3 4 4OH- 3
4 2H2O (4)①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ②ab
(5)①N2+O22NO ②2CO+2NO2CO2+N2
解析 (1)PM2.5的直径不在1~100nm之间,所以分散在空气中形成的分散系不属于胶体。
(2)根据电荷守恒得c(H+)+c(K+)+c(Na+)+c(N)=2c(S)+c(N)+c(Cl-),将表中数据代入得c(H+)=10-4mol·L-1,所以待测试样显酸性。
(3)N元素化合价从+2价升高到+5价,失去3个电子,Cl元素化合价从+3价降低到-1价,得到4个电子,根据得失电子守恒可知反应的离子方程式为3Cl+4NO+4OH-3Cl-+4N+2H2O。
(4)①焦炭与水蒸气反应的化学方程式为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)。②二氧化硫是酸性氧化物,能够与碱反应:SO2+Ca(OH)2CaSO3↓+H2O;也能够与碳酸钠反应:SO2+Na2CO3Na2SO3+CO2,与氯化钙、亚硫酸氢钠均不反应,答案选ab。
(5)①气缸中生成NO的化学方程式为N2+O22NO。②CO和NO催化氧化生成氮气和二氧化碳,反应的化学方程式为2CO+2NO2CO2+N2。微专题2常见气体的实验室制法
1.实验室制备干燥的氨气所需的药品是( )
A.NH4Cl稀溶液、NaOH稀溶液、碱石灰
B.饱和氨水、NaOH固体、五氧化二磷固体
C.NaOH溶液、NH4Cl晶体、浓硫酸
D.NH4Cl固体、Ca(OH)2固体、碱石灰
2.已知氨气极易溶于水,难溶于有机溶剂CCl4。下列不适合作氨气的尾气吸收装置的是( )
A B C D
3.[2023江苏连云港阶段练习]下列气体既能用碱石灰干燥,又能用浓硫酸干燥的是( )
A.NH3 B.SO2 C.O2 D.HCl
4.[2023湖北襄阳四中开学考试]某同学探究氨和铵盐的性质,相关实验操作及现象描述正确的是( )
A.加热NH4Cl晶体制备氨气
B.将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近,观察到白烟
C.将浓氨水滴到CaO上,会有氨气生成
D.除去碘中混有的少量氯化铵,可采用升华的方法
5.[2023江苏无锡期中]实验室可选用下列装置和试剂制备氨气,并干燥、收集和处理尾气。下列说法正确的是( )
① ② ③
④ ⑤
A.①和②均可用于实验室制备氨气
B.③中盛有碱石灰或无水氯化钙可用于干燥氨气
C.④可用于收集氨气,气流方向为左进右出
D.⑤中盛有稀硫酸可用于氨气的尾气处理
6.实验室采用如图装置制备气体,合理的是( )
选项 化学试剂 制备的气体
A 氯酸钾与二氧化锰 O2
B 浓氨水与生石灰 NH3
C 铜与浓硝酸 NO2
D 锌粒与稀硫酸 H2
7.用如图装置制取气体(图中加热及气体收集装置均已略去;必要时可加热;a、b、c、d表示相应仪器中加入的试剂)。利用下列方案可得到干燥、纯净气体的是( )
选项 制备气体 a b c d
A Cl2 浓盐酸 MnO2 NaOH溶液 碱石灰
B NH3 浓氨水 CaO H2O 固体NaOH
C NO 稀硝酸 Cu H2O P2O5
D H2 稀硝酸 Zn NaOH溶液 无水CaCl2
8.某化学课外活动小组通过下列实验验证Cl2与NH3的反应,下列有关说法错误的是( )
A.用KMnO4和浓盐酸制备Cl2时,氧化剂与还原剂的物质的量之比为5∶1
B.A装置制备Cl2,E装置制备NH3
C.反应时,装置C中观察到的现象是黄绿色变浅,有白烟产生,说明生成NH4Cl和N2
D.尾气中的NH3可被F装置吸收
9.[2023辽宁锦州育明高级中学月考]某小组同学欲探究NH3催化氧化反应,按如图1装置进行实验。
图1
A、B装置可选药品:浓氨水、H2O2、蒸馏水、NaOH固体、MnO2。
(1)B装置中烧瓶内固体名称为 。
(2)NH3催化氧化的化学方程式是 。
(3)甲乙两同学分别按上述装置进行实验,一段时间后,装置G中溶液都变成蓝色。
①甲观察到装置F中有红棕色气体,生成红棕色气体的化学方程式是 。
②乙观察到装置F中只有白烟生成,白烟的成分是 (写化学式)。
③已知酸性条件下的硝酸根有强氧化性,G中生成能用排水法收集的无色气体。试根据条件,用离子方程式解释装置G中溶液变成蓝色的原因: 。
(4)为帮助乙实现在装置F中也观察到红棕色气体,可在原实验的基础上进行改进。甲认为可调节K1和K2控制A、B装置中的产气量,应 (填“增加”或“减少”)装置A的产气量。
(5)为实现该反应,也可用如图2所示的装置替换上述装置中虚线框部分,化合物X为 ,图2装置中NH4HCO3发生反应的化学方程式为 。
图2
10.[2023江苏扬州广陵区期中]已知氨可以与灼热的氧化铜反应生成氮气和金属铜,用下面示意图中的装置可以实现该反应。
试回答下列问题:
(1)请写出A中反应的化学方程式: 。
(2)仪器B中盛放 (填字母)作为干燥剂去除气体中的水蒸气。
a.碱石灰 b.浓硫酸
(3)实验时在C中加入CuO,发生反应的化学方程式是 。
(4)反应结束后取下D试管,向其中滴加几滴酚酞试液,观察到的现象是 ,产生该现象的原因是 (用恰当的化学用语表示)。
(5)装置E中收集到的物质是 (填化学式)。
(6)向10 g Cu和CuO组成的混合物中,加入一定量的稀硝酸溶液,恰好使混合物完全溶解,同时收集到标准状况下2.24 L NO。请回答以下问题:
①写出Cu与稀硝酸反应的离子方程式: 。
②计算原混合物中铜的质量分数: 。
11.[2023江苏南京阶段练习]人类的农业生产离不开氮肥,几乎所有的氮肥都以氨为原料,某化学兴趣小组利用图1装置制备氨并探究相关性质。
(1)图1装置A中,烧瓶内药品可选用 。
图1
图2
(2)实验中观察到C中CuO粉末变红,D中无水硫酸铜变蓝,并收集到一种单质气体,则该反应相关化学方程式为 。
(3)该实验缺少尾气吸收装置,图2中不能用来吸收尾气的装置是 (填装置序号)。
(4)实验室还可用图3所示装置制备氨气,反应化学方程式为 。用圆底烧瓶收集干燥的
氨气,用图4装置进行喷泉实验,挤压胶头滴管时,可以得到红色喷泉,原因是 (用化学方程式和适当的文字来说明)。
(5)图4装置中,若将胶头滴管中的水和烧杯中滴有酚酞的水换成下列选项的溶液,烧瓶中的气体换成下列选项中的气体,不能形成喷泉实验现象的组合是 (填字母)。
图3 图4
A.水、CO2
B.HCl溶液、NH3气体
C.NaOH溶液、HCl气体
D.NaOH溶液、CO2气体
(6)氨气极易溶于水,若标准状况下,将5.6 L的氨气溶于水配成1 L溶液,所得溶液的物质的量浓度为 mol L-1。
微专题2 常见气体的实验室制法
1.D
2.C 解析 NH3极易溶于水,若用C中的装置作NH3的尾气吸收装置,则容易发生倒吸。
3.C 解析 氨气为碱性气体,不能用浓硫酸干燥,故A错误; 二氧化硫为酸性氧化物,能够与碱石灰反应,不能使用碱石灰干燥,故B错误;氧气为中性气体,既能用浓硫酸干燥,又能用碱石灰干燥,故C正确;HCl是酸性气体,不能用碱石灰干燥,故D错误。
4.C 解析 NH4Cl晶体受热分解生成氨气和氯化氢,但氨气和氯化氢冷却后又结合成氯化铵,所以不能用加热NH4Cl晶体的方法制备氨气,A错误﹔将蘸有浓氨水和浓盐酸(或浓硝酸)的玻璃棒靠近,挥发出的NH3和HCl(HNO3)结合成氯化铵(硝酸铵)固体小颗粒,在空气中形成白烟,但浓硫酸难挥发,所以将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近,不能观察到白烟,B错误;将浓氨水滴到CaO上,发生反应CaO+NH3·H2ONH3↑+Ca(OH)2,生成氨气,同时CaO遇水放出大量的热,使一水合氨分解生成氨气,C正确;在加热条件下,碘升华,氯化铵分解生成氨气和氯化氢;冷却后碘凝华,氨气和氯化氢结合成氯化铵,碘和氯化铵仍混在一起,所以不能采用升华的方法除去碘中混有的少量氯化铵,D错误。
5.C 解析 氯化铵受热分解成NH3和HCl,NH3和HCl遇冷会重新化合成NH4Cl,①不能用于实验室制备NH3,向氧化钙中滴加浓氨水时发生反应CaO+NH3 H2OCa(OH)2+NH3↑,②能用于实验室制备NH3,A错误;NH3能用碱石灰干燥,无水CaCl2能吸收NH3,不能用无水CaCl2干燥NH3,B错误;NH3的密度比空气的密度小,故④用于收集NH3,气流方向为左进右出,C正确;由于NH3极易溶于水,若用⑤中盛有的稀硫酸吸收NH3会产生倒吸,D错误。
6.D 解析 氯酸钾和二氧化锰制备氧气需要加热,故A不合理;氨气极易溶于水,不能排水法收集,故B不合理;二氧化氮与水反应生成一氧化氮气体,不能用排水法收集,故C不合理;锌粒与稀硫酸常温反应生成氢气,氢气难溶于水,用排水法收集,故D合理。
7.C 解析 浓盐酸与MnO2共热可制备Cl2,但NaOH溶液会与Cl2反应,应选用饱和食盐水除杂,A错误;NH3极易溶于水,不能通入水中,B错误;稀硝酸与铜反应生成NO,NO难溶于水,且不与P2O5反应,故可以用水除杂,用P2O5干燥,C正确;稀硝酸与Zn反应生成NO,不生成H2,D错误。
8.A 解析 高锰酸钾与浓盐酸反应的化学方程式为16HCl+2KMnO42KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶5,A错误;根据C中导气管的位置可知,A中制备的气体密度大于空气,A装置制备Cl2,E装置中制备的气体密度小于空气,且干燥氨气用碱石灰,氯气不能用碱石灰干燥,故E装置制备NH3,B正确;装置C中观察到的现象是黄绿色变浅,有白烟产生,说明氯气和氨气反应生成NH4Cl,根据化合价的变化可知,氯气中氯元素的化合价从0价降低到-1价,则氮元素的化合价升高,另一种生成物是N2,C正确;NH3难溶于四氯化碳,可以防止倒吸,且能被稀硫酸吸收,D正确。
9.答案 (1)氢氧化钠 (2)4NH3+5O24NO+6H2O
(3)①2NO+O22NO2 ②NH4NO3 ③3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O (4)增加 (5)Na2O2 NH4HCO3NH3↑+H2O+CO2↑
解析 进行氨的催化氧化实验,A为氧气的发生装置,C中装浓硫酸干燥氧气;B为氨气的发生装置,D装碱石灰干燥氨气,将氨气和氧气通入E中进行反应,反应后气体通入F中,F中会生成硝酸,与铜反应使溶液变蓝。
(1)由分析可知,B装置中烧瓶内固体名称为氢氧化钠。
(2)NH3催化氧化的化学方程式是4NH3+5O24NO+6H2O。
(3)①氨气发生催化氧化的产物为一氧化氮,一氧化氮是无色气体,一氧化氮极易和氧气化合为红棕色的二氧化氮,即2NO+O22NO2,所以装置F中有红棕色气体产生。②乙观察到装置F中只有白烟生成,白烟是由于碱性气体氨气和硝酸反应NH3+HNO3NH4NO3,生成了白色的NH4NO3固体。③在装置G中,生成的二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,化学方程式为3NO2+H2O2HNO3+NO,获得硝酸,金属铜和硝酸反应,离子方程式为3Cu+8H++3Cu2++2NO↑+4H2O。
(4)要在F中看到红棕色的二氧化氮,需避免生成硝酸铵,氨气应消耗完,需增加氧气的量,减少氨气的量,A为制氧气的装置,增加A中氧气的量。
(5)为实现2NO+O22NO2反应需生成氧气,碳酸氢铵受热分解生成氨气、水和二氧化碳,放出的CO2和H2O与Na2O2反应生成O2,故X为Na2O2,NH4HCO3发生反应的化学方程式为NH4HCO3NH3↑+H2O+CO2↑。
10.答案 (1)2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O (2)a (3)2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O (4)溶液变成红色 NH3·H2O+OH- (5)N2
(6)①3Cu+2+8H+3Cu2++2NO↑+4H2O ②96%
解析 本实验的目的是验证NH3的还原性。首先用NH4Cl与Ca(OH)2反应制取NH3,将NH3干燥后,再还原CuO,将反应生成的水蒸气及未反应的NH3冷凝后,收集产生的N2。
(1)在A中,NH4Cl与Ca(OH)2反应生成CaCl2、NH3等,反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O。
(2)装置A中,制得的NH3中混有水蒸气,仪器B中若盛放浓硫酸,则会吸收NH3,所以只能盛放碱石灰,故选a。
(3)实验时在C中加入CuO,NH3将CuO还原为Cu等,同时生成N2,发生反应的化学方程式是2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O。
(4)反应结束后取下D试管,试管内的液体为氨水,氨水中的一水合氨电离产生OH-等,从而使溶液显碱性,向其中滴加几滴酚酞溶液,观察到的现象是溶液变成红色,产生该现象的原因是NH3·H2O+OH-。
(5)反应后所得混合气体中含有N2、NH3和水蒸气,混合气冷凝后,NH3和水蒸气形成氨水,装置E中收集到的物质是氮气。
(6)①Cu与稀硝酸反应,生成Cu(NO3)2、NO等,反应的离子方程式为3Cu+2N+8H+3Cu2++2NO↑+4H2O。②在原混合物中加入适量稀硝酸,发生反应:CuO+2H+Cu2++H2O、3Cu+2N+8H+3Cu2++2NO↑+4H2O,n(NO)==0.1mol,则n(Cu)=n(NO)=0.15mol,铜的质量分数为×100%=96%。
11.答案(1)碱石灰或氧化钙或氢氧化钠 (2)2NH3+3CuO3Cu+3H2O+N2 (3)Ⅰ (4)2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O NH3+H2ONH3·H2O ,氨气与水反应,且易溶于水,导致瓶内压强减小 (5)A (6)0.25
解析 实验室用氯化铵和氢氧化钙在加热条件下反应生成氯化钙、氨气和水,也常用浓氨水和氧化钙或NaOH固体制取氨气,氨气与氧化铜反应生成氮气、铜和水,氨气是刺激性气体,有毒,常用防倒吸的方法处理氨气尾气;实验室常利用气体极易溶于另一种液体或溶液,造成较大压强差来形成喷泉实验。
(1)图1装置A是实验室简易制氨气的方法,装置是固体和液体不加热,因此烧瓶内药品可选用碱石灰或氧化钙或氢氧化钠固体。
(2)实验中观察到C中CuO粉末变红,生成了单质铜,D中无水硫酸铜变蓝,说明有水生成,并收集到一种单质气体,铜化合价降低,则氨气中氮化合价升高变为氮气,因此该反应相关化学方程式为2NH3+3CuO3Cu+3H2O+N2。
(3)氨气极易溶于水,因此要采用防倒吸的装置来处理尾气,Ⅱ装置利用氨气不溶于四氯化碳,从四氯化碳中逸出,再被水吸收,因此不能用来吸收尾气的装置是Ⅰ。
(4)实验室还可用图3制备氨气,利用氯化铵和氢氧化钙加热条件下反应生成氯化钙、氨气和水,其反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O。用圆底烧瓶收集干燥的氨气,用图4装置进行喷泉实验,挤压胶头滴管时,可以得到红色喷泉,原因是NH3+H2ONH3·H2O, 氨气与水反应,且易溶于水,导致瓶内压强减小。
(5)CO2在水中溶解度不大,不能造成较大压强差,因此不能形成喷泉实验现象,故A符合题意;NH3气体与HCl溶液极易反应,造成较大压强差,因此能形成喷泉实验现象,故B不符合题意;HCl气体与NaOH溶液极易反应,造成较大压强差,因此能形成喷泉实验现象,故C不符合题意;CO2气体与NaOH溶液极易反应,造成较大压强差,因此能形成喷泉实验现象,故D不符合题意。
(6)氨气极易溶于水,标准状况下,5.6L的氨气物质的量为0.25mol,将0.25mol氨气溶于水配成1L溶液,所得溶液的物质的量浓度为c==0.25mol·L-1。专题7第一单元 氮的固定
必备知识基础练
1.[2023福建福州一中期中]氮是构建海洋生命和维持海洋生物生长代谢的决定性元素,氮循环深刻影响着各种海洋生物。海洋氮的输入与输出过程如图所示,下列说法正确的是( )
A.过程①②③④⑤均属于固氮过程
B.过程④⑤均发生了氧化还原反应
C.反硝化作用的过程中,发生了氧化反应
D.NH4NO3中不含离子键
2.下列关于氮气的性质的说法正确的是( )
A.点燃条件下,N2在氧气中燃烧生成NO
B.点燃时,N2与金属Mg反应生成Mg3N2,N2作还原剂
C.合成氨反应中,N2发生氧化反应
D.氮气的化学性质稳定,其原因是两个氮原子之间以共价三键结合
3.[2023福建福州三中月考]“天宫一号”和“神舟八号”是我国航天事业发展的里程碑。运载火箭的推进剂引燃后,从尾部会喷出大量的高温气体,该气体的主要成分是CO2、H2O、N2、NO等,在发射现场可以看到火箭尾部产生大量红棕色气体,你认为其原因最有可能的是( )
A.高温下N2遇空气生成了NO
B.NO遇空气生成了NO2
C.CO2与NO反应生成CO和NO2
D.NO与H2O反应生成H2和NO2
4.[2023四川成都七中月考]下列说法中正确的是( )
A.氮气化学性质不活泼,原因是N的非金属性较弱
B.氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应,氧气过量生成NO2
C.“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO →NO2→HNO3→硝酸盐
D.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料,实现氮的固定
5.[2023江苏扬州中学校考阶段练习]氮是参与生命活动的重要元素。氮在大气圈、水圈等中进行元素循环。自工业革命以来,人类活动大大加剧了含氮化合物在大气圈和水圈中的总流量,如化石燃料燃烧时产生的高温可使氮气转变为氮氧化物,从而对生态平衡产生了严重影响。从化学的视角深刻理解氮循环,合理使用含氮化合物,科学处理大气和水圈中的氮元素,保障地球生态安全,是化学学科的重要研究内容和责任。煤燃烧时,烟气中NO含量随温度和氧气含量的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A.燃煤过程中发生了氮的固定
B.燃煤温度越高NO污染越重
C.含氧量越高越容易生成NO
D.煤燃烧不影响自然界氮循环
6.氮循环的一部分如图所示:
(1)反应②的化学方程式是 。
(2)实验室收集NO的方法为 。
(3)化合物A的化学式是 。
(4)治理汽车尾气的一种方法是用催化剂使NO与CO发生反应:2NO+2CO2CO2+N2,当生成1 mol N2时,被还原的NO的物质的量为 mol。
关键能力提升练
7.[2023江苏苏州高新区第一中学校考阶段练习]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。海洋中的氮循环起始于氮的固定,循环过程可用下图表示。下列关于海洋氮循环的说法正确的是( )
A.海洋中不存在游离的氮
B.海洋中的氮循环起始于氮的氧化
C.海洋中的氮循环属于固氮作用的一步是②
D.向海洋排放含的废水不会影响海洋中的含量
8.[2023江苏盐城阶段练习]通常状况下,氮气的性质不活泼的原因是( )
A.氮分子中有三个共价键,键能很大
B.氮元素非金属性很弱
C.氮分子中氮元素化合价为零
D.固态氮属于分子晶体
9.[2023江苏淮安阶段练习]氮是动植物生长不可缺少的元素,含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如图所示的氮元素的循环过程。下列说法不正确的是( )
A.过程①“雷电作用”中发生的反应是N2+O22NO
B.过程③“固氮作用”中,氮气被还原
C.过程⑤中涉及的反应可能有2N+O22N
D.过程⑥中涉及的反应可能有2N+12H+N2↑+6H2O
10.[2023山东济南九中月考]N2是空气的重要组成部分,因此有科学家根据蒸汽机的原理,设计制造出液氮蒸汽机,即利用液态氮的蒸发来驱动机车,从而达到环境保护的目的。其主要依据是( )
A.液态氮的沸点为-195.8 ℃,远低于常温
B.N2在空气中燃烧放热
C.N2与H2反应放热
D.N2在空气中约占78%(体积分数)
11.实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示(夹持和加热装置略去):
下列说法正确的是( )
A.装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液
B.若去掉装置C,对产品纯度无影响
C.实验时应先加热装置C,通入一段时间空气后再加热装置D
D.装置E中碱石灰的作用是吸收尾气
12.NH3的合成开启了工业催化新纪元,为世界粮食增产作出了巨大贡献。以N2和H2为反应物合成NH3的微观过程如图,下列说法正确的是( )
A.表示氢气分子
B.过程中有“NH”“NH2”原子团生成
C.参加反应的H2与生成的NH3物质的量比为2∶3
D.反应结束后催化剂的质量增加
13.[2023湖南联考期中]研究人员发现在某种含钒催化剂的作用下,NO可被NH3还原为N2,从而降低含氮气体造成的空气污染,反应机理如图所示,下列说法错误的是( )
A.V4+—OH为该反应的中间体
B.该转化过程中,氧化剂只有NO
C.总反应化学方程式为4NH3+4NO+O24N2+6H2O
D.每生成标准状况下22.4 L N2,转移3 mol电子
14.[2023河北邯郸鸡泽一中月考]为了有效实现NO和NO2的相互转化,设计如图实验:按图组装好实验装置,并检查装置气密性,实验前用排水法收集半瓶NO气体。
(1)打开止水夹,推动针筒活塞,使氧气进入烧瓶,观察到的现象是 ,产生此现象的化学方程式为 。
(2)关上止水夹,轻轻摇动烧瓶,观察到的现象为① ,② ,产生此现象的化学方程式为 。
(3)烧杯中盛放的是酸性高锰酸钾溶液,能吸收尾气,已知NO能与Mn在酸性条件下反应生成N和Mn2+,写出该反应的离子方程式: 。
学科素养创新练
15.汽车尾气中常含有CO、NOx等气体。为减轻污染,一般汽车都加装了“催化净化器”,可将汽车尾气中的有毒气体转化为无污染的气体。某化学兴趣小组在实验室模拟汽车尾气处理,设计了如图所示装置(部分夹持装置已略去)。
(1)装置(Ⅲ)的主要作用为 。
(2)装置(Ⅰ)停止加强热,打开活塞K,充入适量氧气时,装置(Ⅱ)中可观察到的现象是
。
(3)该套装置中有不完善之处,还应在装置(Ⅳ)后补充 。
(4)工业上常用纯碱溶液来吸收NOx,有关反应的化学方程式为2NO2+Na2CO3NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO32NaNO2+CO2。现有标准状况下a L NO2和b L NO的混合气体恰好被200 mL Na2CO3溶液完全吸收,则a、b应满足的关系为 。Na2CO3溶液的物质的量浓度为 mol·L-1。
第一单元 氮的固定
1.B 解析 固氮是游离态的氮转化为氮的化合物的过程,A错误;过程④⑤中元素化合价发生变化,均发生了氧化还原反应,B正确;反硝化作用的过程,发生了还原反应,C错误;铵根离子和硝酸根离子之间通过离子键结合,D错误。
2.D
3.B 解析 NO是无色气体,A错误;引燃后的高温气体成分CO2、H2O、N2、NO等无色气体中,NO容易被O2氧化为NO2,NO2是红棕色气体,B正确;在该条件下,CO2与NO不反应,C错误;NO和H2O不反应,D错误。
4.C 解析 氮气化学性质不活泼,原因是N≡N键能大,N2很稳定,A错误;氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应生成NO,NO进一步被氧气氧化生成NO2,B错误;“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有放电时氮气被O2氧化产生NO,NO被O2氧化为NO2,NO2与H2O反应产生HNO3,硝酸进一步转变为硝酸盐,即存在转化关系:N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐,C正确;氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程,D错误。
5.D 解析 燃煤过程中发生了N2到NO的反应,为氮的固定,故A正确;由图可知,温度越高,烟气中NO浓度越高,污染越重,故B正确;由图可知,含氧量越高,烟气中NO浓度越高,越容易生成NO,故C正确;煤燃烧使得N2生成NO,污染环境,影响了氮循环,故D错误。
6.答案 (1)2NO+O22NO2 (2)排水法 (3)HNO3 (4)2
解析 (1)反应②是NO与氧气化合生成NO2,反应的化学方程式是2NO+O22NO2。
(2)NO易被氧气氧化,实验室常用排水法收集NO。
(3)由图可知A为HNO3。
(4)根据化学方程式2NO+2CO2CO2+N2可知,NO中氮元素的化合价从+2价降低到0价,NO是氧化剂,被还原,当生成1molN2时,被还原的NO的物质的量为 2mol。
7.C 解析 在海洋表面水中溶解了少量的氮气,因此海洋中存在游离态的氮,故A错误;图上可以看出海洋中氮的循环起始于氮气转化为,过程中N的化合价降低,被还原,故B错误;氮的固定是指游离态的氮转化为化合态的氮,因此海洋中的氮循环属于固氮作用的一步是②,故C正确;根据转化关系,硝酸根离子增多,反硝化作用增强,进一步影响N的含量,因此向海洋排放含的废水会影响海洋中的含量,故D错误。
8.A 解析 氮气的性质不活泼是因为含有氮氮三键,氮氮三键非常稳定,断裂时需要吸收大量的能量,所以氮气不活泼,性质非常稳定。
9.D 解析 过程①“雷电作用”中氮气与氧气化合生成NO,即发生的反应是N2+O22NO,A说法正确;过程③“固氮作用”中氮元素化合价降低,氮气被还原,B说法正确;过程⑤中N被氧化为N,涉及的反应可能有2N+O22N,C说法正确;过程⑥中氮元素化合价降低,N被还原,涉及的反应不可能为2N+12H+N2↑+6H2O,D说法错误。
10.A 解析 液氮的沸点很低,极易汽化,汽化时吸收热量,体积膨胀而驱动机车,此过程中不产生污染物,保护了环境,跟氮气的化学性质及在空气中的体积分数无关。
11.C 解析 要制备氮化镁,需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气,则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸,A错误;若去掉装置C,镁与氧气反应生成氧化镁,对产品纯度有影响,B错误;实验时应先加热装置C,通入一段时间空气除去氧气,然后再加热装置D,C正确;装置E中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳,D错误。
12.B 解析 根据合成NH3的微观过程图可知,●●表示的是氮气分子,过程中有“NH”“NH2”原子团生成,参加反应的H2与生成的NH3物质的量比为3∶2;催化剂参加了反应,但反应前后质量不变,故A、C、D错误,B正确。
13.B 解析 由题意可知,该反应在含钒催化剂的作用下,NO可被NH3还原为N2,结合题图可知V4+—OH为该反应的中间体,A正确;该反应中NH3为还原剂,氧化剂为NO和O2,B错误;反应过程中,在含钒催化剂的作用下,NO被NH3还原为N2,则总反应化学方程式为4NH3+4NO+O24N2+6H2O,C正确;根据反应化学方程式,每生成标准状况下22.4LN2,转移3mol电子,D正确。
14.答案(1)气体由无色变为红棕色 2NO+O22NO2
(2)烧瓶中红棕色气体又变为无色 烧杯中导气管中液面上升
3NO2+H2O2HNO3+NO (3)5NO+3Mn+4H+5N+3Mn2++2H2O
解析 (1)打开止水夹,推动针筒活塞,使氧气进入烧瓶,氧气与一氧化氮生成二氧化氮,气体由无色变为红棕色,反应的化学方程式为2NO+O22NO2。
(2)关上止水夹,轻轻摇动烧瓶,二氧化氮与水接触反应生成硝酸和一氧化氮,反应的化学方程式为3NO2+H2O2HNO3+NO,烧瓶中红棕色二氧化氮气体又变为无色一氧化氮气体,反应后烧瓶中气体物质的量减小导致烧瓶中气体压强小于外界大气压,烧杯中溶液进入导气管。
(3)由题意可知,一氧化氮与酸性高锰酸钾溶液反应的离子方程式为5NO+3Mn+4H+5N+3Mn2++2H2O。
15.答案 (1)检验CO是否转化为CO2 (2)有红棕色气体生成 (3)尾气处理装置 (4)a∶b≥1∶1
解析 (1)CO、NO在催化剂条件下转化为N2和CO2,澄清石灰水是检验CO是否转化为CO2。
(2)充入适量氧气时,NO与O2反应生成NO2,有红棕色气体生成。
(3)尾气中有未反应的CO、NO,应该有尾气处理装置。
(4)根据反应2NO2+Na2CO3NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO32NaNO2+CO2可知,NO2和NO的物质的量之比应大于或等于1∶1,气体才会反应完全。与NO2和NO反应的Na2CO3的物质的量为mol,与NO2单独反应的Na2CO3的物质的量为mol,故Na2CO3的物质的量浓度为c(Na2CO3)==mol·L-1。专题7培优练
创新突破练
突破一氮及其化合物的性质与用途
1.[2023江苏扬州邗江期中]下列有关氮及其化合物的性质与用途的对应关系正确的是( )
A.N2密度小,可用作保护气
B.氨气易液化,液氨可用作制冷剂
C.硝酸见光易分解,可用于制氮肥
D.NH4Cl受热易分解,可用作实验室制备氨气
突破二氮及其化合物的转化
2.[2023江苏徐州高一统考期中]下图的每一方格中表示有关的一种反应物或生成物,其中A、C、D、E为无色气体,F为红棕色气体。下列说法不正确的是( )
A.F与水的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1
B.用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近瓶口可以检验C气体是否收集满
C.M可能是纯净物或混合物
D.D在一定条件下可以与C发生置换反应
3.A是一种常见的铵盐,受热分解可得到B,B是碱性气体,C、D是常见的两种氧化物,E溶液显酸性。A、B、C、D、E是含有一种相同元素的五种化合物,在一定条件下可发生如图所示的转化。
ABCDE
(1)B的化学式为 ;D的颜色为 。
(2)实验室中常用A和另一种固体制备B,写出相应的化学方程式:
。
(3)写出B到C的化学方程式: 。
(4)写出D到E的离子方程式: 。
(5)已知D是一种常见的污染物,B和D反应生成两种无污染的物质,写出相应的化学方程式: ,当消耗掉0.8 mol B,转移的电子数目是 (用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
突破三守恒法在硝酸与金属反应计算中的应用
4.将14 g铜银合金与足量的硝酸反应,放出的气体与标准状况下体积为1.12 L的O2混合后再通入水中,恰好全部吸收,则合金中铜的质量为( )
A.4.8 g B.3.2 g
C.6.4 g D.10.8 g
5.向27.2 g Cu和Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5 L,固体物质完全反应,生成NO和Cu(NO3)2。在所得溶液中加入1.0 mol·L-1的NaOH溶液1.0 L,此时溶液呈中性,金属离子已完全沉淀,沉淀质量为39.2 g。下列有关说法不正确的是( )
A.Cu与Cu2O的物质的量之比为2∶1
B.硝酸的物质的量浓度为2.6 mol·L-1
C.产生的NO在标准状况下的体积为4.48 L
D.Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3的物质的量为 0.2 mol
突破四硝酸氧化性强弱的探究
6.[2023福建龙岩期末]某学习小组为验证浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO,设计如图装置进行实验(夹持仪器已略去)。
查阅资料:NO与NaOH溶液不反应;NO2与NaOH溶液能反应(2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O)。
备选药品:浓硝酸、2.4 mol·L-1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、NaOH溶液及CO2气体。
回答下列问题:
(1)连接好装置,紧接着的操作步骤是 ,再加入药品,打开装置①中的弹簧夹后通入CO2气体一段时间,关闭弹簧夹,将装置④中导管末端伸入倒置的烧瓶内。通入CO2的目的是 。
(2)装置①中发生反应的化学方程式为 。
(3)装置中盛有水的洗气瓶的作用是 。
(4)根据实验设计,装置③中盛放的试剂是 。
(5)做实验时应避免有害气体排放到空气中,装置⑤中盛放的药品是 。
(6)实验证明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO,则②和③装置中的实验现象是 。
高考真题练
考向一常见气体的制备
7.[2021海南卷]用如图装置制取干燥的气体(a、b表示加入的试剂),能实现的是( )
选项 气体 a b
A H2S 稀H2SO4 FeS
B O2 H2O2溶液 MnO2
C NO2 浓HNO3 铁片
D NH3 浓氨水 CaO
8.[2023广东卷]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( )
图1 图2
图3 图4
A.图1:喷泉实验 B.图2:干燥NH3
C.图3:收集NH3 D.图4:制备NH3
9.[2023北京卷]完成下述实验,装置或试剂不正确的是( )
实验室制Cl2 实验室收集C2H4 验证NH3易溶于水且溶液呈碱性 除去CO2中混有的少量HCl
A B C D
考向二氮及其化合物转化的应用
10.[2022江苏卷]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.自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3
B.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl
C.工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3
D.多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”
11.[2022重庆卷]工业上用N2和H2合成NH3。NA代表阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A.消耗14 g N2生成NH3分子数为2NA
B.消耗1 mol H2,生成N—H键数为2NA
C.生成标准状况下22.4 L NH3,电子转移数为2NA
D.氧化1 mol NH3生成NO,需O2分子数为2NA
12.[2021江苏卷]N2是合成氨工业的重要原料,NH3不仅可制造化肥,还能通过催化氧化生产HNO3;HNO3能溶解Cu、Ag等金属,也能与许多有机化合物发生反应;在高温或放电条件下,N2与O2反应生成NO,NO进一步氧化生成NO2。大气中过量的NOx和水体中过量的N、N均是污染物。通过催化还原的方法,可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2,也可将水体中的N转化为N2。在指定条件下,下列选项所示的物质间转化能实现的是( )
A.NO(g)HNO3(aq)
B.稀HNO3(aq)NO2(g)
C.NO(g)N2(g)
D.N(aq)N2(g)
13.[2023江苏卷]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
考向三氮氧化物的污染与防治
14.[2022天津卷]燃油汽车行驶中会产生CO、NO等多种污染物。如图为汽车发动机及催化转化器中发生的部分化学反应。以下判断错误的是( )
A.甲是空气中体积分数最大的成分
B.乙是引起温室效应的气体之一
C.反应(Ⅰ)在常温下容易发生
D.反应(Ⅱ)中NO是氧化剂
专题7培优练
1.B 解析 N2可用作保护气是由于氮气化学性质不活泼,A错误;液氨可用作制冷剂是由于氨气易液化,液氨汽化时吸收大量热,B正确;硝酸可用于制氮肥是由于硝酸与其他物质反应生成硝酸盐,C错误;NH4Cl受热易分解,但生成的氨气、HCl反应又生成氯化铵,实验室制备氨气常用氯化铵和氢氧化钙加热反应,D错误。
2.A 解析 F为二氧化氮,与水反应3NO2+H2O2HNO3+NO,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2,A错误;C为氨气,可用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近瓶口检验是否收集满,B正确;M为碳酸铵或碳酸氢铵,或二者的混合物,可能为纯净物也可能为混合物,C正确;D为氧气,可与氨气发生置换反应生成氮气,D正确。
3.答案(1)NH3 红棕色 (2)2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+ CaCl2 + 2H2O (3)4NH3+5O24NO+6H2O (4)3NO2+H2O2H++2N+NO (5)8NH3+6NO27N2+12H2O 2.4NA
解析 由题干信息可知,A是一种常见的铵盐,受热分解可得到B,B是碱性气体,所以B是NH3,C、D是常见的两种氧化物,且E溶液显酸性,A、B、C、D、E是含有一种相同元素的五种化合物,可知C是NO,D是NO2,E是HNO3。
(1)B是NH3;D是NO2,是红棕色气体。
(2)实验室用氯化铵与氢氧化钙加热制取氨气。
(3)NH3被O2氧化成NO和H2O。
(4)NO2与H2O反应生成HNO3和NO。
(5)由题干信息可知,NO2与NH3反应生成N2和H2O,化学方程式为8NH3+6NO27N2+12H2O;NH3中N元素化合价由-3价变成0价,故消耗8molNH3时,转移24mol电子,当消耗掉0.8molNH3时,转移2.4mol电子,转移的电子数目是2.4NA。
4.B 解析 分析整个过程,金属提供的电子等于氧气获得的电子,标准状况下,n(O2)==0.05mol,设Cu、Ag的物质的量分别为x、y,则根据质量列方程:x×64g·mol-1+y×108g·mol-1=14g,根据得失电子守恒列方程:2x+y=0.05mol×4=0.2mol,解得x=0.05mol、y=0.1mol,m(Cu)=0.05mol×64g·mol-1=3.2g。
5.B 解析 设Cu和Cu2O的物质的量分别为x、y,最后得到的39.2g沉淀为Cu(OH)2,则有64g·mol-1×x+144g·mol-1×y=27.2g,(x+2y)×98g·mol-1=39.2g,联立两式解得x=0.2mol,y=0.1mol,故Cu与Cu2O的物质的量之比为0.2mol∶0.1mol=2∶1,A正确;据Cu原子守恒可知反应生成Cu(NO3)2的物质的量为0.2mol+0.1mol×2=0.4mol,反应中失电子的总物质的量为0.2mol×2+0.2mol×1=0.6mol,据得失电子守恒推知,反应生成0.2molNO,在标准状况下的体积为0.2mol×22.4L·mol-1=4.48L,C正确;金属离子恰好沉淀时,溶液中溶质为NaNO3,则原硝酸溶液中n(HNO3)=n(NaNO3)+n(NO)=1.0mol·L-1×1.0L+0.2mol=1.2mol,故c(HNO3)==2.4mol·L-1,B错误;结合N原子守恒可知,Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3的物质的量为n(NaNO3)-2n[Cu(NO3)2]=1.0mol-2×0.4mol=0.2mol,D正确。
6.答案(1)检查装置的气密性 排出装置内残留的空气,防止NO被氧化 (2)Cu + 4HNO3(浓)Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O (3)将NO2 转化为 NO (4)浓硝酸 (5)氢氧化钠溶液 (6)装置②中液面上方气体仍为无色,装置③中液面上方气体由无色变为红棕色
解析 装置①中Cu和HNO3(浓)反应生成Cu(NO3)2、NO2、H2O,盛水的装置中水和NO2反应生成硝酸和NO,NO分别进入装置②和③,装置②中盛稀硝酸,不能氧化NO,然后通过排水法收集NO,装置③盛浓硝酸,将NO氧化为NO2,NO2再用氢氧化钠溶液吸收,防止污染大气。
(1)连接好装置,紧接着的操作步骤是检查装置的气密性,通入CO2的目的是将装置内的空气排尽,防止NO被氧化。
(2)装置①中发生反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
(3)装置中盛有水的洗气瓶的作用是让水和NO2反应生成硝酸和NO。
(4)根据实验设计,装置③中盛放的试剂是浓硝酸,将NO氧化生成NO2。
(5)做实验时应避免有害气体排放到空气中,装置⑤中盛放的药品是NaOH溶液,吸收NO2,防止污染大气。
(6)实验证明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO,则②和③装置中的实验现象是②中液面上方是无色气体,装置④是排水法收集NO,③中液面上方是红棕色气体,通过装置⑤吸收处理。
7.B 解析 H2S与浓硫酸反应,故不能用浓硫酸干燥,A错误;发生反应2H2O22H2O+O2↑,浓硫酸干燥氧气,B正确;铁片和浓硝酸常温下发生钝化,不能制取二氧化氮气体,C错误;氨气与浓硫酸反应,不能用浓硫酸干燥氨气,D错误。
8.B 解析 NH3极易溶于水,溶于水后圆底烧瓶内压强减小,从而产生喷泉,故A可以达到预期;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不可以达到预期;NH3的密度比空气小,可采用向下排空气法收集,故C可以达到预期;CaO与浓氨水混合后与水反应并放出大量的热,促使NH3挥发,可用此装置制备NH3,故D可以达到预期。
9.D 解析 MnO2固体加热条件下将HCl氧化为Cl2,固液加热的反应,该装置可用于制备Cl2,A正确;C2H4不溶于水,可选择排水收集,B正确;挤压胶头滴管,水进入烧瓶将NH3溶解,烧瓶中气体大量减少压强急剧降低,打开活塞,酚酞溶液迅速被压入烧瓶中形成红色喷泉,红色喷泉证明NH3与水形成碱性物质,C正确;Na2CO3与HCl、CO2发生反应,不能达到除杂的目的,应该选用饱和NaHCO3溶液,D错误。
10.A 解析 自然固氮是将N2转化为含氮化合物,不一定是转化为NH3,比如大气固氮是将N2转化为NO,A错误;侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl,反应的化学方程式为H2O+NH3+CO2+NaClNaHCO3↓+NH4Cl,B正确;工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3,相关反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O、2NO+O22NO2、3NO2+H2O2HNO3+NO、4NO2+O2+2H2O4HNO3,C正确;氮元素在自然界中既有游离态又有化合态,多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”,D正确。
11.B 解析 根据N守恒可知,消耗14g氮气生成氨气的分子数为×2×NAmo=NA,A错误;由N2+3H22NH3可知,消耗1mol氢气生成N—H键数为1mol××3×NAmo=2NA,B正确;生成标准状况下22.4L氨气,转移电子数为×3×NAmo=3NA,C错误;由得失电子数目守恒可知,1mol氨气与氧气反应生成一氧化氮,需氧气分子数为1mol××NAmo=1.25NA,D错误。
12.C 解析 NO不溶于水也不与水反应,A错误;稀HNO3与Cu反应得到硝酸铜、水和NO,得不到NO2,B错误;NO有氧化性,CO有还原性,在高温、催化剂条件下二者可发生氧化还原反应转化为无毒的N2和CO2,C正确;O3有强氧化性,不能作还原剂将硝酸根离子还原,D错误。
13.B 解析 Cu与稀硝酸的反应产物之一为NO,NO与氧气发生反应2NO+O22NO2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。
14.C 解析 甲和氧气反应生成一氧化氮,一氧化氮和一氧化碳反应生成甲和二氧化碳,再根据元素守恒,则甲为氮气,氮气是空气中体积分数最大的成分,A正确;乙是二氧化碳,则乙是引起温室效应的气体之一,B正确;由于氮气含有氮氮三键,因此反应(Ⅰ)在常温下不容易发生,在高温或放电条件下发生,C错误;一氧化碳和一氧化氮反应生成氮气和二氧化碳,一氧化氮中氮化合价降低,因此反应(Ⅱ)中NO是氧化剂,D正确。
