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第15讲 氮及其重要化合物
课时集训
测控导航表
知识点
基础
能力
挑战
氮气及氮的氧化物
5
7,11
12
氨和铵盐
3,4
8
13
硝酸的性质及应用
2
9,10
环境保护与绿色化学
1
综合应用
6
1.(2018·河南八市二测)2016年10月6日,联合国国际民用航空组织限制了国际航班的碳排放,倡导低碳经济、节能减排,下列做法不符合这一理念的是( B )
A.推广利用二氧化碳与环氧丙烷和琥珀酸酐的三元共聚物的生物降解材料
B.使用填埋法处理未经分类的生活垃圾
C.推广煤的干馏、气化、液化技术,提供清洁、高效燃料和基础化工原料
D.开发新能源,如核能、太阳能、风能等,减少对化石能源的依赖
解析:很多垃圾不能用填埋的方法处理,可能会造成土壤污染、水污染等多方面污染,不符合低碳经济、节能减排这一理念。
2.(2018·
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广西陆川县高三月考)下述实验中均有红棕色气体产生,对比分析所得结论错误的是( D )
A.红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应
B.由①中的红棕色气体,推断产生的气体一定是混合气体
C.由③说明浓硝酸具有挥发性,生成的红棕色气体为还原产物
D.③的气体产物中检测出CO2,由此说明木炭一定与浓硝酸发生了 反应
解析:根据①中的红棕色气体,说明浓硝酸在高温下能发生分解反应生成NO2,所以不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应,A正确;浓硝酸在高温下发生分解反应生成NO2,根据氧化还原反应规律,硝酸分解除生成NO2,还生成氧气,B正确;实验③生成红棕色气体,说明浓硝酸具有挥发性,浓硝酸与碳反应生成的红棕色气体为还原产物,C正确;③的气体产物中检测出CO2,可能是红热木炭与空气中的氧气发生了反应,不一定与硝酸发生了反应,D错误。
3.(2018·海南八校联盟联考)将下列物质加入氨水中,不能使溶液变浑浊的是( A )
A.BaCl2 B.MgCl2
C.FeCl3 D.AlCl3
4.(2018·湖南湘潭模拟)NH3是一种重要的化工原料,可以制备一系列物质(如图)。下列有关表述正确的是( C )
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A.NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥
B.NO2与水反应时,氧化剂与还原剂的物质的量之比为 1∶1
C.NH3和NO2在一定条件下可发生氧化还原反应
D.利用上述关系制取NaHCO3的操作为向饱和NaCl溶液中依次通入过量的CO2、NH3,然后过滤得到 NaHCO3
解析:NaHCO3不是化肥,A项错误;3NO2+H2O2HNO3+NO中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2,B项错误;制NaHCO3时是向饱和NaCl溶液中依次通入NH3和CO2,D项错误。
5.(2018·吉林长春外国语学校高三期末)一氧化氮与过氧化钠反应可以制备亚硝酸钠,反应方程式为2NO+Na2O22NaNO2。一氧化氮可由木炭、浓硝酸、水和铜为原料制备。实验装置如图所示(部分夹持装置略)。
已知:室温下,①3NaNO2+3HCl3NaCl+HNO3+2NO↑+H2O;
②酸性条件下,NO或N都能与Mn反应生成N和Mn2+。
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完成下列填空:
(1)仪器a的名称 。
(2)写出浓硝酸与木炭反应的化学方程式:
。
(3)B中观察到的主要现象是
。
(4)D装置的作用是 ;
D中发生反应的离子方程式:
。
(5)经检验C产物中除亚硝酸钠外还含有副产物碳酸钠和 ,为避免产生这些副产物应在B、C装置间增加装置 (填“E”或“F”)。
解析:(1)仪器a的名称为三颈瓶或三颈烧瓶。
(2)浓硝酸与木炭加热下反应的化学方程式为C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。
(3)A中反应生成的NO2在B的溶液中与水作用,生成硝酸和NO。硝酸将单质铜溶解为硝酸铜,生成的NO刚开始会接触溶液上方的空气变为红棕色,然后因为空气被消耗完全,气体又变为无色。
(4)D中高锰酸钾溶液的作用是除去未反应的NO,防止污染空气。根据题目已知②得到,高锰酸钾将NO氧化为硝酸根离子,本身被还原为Mn2+,根据化合价升降相等和原子个数守恒、电荷守恒得到离子方程式为5NO+3Mn+4H+5N+3Mn2++2H2O。
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(5)从B中得到的气体中一定有A中生成的二氧化碳以及B中带出来的水蒸气,这两种气体会与过氧化钠反应,得到碳酸钠和氢氧化钠,为了避免产生这些副产物,应该在B、C之间加入F,利用F中的碱石灰吸收二氧化碳和水蒸气。
答案:(1)三颈烧瓶
(2)C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O
(3)铜片逐渐溶解,溶液变为蓝色,红棕色气体变成无色气体
(4)尾气吸收,除去未反应的NO防止污染空气 5NO+3Mn+4H+ 5N+3Mn2++2H2O
(5)NaOH F
6.(2018·山西孝义名校联考)已知饱和氯化铵溶液与亚硝酸钠晶体混合加热可制备氮气。利用如下装置制取氮气,并用氮气制备Ca3N2,Ca3N2遇水发生水解反应。下列说法错误的是( C )
A.①中发生的化学反应为NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O
B.④、⑥中依次盛装的试剂可以是浓H2SO4、碱石灰
C.③中盛放的试剂是NaOH溶液
D.实验结束,取⑤中的少量产物于试管中,加适量蒸馏水,可以使试管口湿润的红色石蕊试纸变蓝
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解析:NaNO2与NH4Cl加热生成NaCl、N2和H2O,A项正确;③的作用是除去装置内的氧气,可用酸性氯化亚铁溶液,④中浓H2SO4除去水蒸气,⑥中碱石灰吸收外界的水和二氧化碳,故B项正确,C项错误;Ca3N2与水反应生成Ca(OH)2和NH3,NH3可以使湿润的红色石蕊试纸变蓝,D项正确。
7.(2018·山西晋中模拟)SCR法(选择性催化还原技术)是一种以NH3作为还原剂,将烟气中NOx分解成无害的N2和H2O的干法脱硝技术,反应原理为
①6NO+4NH35N2+6H2O;
②6NO2+8NH37N2+12H2O;
③NO+NO2+2NH32N2+3H2O。
下列说法正确的是( D )
A.NO2为酸性氧化物
B.氮气性质不活泼,其原因是氮元素的非金属性很强
C.反应③中每生成22.4 L N2,转移电子数1.5NA
D.HNO3→NO→NO2,以上各步变化均能通过一步反应完成
解析:NO2不是酸性氧化物,A错误;氮气分子中存在 N≡N 键,破坏时需要吸收很高的能量,所以氮气性质不活泼,B错误;反应③每生成标准状况22.4 L N2,转移电子数3NA,C错误;HNO3→NO→NO2,均能通过一步反应完成,D正确。
8.(2018·甘肃天水一中三模)探究氨气及铵盐性质的过程中,下列根据实验现象得出的结论不正确的是( D )
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A.将集有氨气的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨气极易溶于水
B.将pH=11的氨水稀释1 000倍,测得pH>8,说明 NH3·H2O 为弱碱
C.加热NH4HCO3固体,观察到固体逐渐减少,试管口有液滴产生,说明NH4HCO3受热不稳定
D.将红热的Pt丝伸入如图所示的锥形瓶中,瓶口出现少量红棕色气体,说明氨气的氧化产物为NO2
解析:氨气极易溶于水生成氨水,所以将集有氨气的试管倒扣于水槽中液体迅速充满试管,A正确;pH=11的氨水中c(OH-)=10-3 mol/L,稀释1 000倍,测得pH>8,c(OH-)>10-6 mol/L,说明NH3·H2O的电离平衡正向移动,所以NH3·H2O为弱碱,B正确;碳酸氢铵加热分解为氨气、二氧化碳、水,C正确;氨气的氧化产物为NO,NO在锥形瓶口与氧气反应生成NO2,所以瓶口出现少量红棕色气体,D不正确。
9.某稀溶液中含4 mol KNO3和2.5 mol H2SO4,向其中加入1.5 mol铁,充分反应后产生的NO气体在标准状况下的体积为( B )
A.36 L B.28 L C.22.4 L D.11.2 L
解析:题中发生反应的离子方程式为Fe+N+4H+NO↑+Fe3++2H2O、2Fe3++Fe3Fe2+,由此可知N、Fe过量,以H+的物质的量为基准进行计算,可得NO的物质的量n(NO)=n(H+)=n(H2SO4)=×2.5 mol=
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1.25 mol,即标准状况下的体积为28 L。
10.(2018·河北衡水中学二调)在一定温度下,某浓度的硝酸与金属锌反应生成NO2和NO,两者的物质的量之比为1∶3,则要使1 mol金属锌完全反应,反应过程中消耗此硝酸的物质的量为( C )
A.2.4 mol B.2.6 mol
C.2.8 mol D.3.2 mol
解析:Zn和硝酸反应生成硝酸锌和氮氧化物,氧化还原反应中转移电子守恒,NO2和NO的物质的量之比为 1∶3,设NO2和NO的物质的量分别是x mol、3x mol,根据转移电子守恒得:x mol×(5-4)+3x mol× (5-2)=1 mol×(2-0),x=0.2,则NO2和NO的物质的量分别是0.2 mol、0.6 mol,根据N、Zn原子守恒得消耗 n(HNO3)=n(NOx)+2n[Zn(NO3)2] =n(NOx)+2n(Zn)=(0.2+0.6)mol+2×1 mol=2.8 mol,故C项正确。
11.(2018·广东汕头模拟)氮氧化物和硫氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一。消除氮氧化物有多种方法。
(1)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。反应原理如图1所示:
①由图1可知SCR技术中的氧化剂为 。
②用Fe作催化剂时,在氨气足量的情况下,不同 c(NO2)/c(NO)对应的脱氮率如图2所示,脱氮效果最佳的c(NO2)/c(NO)= 。
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(2)利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的Ca(NO2)2,其部分工艺流程如下:
①上述工艺中采用气—液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入,石灰乳从吸收塔顶喷淋),其目的是
;
滤渣可循环使用,滤渣的主要成分是
(填化学式)。
②生产中溶液需保持弱碱性,在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解,产物之一是NO,其反应的离子方程式为
。
解析:(1)①由图1知氮氧化物中的氮元素价态降低,故NO、NO2是氧 化剂。
②由图2知,当c(NO2)/c(NO)=1∶1时,脱氮效果最佳。
(2)①采用逆流吸收能使尾气中的NO、NO2被充分吸收;石灰乳吸收NO、NO2后,剩余的滤渣的主要成分是Ca(OH)2。
②在酸性溶液中会发生歧化反应:3N+2H+N+2NO↑+H2O。
答案:(1)①NO、NO2 ②1∶1
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(2)①使尾气中的NO、NO2被充分吸收 Ca(OH)2
②3N+2H+N+2NO↑+H2O
12.某学习小组设计实验探究NO与铜粉的反应并检验NO,实验装置如图所示(夹持装置略)。实验开始前,向装置中通入一段时间的N2,排尽装置内的空气。
已知:在溶液中,FeSO4+NO[Fe(NO)]SO4(棕色),该反应可用于检验NO。下列说法不正确的是( D )
A.装置F、I中的试剂依次为水、硫酸亚铁溶液
B.若观察到装置H中红色粉末变黑色,则NO与Cu发生了反应
C.实验结束后,先熄灭酒精灯,再关闭分液漏斗的活塞
D.装置J收集的气体中一定不含NO
解析:稀硝酸与铜反应生成一氧化氮,能够被氧气氧化,因此实验前需要通入氮气,排净装置中的空气,硝酸具有挥发性,生成的一氧化氮中混有少量硝酸蒸气,可以通过水吸收后再干燥,在探究干燥的一氧化氮在加热时与铜的反应,未反应的NO可以利用硫酸亚铁溶液检验。A项,根据上述分析,装置F、I中的试剂依次为水、硫酸亚铁溶液,正确;B项,若观察到装置H中红色粉末变黑色,说明NO与Cu发生了反应,正确;C项,实验结束后,为了防止倒吸,需要先熄灭酒精灯,再关闭分液漏斗的活塞,停止通入NO,正确;D项,由于FeSO4+NO
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[Fe(NO)] SO4 (棕色)为可逆反应,装置J收集的气体中可能含有NO,错误。
13.(2019·甘肃武威模拟)氮元素形成的化合物种类十分丰富。请根据工业制硝酸的原理示意图回答含氮化合物相关的问题:
(1)下列有关NH3的说法中,不正确的是 。
A.工业合成NH3需要在高温、高压下进行
B.NH3可用来生产碳铵和尿素等化肥
C.NH3可用浓硫酸或无水氯化钙干燥
D.NH3受热易分解,须置于冷暗处保存
(2)NH3易溶于水,标准状况下,用充满NH3的烧瓶做喷泉实验,水充满整个烧瓶后所形成溶液的物质的量浓度为 mol·L-1。
(3)氨气催化氧化的化学方程式为
。
(4)HNO3是一种重要的化工原料,工厂生产出的浓硝酸可用铝槽车或铁槽车来运输。在常温下能使铝、铁钝化,说明浓硝酸具有很强的
性。
(5)“吸收塔”尾部会有含NO、NO2等氮氧化物的尾气排出,为消除它们对环境的破坏作用,通常用以下两种方法处理:
①纯碱溶液吸收法。纯碱溶液与NO2的反应原理为
Na2CO3+2NO2NaNO3+ +CO2(请填写完成化学方程式)。
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②氨转化法。已知7 mol氨恰好能将含NO和NO2共 6 mol的混合气体完全转化为N2,则混合气体中NO和NO2的物质的量之比为 ,若用通式NOx表示氧化物,则每摩尔氨可将 mol的NOx转化为N2。
解析:(1)工业合成NH3的反应条件是高温、高压、催化剂,A正确;NH3可与碳酸等反应生成碳铵等,也可以与CO2反应合成尿素,B正确;NH3可与硫酸或氯化钙发生化合反应,C不正确;NH3不易分解,D不正确。
(2)水充满整个烧瓶后所形成溶液的物质的量浓度为 mol·L-1≈0.045 mol·L-1。
(3)NH3催化氧化的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。
(4)在常温下能使铝、铁钝化,说明浓硝酸具有很强的氧化性。
(5)①纯碱溶液吸收法。纯碱溶液与NO2的反应原理为Na2CO3+ 2NO2NaNO3+ +CO2。根据质量守恒定律可知未知物质的化学式为NaNO2。②7 mol氨失去21 mol电子,根据题意和得失电子守恒可得 n(NO)+n(NO2)=6 mol,2n(NO)+4n(NO2)=21 mol,解得 n(NO)=1.5 mol, n(NO2)=4.5 mol,则混合气体中NO和NO2的物质的量之比为1∶3,若用通式NOx表示氧化物,反应过程中NOx分子得到2xe-,则每摩尔氨可将 mol 的NOx转化为N2。
答案:(1)CD (2)(或0.045)
(3)4NH3+5O24NO+6H2O
(4)氧化
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(5)①NaNO2 ②1∶3
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