2022高考化学大一轮复习讲义第4章第24讲　氮及其化合物的转化

第24讲氮及其化合物的转化复习目标1.了解氮及其化合物的转化关系。2.了解NOx与H2O、金属与HNO3的相关计算。3.了解其他含氮化合物的性质。考点一氮及其化合物的相互转化1．氮在自然界中的循环2．含氮元素物质之间的转化关系(1)歧化——同一物质中某元素的化合价在同一反应中既升高又降低。如：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O(2)归中——不同物质中同一元素的不同化合价在同一反应中只靠拢。如：6NO＋4NH3eq\o(=,\s\up7(△))5N2＋6H2ONO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O3．氮元素的“价类二维图”氮元素有多种可变化合价，物质的种类较多，在复习时要从物质类别和价态变化理解这些物质之间的转化关系。题组一氮在自然界中的循环1．氮元素在海洋中的循环是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用下图表示。下列关于海洋氮循环的说法正确的是()A．海洋中的氮循环起始于氮的氧化B．海洋中的氮循环属于固氮作用的是③C．海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与D．向海洋中排放含NOeq\o\al(－,3)的废水会影响海洋中NHeq\o\al(＋,4)的含量答案D解析A项，海洋中的氮循环起始于氮的还原，错误；B项，海洋中的氮循环属于固氮作用的是②，错误；C项，反硝化作用是氮元素化合价降低的过程，反硝化细菌在氧气不足的条件下还原N，不一定有氧气参与，错误；D项，由氮的循环过程可知，硝酸根离子增多，反硝化作用增强，会进一步影响海洋中NHeq\o\al(＋,4)的含量，正确。2．(2020·河南联考)一定条件下，含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。回答下列问题：(1)氮的原子结构示意图为______________。(2)图中属于“氮的固定”的是__________(填字母，下同)；转化过程中发生非氧化还原反应的是________。(3)若“反应h”是在NO2和H2O的作用下实现，则该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为________。(4)若“反应i”是在酸性条件下由NOeq\o\al(－,3)与Zn的作用实现，则该反应的离子方程式为______________________________________________________________________________。答案(1)(2)k和ca和l(3)2∶1(4)4Zn＋2NOeq\o\al(－,3)＋10H＋=4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O解析(3)反应h的化学方程式为3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，HNO3是氧化产物，NO是还原产物，因此氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶1。题组二氮及其化合物转化关系的综合应用3．(2020·济宁模拟)依据下图中氮元素及其化合物的转化关系，判断下列说法不正确的是()A．X是N2O5B．可用排空气法收集NO气体C．工业上以NH3、空气、水为原料生产硝酸D．从原理上看，NH3可与NO2反应实现NH3→N2的转化答案B解析NO遇空气中的氧气被氧化为NO2，不可用排空气法收集NO气体，故B错误。4．(2020·哈尔滨三中高三开学考试)合成氨及其衍生工业是化工生产的重要门类，请结合图示判断下列说法正确的是()A．合成氨采用400～500℃是为了提高原料转化率和反应速率B．湿润的淀粉-KI试纸可以鉴别气体2和溴蒸气C．在饱和NaCl溶液中先通入过量CO2再通入过量NH3可得到固体1D．1L气体1、2的混合气与1LNH3在一定条件下转化为对环境无害的物质，混合气中二者的体积比为1∶1答案D解析由图可知：气体1为NO，气体2为NO2，NO2与水反应生成硝酸，固体1为NaHCO3，NaHCO3受热分解生成的固体2为Na2CO3；1LNO、NO2的混合气体与1LNH3在一定条件下转化为对环境无害的物质，反应方程式为2NH3＋NO＋NO2eq\o(=,\s\up7(一定条件))2N2＋3H2O，NO、NO2的体积之比等于化学计量数之比，为1∶1，故D正确。5．如图是氮元素的几种价态与物质类别的对应关系，回答下列问题：(1)写出N2的一种用途：________________________________________________________。(2)从N元素化合价分析，N2具有氧化性和还原性。各举一例说明(用化学方程式表示)氧化性：________________________________________________________________________。还原性：________________________________________________________________________。(3)HNO3与图中的物质C常用于检验Cl－的存在，则C的化学式为______________________。(4)实验室制取物质B的化学方程式为______________________________________________。(5)NO2与水反应生成物质A的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________。(6)浓硝酸与木炭在加热条件下反应的化学方程式为__________________________________。答案(1)作保护气、保存粮食(或合成氨、制硝酸等)(2)N2＋3H2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(高温、高压))2NH3(或N2＋3Mgeq\o(=,\s\up7(点燃))Mg3N2)N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电或高温))2NO(3)AgNO3(4)Ca(OH)2＋2NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O(5)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO(6)4HNO3(浓)＋Ceq\o(=====,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O考点二氮氧化物(NOx)、HNO3的相关计算一、NOx与水、氧气反应的理解及有关计算1．关系式法(1)NO和O2的混合气体通入水中由2NO＋O2=2NO2和3NO2＋H2O=2HNO3＋NO得总反应为4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3。(2)NO2和O2的混合气体通入水中由3NO2＋H2O=2HNO3＋NO和2NO＋O2=2NO2得总反应为4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。(3)NO、NO2和O2三种混合气体通入水中先按3NO2＋H2O=2HNO3＋NO计算出生成NO的体积，再加上原来混合气体中NO体积，再按(1)计算。2．电子守恒法NOx转化为硝酸时失去电子，如果是NOx与O2的混合气体，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5，都与N2O5＋H2O=2HNO3等效；当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。二、金属与硝酸反应的计算1．金属与硝酸反应计算的思维流程2．“四法”突破金属与硝酸的计算原子守恒法HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NOeq\o\al(－,3)的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量得失电子守恒法HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量电荷守恒法HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH－)，c(NOeq\o\al(－,3))＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)离子方程式计算法金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NOeq\o\al(－,3)在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NOeq\o\al(－,3)进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒题组一NOx与H2O、O2反应的计算1．有一充有20mLNO和NO2混合气体的试管，倒置于盛有水的水槽中，充分反应后，仍有12mL无色气体，则原混合气体中NO和NO2的体积之比为(气体体积均在相同状况下测得)()A．2∶3B．3∶2C．1∶4D．4∶1答案A解析二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮和水不反应，所以，剩余的气体为一氧化氮，设混合气体中二氧化氮的体积为V，则：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO气体体积减少312V20mL－12mL＝8mL所以V＝eq\f(3×8mL,2)＝12mL，即二氧化氮的体积为12mL，则原混合气体中一氧化氮的体积为20mL－12mL＝8mL，则原混合气体中NO和NO2的体积之比为8mL∶12mL＝2∶3。2．(2020·贵阳模拟)同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NH3和N2。将3支试管均倒置于盛水的水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列的关系正确的是()A．V1＞V2＞V3 B．V1＞V3＞V2C．V2＞V3＞V1 D．V3＞V1＞V2答案B解析设各种气体的体积都为1。①根据3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，即剩余NO的体积V1＝1＋eq\f(1,3)。②根据4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，即剩余O2的体积V2＝1－eq\f(1,4)。③剩余N2的体积V3＝1，即B项符合题意。3．将盛有12mLNO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2mL无色气体。(1)若剩余的气体是________，则NO2、O2的体积分别是________。(2)若剩余的气体是________，则NO2、O2的体积分别是________。答案(1)O28mL、4mL(2)NO10.8mL、1.2mL解析解题依据的化学方程式：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3；3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。设O2的体积为x，剩余的气体有两种可能：(1)若剩余O2，则V剩＝x－eq\f(1,4)×(12mL－x)＝2mL，解得x＝4mL，则NO2体积是8mL；(2)若剩余NO，则V剩＝eq\f(1,3)×[(12mL－x)－4x]＝2mL，解得x＝1.2mL，则NO2体积是10.8mL。题组二金属与硝酸反应的计算4．(2020·湖北鄂东南市级示范高中学校联考)铜和镁的合金4.6g完全溶于浓硝酸，若反应中硝酸被还原只产生4480mL的NO2气体和336mL的N2O4气体(都已折算成标准状况)，在反应后的溶液中，加入足量的氢氧化钠溶液，生成沉淀的质量为()A．9.02gB．8.51gC．8.26gD．7.04g答案B解析最终生成的沉淀是氢氧化镁和氢氧化铜，所以沉淀增加的质量就是和金属阳离子结合的OH－的质量。由于金属阳离子结合的OH－的物质的量就是金属失去电子的物质的量，所以B项正确。5．(2020·河南洛阳模拟)有稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL，平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉，最多溶解9.6g。向另一份中逐渐加入铁粉，产生气体的体积随铁粉质量增加的变化如图所示，且每一阶段只对应一个反应(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析或结果错误的是()A．原混合酸中NOeq\o\al(－,3)的物质的量为0.1molB．OA段产生的是NO，AB段的反应为Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，BC段产生H2C．第二份溶液中最终溶质为FeSO4D．H2SO4浓度为2.5mol·L－1答案A解析铁粉既能与硝酸反应也能与硫酸反应，题图中，OA段产生的是NO，反应为Fe＋NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=Fe3＋＋NO↑＋2H2O；AB段的反应为Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋；BC段产生的是H2，反应为Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。根据OA段发生反应的离子方程式可知第二份溶液中NOeq\o\al(－,3)的物质的量为eq\f(5.6g,56g·mol－1)＝0.1mol，则原混合酸中NOeq\o\al(－,3)的物质的量为0.2mol。第二份溶液中最终溶质为FeSO4，此时参加反应的铁的质量是14.0g，物质的量为0.25mol，FeSO4中n(Fe2＋)∶n(SOeq\o\al(2－,4))＝1∶1，故n(H2SO4)＝n(Fe)＝0.25mol，原混合酸中H2SO4浓度为eq\f(0.25mol,0.1L)＝2.5mol·L－1。综上所述，A项符合题意。1．(2018·全国卷Ⅱ，8)研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关(如下图所示)。下列叙述错误的是()A．雾和霾的分散剂相同