高考化学培优增分一轮全国经典版讲义第4章第4节氮及其重要化合物

第4节氮及其重要化合物考试说明1．掌握氮的重要化合物的主要性质及其应用。2．了解氮及其重要化合物的制备方法。3．掌握氨气的实验室制法。4．了解氮及其重要化合物对环境的影响。命题规律氮及其化合物是中学化学的重要知识点之一，是历届各地高考的热点，考查的方法有：一是结合氮及其化合物的转化考查基本概念、基本理论；二是以NOx和HNO3的性质考查相关实验及计算；三是以框图推断考查氮及化合物的性质和应用；四是结合相关工业生产考查含氮化合物对环境质量的影响；五是以实验题形式考查氨气的实验室制法及性质探究。考点1氮气及其氧化物1．氮元素在自然界中的存在及氮的固定2．氮气(N2)(1)物理性质：无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水，熔点、沸点很低。(2)化学性质N2的电子式为eq\o\al(·,·)N⋮⋮Neq\o\al(·,·)，结构式为N≡N，由于分子中含有的氮氮三键键能很大，分子结构稳定，在通常状况下，化学性质很不活泼。①与氧气反应：N2＋O2eq\o(=,\s\up17(放电或高温))2NO(汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮)。②与氢气反应：N2＋3H2eq\o(,\s\up17(催化剂),\s\do15(高温、高压))2NH3(工业合成氨的反应原理)。③与Mg反应：3Mg＋N2eq\o(=,\s\up17(点燃))Mg3N2。3．氮的氧化物氮有多种价态的氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。NO和NO2性质的比较：(1)NO只能用排水法收集，不能用排空气法收集；而NO2只能用向上排空气法收集，不能用排水法收集。(2)NO2气体存在平衡：2NO2N2O4，故常温时没有纯净的NO2或N2O4气体。(3)NO2虽然与水反应生成HNO3，但不是硝酸的酸酐。NO2既有氧化性又有还原性，但以氧化性为主(如NO2能使湿润的淀粉－碘化钾试纸变蓝)；硝酸的酸酐是N2O5；NO2不是酸性氧化物。【基础辨析】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)NO2溶于水时生成HNO3，故NO2是硝酸的酸酐。(×)(2)工业合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应。(√)(3)NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象。(×)(4)NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂，二者的物质的量之比为3∶1。(×)(5)溴蒸气和NO2都为红棕色气体用湿润的淀粉­KI试纸可以鉴别。(×)题组一氮气及氮的循环1．下列变化不属于氮的固定的是()A．工业上将NH3和CO2在高温高压下制成[CO(NH2)2]B．空气中的O2和N2在闪电时化合成NOC．豆科植物的根瘤菌把氮气变成NH3D．工业上用N2和H2来合成NH3答案A解析氮的固定是指将游离态的氮转变为氮的化合物，A项不符合题意。2．下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是()①N2→NO2②NO2→NO③NO2→HNO3④N2→NO⑤N2→NH3A．①B．②⑤C．④D．③④答案C解析该题有两个要求：(1)必须加入氧化剂；(2)一步反应就能完成。反应①、③、④从化合价角度来看都升高，但反应①N2→NO2不能一步反应完成；而反应③NO2→HNO3，虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能实现，如3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应④N2→NO必须加入氧化剂且一步反应就能完成。题组二NO、NO2的性质及对环境的影响3．随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是()A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应D．催化转化总化学方程式为2NO＋O2＋4COeq\o(=,\s\up17(催化剂))4CO2＋N2答案D解析反应过程中NO、O2为氧化剂，N2为还原产物；汽车尾气中的N2不是污染物；NO和O2的反应不需要催化剂；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：2NO＋O2=2NO2,2NO2＋4CO=N2＋4CO2，将两步反应式合并可得总化学方程式为2NO＋O2＋4COeq\o(=,\s\up17(催化剂))4CO2＋N2。4．某无色透明的混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将此混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色。下列对于原混合气体成分的判断中正确的是()A．肯定有SO2、O2和NOB．肯定没有Cl2、O2和NO2C．可能有Cl2和O2D．肯定只有NO答案B解析该混合气体为无色气体，不含Cl2和NO2，混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，含有SO2；剩余气体通入空气，很快变为红棕色，所以还含NO，则一定不含O2。题组三氮的氧化物与水的反应5．将充有amLNO和bmLNO2气体的试管倒立于水槽中，然后通入amLO2。气体体积均在同温同压下测定，且b>a，则充分反应后，试管中气体在同温同压下的体积为()A.eq\f(b－a,3)mL B.eq\f(a－b,3)mLC.eq\f(4b－1,13)mL D.eq\f(3,b－a)mL答案A解析已知反应4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3,4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3；由这两个反应可得NO＋NO2＋O2＋H2O=2HNO3，b>a，则同温同压下反应中NO2过量(b－a)mL，而过量的NO2与水反应生成eq\f(b－a,3)mLNO。6．在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12mL通入足量水中，充分反应后剩余2mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为()①1.2mL②2.4mL③3mL④4mLA．①②B．②③C．③④D．①④答案D解析4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3若剩余的气体是O2，则V(NO2)＝eq\f(4,5)×(12mL－2mL)＝8mL，V(O2)＝12mL－8mL＝4mL。若剩余的气体是NO(2mL)⇒6mLNO2。则V(O2)＝eq\f(1,5)×(12mL－6mL)＝1.2mL。氮的氧化物和O2、H2O反应的计算方法(1)NO2和O2混合气体溶于水的计算：由4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3可知：V(NO2)∶V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(<4∶1O2过量，剩余气体为O2,＝4∶1恰好完全反应,>4∶1NO2过量，剩余气体为NO))(2)NO与O2同时通入水中：由4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3可知：V(NO)∶V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(<4∶3剩余O2,＝4∶3恰好完全反应,>4∶3剩余NO))(3)NO2、NO、O2三种混合气体通入水中：①可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。②也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3情况处理。考点2氨和铵盐1．氨的分子结构与性质(1)分子结构分子式：NH3，电子式：，空间构型：三角锥形，属于极性分子。(2)物理性质无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化可用作制冷剂，极易溶于水(1∶700)，可由喷泉实验证明。(3)化学性质①与水反应：NH3＋H2ONH3·H2O，氨的水溶液叫氨水，呈弱碱性：NH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－。a．组成：三种分子：NH3、H2O、NH3·H2O；三种离子：NHeq\o\al(＋,4)、OH－、H＋。b．性质：氨水质量分数越大，其密度越小。c．NH3·H2O为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：NH3·H2Oeq\o(=,\s\up17(△))NH3↑＋H2O(可用于制备少量NH3)。②氨气与酸反应a．蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为有白烟生成，将浓盐酸改为浓硝酸，也会出现相同的现象。化学方程式为HCl＋NH3=NH4Cl，NH3＋HNO3=NH4NO3。b．与CO2等酸性氧化物反应：NH3＋CO2＋H2O=NH4HCO3或2NH3＋CO2＋H2O=(NH4)2CO3。③NH3的还原性氨的催化氧化：4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up17(催化剂),\s\do15(△))4NO＋6H2O；与CuO的反应：2NH3＋3CuOeq\o(=,\s\up17(△))3Cu＋N2＋3H2O。④与盐溶液反应将氨水加入下列溶液，完成下表：2．氨气的制法(1)工业制法：N2＋3H2eq\o(,\s\up17(高温、高压),\s\do15(催化剂))2NH3。(2)实验室制法①原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up17(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。②实验装置装置类型：固＋固eq\o(→,\s\up17(△))气体。③净化装置：如图Ⅰ或图Ⅱ所示(不能用浓H2SO4、P2O5、CaCl2、无水硫酸铜作干燥剂)。④收集方法：向下排空气法。在集气管口塞一团干燥的棉花，可减小NH3与空气的对流速度，收集到较纯净的NH3。⑤验满方法：a.将湿润的红色石蕊试纸放置在试管口附近，若试纸变蓝色，说明NH3已收集满。b.将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟产生，说明NH3已收集满。3．铵盐及NH4的检验(1)铵盐的物理性质铵盐都是无色固体，均易溶于水。(2)铵盐的化学性质(3)NHeq\o\al(＋,4)的检验未知液eq\o(→,\s\up17(OH－),\s\do15(△))湿润的红色石蕊试纸变蓝色，则证明含NHeq\o\al(＋,4)。(1)干燥氨气不能用浓硫酸，也不能用无水CaCl2(8NH3＋CaCl2=CaCl2·8NH3)，通常用碱石灰干燥氨气。(2)吸收氨气时要注意防止倒吸。可用于吸收氨气并能防倒吸的常用装置为(3)铵盐受热都能分解，但不是所有的铵盐分解都发生非氧化还原反应，如NH4NO3。(4)制氨时铵盐不选(NH4)2CO3、NH4HCO3、NH4NO3等，因它们受热易分解，使产生的NH3中混有较多的杂质气体，另外NH4NO3易爆炸；选碱时，用Ca(OH)2而不用NaOH或KOH，因NaOH、KOH具有吸湿性，易结块，不利于产生氨，且在高温下均能腐蚀玻璃。(5)实验室制取少量NH3的两种简易方法①加热浓氨水(图甲)反应原理：NH3·H2Oeq\o(=,\s\up17(△))NH3↑＋H2O。②浓氨水中加固态碱性物质(图乙)反应原理：浓氨水中存在以下平衡：NH3＋H2ONH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－，加入固态碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等)，消耗水且使c(OH－)增大，使平衡逆向移动，同时反应放热，促进NH3·H2O的分解。(6)引发喷泉的几种方法①使烧瓶内的气体迅速溶于水或某种液体中。②使烧瓶内气体温度降低，使气压减小。③使烧瓶外待喷液面上的气压增大。(7)喷泉实验的几种常见装置说明：装置②中最好采用顶部有孔的烧瓶。装置③引发喷泉的方法是打开止水夹，用热毛巾或双手捂热烧瓶，松开后片刻即形成喷泉现象。【基础辨析】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)液氨和氨水在组成上相同。(×)(2)液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂。(√)(3)向AgNO3溶液中滴加过量氨水，溶液澄清，Ag＋与NH3·H2O能大量共存。(×)(4)可用蘸浓盐酸的棉棒检验输送氨气的管道是否漏气。(√)(5)检验NHeq\o\al(＋,4)时，往试样中加入NaOH溶液，微热，用湿润的蓝色石蕊试纸检验逸出的气体。(×)(6)NH4Cl为强酸弱碱盐，所以可用加热法除去NaCl固体中的NH4Cl。(×)题组一氨与铵盐的性质、NHeq\o\al(＋,4)的检验1．如图，利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所做的解释正确的是()答案D解析向NaOH固体上滴加浓氨水产生NH3。NH3遇挥发出的HCl生成NH4Cl固体而产生白烟，H2SO4难挥发，但NH3也能与H2SO4反应生成(NH4)2SO4，A错误；氨水能使MgCl2、AlCl3等溶液变浑浊，B错误；Fe(OH)2被O2氧化为Fe(OH)3，与NH3无关，C错误；NH3与H2O反应生成的NH3·H2O电离出OH－而显碱性，D正确。2．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()A．NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥B．NH4Cl、HNO3和Na2CO3受热时都易分解C．NH3和NO2在一定条件下可发生氧化还原反应D．图中所涉及的盐类物质均可以水解答案C解析NaHCO3不能用作肥料，A错误；Na2CO3很稳定，受热时不易分解，B错误；图中的NaCl是强酸强碱盐，不水解，D错误。题组二氨气的实验室制法3．实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置，其中正确的是()A．①是氨气发生装置B．③是氨气发生装置C．②是氨气吸收装置D．④是氨气收集、检验装置答案B解析加热条件下，氯化铵分解生成氨气与氯化氢，但氨气和氯化氢能很快生成氯化铵，所以不能得到NH3，A错误；可用NaOH固体或生石灰或碱石灰与浓氨水制备NH3，B正确；倒置的漏斗插入液面太深无法防止倒吸，C错误；应在试管口堵一团棉花，防止形成对流，D错误。4．氨气是一种重要化合物，在工农业生产、生活中有着重要应用。(1)“氨的催化氧化”是工业生产硝酸的重要步骤。某化学课外活动小组设计了如下装置模拟该实验过程，并用水吸收制取硝酸(固定装置略去)：①A装置的分液漏斗中盛放浓氨水，则烧瓶中盛放的药品应该是________(填化学式)。②反应后，装置E中除存在较多的H＋外，还可能存在的一种阳离子是____________，试设计实验证明这种离子的存在__________________________________________________________。③下列哪个装置可以同时起到装置D和E的作用________(填代号)。(2)若将氯气和氨气在集气瓶中混合，会出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结，另一生成物是空气的主要成分之一，请写出反应的化学方程式：________________________，该反应生成的还原产物的化学键类型是________。答案(1)①Na2O2②NHeq\o\al(＋,4)取E中少许溶液放入一支洁净试管中，滴加氢氧化钠溶液，加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，证明溶液中含有NHeq\o\al(＋,4)③b(2)3Cl2＋8NH3=6NH4Cl＋N2离子键、共价键解析(1)①该实验中需要氧气和氨气，且该装置中的反应物是固液混合，所以液体是浓氨水，固体是过氧化钠，即烧瓶中盛放的药品是Na2O2。②4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up17(催化剂),\s\do15(△))4NO＋6H2O，反应过程中氧气和氨气还有剩余，由2NO＋O2=2NO2,3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，NH3＋HNO3=NH4NO3知，E中有NH4NO3，所以另一种阳离子是铵根离子。取E中少许溶液放入一支洁净试管中，加入氢氧化钠溶液，加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，证明溶液中含有NHeq\o\al(＋,4)。③D、E装置的作用是防止倒吸、制取硝酸，故选b。(2)氯气和氨气能生成白烟，且生成空气的主要成分之一，根据氧化还原反应价态规律和元素守恒知，白烟是氯化铵，另一生成物是氮气，所以反应方程式为3Cl2＋8NH3=6NH4Cl＋N2，还原产物是氯化铵，氯化铵中氯离子和铵根离子之间存在离子键，铵根离子中氮原子和氢原子之间存在共价键，所以化学键类型是离子键和共价键。题组三喷泉实验5．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现象的是()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答案B解析H2难溶于NaOH溶液，不能形成较大压强差，不能引发“喷泉”现象。喷泉实验的原理因为烧瓶内气体易溶于水或易与水反应，使瓶内压强减小，形成压强差，大气压将烧杯中的水压入烧瓶而形成喷泉。附：常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂如下表：考点3硝酸1．物理性质(1)纯硝酸为无色、有刺激性气味的液体。(2)硝酸沸点较低，易挥发，在空气中遇水蒸气形成白雾。2．化学性质(1)强酸性稀硝酸使紫色石蕊试液变红。(2)不稳定性①反应：4HNO3(浓)eq\o(=,\s\up17(△),\s\do15(或光照))2H2O＋4NO2↑＋O2↑。②硝酸保存在棕色试剂瓶中，置于冷暗处，不能用橡胶塞。(3)强氧化性①与金属反应常温下，铁、铝遇冷的浓HNO3能发生钝化。稀硝酸与铜反应：3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，浓硝酸与铜反应：Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。②与非金属反应如浓硝酸与C的反应为C＋4HNO3(浓)eq\o(=,\s\up17(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。③与还原性化合物反应硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等还原性物质。如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式为3Fe2＋＋4H＋＋NOeq\o\al(－,3)=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。(4)与有机物反应①硝化反应(与C6H6反应)C6H6＋HNO3eq\o(→,\s\up17(浓硫酸),\s\do15(△))C6H5NO2＋H2O。②颜色反应：蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。3．用途：化工原料，用于制化肥、染料、炸药等。(1)硝酸能与除Au、Pt外的所有的金属反应，但不生成氢气；与变价金属反应时，金属能够被氧化为最高价态。(2)硝酸浓度越大，越容易分解。长期存放的浓硝酸呈黄色，原因是HNO3分解产生的NO2又溶于硝酸。工业盐酸中常混有FeCl3，也呈黄色。(3)浓、稀硝酸均有强氧化性，浓度越大，氧化性越强。(4)浓硝酸能使紫色石蕊溶液变红，加热褪色。在这一反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性，可将红色物质氧化成无色物质。(5)NOeq\o\al(－,3)的检验试液(浓缩后)eq\o(→,\s\up17(浓硫酸＋Cu片))蓝色溶液＋红棕色气体。若待测液较稀，相当于Cu与稀硝酸反应，产生无色气体NO，现象不明显。因此可将稀溶液浓缩后再检验。【基础辨析】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)浓硝酸的还原产物一般是NO2，而稀硝酸的还原产物一般是NO，并且硝酸的浓度越大，氧化性越强。(√)(2)硝酸与金属反应时，只体现硝酸的强氧化性。(×)(3)硝酸与活泼金属Mg、Al等反应产生H2，而与Cu反应产生NO或者NO2。(×)(4)硝酸可与Na2S反应制得H2S气体。(×)(5)Cu在KNO3溶液和稀H2SO4中均不溶解，但能溶解在其混合液中。(√)(6)久置的浓HNO3呈黄色，可向其中通入空气或O2消除其黄色。(√)题组一硝酸的性质1．下列有关硝酸化学性质的叙述中，正确的是()A．浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色B．硝酸能与Na2CO3反应，但不生成CO2C．硝酸可与Na2S反应制得H2S气体D．浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色答案D解析稀硝酸只可使蓝色石蕊试纸变红，浓硝酸使蓝色石蕊试纸先变红后褪色，故A错误；硝酸是一种氧化性酸，可氧化许多还原性物质，因此硝酸与Na2S反应不能生成H2S，与Na2CO3反应能生成CO2，所以B、C错误；D正确。2．下列有关实验现象和解释或结论都正确的是()A．①②B．③④C．②③④D．②④答案D解析过量的铁粉加入稀HNO3，生成Fe2＋，加入KSCN溶液时，颜色不变，故①错误；浓HNO3久置变黄是因为HNO3分解产生的NO2溶于HNO3所致，故②正确；Al箔遇浓HNO3钝化，稀HNO3会使Al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，选D。题组二硝酸与金属反应的相关计算3．某稀溶液中含有4molKNO3和2.5molH2SO4，向其中加入1.5molFe，充分反应(已知NOeq\o\al(－,3)被还原为NO)。下列说法正确的是()A．反应后生成NO的体积为28LB．所得溶液中c(Fe2＋)∶c(Fe3＋)＝1∶1C．所得溶液中c(NOeq\o\al(－,3))＝2.75mol·L－1D．所得溶液中的溶质只有FeSO4答案B解析A项，未指明标准状况，无法计算NO的体积；C项，未指明溶液的体积，无法计算浓度；D项，K＋不会参与反应，因而溶质必定有K2SO4；B项，首先考虑酸性条件Fe被氧化为Fe3＋，进行过程计算，H＋不足，按H＋完全反应计算消耗Fe和NOeq\o\al(－,3)的物质的量：Fe＋NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=Fe3＋＋NO↑＋2H2O1．25mol1.25mol5mol1.25mol剩余的Fe再被Fe3＋氧化Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋0．25mol0.5mol0.75mol则剩余n(Fe3＋)＝1.25mol－0.5mol＝0.75mol则反应后溶液中n(Fe2＋)＝n(Fe3＋)＝0.75mol，故B正确。4．将32.64g铜与140mL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11.2L。请回答下列问题：(1)NO的体积为________L，NO2的体积为________L。(2)参加反应的HNO3的物质的量是________。(3)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入VmLamol·L－1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－1。(4)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30%的双氧水________g。答案(1)5.8245.376(2)1.52mol(3)eq\f(aV×10－3＋0.5,0.14)(4)57.8解析(1)n(Cu)＝eq\f(32.64g,64g·mol－1)＝0.51mol，在反应中失去电子的物质的量n(e－)＝2×0.51mol＝1.02mol。11.2L混合气体的物质的量为0.5mol，n(NO)＋n(NO2)＝0.5mol，n(NO)×3＋n(NO2)×1＝1.02mol，则n(NO)＝0.26mol，n(NO2)＝0.24mol，V(NO)＝0.26mol×22.4L·mol－1＝5.824L，V(NO2)＝0.24mol×22.4L·mol－1＝5.376L。(2)参加反应的HNO3的物质的量＝n[Cu(NO3)2]×2＋n(NO)＋n(NO2)＝2×0.51mol＋0.5mol＝1.52mol。(3)加入NaOH恰好使溶液中的Cu2＋全部转化成沉淀，此时溶质为NaNO3，根据钠离子守恒有n(NaNO3)＝n(NaOH)＝V×10－3L×amol·L－1＝aV×10－3mol，由N原子守恒可得n(HNO3)＝n(NaNO3)＋n(NO)＋n(NO2)＝(aV×10－3＋0.5)mol，c(HNO3)＝eq\f(nHNO3,V)＝eq\f(aV×10－3＋0.5,0.14)mol·L－1。(4)根据电子转移守恒，双氧水得到的电子等于NO、NO2失去的电子，则0.26×3＋0.24×1＝30%×eq\f(mH2O2,34)×2，m(H2O2)＝57.8g。硝酸与金属反应的计算方法1．[高考集萃]判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)[2017·江苏高考]由于NH3易溶于水，因此可用作制冷剂。()(2)[2017·江苏高考]利用NH3eq\o(→,\s\up17(O2),\s\do15(催化剂，△))NOeq\o(→,\s\up17(H2O))HNO3完成物质间的转化。()(3)[2017·北京高考]氨气使AlCl3溶液产生白色沉淀过程中气体被还原。()(4)[2016·江苏高考]下述变化可以实现：N2eq\o(→,\s\up17(H2),\s\do15(高温、高压、催化剂))NH3eq\o(→,\s\up17(HClaq))NH4Cl(aq)。()(5)[2016·江苏高考]NH4HCO3受热易分解，所以可用作氮肥。()(6)[2016·全国卷Ⅰ]用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO。()(7)[2015·全国卷Ⅱ]浓硝酸中加入用砂纸打磨过的铝条，产生红棕色气体。()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×(7)×解析(1)NH3可作制冷剂是由于液氨易升华，升华时吸收大量的热，与其溶解性无关，错误；(2)NO与H2O不反应，不能生成HNO3，错误；(3)NH3使AlCl3溶液产生白色沉淀是由于发生了反应：AlCl3＋3NH3＋3H2O=Al(OH)3↓＋3NH4Cl，该反应为非氧化还原反应，错误；(5)NH4HCO3作氮肥的原因是因为其含有NHeq\o\al(＋,4)，不是因为它受热分解，错误；(6)NO能与O2反应生成NO2，不能用排空气法收集NO气体，错误；(7)铝条遇浓HNO3发生钝化，不会产生红棕色气体，错误。2．[2017·北京高考]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()①②③A．由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应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答案D解析浓HNO3具有不稳定性，①中浓HNO3受热发生分解反应：4HNO3eq\o(=,\s\up17(△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O，故①中所得红棕色气体是NO2和O2的混合气体，A正确；②中红热木炭加入浓HNO3中，有红棕色气体产生，该气体为NO2，但不能说明浓HNO3与木炭发生了反应，可能是浓HNO3在红热木炭作用下发生分解产生了NO2，B正确；③中红热木炭未插入浓HNO3中，有红棕色气体产生，说明浓HNO3具有挥发性，且挥发产生的HNO3被还原生成NO2，故红棕色气体为还原产物，C正确；③的气体产物中检测出CO2，不能说明木炭一定与浓HNO3发生了反应，可能是红热木炭与浓HNO3分解产生的O2反应生成CO2，D错误。3．[2015·北京高考]下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是()A．氮元素均被氧化B．工业合成氨属于人工固氮C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化D．碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环答案A解析在雷电作用下N2与O2反应生成NO，氮元素被氧化，工业合成氨属于人工固氮，合成氨过程中氮元素被还原，A错误，B正确；由图可看出含氮无机物和含氮有机物可以相互转化，C正确；合成蛋白质的过程中就有碳、氢、氧元素的参与，D正确。4．[2015·全国卷Ⅰ]我国清代《本草纲目拾遗》中记叙无机药物335种，其中“强水”条目下写道：“性最烈，能蚀五金……其水甚强，五金八石皆能穿滴，惟玻璃可盛。”这里的“强水”是指()A．氨水B．硝酸C．醋D．卤水答案B解析根据题述信息，可知“强水”具有强氧化性和酸性，四个选项只有硝酸符合，故选B。5．[2017·北京高考]SCR和NSR技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NOx排放。(1)SCR(选择性催化还原)工作原理：①尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为NH3和CO2，该反应的化学方程式：____________________________________________________。②反应器中NH3还原NO2的化学方程式：_______________________________________________。③当燃油中含硫量较高时，尾气中SO2在O2作用下会形成(NH4)2SO4，使催化剂中毒。用化学方程式表示(NH4)2SO4的形成：__________________________________________________________。④尿素溶液浓度影响NO2的转化，测定溶液中尿素(M＝60g·mol－1)含量的方法如下：取ag尿素溶液，将所含氮完全转化为NH3，所得NH3用过量的v1mLc1mol·L－1H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用v2mLc2mol·L－1NaOH溶液恰好中和，则尿素溶液中溶质的质量分数是________。(2)NSR(NOx储存还原)工作原理：NOx的储存和还原在不同时段交替进行，如图a所示。图a图b①通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原。储存NOx的物质是________。②用H2模拟尾气中还原性气体研究了Ba(NO3)2的催化还原过程，该过程分两步进行，图b表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系。第一步反应消耗的H2与Ba(NO3)2的物质的量之比是________。③还原过程中，有时会产生笑气(N2O)。用同位素示踪法研究发现笑气的产生与NO有关。在有氧条件下，15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO。将该反应的化学方程式补充完整：____________eq\o(=,\s\up17(催化剂))eq\x()15NNO＋eq\x()H2O。答案(1)①CO(NH2)2＋H2Oeq\o(→,\s\up17(△))CO2＋2NH3②8NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up17(催化剂))7N2＋12H2O③2SO2＋O2＋4NH3＋2H2O=2(NH4)2SO4④eq\f(32c1v1－c2v2,100a)(2)①BaO②8∶1③415NO＋4NH3＋3O2eq\o(=,\s\up17(催化剂))415NNO＋6H2O解析(1)①尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为NH3和CO2，结合原子守恒写出化学方程式：CO(NH2)2＋H2Oeq\o(→,\s\up17(△))2NH3＋CO2。②由SCR工作原理图可知，反应器中NH3还原NO2生成N2和H2O，结合得失电子守恒及原子守恒写出化学方程式：8NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up17(催化剂))7N2＋12H2O。③燃油中含硫量较高时，尾气中SO2在O2作用下会形成(NH4)2SO4，结合得失电子守恒及原子守恒写出化学方程式：2SO2＋O2＋2H2O＋4NH3=2(NH4)2SO4。④分析尿素含量测定操作，结合N原子守恒可得关系式：CO(NH2)2～2NH3～H2SO4～(NH4)2SO4，则有n[CO(NH2)2]＝n(H2SO4)＝c1mol·L－1×v1×10－3L－1/2×c2mol·L－1×v2×10－3L＝(c1v1－1/2c2v2)×10－3mol，m[CO(NH2)2]＝(c1v1－1/2c2v2)×10－3mol×60g·mol－1＝0.06(c1v1－1/2c2v2)g，故尿素溶液中溶质的质量分数为[0.06(c1v1－1/2c2v2)g]/ag×100%＝eq\f(32c1v1－c2v2,100(2)①由图a可知，NOx储存过程中，NO和O2在Pt催化下生成NO2，并被BaO吸收生成Ba(NO3)2而被储存，Ba(NO3)2再被还原为N2，故储存NOx的物质是BaO。②第一步反应为H2与Ba(NO3)2反应生成NH3,1molBa(NO3)2被还原生成2molNH3，转移电子的物质的量为2×[5―(―3)]mol＝16mol。根据氧化还原反应中得失电子守恒可知，参加反应的H2的物质的量为16mol×1/2＝8mol，故消耗H2和Ba(NO3)2的物质的量之比为8mol∶1mol＝8∶1。③已知反应物中有15NO、NH3和O2，产物中有15NNO和H2O，结合得失电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式：3O2＋415NO＋4NH3eq\o(=,\s\up17(催化剂))415NNO＋6H2O。时间：45分钟满分：100分一、选择题(每题6分，共72分)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如图表示。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．海洋中的氮循环中属于固氮作用的是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解析海洋中的氮循环起始于N2→NHeq\o\al(＋,4)，即起始于氮的还原，A错误；海洋中的氮循环中属于固氮作用的是②，B错误；反硝化作用中N元素化合价降低，被还原，而O2是常见氧化剂，不需要有O2参与，C错误；转化关系图中若硝酸根离子增多，反硝化作用增强，向海洋排放含NOeq\o\al(－,3)的废水会影响海洋中NHeq\o\al(＋,4)的含量，D正确。2．下列关于氮及其化合物的说法错误的是()A．所有的铵盐都能与烧碱共热生成氨气B．浓硝酸不论与铜反应还是与碳反应，均体现其酸性和强氧化性C．一氧化氮结合血红蛋白的能力比一氧化碳还强，更容易造成人体缺氧D．把带火星的木条伸入充满NO2和O2的混合气体(NO2和O2的物质的量之比为4∶1)的集气瓶中，木条复燃，说明NO2支持燃烧答案B解析铵盐与烧碱共热发生反应：NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=,\s\up17(△))NH3↑＋H2O，生成氨气，A正确；浓硝酸与碳共热发生反应：4HNO3(浓)＋Ceq\o(=,\s\up17(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O，浓硝酸只表现强氧化性，B错误；一氧化氮结合血红蛋白的能力比一氧化碳强，C正确；带火星的木条在空气中不复燃，而伸入充满NO2和O2的混合气体(NO2和O2的物质的量之比为4∶1)的集气瓶中，木条复燃，说明NO2支持燃烧，D正确。3．下列关于浓硝酸和浓硫酸的叙述正确的是()A．常温下都能用铝制容器贮存B．露置在空气中，容器内酸液的质量都减轻C．常温下都能与铜较快地反应D．露置在空气中，容器内溶质的浓度都升高答案A解析常温下，浓硝酸和浓硫酸都能使铝发生钝化，所以都能用铝制容器贮存，A正确。浓硝酸具有挥发性，露置在空气中，质量会减小；浓硫酸具有吸水性，露置在空气中，溶液质量会增加，B错误。常温下，浓硝酸与铜可以较快地反应，但是浓硫酸与铜需要加热才能反应，C错误。浓硝酸具有挥发性，露置在空气中，容器内酸液的浓度会降低；浓硫酸具有吸水性，露置在空气中，容器内酸液的浓度也会降低，D错误。4．[2018·赣州模拟]一定质量的铜分别与足量的稀硝酸或浓硝酸完全反应，在相同条件下，用排水集气法收集产生的气体(假设产物气体只可能是NO或NO2)。下列叙述一定正确的是()①硝酸浓度越大，消耗的硝酸越少②硝酸浓度不同，生成的Cu(NO3)2的物质的量相同③硝酸浓度越大，产生的气体越少④用排水集气法收集到的气体在相同状况下体积相同A．只有②B．②④C．③④D．①②③答案B解析一定质量的铜分别与足量的稀硝酸和浓硝酸完全反应，发生3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O、Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，①等量的Cu与酸反应，浓硝酸消耗得多，错误；②等量的Cu与酸反应，由铜原子守恒可知生成Cu(NO3)2的物质的量相同，正确；③等量的Cu与酸反应，浓硝酸反应生成气体多，错误；④因3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，最终收集到的气体均为NO，由电子守恒可知，收集到NO的体积相等，正确。5．实验室采用下列装置制取氨气，正确的是()答案D解析加热氯化铵固体分解生成的氨气和氯化氢在试管口遇冷后又化合生成氯化铵，不能制取氨气，故A错误；氨气为碱性气体，不能用浓硫酸干燥，故B错误；收集氨气的导管应该插入试管底部，故C错误；氨气极易溶于水，采用倒扣的漏斗可以防止倒吸，故D正确。6.为证明稀硝酸与铜反应产物中气体为NO，设计右图实验(实验过程中活塞2为打开状态)，下列说法中不正确的是()A．关闭活塞1，加入稀硝酸至液面a处B．在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率C．通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行D．反应开始后，胶塞下方有无色气体生成，但不能证明该气体为NO答案A解析关闭活塞1，将无法加液体到液面a，A错误；关闭活塞1，生成的NO把稀硝酸压向右边，使铜丝与稀硝酸分离，C正确；想证明该气体为NO，必须使NO与O2接触，生成红棕色NO2，D正确。7．[2017·淮北模拟]无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、NH3、N2中的几种，将100mL甲气体经过如图所示实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为()A．NH3、NO2、N2 B．NH3、NO、CO2C．NH3、NO2、CO2 D．NO、CO2、N2答案B解析因是无色混合气体，证明没有NO2的存在，故A、C错误；100mL气体甲经过浓H2SO4后剩余80mL说明含有NH3被吸收，又经过一系列实验的处理得酸性溶液且通过足量Na2O2后显红棕色，应存在NH3、NO、CO2气体，故B正确。8．[2017·河北定州中学期末]铜粉放入稀硫酸中，加热后无明显变化，但加入某盐一段时间后，发现铜粉质量减少，溶液呈蓝色，同时有气体逸出，该盐可能是()A．FeCl3B．Na2CO3C．KNO3D．FeSO答案C解析Cu、稀硫酸、FeCl3混合时，铜和FeCl3发生氧化还原反应，生成氯化亚铁和氯化铜，造成铜粉的质量减少，但没有气体生成，故A错误；Cu与稀硫酸不反应，Na2CO3与稀硫酸反应生成二氧化碳气体，但Cu不溶解，故B错误；Cu、稀硫酸、KNO3混合时发生3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，则铜粉质量减少，同时溶液逐渐变为蓝色，有气体逸出，故C正确；Cu、稀硫酸、FeSO4混合时不反应，故D错误。9．下列说法正确的是()A．向盛有Fe(NO3)2溶液的试管中加入稀硫酸，在管口观察到红棕色气体，是HNO3分解生成了NO2B．可用浓硝酸除去铁表面的镀层银或铜C．1.0mol·L－1的KNO3溶液中可大量存在H＋、Fe2＋、I－、Cl－、SOeq\o\al(2－,4)D．硫化铜溶于硝酸的离子方程式为CuS＋2H＋=H2S↑＋Cu2＋答案B解析Fe2＋与NOeq\o\al(－,3)、H＋反应生成NO，NO与空气中的O2反应生成NO2，A错误；常温下，银、铜可与浓硝酸反应，铁遇浓硝酸钝化，B正确；Fe2＋、I－具有还原性，与NOeq\o\al(－,3)、H＋不能大量共存，C错误；CuS与HNO3发生氧化还原反应不会生成H2S，D错误。10．下列由相关实验现象所推出的结论正确的是()A．NH4Cl和NH4HCO3受热都能分解，说明可以用加热NH4Cl或NH4HCO3固体的方法制氨气B．向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀，说明该溶液中一定有SOeq\o\al(2－,4)C．Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应D．分别将充满HCl、NH3的烧瓶倒置于水中，液面均迅速上升，说明二者均易溶于水答案D解析A项，不能用加热NH4Cl固体的方法制氨气，因为NH3和HCl会在试管里重新化合成NH4Cl，错误；B项，硝酸能将SOeq\o\al(2－,3)氧化成SOeq\o\al(2－,4)，B项实验不能说明原溶液中一定有SOeq\o\al(2－,4)；C项，铁和稀硝酸反应生成的气体是NO，不是发生置换反应，错误；D项正确。11．有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸，其中H2SO4和HNO3的物质的量浓度分别是4mol·L－1和2mol·L－1，取10mL此混合酸，向其中加入过量的铁粉，待反应结束后，可产生标准状况下的气体的体积为(设反应中HNO3被还原成NO)()A．0.448LB．0.672LC．0.896LD．0.224L答案B解析金属和混酸反应通过离子方程式计算比较简便，3Fe＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O(铁过量，产物为Fe2＋)，反应中Fe和H＋过量，生成的NO的量以NOeq\o\al(－,3)为准来计算，共得NO0.448L，若只考虑到这一步反应，得答案A是错误的，因为过量的铁还可以和溶液中过量的H＋反应产生H2，即有Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，生成的H2为0.224L，所以气体体积共计0.672L，应选B。12．[2017·江西师大附中期末]1.52g铜镁合金完全溶解于50mL密度为1.40g·cm－3、质量分数为63%的浓硝酸中，得到NO2和N2O4的混合气体物质的量为0.05mol，向反应后的溶液中加入1.0mol·L－1NaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到2.54g沉淀。下列说法不正确的是()A．该合金中铜与镁的物质的量之比是1∶2B．该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是14.0mol·L－1C．NO2和N2O4的混合气体中，NO2的体积分数是80%D．得到2.54g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是640mL答案A解析2.54g沉淀为氢氧化铜、氢氧化镁，故沉淀中氢氧根的质量为2.54g－1.52g＝1.02g，即0.06mol。根据电荷守恒，金属提供电子的物质的量等于氢氧根的物质的量，设铜、镁合金中Cu、Mg的物质的量分别为xmol、ymol，则：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2xmol＋2ymol＝0.06mol,64g·mol－1×xmol＋24g·mol－1×ymol＝1.52g))，解得x＝0.02，y＝0.01。所以合金中铜与镁的物质的量之比是0.02mol∶0.01mol＝2∶1，A错误；该浓硝酸密度为1.40g·cm－3、质量分数为63%，故该浓硝酸的物质的量浓度为eq\f(1000×1.4×63%,63)mol·L－1＝14.0mol·L－1，B正确；NO2和N2O4混合气体物质的量为0.05mol，设NO2为amol，N2O4为(0.05－a)mol，则a×1＋(0.05－a)×2×1＝0.06，解得a＝0.04，NO2和N2O4的物质的量之比为4∶1，NO2的体积分数是eq\f(4,4＋1)×100%＝80%，C正确；反应后溶质为硝酸钠，根据氮元素守恒可知，硝酸钠的物质的量为0.05L×14mol·L－1－0.04mol－0.01mol×2＝0.64mol，根据钠离子守恒，n(NaOH)＝n(NaNO3)＝0.64mol，故需要NaOH溶液的体积为eq\f(0.64mol,1.0mol·L－1)＝0.64L，D正确。二、非选择题(共28分)13．(13分)制备氮化镁的装置示意图如下：回答下列问题：(1)检查装置气密性的方法是__________________________，a的名称是________，b的名称是________。(2)写出NaNO2和(NH4)2SO4反应制备氮气的化学方程式_____________________________________________________。(3)C的作用是______________，D的作用是__________________，是否可以把C与D的位置对调并说明理由________________。(4)写出E中发生反应的化学