氮及其化合物-2022-2023学年高一化学期中期末复习微专题(人教版2019必修第二册)

微专题02氮及其化合物考点1氮气与氮的氧化物[典例1]雷雨发庄稼，解释其科学原理，并写出相关化学方程式。[答案]空气中的氮气和氧气在放电条件下生成一氧化氮，一氧化氮再和氧气反应，生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸，硝酸与土壤中矿物质作用形成可溶性硝酸盐，成为氮肥被植物吸收，所以有利于庄稼生长。相关化学方程式：N2＋O2eq\o(=,\s\up17(放电))2NO,2NO＋O2=2NO2,3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。[特别提醒]1．NO→NO2NO具有还原性，能与氧气反应生成二氧化氮，反应方程式为2NO＋O2=2NO2，将盛有一氧化氮气体的试剂瓶的瓶塞打开，会发现瓶口变红棕色。2．NO2→NO二氧化氮易溶于水且能与水反应生成一氧化氮。(1)反应的化学方程式为3NO2＋H2O=2HNO3＋NO(2)反应现象：反应后气体体积减少为原来的三分之一，气体颜色由红棕色变为无色。(3)反应特点：反应中的二氧化氮既是氧化剂又是还原剂，每3mol二氧化氮参加反应转移2mol电子。二氧化氮不是酸性氧化物。(4)有关计算：NO2(NO2与N2的混合气体)溶于水时，可根据反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，利用气体体积的变化差值进行计算。[典例2]如图所示，试管中盛装的是红棕色气体，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管被水充满，原来试管中盛装的气体是()A．肯定是NO2气体B．肯定是O2与NO2的混合气体C．肯定是NO气体D．可能是NO与NO2的混合气体[答案]D[解析]由气体“红棕色”推测肯定含有NO2，与水反应后生成物有NO，由“向试管内鼓入氧气多次后，试管被水充满”，则试管中原来可能还含有NO或含有O2。由4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3,4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3这两个方程式进行判断，可能是NO与NO2的混合气体；若是O2与NO2的混合气体，当O2过量，试管就不可能被水充满，因此，原试管中可能情况之一是O2与NO2的混合气体且O2不过量。[核心素养](1)NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水根据3NO2＋H2O=2HNO3＋NO①利用气体体积变化差值进行计算。(2)NO2和O2的混合气体溶于水根据4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3②可知：当体积比(3)NO和O2的混合气体溶于水根据4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3③可知：当体积比(4)NO、NO2、O2三种混合气体通入水中可先按①式求出NO2和H2O反应后生成的NO的体积，再加上原混合气体中NO的体积，即为NO的总体积，再按③式进行计算。(5)无论是4NO2＋O2混合，还是4NO＋3O2混合，均可看成是2N2O5，这是实质，即利用N、O原子个数比进行分析推断。(6)电子守恒法当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子，若上述两种气体与O2混合，O2得电子，且得失电子总数必然相等，这是解题的依据。[解题策略]1要明确试题要求，如反应后容器内是否有剩余气体？剩余气体可能是什么？注意剩余气体不可能是NO2，也不可能是NO与O2的混合气体。2计算中可能用到的化学反应：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO4NO2＋O2＋2H2O=4HNO34NO＋3O2＋2H2O=4HNO3,3要对试题中产生的结果进行可能情况的讨论，如NO2与O2的混合气体溶于水时，剩余的气体是NO还是O2要进行讨论。考点2氨和铵盐[典例3]喷泉是一种常见的现象，产生的原因是存在压强差。(1)制取氨并完成喷泉实验。①用上图甲所示装置进行喷泉实验，圆底烧瓶已充满干燥的氨，引发水往上喷的操作是。该实验的原理是。②如果只提供上图乙所示装置，引发喷泉的方法为。(2)利用上图丙所示装置，在锥形瓶中分别加入足量的下列物质，反应后可能产生喷泉的是(填字母)。A．Cu与稀盐酸 B．NaHCO3与NaOH溶液C．CaCO3与稀硫酸 D．NH4HCO3与稀盐酸(3)在上图丙所示装置的锥形瓶中加入酒精，将锥形瓶置于一水槽中，向水槽中加入冷水后，再加入足量的下列物质，结果也产生了喷泉。水槽中加入的物质可能是(填字母)。A．浓硫酸 B．食盐C．硝酸钾 D．硫酸铜(4)从产生喷泉的原理分析，上图中甲、乙所示装置是(填“增大”或“减少”，下同)上部烧瓶内气体的压强。上图丙所示装置是下部锥形瓶内气体的压强。人造喷泉及火山爆发的原理与上图____(填“甲”“乙”或“丙”)所示装置的原理相似。[解析](1)要使题图甲所示装置形成喷泉，只需打开止水夹，挤压胶头滴管使少量水进入圆底烧瓶，圆底烧瓶内的NH3极易溶于水，烧瓶内压强降低，产生喷泉。而题图乙所示装置则需先打开止水夹，用热毛巾捂住圆底烧瓶至有气泡从水中冒出后，再移去热毛巾。(2)能在锥形瓶内反应产生气体，使锥形瓶内压强大于圆底烧瓶内压强方可，故应选NH4HCO3和稀盐酸。A项中两物质不反应，B项中两物质反应不产生气体，C项中反应生成的CaSO4会阻碍CaCO3与H2SO4继续反应，故产生的气体很少。(3)浓硫酸溶于水放出大量的热，使锥形瓶内酒精汽化，锥形瓶内压强增大，引发喷泉。(4)题图中甲、乙所示装置的原理是减小上部圆底烧瓶内气体的压强，丙所示装置的原理是增大下部锥形瓶内气体的压强，人造喷泉及火山爆发的原理均与丙所示装置的原理相似。[答案](1)①打开止水夹，挤压胶头滴管使少量水进入圆底烧瓶。NH3极易溶于水，使圆底烧瓶内压强迅速减小，烧瓶内外产生压强差，烧杯内的水快速进入圆底烧瓶。②打开止水夹，用热毛巾捂住圆底烧瓶至有气泡从水中冒出，移去热毛巾。(2)D(3)A(4)减小增大丙[归纳总结]喷泉实验的原理是气体易溶于液体，能使烧瓶内外产生一定的压强差。能产生喷泉的气体与液体组合有：1易溶于水的气体与水的组合：NH3、HCl、SO2、NO2；2酸性气体与碱液的组合：HCl、SO2、NO2、CO2、H2S与NaOH溶液；3碱性气体与酸液的组合：NH3与盐酸。,能形成喷泉的气体不一定是极易溶于水的气体，只要瓶内气体与挤入的液体能发生反应使瓶内压强急剧变小就可以形成喷泉。[典例4]如图所示，利用培养皿探究NH3的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即将另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所进行的解释正确的是()选项实验现象解释A浓盐酸附近产生白烟NH3与HCl反应生成NH4Cl固体B浓硫酸附近无现象NH3与浓硫酸不反应C氯化物溶液变浑浊该溶液一定是AlCl3溶液D干燥的红色石蕊试纸不变色，湿润的红色石蕊试纸变蓝NH3是可溶性碱[答案]A[解析]浓氨水具有挥发性，向NaOH固体上滴加浓氨水，由于NaOH与H2O作用放热从而使NH3挥发。NH3能与HCl发生化合反应生成NH4Cl白色固体，NH3也能与H2SO4发生化合反应，生成(NH4)2SO4，A项正确，B项错误；NH3与氯化物溶液反应生成沉淀，该氯化物可以是AlCl3或MgCl2等，C项错误；NH3溶于水生成NH3·H2O，NH3·H2O是可溶性碱，NH3是氢化物，D项错误。归纳总结1氨是常见气体中唯一的碱性气体，也是中学阶段唯一一种能与酸反应生成盐、能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，在推断题中经常用到。氨与酸反应的实质是NH3与H＋结合形成eq\a\vs4\al(NH\o\al(＋,4))。2氨易跟酸反应生成盐，故不能用浓硫酸来干燥氨。3浓硝酸、浓盐酸等挥发性酸遇氨会产生白烟，利用这点可以检验浓氨水或氨的存在。硫酸、磷酸等难挥发性酸虽能与氨反应生成铵盐，但不会产生白烟。[典例5]某同学用下图所示装置(固定、加热仪器和橡胶管略)进行有关氨制取的实验探究。回答下列问题：(1)实验室常用装置①制取NH3，其反应的化学方程式为；若要测定生成的NH3的体积，则必须选择的装置是(填装置序号)，装置中所盛试剂应具有的性质是。(2)若用装置②制取并收集干燥的NH3，烧瓶内装的试剂可能是，分液漏斗中装的试剂可能是，收集装置应选择(填装置序号)。[解析](1)装置①适用于固固加热制取气体，实验室制取NH3的试剂是NH4Cl和Ca(OH)2。若测定NH3的体积，必须用排液体法，而NH3极易溶于水，故不能用排水法，所用的液体应不易挥发，不能与NH3反应，也不能溶解NH3。(2)装置②是固液不加热装置，制取NH3时，可用浓氨水和CaO(或固体NaOH或碱石灰)作用。[答案](1)2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up17(△))2NH3↑＋CaCl2＋2H2O；③⑦氨难溶于该试剂，该试剂不易挥发，且该试剂不与氨反应。(2)CaO(或固体NaOH或碱石灰)浓氨水⑥[方法规律]判断实验装置是否有错的一般方法1看主体发生装置是否有错：①实验是否需要加热；②酒精灯部位是否有错酒精量、外焰加热、是否缺灯芯；③仪器放置是否有错；④夹持仪器的位置是否有错。2看试剂是否符合实验原理包括反应物、干燥剂、尾气吸收剂。3看收集方法是否有错排水法、向上排气法、向下排气法、导管伸入的位置等。4看是否缺少尾气吸收装置，对于有毒气体，一定要设计尾气吸收装置，并选择合适的吸收剂，同时注意防倒吸。[典例6]为了检验某固体物质中是否含有NHeq\o\al(＋,4)，下列试纸和试剂一定用不到的是()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．①⑤ B．④⑤C．①③ D．①④⑤[答案]B[解析]NHeq\o\al(＋,4)的检验方法是在含有NHeq\o\al(＋,4)的溶液中加入强碱(OH－)并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验，若产生使试纸变蓝的气体，则证明原溶液中含有NHeq\o\al(＋,4)，所以一定不会用到的是④蓝色石蕊试纸和⑤稀硫酸。[易错提醒][核心素养]氨气的实验室制法

考点3硝酸[典例7]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()A.①中的红棕色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]①中灼热碎玻璃起加热作用，浓硝酸受热分解生成红棕色NO2，硝酸中氮元素化合价降低，必有元素化合价升高，只能为氧元素，因此，还有O2生成，产生的气体为混合气体，A项正确；由①可知，浓硝酸受热分解可生成红棕色气体，所以②中产生的“红棕色气体”不一定是木炭与浓硝酸发生反应产生的，B项正确；③中浓硝酸挥发才能与红热木炭接触，产生的NO2是还原产物，C项正确；红热的木炭还可与空气中的O2反应生成CO2，不一定是木炭与浓硝酸发生反应生成了CO2，D项错误。[核心素养]硝酸的强氧化性硝酸具有强氧化性是由于HNO3中的＋5价氮元素有很强的得电子能力，在硝酸参与的氧化还原反应中，几乎全部是＋5价氮被还原。1．表现(1)浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色。(2)与非金属单质C、S、P等在加热条件下反应，非金属元素生成酸性氧化物(或其含氧酸)。(3)金属与HNO3反应一般不生成H2，浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原为NO，极稀HNO3可被还原成NH3，生成NH4NO3。(4)在利用HNO3的酸性时，要注意考虑它的强氧化性。如FeO与稀硝酸反应时的方程式应是3FeO＋10HNO3(稀)=3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，而不是FeO＋2HNO3(稀)=Fe(NO3)2＋H2O。(5)硝酸与铁反应时，产物符合以下规律：(6)浓硝酸与Cu反应时，若Cu过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为NO2，但随着反应的进行，硝酸变稀，其还原产物将为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，可利用氧化还原反应过程中化合价升降总数相等的守恒规律求解有关Cu、HNO3和混合气体之间的量的关系。(7)注意NOeq\o\al(－,3)在离子共存问题的判断中的特殊性。在水溶液中，NOeq\o\al(－,3)本无氧化性，但当水溶液中有大量H＋存在时，NOeq\o\al(－,3)就表现出强氧化性，如在有H＋、NOeq\o\al(－,3)存在的溶液中就不能存在Fe2＋、S2－、I－、SOeq\o\al(2－,3)、Br－等还原性离子。2．规律(1)温度越高，硝酸越浓，其氧化性越强。(2)与硝酸反应时，还原剂一般被氧化成最高价态。[典例8]38.4mgCu与适量的浓硝酸反应，Cu全部反应后，共收集到22.4mL(标准状况下)气体。反应消耗的HNO3的物质的量是()A．1.0×10－3molB．1.6×10－3molC．2.2×10－3molD．2.4×10－3mol[答案]C[解析]Cu跟浓硝酸反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。随着反应的进行，浓硝酸会逐渐变成稀硝酸，反应则变为3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。方法1：极端假设法n(Cu)＝eq\f(38.4×10－3,64g·mol－1)g＝6.0×10－4mol若38.4mgCu全部与浓硝酸反应，则可求得参加反应的HNO3的物质的量为6.0×10－4mol×4＝2.4×10－3mol，产生的NO2在标准状况下的体积为6.0×10－4mol×2×22.4L·mol－1×103＝26.88mL；若38.4mgCu全部与稀硝酸反应，则可求得参加反应的HNO3的物质的量为6.0×10－4mol×eq\f(8,3)＝1.6×10－3mol，产生的NO在标准状况下的体积为6.0×10－4mol×eq\f(2,3)×22.4L·mol－1×103＝8.96mL。事实上Cu应先与浓硝酸反应，浓硝酸变稀后，又与稀硝酸反应，所以消耗的HNO3的物质的量应在1.6×10－3mol和2.4×10－3mol之间。观察选项可知应选C。方法2：物料守恒法参加反应的HNO3一部分作酸，一部分作氧化剂被还原(其中一部分被还原为NO2，另一部分被还原为NO)，故n(HNO3)＝n[HNO3(作酸)]＋n[HNO3(作氧化剂)]＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)＋n(NO)＝2×eq\f(38.4×10－3g,64g·mol－1)＋eq\f(22.4×10－3L,22.4L·mol－1)＝2.2×10－3mol。[核心素养]金属与硫酸、硝酸反应的计算1．反应通式M＋H2SO4(浓)→M(SO4)n＋还原产物＋H2O3M＋4xHNO3(稀)=3M(NO3)x＋xNO↑＋2xH2OM＋2xHNO3(浓)=M(NO3)x＋xNO2↑＋xH2Ox为金属的化合价。由以上两通式可以看出，稀硝酸与金属反应时，显示氧化性的硝酸占总量的eq\f(1,4)；浓硝酸与金属反应时，显示氧化性的硝酸占总量的eq\f(1,2)。2．还原产物浓硫酸→SO2浓硝酸→NO2稀硝酸→NO(HNO3越稀，还原产物的价态越低，如Zn和很稀的HNO3反应，还原产物可能是NH4NO3)。3．溶液中的酸(1)起氧化性作用的酸转化为气体(NO、NO2、SO2等)，起氧化性作用的酸的物质的量等于生成气体的物质的量。(2)起酸性作用的酸转移到生成物的盐中，其物质的量可以由阳离子的物质的量求得。(3)没参加反应的酸，可根据溶液中H＋的物质的量求得。4．常用方法(1)电子守恒法硝酸与金属的反应属于氧化还原反应，N原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。(2)原子守恒法硝酸与金属反应后，一部分以