含氮化合物的转化、计算和综合实验(备作业)(解析版)

第五章化工生产中的重要非金属元素第二节氮及其化合物课时4含氮化合物的转化、计算和综合实验一.单选题1．下列说法中正确的是()A．所有铵盐受热均可以分解，但产物不一定有NH3B．加热可除去NH4Cl中的少量NaHCO3C．在盛有硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液的试管中，滴加少量NaOH溶液，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验，试纸变蓝D．铵盐易溶于水，其水溶液只能与碱反应，不能与酸反应[答案]A[解析]铵盐受热都分解，但不一定产生氨气，如NH4NO3在400℃以上分解生成N2、NO2、H2O等，A正确；NH4Cl受热分解生成氨气与HCl，NaHCO3受热分解得到Na2CO3固体，B错误；Fe2＋比NHeq\o\al(＋,4)更易结合OH－，因而加入少量NaOH溶液不会产生NH3，C错误；NH4HCO3、(NH4)2S等溶液均能与酸反应，D错误。2．在通风橱中进行下列实验：步骤现象Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止下列说法中不正确的是()A．Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式为2NO＋O2=2NO2B．Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应C．对比Ⅰ、Ⅱ中现象，说明稀硝酸的氧化性强于浓硝酸D．红棕色气体的成分是NO2[答案]C3．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两种气体，它们是①NO和NO2、②NO2和O2、③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是()A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2[答案]D[解析]可假设试管体积均为2V，则每种气体的体积均为V。当倒置于水槽中时：①中发生反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，则剩余气体的体积V1＝eq\f(4,3)V；②中发生反应4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，则剩余气体(O2)的体积V2＝eq\f(3,4)V；③中气体与水不反应，故试管中气体体积V3＝2V。综上所述：V3>V1>V2。4．把3体积的NO2气体，依次通过下列3个分别装有足量①NaHCO3饱和溶液，②浓硫酸，③Na2O2的装置后，用排水法把残留气体收集到集气瓶中，集气瓶内气体应是(同温、同压下测定)()A．1体积NOB．2体积NO2和0.5体积O2C．2体积O2D．0.25体积O2[答案]D[解析]①3体积的NO2通入NaHCO3溶液中发生反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO、NaHCO3＋HNO3=NaNO3＋H2O＋CO2↑，生成2体积CO2和1体积NO；②1体积NO、2体积CO2和水蒸气通过浓硫酸时，水蒸气被吸收，余下1体积NO和2体积CO2；③2体积CO2与Na2O2发生反应2CO2＋2Na2O2=2Na2CO3＋O2，生成1体积O2，NO与O2反应的化学方程式为2NO＋O2=2NO2，生成1体积NO2，剩余0.5体积O2，这两种气体通入水中，发生反应：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，NO2完全反应，剩余0.25体积O2。5．同学们在做铜与浓硝酸反应的实验时，发现反应后的溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个实验来判断两种说法是否正确，这些方案中不可行的是()A．加水稀释该绿色溶液，观察溶液颜色变化B．加热该绿色溶液，观察溶液颜色变化C．向该绿色溶液中通入氮气，观察溶液颜色变化D．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察溶液颜色变化[答案]A[解析]A项，加入水，c(Cu2＋)变小，同时水也会与溶液中可能溶有的NO2反应生成HNO3，故不能得出溶液呈绿色的原因，不可行；B、C项操作都是赶出溶液中可能溶有的NO2，对c(Cu2＋)大小无影响，可行；D项，向无NO2的硝酸铜溶液中通入NO2后，通过观察溶液颜色变化，可得出结论，可行。6．(素养题)某学习小组为研究铜与浓、稀硝酸反应的差异，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＋2NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2OC．当B中0.03mol铜粉被氧化时，B中产生的NO气体大于0.02molD．C装置中装入一定量的水进行尾气处理[答案]D[解析]研究铜与浓、稀硝酸反应的差异，先利用二氧化碳将装置中的空气排出，防止Cu与稀硝酸反应生成的NO被氧化，滴加浓硝酸时Cu与浓硝酸反应生成二氧化氮，在B中发生3NO2＋H2O=2HNO3＋NO、3Cu＋8HNO3=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，C中收集到NO气体，最后尾气处理。反应开始前通入过量的CO2气体，目的是排除装置内的空气，A正确；A中铜与浓硝酸反应的离子方程式为：Cu＋2NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O，B正确；B中发生反应为：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO、3Cu＋8HNO3=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，因此由B中发生的反应知当B中0.03mol铜粉被氧化时，B中产生的NO气体大于0.02mol，C正确；NO不溶于水，C装置中装入一定量的水不能进行尾气处理，D错误。7．(易错题)锌和某浓度的HNO3溶液反应时，若参加反应的锌与HNO3的物质的量之比为2∶5，产物有硝酸锌、X和水，则X可能是()A．NOB．N2OC．N2O3D．NO2[答案]B[解析]锌和某浓度的硝酸溶液发生氧化还原反应，参加反应的锌和硝酸的物质的量之比为2∶5，假设锌为4mol，生成4mol硝酸锌，表现酸性的硝酸的物质的量为8mol，反应后Zn被氧化为＋2价，设硝酸还原产物中氮元素为x价，则根据得失电子守恒可知4mol×(2－0)＝(10－8)mol×(5－x)，解得x＝＋1，即还原产物为N2O，B正确。3.下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是 ()选项实验操作现象解释或结论A过量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反应后,滴入KSCN溶液溶液呈红色稀HNO3将Fe氧化为Fe3+B常温下,Fe、Al放入浓HNO3或浓H2SO4中无明显现象Fe、Al与浓HNO3或浓H2SO4发生钝化CAl箔插入稀HNO3中无现象Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的氧化膜D用玻璃棒蘸取浓HNO3点到红色石蕊试纸上试纸变蓝色浓HNO3具有酸性[答案]B[解析]稀硝酸与铁粉反应,铁首先被氧化成Fe3+,过量铁粉将Fe3+还原,最终得到Fe2+,滴入KSCN溶液不显红色,A错误;常温下,Fe、Al在浓HNO3或浓H2SO4中发生钝化,生成致密的氧化物保护膜阻止了反应进行,B正确;Al箔能与稀HNO3反应放出气体,C错误;用玻璃棒蘸取浓HNO3点到红色石蕊试纸上,一段时间后试纸褪色,D错误。9.下列物质间的转化(其中A、B、C、D含同种元素,Y可以是纯净物,也可以是混合物,某些条件和产物已略去)如图所示。下列有关叙述中不正确的是 ()A.若A为硫单质,则Y可能是H2O2B.若A为氮气,则D是硝酸C.若B为一氧化氮,则A一定是氮气D.若B为氧化钠,则D一定是氢氧化钠[答案]C[解析]若A为硫单质,则B为二氧化硫,C为三氧化硫,D为硫酸,二氧化硫具有还原性,H2O2具有氧化性,二者可发生氧化还原反应生成硫酸,A正确;若A为氮气,则B为一氧化氮,C为二氧化氮,二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮,故D是硝酸,B正确;若B为一氧化氮,氨气发生催化氧化可生成一氧化氮,则A可能为氨气,C错误;若B为氧化钠,则C为过氧化钠,过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气,故D一定是氢氧化钠,D正确。10.下图是氮元素形成物质的价—类二维图及氮循环的部分信息:下列说法正确的是 ()①可通过雷电作用将b转化为c,这是一种固氮方式②可通过加氧化剂将e转化为f③a→c→d→f这几个反应中,均发生了N元素被氧化的反应④g只具有氧化性,还可能与碱发生反应⑤可通过加Cu、C等还原剂,将f转化为d⑥h可与f反应生成iA.①③⑤⑥B.①②③④C.②③⑥D.①④⑤[答案]A[解析]根据物质类别及其与N元素化合价的关系可知:a是NH3、b是N2、c是NO、d是NO2、e是N2O5、f是HNO3、g是HNO2、h是NH3·H2O、i是铵盐,其中氮元素显-3价和+5价,则i为NH4NO3。在雷电作用下N2与O2反应产生NO,属于氮的固定,①正确;N2O5与水反应产生HNO3,反应过程中元素化合价不变,因此反应不需要加入氧化剂就可以实现,②错误;NH3与O2在催化剂存在条件下加热发生反应产生NO,NO与O2发生反应产生NO2,NO2与H2O反应产生HNO3、NO,均发生了N元素被氧化的反应,③正确;g是HNO2,属于酸,N元素化合价是+3价,属于中间价态,因此既具有氧化性,也具有还原性,同时也能与碱发生中和反应产生盐和水,④错误;d是NO2,f是HNO3,浓硝酸具有强氧化性,可与Cu、C等还原剂发生氧化还原反应产生NO2气体,将HNO3转化为NO2,⑤正确;f是HNO3,h是NH3·H2O,i是NH4NO3,HNO3与NH3·H2O发生反应产生NH4NO3和水,⑥正确。二.非选择题11．非金属单质A经如图所示的过程转化为含氧酸D，已知D为强酸，请回答下列问题：eq\x(A)eq\o(→,\s\up10(O2))eq\x(B)eq\o(→,\s\up10(O2))eq\x(C)eq\o(→,\s\up10(H2O))eq\x(D)(1)若A在常温下为固体，B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体。①D的化学式是________；②在工业生产中，B气体的大量排放被雨水吸收后会形成________而污染环境。(2)若A在常温下为气体，C是红棕色的气体。①A、C的化学式分别是：A________________；C________________。②D的浓溶液在常温下可与铜反应并生成C气体，请写出该反应的化学方程式：_______________________。该反应________(填“属于”或“不属于”)氧化还原反应。[解析](1)若B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体，则B是SO2，C是SO3，D是H2SO4；若大量排放SO2，则会形成酸雨。(2)若C是红棕色气体，则C为NO2，B为NO，A为N2，D为HNO3，浓硝酸可与Cu反应：4HNO3(浓)＋Cu=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。此反应有元素化合价升降变化，属于氧化还原反应。[答案](1)①H2SO4②酸雨(2)①N2NO2②Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O属于12．(素养题)为了探究几种气态氧化物的性质，某同学设计以下实验。用三只集气瓶收集二氧化硫、二氧化氮气体，倒置在水槽中。然后，分别缓慢通入适量氧气或氯气，如图所示。一段时间，A、B装置中集气瓶充满溶液，C装置中集气瓶里还有气体。ABC(1)如果装置A中通入氧气恰好使液体充满集气瓶，假设瓶内液体不向外扩散。①写出总反应的化学方程式：____________________________；该实验对工业上生产硝酸的启示是______________________。②假设实验条件下，气体摩尔体积为aL·mol－1，计算集气瓶里溶液的物质的量浓度为_________。(2)实验前在C水槽里滴加几滴紫色石蕊溶液，通入氧气后，实验现象可能为__________________________________；发生反应的化学方程式为_______________________________；C装置实验可以探究酸雨变化过程。(3)溶液充满集气瓶后，在B水槽里滴加硝酸钡溶液，可能观察到的现象为__________________________________；写出有关离子方程式：__________________________________。证明B水槽反应后溶液里有氯离子的操作方法是___________________。[解析](1)①A装置中集气瓶里发生的反应有：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO、2NO＋O2=2NO2，总反应的化学方程式为4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。工业上，利用二氧化氮与水反应制硝酸，为了充分利用原料，防止排放大气污染物NO，应向吸收器中通入足量空气，使氮元素全部转化成硝酸。②设A装置中集气瓶体积为VL，二氧化氮气体体积为VL，n(NO2)＝eq\f(VL,aL·mol－1)＝eq\f(V,a)mol，最后充满液体，HNO3溶液体积为VL，c(HNO3)＝eq\f(\f(V,a)mol,VL)＝eq\f(1,a)mol·L－1。(2)二氧化硫溶于水生成亚硫酸，亚硫酸是中强酸，通入氧气反应后，生成硫酸(强酸)，溶液红色变深。(3)氯气在水中将二氧化硫氧化成硫酸，检验氯离子前要除去SOeq\o\al(2－,4)。[答案](1)①4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3在吸收器里充入足量空气②eq\f(1,a)mol·L－1(2)红色由浅变深2SO2＋O2＋2H2O=2H2SO4(3)出现白色沉淀Cl2＋SO2＋2H2O=2Cl－＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋、Ba2＋＋SOeq\o\al(2－,4)=BaSO4↓取少量反应后的溶液于试管中，向试管里加入过量的硝酸钡溶液，待沉淀完全后，静置，取上层清液滴加硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则说明原溶液中含有Cl－13．小组乙用下列装置组装制备无水FeCl3的装置：已知FeCl3易潮解。(1)A中发生反应的离子方程式为_______________________。(2)装置接口的连接顺序为________(用a、b、c……i表示)；实验时应先点燃________(填“A”或“C”)处酒精灯。(3)装置B的作用是______________________________。(4)如果拆去E和F装置，可能的后果是_______________________。[解析](1)A中MnO2与浓盐酸在加热条件下反应生成MnCl2、Cl2和H2O，反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(2)根据实验目的与原理可知，装置接口的连接顺序为：a→hi→fg→de→bc。装置中有空气，加热条件下氧气能与Fe反应，应先用氯气排尽装置中的空气，故实验时应先点燃A处酒精灯。(3)装置B中碱石灰的作用：一方面，可吸收没有反应完的氯气，以防污染空气；另一方面，可防止空气中的水蒸气进入装置D使生成的FeCl3潮解。(4)如果拆去E和F装置，可能会发生反应Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑，在C中加热氢气与氯气的混合气体，易发生爆炸。[答案](1)MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O(2)a→hi→fg→de→bc(c可不写)A(3)防止反应结束后空气中的水蒸气进入装置D中使无水FeCl3潮解；吸收尾气，防止氯气污染空气(4)发生反应Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑，在C中加热氢气与氯气的混合气体，易发生爆炸14．亚硝酸钠(NaNO2)是工业盐的主要成分，在漂白、电镀等方面应用广泛。已知：室温下，2NO＋Na2O2=2NaNO2，以木炭、浓硝酸、Na2O2为主要原料制备亚硝酸钠的装置如图所示。(加热装置及部分夹持装置已略去)回答下列问题：(1)A装置中反应的化学方程式为________________。(2)B装置的作用是______________________。(3)充分反应后，C中生成的固体除NaNO2外，还可能生成________(填化学式)，为避免杂质的生成，应在B、C之间加一个装置，该装置和所盛放试剂的名称分别是________。(4)D装置用于尾气处理，写出D中反应的离子方程式：_____________________________________。[解析](1)A装置中浓硝酸与木炭发生反应，化学方程式为C＋4HNO3(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。(2)将A装置中产生的NO2通入水中，发生反应：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，所以B装置的作用是将NO2转化为NO。(3)B中出来的NO气体中可能会混有CO2、水蒸气，分别与Na2O2反应生成Na2CO3、NaOH，所以C中生成的固体除NaNO2外，还可能生成Na2CO3、NaOH；为避免杂质的生成，可以在B、C之间加一个干燥管(或U形管)，所盛放的试剂应该为碱石灰，用于吸收混合气体中的CO2和水蒸气。(4)D装置中盛放的是酸性KMnO4溶液，用于尾气处理，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可得D装置中反应的离子方程式为5NO＋3MnOeq\o\al(－,4)＋4H＋=5NOeq\o\al(－,3)＋3Mn2＋＋2H2O。[答案](1)C＋4HNO3(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O(2)将NO2转化为NO(3)Na2CO3、NaOH干燥管、碱石灰(4)5NO＋3MnOeq\o\al(－,4)＋4H＋=5NOeq\o\al(－,3)＋3Mn2＋＋2H2O15．将6.4g铜加入50mLamol·L－1的