1、氮的循环一、选择题(本题包括3小题,每题8分,共24分)1.光化学烟雾通常呈现淡蓝色,其主要成分及简单形成机理如图所示。下列说法错误的是()A.光化学烟雾有强氧化性B.氮氧化物还可引发酸雨等污染问题C.光化学烟雾成分中含有烃和烃的衍生物D.光化学烟雾呈现淡蓝色是因为含有NO2【解析】选D。光化学烟雾中的臭氧、NO2、过氧乙酰硝酸酯都有强氧化性,A正确;氮氧化物还可引发酸雨等污染问题,B正确;碳氢化合物即烃类,醛、酮、过氧乙酰硝酸酯都属于烃的衍生物,C正确;NO2是红棕色气体,光化学烟雾呈现淡蓝色是由于光的折射和反射,D错误。2.(2020大庆模拟)下列说法不正确的是()A.HNO3NONO2,
2、以上各步变化均能通过一步实验完成B.在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解,再加入Cu(NO3)2固体,铜粉仍不溶解C.某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,该气体的水溶液一定显碱性D.铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+8H+2N3Cu2+2NO+4H2O【解析】选B。稀硝酸与铜反应生成一氧化氮,一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮,都能通过一步实验完成,故A正确;酸性条件下,硝酸根离子与Cu发生氧化还原反应,则再加入Cu(NO3)2固体,铜粉溶解,故B错误;碱性溶液能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,所以某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,则该气体水溶液显碱性,故C正确;铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+8H+2N
3、3Cu2+2NO+4H2O,符合得失电子守恒、电荷守恒,故D正确。【加固训练】1.(双选)现用传感技术测定喷泉实验中的压强变化来认识喷泉实验的原理。下列说法正确的是()A.制取氨气时烧瓶中的固体常用CaO或CaCl2B.将湿润的蓝色石蕊试纸置于三颈瓶口,试纸变红,说明NH3已经集满C.关闭a,将单孔塞(插有吸入水的胶头滴管)塞紧颈口c,打开b,完成喷泉实验,电脑绘制三颈瓶内压强变化曲线如图2,则C点时喷泉最剧烈D.工业上,若出现液氨泄漏,喷洒稀盐酸比喷洒NaHCO3溶液处理效果好【解析】选C、D。A项,CaO能与水反应,使c(OH-)增大,同时放出大量的热,有利于氨气的逸出,而CaCl2为中性
4、的盐,能够溶于水,热量的变化很小,与水不反应,对氨气的逸出没有作用,故A项错误;B项,氨气和水反应生成一水合氨,一水合氨电离出氢氧根离子而导致氨水溶液呈碱性,红色石蕊试液遇碱显蓝色,所以检验三颈瓶集满NH3的方法是将湿润的红色石蕊试纸靠近瓶口c,试纸变蓝色,证明NH3已收集满,而蓝色石蕊遇碱仍然是蓝色,故B项错误;C项,三颈瓶内气体与外界大气压压强之差越大,其反应速率越快,C点压强最小、大气压不变,所以大气压和C点压强差最大,则喷泉最剧烈,故C项正确;D项,盐酸显酸性,碳酸氢钠溶液显碱性,氨水溶液显碱性,因此氨气在酸性溶液中的吸收效率高于在碱性溶液中的吸收效率,故D项正确。2.下述实验中均有红
5、棕色气体产生,对比分析所得结论不正确的是()A.由中的红棕色气体,推断产生的气体一定是混合气体B.红棕色气体不能表明中木炭与浓硝酸产生了反应C.由说明浓硝酸具有挥发性,生成的红棕色气体为还原产物D.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】选D。中浓硝酸受热分解,发生反应4HNO3(浓)4NO2+O2+2H2O,产生的气体为混合气体,故选项A正确;由可知,浓硝酸受热分解可生成红棕色气体NO2,所以“产生红棕色气体”不能说明中木炭与浓硝酸发生了反应,故选项B正确;根据和,浓硝酸反应产生红棕色NO2时需要加热,所以浓硝酸具有挥发性才可与上方红热木炭接触,同时,氮元素化合价
6、降低,所以生成的NO2为还原产物,故选项C正确;红热的木炭可与空气中的O2反应生成CO2,故选项D错误。3.(2020长春模拟)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少量的Fe粉中加入足量稀硝酸,充分反应后,滴入KSCN溶液溶液呈红色稀硝酸将Fe氧化为Fe3+B取某溶液于试管中,滴入稀氢氧化钠溶液试管口处湿润的红色石蕊试纸未变蓝盐中一定不含NC用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上试纸先变蓝后变白浓氨水呈碱性且有漂白性D浓硝酸加热有红棕色气体产生硝酸有强氧化性【解析】选A。少量的Fe粉中加入足量稀硝酸,生成硝酸铁,则滴入KSCN溶液,溶液为红色,故A正确;
7、未加热,不能生成氨气,不能证明N的存在,故B错误;浓氨水点到红色石蕊试纸上变蓝,不具有漂白性,故C错误;加热分解生成二氧化氮,由现象不能说明硝酸具有强氧化性,故D错误。二、非选择题(本题包括2小题,共26分)4.(10分)(2020邢台模拟)氨广泛用于生产化肥、制冷剂等方面。回答下列问题:(1)实验室可用如图所示装置合成氨。亚硝酸钠与氯化铵反应的离子方程式为_。锥形瓶中盛有一定量水并滴有几滴酚酞试剂。反应一段时间后,锥形瓶中溶液变红,则气体X的成分为N2、水蒸气、_和_(填化学式)。(2)斯坦福大学研究人员发明了一种锂循环系统,可持续合成氨,其原理如图所示。图中反应属于_(填“氧化还原反应”或
8、“非氧化还原反应”)。反应中能量转化的方式是_(填“电能转化为化学能”或“化学能转化为电能”)。【解析】(1)亚硝酸钠具有强氧化性,与氯化铵发生氧化还原反应,生成氮气,反应的离子方程式为N+NN2+2H2O。锌与稀硫酸反应生成的氢气与亚硝酸钠和氯化铵反应生成的氮气在催化剂作用下反应生成了氨,因此锥形瓶中含酚酞的水变红,则气体X的成分为N2、水蒸气、H2、NH3。(2)反应是Li3N与水反应生成氨和LiOH的过程,反应中没有元素化合价的变化,属于非氧化还原反应。反应中氢氧化锂转变为锂、氧气和水,发生了氧化还原反应,属于非自发的氧化还原反应,属于电解池反应,能量转化的方式是电能转化为化学能。答案:
9、(1)N+NN2+2H2OH2NH3(2)非氧化还原反应电能转化为化学能5.(16分)(2020滨州模拟)某学习小组拟设计实验探究氨气的性质,并判断与过氧化钠反应的产物。【实验探究】.氨气的性质(1)写出下列装置中的现象:A_,B_,D_,E_。.探究NH3的还原性。用氨气和下列仪器设计实验。(2)NH3与Na2O2反应不会生成NO、NO2的现象是_。检验产物是否有H2O等,按气流从左至右,仪器连接顺序为_。(3)G装置的作用是_。(4)实验完毕后,E装置中收集到一定量气体;将E中得到的固体加入少量酚酞试液中,观察到溶液变红;F装置中CuSO4不变蓝。据此写出E中反应的化学方程式:_。【解析】
10、(1)氨气使红色石蕊试液变蓝,使酚酞变红,与氧化铜反应生成铜,故现象为黑色固体变红,通入溶有足量二氧化硫的氯化钡溶液无沉淀生成。(2)NO2呈红棕色,NO会与O2反应生成NO2,故只要看气体的颜色是否变化即可确定。NH3与Na2O2反应在E中进行,D、G都有水,因此要检验产物是否有H2O,应在反应后就进行,即F接在E之后;生成的气体中会混有多余的NH3,应首先除去,但NH3溶于水易发生倒吸,应用G装置;最后收集气体。(3)由(3)分析可知,G装置的作用是吸收多余的氨气并防止倒吸。(4)D装置中收集到一定量气体,应为N2;F装置中CuSO4不变蓝,说明没有H2O生成;将E中得到的固体加入少量酚酞
11、试液中,观察到溶液变红,说明固体溶于水呈碱性,由于溶液只变红不褪色,说明没有剩余的Na2O2,因此生成的固体应为NaOH。据此可写出反应物和生成物,再根据化合价升降守恒进行配平。答案:(1)变蓝 变红 黑色固体变红无现象 (2)E中气体不会变成红棕色 E、F、G、D (3)吸收多余的氨气并防止倒吸 (4)2NH3+3Na2O2N2+6NaOH 一、选择题(本题包括3小题,每题6分,共18分)1.(2020怀化模拟)合成氨及其相关工业中部分物质间的转化关系如图:下列相关说法正确的是()A.反应、均属于氧化还原反应B.反应和中的部分产物可在上述流程中循环使用C.甲、乙、丙和丁四种物质中都含有氮元素
12、D.制取物质丁时,先向饱和氯化钠溶液中通CO2至饱和再通NH3【解析】选B。反应是工业合成氨,是氨气的催化氧化,是一氧化氮转化为二氧化氮,是二氧化氮自身氧化还原反应生成硝酸和一氧化氮,均属于氧化还原反应,为NH3+CO2+H2O+NaClNaHCO3+NH4Cl,为非氧化还原反应,故A错误;NO可进一步反应生成二氧化氮、二氧化氮和水反应生成一氧化氮,可以循环使用,碳酸氢钠受热分解生成纯碱、水和二氧化碳,二氧化碳在上述流程中能被再次利用,故B正确;分析可知甲、乙、丙三种物质中都含有氮元素,丁为NaHCO3,不含氮元素,故C错误;二氧化碳溶解度较小,应先通入氨气,否则浓度偏低,故D错误。2.(20
13、20郑州模拟)利用如图所示装置进行下列实验,能得到相应实验结论的是()选项实验结论A浓硫酸Na2SO3KMnO4溶液褪色SO2有漂白性B浓盐酸KMnO4FeBr2溶液变为黄色氧化性:Cl2Br2C稀硫酸碳酸钠CaCl2溶液无明显变化CO2不与CaCl2反应D浓硫酸蔗糖溴水褪色浓硫酸具有脱水性、吸水性【解析】选C。A项,二氧化硫使酸性高锰酸钾溶液褪色表现的是还原性,错误;B项,氯气通入溴化亚铁溶液中先氧化亚铁离子,使溶液变为黄色,错误;C项,碳酸的酸性弱于盐酸,所以二氧化碳不与氯化钙反应,正确;D项,溴水褪色说明有二氧化硫生成,证明了浓硫酸的强氧化性,错误。【加固训练】(2020沈阳高三检测)用
14、如图所示装置和相应试剂能达到实验目的的是 ()选项实验目的试剂a试剂b试剂cA验证非金属性:SCSi稀硫酸Na2CO3Na2SiO3溶液B制备纯净的氯气浓盐酸MnO2饱和食盐水C检验溶液X中含有C盐酸溶液X澄清石灰水D除去Na2SO3中的Na2SO4氯水混合物NaOH溶液【解析】选A。A项,装置b中出现气体,说明硫酸的酸性强于碳酸,装置c中出现沉淀,说明碳酸的酸性强于硅酸,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性越强,即SCSi,正确;B项,MnO2和浓盐酸反应,需要加热,此装置中没有加热装置,饱和食盐水除去氯气中的HCl,从装置c中出来的氯气中混有水蒸气,不是纯净的,错误;C项,向装置b中
15、加入盐酸,出现能使澄清石灰水变浑浊的气体,不能说明X中含有C,可能含有HC或S或HS,错误;D项,氯水具有强氧化性,能把S氧化成S,不能达到实验目的,错误。3.如图表示铁与不同浓度硝酸反应时,各种还原产物的相对含量与硝酸溶液浓度的关系,则下列说法不正确的是()A.一般来说,硝酸与铁反应的还原产物不是单一的B.用一定量的铁粉与大量的9.75 molL-1 HNO3溶液反应得到标准状况下气体2.24 L,则参加反应的硝酸的物质的量为0.1 molC.硝酸的浓度越大,其还原产物中价态越高的成分越多D.当硝酸浓度为9.75 molL-1时还原产物是NO、NO2、N2O,且其物质的量之比为531【解析】
16、选B。根据图象可知硝酸的还原产物有多种,因此一般来说,硝酸与铁反应的还原产物不是单一的,A正确;参加反应的硝酸包括被还原的,以及没有被还原的(转化为硝酸铁),因此参加反应的硝酸的物质的量大于0.1 mol,B错误;根据图象可知随着硝酸浓度的升高,NO2的含量增大,这说明硝酸的浓度越大,其还原产物中价态越高的成分越多,C正确;根据图象可知当硝酸浓度为9.75 molL-1时还原产物是NO、NO2、N2O,且其物质的量之比为1062=531,D正确。【加固训练】(2020本溪模拟)将一定质量的铜与150 mL的一定浓度的硝酸反应,铜完全溶解,产生标准状况下11.2 L的NO和NO2的混合气体,将生
17、成的混合气体与5.6 L标准状况下的氧气一起通入足量NaOH溶液中,气体恰好被吸收生成NaNO3。下列说法不正确的是()A.铜的质量为32 gB.标准状况下,混合气体构成是5.6 L的NO和5.6 L的NO2C.硝酸的物质的量浓度为10.0 molL-1D.向反应后的溶液加NaOH,使铜沉淀完全,需要NaOH的物质的量至少为1.0 mol【解析】选C。Cu与硝酸反应生成硝酸铜、NO、NO2与水,铜失电子,硝酸被还原为NO、NO2两种气体,而NO、NO2两种气体在碱性环境下被氧气氧化为N,NO、NO2又失电子,氧气得电子,所以整个过程相当于铜失电子转移给了氧气,根据电子守恒:设铜有a mol,2
18、a=5.6/22.422,a=0.5,铜的质量为0.564=32(g),A项正确;令NO和NO2的物质的量分别为x mol、y mol,根据电子转移守恒与二者体积列方程,则:3x+y=0.52,x+y=11.2/22.4,计算得出:x=0.25,y=0.25,气体的体积分别为5.6 L的NO和5.6 L的NO2,B正确;C. 0.5 mol Cu与硝酸完全反应生成硝酸铜0.5 mol,同时反应生成的NO、NO2两种气体共有11.2/22.4=0.5(mol),所以参加反应硝酸的量n(HNO3)=0.52+0.5=1.5(mol),而硝酸可能还有剩余,所以硝酸的物质的量浓度可能10.0 molL
19、-1,C错误;D.向反应后的溶液加NaOH,使铜沉淀完全,根据Cu2+2NaOH可知,0.5 mol Cu2+完全沉淀消耗NaOH的物质的量为1 mol,如果反应后硝酸过量,氢氧化钠还需中和硝酸,所以需要NaOH的物质的量要大于1.0 mol,D正确。二、非选择题(本题包括2小题,共32分)4.(16分)(2020豫皖联盟模拟)氨基锂(LiNH2)是一种白色固体,熔点为390 ,沸点为430 ,溶于冷水,遇热水强烈水解,主要用于有机合成和药物制造。实验室制备少量氨基锂的装置如图所示(部分夹持装置已略):(1)A中装置是用于制备氨气的,若制备氨气的试剂之一是熟石灰,则A中制气装置是_(从方框中选
20、用,填序号);用浓氨水与生石灰反应也可制取NH3,反应的化学方程式为_。(2)试剂X是_,装置D的作用是_。 (3)实验中需要先向C通入一段时间的NH3再点燃C处酒精灯,这样做的目的是_,可根据E中_(填现象)开始给锂加热。(4)某同学经理论分析认为LiNH2遇热水时可生成一种气体,试设计一种方案检验该气体:_。【解析】(1)氯化铵与Ca(OH)2反应需要加热且有水生成,故应选用;CaO与氨水反应生成NH3与Ca(OH)2,化学方程式为CaO+NH3H2OCa(OH)2+NH3;(2)由于锂能与水反应,故B是干燥装置,可用NaOH、生石灰或碱石灰作干燥剂干燥NH3;氨基锂溶于冷水、遇热水强烈水
21、解,因此D的作用是防止E中水蒸气进入C中导致生成的氨基锂水解;(3)加热时锂易与空气中的氧气反应,故先通入NH3的目的是将装置中的空气排尽,E的作用是吸收尾气NH3,NH3极易溶于水,故当E中球形干燥管末端基本无气泡冒出时,说明装置中的空气基本排尽;(4)LiNH2水解时产物应是LiOH和NH3,可用湿润的红色石蕊试纸或pH试纸检验NH3,故方案可设计如下:取适量LiNH2加入盛有热水的试管中,在试管口放一张湿润的红色石蕊试纸,若观察到试纸变蓝,则证明有氨气生成。答案:(1)CaO+NH3H2OCa(OH)2+NH3(2)碱石灰或氢氧化钠或生石灰防止水蒸气进入C中导致氨基锂水解(3)排尽装置中
22、的空气,防止加热时Li与氧气反应球形干燥管末端基本没有气泡冒出时(4)取适量LiNH2加入盛有热水的试管中,在试管口放一张湿润的红色石蕊试纸,若观察到试纸变蓝,则证明有氨气生成5.(16分)较活泼金属与硝酸反应,产物复杂。如一定浓度的硝酸与镁反应,可同时得到NO、NO2、N2三种气体。某同学欲用如图所示仪器组装装置来直接验证有NO、NO2生成并制取氮化镁。(假设实验中每步转化均是完全的)已知:NO2沸点是21.1 ,熔点是-11 ;NO的沸点是-151 、熔点是-164 ;氮化镁遇水会发生水解。回答下列问题:(1)为达到上述实验目的,所选用的仪器的正确连接方式是_(填序号)。a.ADCFBFE
23、b.ACDFBFEc.AFCDFBEd.AFDCFBE(2)确定还原产物中有NO2的现象是_,实验中两次使用装置F,第二次使用装置F的作用是_。(3)实验前需先打开开关K,向装置内通CO2气体,其目的是_,当_时停止通入CO2。(4)实验过程中,发现在D中产生预期现象的同时,C中溶液颜色慢慢褪去,试写出C中反应的离子方程式:_。(5)在A中反应开始时,某同学马上点燃B处的酒精灯,实验结束后通过测定发现B处的产品纯度不高,原因是_(用化学方程式回答)。(6)验证B处有氮化镁生成的方法是_。【解析】(1)根据题意“一定浓度的硝酸与镁反应,可同时得到NO、NO2、N2”,若有NO2生成则气体呈红棕色
24、,根据已知中NO2、NO的熔沸点,在装置D中可将NO2冷凝为液态,可观察到装置D中有红棕色液体生成;利用NO具有还原性,用装置C中酸性KMnO4溶液验证NO;根据已知中Mg3N2遇水会发生水解,与Mg反应的N2必须是干燥的,气体在进入装置B之前必须用浓硫酸干燥N2,且要防止H2O(g)进入制备Mg3N2的装置;装置的连接顺序为ADCFBFE。(2)根据上述分析,确定还原产物中有NO2的现象是装置D中有红棕色液体生成。Mg3N2遇水会发生水解,实验中两次使用装置F,第一次使用装置F的作用是干燥N2;第二次使用装置F的作用是防止E中H2O(g)进入B中,使Mg3N2不纯。(3)由于NO能与O2反应
25、生成NO2,会影响NO2、NO的验证,实验开始前要排出装置中的空气,所以实验前先打开开关K,向装置内通CO2气体,其目的是排出装置内空气,防止干扰实验。当观察到装置E的Ba(OH)2溶液中产生白色沉淀时,表明装置中空气已经排尽,停止通入CO2。(4)装置D中观察到有红棕色液体出现,装置C中溶液颜色慢慢褪去,说明酸性KMnO4溶液将NO氧化成N,同时Mn被还原成Mn2+,反应可写成NO+MnN+Mn2+,氮元素的化合价由+2价升至+5价,锰元素的化合价由+7价降至+2价,根据得失电子守恒可写出5NO+3Mn5N+3Mn2+,结合原子守恒、电荷守恒,写出离子方程式为5NO+3Mn+4H+5N+3M
26、n2+2H2O。(5)在A中反应开始时,马上点燃B处的酒精灯,Mg与CO2发生置换反应生成MgO和C,导致实验结束后B处制得的Mg3N2纯度不高,Mg与CO2反应的化学方程式为2Mg+CO22MgO+C。(6)Mg3N2遇水发生水解生成Mg(OH)2和NH3,检验有Mg3N2生成只要检验B处固体中加水产生NH3即可。答案:(1)a(2)D中有红棕色液体生成防止 E中水蒸气进入B中,造成产物不纯(3)排出装置内空气,防止干扰实验E中产生白色沉淀(4)5NO+3Mn+4H+3Mn2+5N+2H2O(5)CO2+2Mg2MgO+C(6)取B中固体少量于试管中,向其中加入少量水,若产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,则B中有氮化镁生成