1、能力课时2含氮化合物的转化、计算和综合实验 探 究 任 务1理解含氮化合物的转化及应用。2掌握NOx、硝酸的有关计算。3含氮化合物的综合实验探究。含氮物质的转化及应用1工业制HNO3的反应原理及流程其主要流程是将氨和空气的混合气(氧氮21)通入灼热(760840 )的铂铑合金网，在合金网的催化作用下，氨被氧化成一氧化氮(NO)，生成的一氧化氮结合反应后残余的氧气继续被氧化为二氧化氮，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸。各步反应的化学方程式如下：4NH35O24NO6H2O2NOO2=2NO23NO2H2O=2HNO3NO2其他转化关系：(1)N2NO(2)NH4ClNH3(3)HNO3NO或NO2
2、(4)2NOx2xCON22xCO21已知X、Y、Z、W(含同一元素)之间的转化关系为XYZW，且X能与W发生反应生成一种易溶于水的盐，则X可能是()AN2 BNO2 CNH3 DNOC根据题意可知X、Y、Z、W(含同一元素)均含N元素，由X能与W发生反应生成一种易溶于水的盐，知X是NH3，发生反应：4NH35O24NO6H2O，2NOO2=2NO2，3NO2H2O=2HNO3NO；且HNO3NH3=NH4NO3。2如图是某元素形成物质的“价类”图，图中显示各物质之间的转化关系。其中A为正盐，X是一种强碱，通常条件下Z是无色液体，E的相对分子质量比D大16。下列说法正确的是()AA是适合与草木
3、灰混合施用的肥料BC可用排空气法收集CB和F能发生复分解反应生成盐DB在一定条件下可直接与Y反应生成DDA为正盐，X是一种强碱，二者反应生成氢化物B，则A为铵盐，B为NH3。B连续与Y反应得到氧化物D与氧化物E，且E的相对分子质量比D大16，则Y为O2、C为N2、D为NO、E为NO2。通常条件下Z是无色液体，E与Z反应得到含氧酸F，则Z为H2O、F为HNO3。F与X发生酸碱中和反应得到的G为硝酸盐。A为铵盐，草木灰的主要成分为K2CO3，其水溶液呈碱性，二者混合会反应生成氨气，降低肥效，故A项错误；氮气的密度与空气接近，不宜采取排空气法收集，可以用排水法收集氮气，故B项错误；氨气与硝酸反应生成
4、硝酸铵，属于化合反应，不属于复分解反应，故C项错误；NH3在催化剂和加热的条件下，与O2反应生成NO和H2O，故D项正确。含氮化合物的有关计算类型1氮的氧化物溶于水的有关定量关系(1)相关反应原理3NO2H2O=2HNO3NO2NOO2=2NO2由方程式2得：4NO2O22H2O=4HNO3由方程式23得：4NO3O22H2O=4HNO3(2)氮氧化物溶于水的不同情况及剩余气体分析NO2与O2的混合气体溶于水(反应)当V(NO2)V(O2)NO与O2的混合气体溶于水(反应)当V(NO)V(O2)【典例1】一定条件下，将等体积的NO和O2充入同一试管，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体
5、积约为原气体总体积的()A B C DC根据4NO3O22H2O=4HNO3可知等体积NO和O2混合溶于水剩余O2。令两气体均为aL，则V剩(O2)aaLa L，故。1按图进行实验。试管中装有12 mL NO，然后间歇而又缓慢地通入8 mL O2，下列是有关最终状态的描述：试管内气体呈红棕色试管内气体呈无色试管内液面不变试管内液面上升试管内气体是O2试管内气体是NO。其中正确的是()A B C DC根据4NO3O22H2O=4HNO3可得，剩余气体应为NO，体积为 mL，试管内液面上升。2若把NO2与O2的体积比大于41的混合气体充入试管中，按上述实验，最后试管中得到的气体是_，理由是_。答案
6、NO因为NO2和O2混合气体的体积之比大于41 时，NO2过量，但过量的NO2气体再与水反应生成HNO3和NO，所以最后得到的气体为NO类型2硝酸与金属反应的有关计算硝酸与金属反应的计算(1)电子守恒法：硝酸与金属反应属于氧化还原反应，氮原子得到的电子总数等于金属原子失去的电子总数。(2)原子守恒法：硝酸与金属反应时，反应前硝酸中的NO一部分仍以NO的形式存在，一部分转化为还原产物，这两部分中N的物质的量之和与反应消耗的硝酸中N的物质的量相等。(3)电荷守恒法HNO3过量时，反应后溶液中(不考虑OH)根据电荷守恒有c(NO)c(H)nc(Mn)(Mn代表金属离子)。(4)利用离子方程式计算硝酸
7、与硫酸混合液跟金属的反应，当金属足量时，不能用硝酸与金属反应的化学方程式计算，应用离子方程式计算，因为生成的硝酸盐中的NO与硫酸电离出的H仍能继续与金属反应。如金属铜与混酸的反应方程式为3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O。【典例2】3.2 g铜与过量硝酸(8 molL1、30 mL)充分反应，硝酸的还原产物为NO2和NO，反应后溶液中含有a mol H，则此时溶液中所含NO的物质的量为()A(0.2a)molB(0.1a)molC(0.05a)mol Da molBn(NO)n(H)n(Cu2)23.2 g铜与过量硝酸(8 molL1、30 mL)充分反应生成Cu2，充分反应后溶液中Cu
8、2的物质的量为0.05 mol，含a mol H，根据电荷守恒，可得硝酸根的物质的量等于铜离子物质的量的2倍和氢离子的物质的量之和，则此时溶液中所含NO的物质的量为(0.1a)mol。变式(1)反应过程中失去电子_mol。(2)被还原的HNO3为_mol。生成NO2和NO的总物质的量为_mol。答案(1)0.1(2)(0.14a)(0.14a)3某金属单质跟浓硝酸反应，若参加反应的单质和浓硝酸的物质的量之比为14，浓硝酸被还原成NO2，则该单质在氧化产物中的化合价为()A2 B3 C4 D5A根据得失电子守恒解题，但要注意硝酸中有和金属元素结合的硝酸根未被还原，所以，设反应后金属的化合价为x，
9、则列式为1(x0)(4x)(54)，解得x2。注意(4x)代表的是有4 mol硝酸反应，和金属元素结合的未被还原的硝酸为x mol，所以得电子的硝酸的物质的量为(4x)mol。4向某HNO3和Fe(NO3)3的混合溶液中逐渐加入铁粉，产生无色气体，该气体遇空气变红棕色，溶液中Fe2的物质的量和加入Fe粉的物质的量之间的关系如图所示，则原稀溶液中HNO3和Fe(NO3)3的物质的量浓度之比为()A41 B31 C21 D11A由图像可知，当加入1 mol Fe时，n(Fe2)0，再加入Fe，n(Fe2)逐渐增大，说明当加入Fe少于1 mol时，发生反应：Fe4HNO3(稀)=Fe(NO3)3NO
10、2H2O，所以混合溶液中含有4 mol HNO3，当再加入1 mol Fe时，发生反应：Fe2Fe3=3Fe2，得到3 mol Fe2，由图像和前面分析可知原混合溶液中含有1 mol Fe(NO3)3。故原稀溶液中HNO3和Fe(NO3)3的物质的量浓度之比为41。A项正确。常见气体的制备及性质探究1气体制备及其性质探究的基本流程2常见气体的发生装置(1)固固气(如制O2、NH3等)(2)固液气(如制H2、O2、CO2、SO2、NO2、NO等)或(3)固液气(如制Cl2、SO2等)3常见气体净化装置类型液态吸收剂固态吸收剂固态吸收剂固体吸收剂，加热装置4常见气体的收集方法(1)排水法：收集难溶
11、于水的气体，如O2、H2、N2、NO、CO等。(2)排液法：收集难溶于所选溶液的气体，如Cl2用排饱和食盐水法收集。(3)向上排空气法：收集气体密度比空气的大且相差较大的气体，如Cl2、CO2、NO2等。(4)向下排空气法：收集气体密度比空气的小的气体，如CH4、H2、NH3等。5尾气处理装置(如下图a、b、c)abc注意：吸收式装置要注意防倒吸。【典例3】某课外活动小组用如图所示的实验装置探究氯气与氨气之间的反应。其中A、F为氨气和氯气的发生装置，C为纯净、干燥的氯气与氨气反应的装置。备选装置请回答下列问题：(1)装置F中发生反应的离子方程式是_。(2)装置A中的烧瓶内固体可选用_(选填字母
12、序号)。A碱石灰B浓硫酸C生石灰 D五氧化二磷E烧碱(3)虚线框内应添加必要的除杂装置，请从如图的备选装置中选择，并将编号填入下列空格：B_、D_、E_。(4)氯气和氨气在常温下混合就能发生反应生成氯化铵和氮气，该反应的化学方程式为_；装置C内出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结，请设计一个实验方案鉴定该固体就是氯化铵：_。(5)若从装置C的G处逸出的尾气中含有N2和少量Cl2，应如何处理？_。解析(1)浓盐酸和二氧化锰在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水，离子方程式为MnO24H2ClMn2Cl22H2O。 (2)利用物质溶解时放出的热量促进氨水的挥发来制取氨气，且该物质和氨气不反应，氨气是碱性气
13、体，所以溶解的物质必须是碱性物质，A碱石灰、C生石灰、E烧碱都是碱性物质，且溶解于水时放出热量，D五氧化二磷、B浓硫酸虽然溶于水时放热，但是属于酸性物质。 (3)氨气中混有水蒸气，氨气是碱性气体，要除去水蒸气只能用碱性物质，故选；制取的氯气中混有氯化氢气体和水蒸气，氯化氢极易溶于水，氯气也能溶于水，所以不能用水除去氯化氢气体；氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，食盐水中含有氯离子，能抑制氯气的溶解，所以要想除去氯气中的氯化氢E应选；水蒸气常用浓硫酸除去，故D选。 (4)氯气和氨气在常温下混合就能发生反应生成氯化铵和氮气：8NH33Cl2=6NH4ClN2；氯化铵中含有氯离子和铵根离子，氯离子用硝酸酸
14、化的硝酸银溶液检验；氨气用湿润的红色石蕊试纸检验。(5)氯气有毒，所以不能直接排入空气中，但氯气能和水反应生成盐酸和次氯酸，盐酸和次氯酸都能和氢氧化钠反应生成盐，所以除去氯气可选用氢氧化钠溶液吸收，方法为将导气管与G口连接，另一端插入盛有NaOH溶液的烧杯中。答案(1)MnO24H2ClMn2Cl22H2O(2)ACE(3)(4)8NH33Cl2=6NH4ClN2将固体在烧杯中溶解，用试管取少量溶液，然后滴加少量硝酸酸化的AgNO3溶液，有白色沉淀产生，证明有Cl；用试管取少量溶液，加入浓烧碱溶液，加热，再将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，红色石蕊试纸变蓝证明有NH(5)将导气管与G口连接，另一
15、端插入盛有NaOH溶液的烧杯中5某研究小组用下图装置进行SO2与FeCl3溶液反应的相关实验(夹持装置已略去)。(1)通入足量SO2时，装置C中观察到的现象为_。(2)根据以上现象，该小组同学认为SO2与FeCl3溶液发生氧化还原反应。写出SO2与FeCl3溶液反应的离子方程式：_。该小组同学向装置C反应后的溶液中加入硝酸酸化的BaCl2溶液，若出现白色沉淀，即可证明反应生成了SO，该做法_(填“合理”或“不合理”)，理由是_。(3)B的作用是_。(4)装置D中倒置漏斗的作用是_。(5)为了验证SO2具有还原性，实验中可以代替FeCl3的试剂有_(填字母)。a浓H2SO4b酸性KMnO4溶液c
16、碘水 dNaCl溶液解析(1)SO2通入FeCl3溶液中时，SO2表现出还原性，能将Fe3还原为Fe2，则装置C中观察到的现象为溶液由棕黄色变为浅绿色。(2)根据上述分析可知，装置C中发生反应的离子方程式为2Fe3SO22H2O=SO4H2Fe2。加入的HNO3能将溶解的SO2氧化为H2SO4，会干扰实验，故该做法不合理。(4)装置D中倒置漏斗能将SO2尾气充分吸收，且能防止溶液倒吸。(5)要验证SO2具有还原性，应选择具有较强的氧化性的试剂，且实验过程中有明显的实验现象，b、c项试剂均可代替FeCl3溶液。答案(1)溶液由棕黄色变为浅绿色(2)2Fe3SO22H2O=SO4H2Fe2不合理硝
17、酸可以将溶解的SO2氧化为H2SO4，干扰实验(3)安全瓶，防止倒吸(4)使气体被充分吸收；防止溶液倒吸(5)bc某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体是否为NO，设计了如下实验。实验装置如图所示(已知NO、NO2能与NaOH溶液反应)：1设计装置A的目的是什么？为达到此目的，应进行的操作是什么？提示：利用生成的CO2将装置内的空气赶尽，排除对气体产物观察的干扰。打开分液漏斗上口的活塞(或使分液漏斗活塞上的凹槽对准瓶口上的小孔)，打开K，当装置C中产生白色浑浊时，关闭K。2反应过程中，B装置中的现象是什么？写出发生反应的离子方程式。提示：铜丝上产生气泡，稀硝酸液面上气体仍无色，溶液变
18、为蓝色。3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O。3反应一段时间，将注射器中的空气注入E中，E中现象是什么？实验目的是什么？写出发生反应的方程式。提示：无色气体变为红棕色，验证Cu与稀HNO3反应生成NO。2NOO2=2NO2。4D中用干燥管的目的是什么？D装置的作用是什么？提示：防止倒吸。吸收尾气，防止污染空气。5若没有设计A装置，B中液面上方有什么现象？提示：无色变成红棕色，一段时间又变为无色。通过Cu与硝酸的反应，理解反应原理、现象装置评价、尾气处理等。培养学生“科学探究与创新意识”的化学核心素养。1氨是一种重要的工业原料，工业上利用反应3Cl22NH3=N26HCl检查氯气管道是否漏气
19、，下列说法错误的是()A若管道漏气，遇氨就会产生白烟B该反应利用了Cl2的强氧化性C该反应属于复分解反应D生成1 mol N2时有6 mol电子转移C此反应中存在元素化合价的变化，为氧化还原反应，氧化还原反应不可能为复分解反应，C错误；Cl2在此反应中作氧化剂，体现强氧化性，B正确；反应生成的HCl遇到挥发出来的NH3生成白烟(NH4Cl)，A正确；2NH3N2，所以生成1 mol N2时有6 mol电子转移，D正确。 2某化学兴趣小组设计了如图所示的浓HNO3与Cu反应的微型实验。下列说法中错误的是()A挤压塑料瓶使浓HNO3进入干燥管就可引发反应B将装置口向上提起就可停止反应C蘸碱液的棉花
20、可起到吸收NO2的作用D该装置适用于木炭与浓硝酸或浓硫酸的反应实验D挤压塑料瓶使浓HNO3进入干燥管与铜接触，可以引发反应，A正确；将装置口向上提起使铜与浓HNO3分离，可使反应停止，B正确；NO2是酸性气体，可被碱液吸收，C正确；木炭与浓硝酸或浓硫酸的反应需要加热才能够进行，而该装置是在常温下进行的反应装置，D错误。3将40 mL NO2和NO的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的试管里，充分反应后试管中剩余20 mL气体，则原混合气体中NO2和NO的体积比为()A21 B13 C31 D11C3NO2H2O=2HNO3NOV3 mL 1 mL 2 mLV(NO2) (40 mL20 mL)，解
21、得V(NO2)30 mL所以原混合气体中V(NO)40 mL30 mL10 mL，因此V(NO2)V(NO)30 mL10 mL31。4下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是()N2NO2NO2NONO2HNO3N2NOA B C D答案C5为了在实验室制取干燥的氨气，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图所示三套实验装置：(1)写出实验室制氨气的化学反应方程式：_。(2)实验装置和所用样品都正确的是_(填“甲”“乙”或“丙”)。(3)检验试管里是否收集满氨气的方法是_。(4)上述装置中肯定收集不到氨气的是_(填“甲”“乙”或“丙”)，其原因是_(用化学方程式表示)。解析(2)甲中没
22、有干燥装置，得到的氨气中含有水蒸气；乙中浓硫酸能够与氨气发生反应；丙中碱石灰与氨气不反应，能够干燥氨气。(3)氨气与水反应生成一水合氨，一水合氨遇红色的石蕊试纸显蓝色，可将湿润的红色石蕊试纸放在试管口检验氨气是否已收集满；氨气和氯化氢或硝酸反应可产生大量白烟，所以可用玻璃棒蘸取浓盐酸或浓硝酸放在试管口，若产生大量白烟，可证明氨气已经收集满。(4)氨气为碱性气体，可与浓硫酸反应，反应的化学方程式为2NH3H2SO4=(NH4)2SO4(氨过量)或NH3H2SO4=NH4HSO4(氨少量)，故乙装置肯定收集不到氨气。答案(1)Ca(OH)22NH4Cl2NH3CaCl22H2O(2)丙(3)在试管口放一块湿润的红色石蕊试纸，若试纸变蓝，则证明氨气已经集满或用玻璃棒蘸取浓盐酸(或浓硝酸)放在试管口，若产生大量白烟，则证明氨气已经集满(4)乙2NH3H2SO4=(NH4)2SO4(或NH3H2SO4=NH4HSO4)