1、氮及其重要化合物(45分钟100分)一、选择题(本题包括7小题,每题6分,共42分)1.下列有关氮元素的单质及其化合物的说法正确的是()A.豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮气,属于物理变化B.向装有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,原因是HNO3分解生成了NO2C.将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近,观察到白烟D.雷雨天气可以产生硝酸,不会给作物带来危害【解析】选D。豆科植物通过根瘤菌将空气中的氮气转化为化合物,属于化学变化,A错误;发生3Fe2+N+4H+3Fe3+NO+2H2O,NO遇空气生成红棕色NO2,B错误;浓硫酸无挥发性,无法观察到白烟,C错误;雷雨天气
2、可以产生硝酸,硝酸随雨水下降与土壤中的矿物质反应生成硝酸盐,给农作物提供氮肥,D正确。【加固训练】下列化学事实及其解释都正确的是()A.NO2与水反应,NO2作还原剂,水作氧化剂B.某溶液中含有大量的N,该溶液中一定不存在大量的Fe2+C.闪电时,空气中的N2和O2可直接化合生成NO2D.除去NO中混有少量NO2气体时,可以用水洗涤后再干燥【解析】选D。NO2与水反应,NO2是还原剂也是氧化剂,A错误;N和Fe2+能共存,例如硝酸亚铁溶液,但在酸性条件下,N能氧化Fe2+,B错误;空气中的N2和O2直接化合生成的是NO,C错误。将混有少量NO2的NO气体通过水洗涤后,因NO2与水反应生成NO,
3、再干燥即可,D正确。2.某同学仿照“喷泉”实验的原理,在实验室做了一个“喷烟”实验,如图所示。他在甲、乙两个烧瓶中分别充入X、Y两种无色气体,在胶头滴管中盛有含酚酞的NaOH溶液,实验时将胶头滴管内的液体挤入甲烧瓶内,然后打开止水夹,便可以看到甲烧瓶中的导管口喷出白色的烟,同时甲烧瓶中的溶液颜色逐渐变浅。若已知X、Y是HCl、NH3、Cl2、O2、CH4、SO2、NO气体中的两种,则下列判断中正确的是()A.X是NH3,Y是HClB.X是Cl2,Y是NH3C.X是SO2,Y是O2D.X是NO,Y是O2【解析】选A。根据题中已知的气体,能产生白烟的是HCl和NH3或Cl2和NH3,再根据题中信息
4、“甲烧瓶中的溶液颜色逐渐变浅”可知X是NH3,Y是HCl,A正确。3.如图所示,相同条件下,两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体,分别倒置于水槽中,然后通过导管缓慢通入氧气,边通边慢慢摇动试管,直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散,则(1)和(2)两个试管内溶液物质的量浓度之比为()A.11B.43C.57D.75【解析】选A。设试管的体积为1 L,水充满整个试管,溶液的体积是1 L,无论是NO2还是NO都转变成了HNO3,根据氮元素守恒,生成的HNO3的物质的量相等,即硝酸的物质的量浓度相等。【加固训练】如图所示,试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物),当倒扣在盛有
5、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,可以观察到试管内水柱继续上升,经过多次重复后,试管内完全被水充满,原来试管中盛装的气体是()A.可能是N2与NO2的混合气体B.只能是O2与NO2的混合气体C.可能是NO与NO2的混合气体D.只能是NO2一种气体【解析】选C。根据题意3NO2+H2O2HNO3+NO,2NO+O22NO2。将反应合并可得4NO2+O2+2H2O4HNO3。最后试管充满水的条件是NO2或NO2和NO混合或NO2和O2混合,答案为C。【方法规律】(1)氮氧化物溶于水的问题分析。无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体
6、,反应的实质是3NO2+H2O2HNO3+NO,2NO+O22NO2,故若有气体剩余只能是NO或O2,不可能是NO2。若NO和O2通入水中,总关系式为4NO+3O2+2H2O4HNO3。若NO2和O2通入水中,总关系式为4NO2+O2+2H2O4HNO3。(2)NOx与NaOH溶液反应问题分析。NO2能被NaOH溶液吸收生成2种盐。NO不能被NaOH溶液吸收。n(NO2)n(NO)1时能完全被NaOH溶液吸收。(3)氮氧化物与O2、H2O反应的计算方法。电子守恒当NOx转化为硝酸时要失去电子,如果是NOx与O2混合,则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。原子守恒法4NO2+O2和4
7、NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成,都与N2O5+H2O2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O个数比进行分析判断。4. SCR法(选择性催化还原技术)是一种以NH3作为还原剂,将烟气中NOx分解成无害的N2和H2O的干法脱硝技术,反应原理为6NO+4NH35N2+6H2O;6NO2+8NH37N2+12H2O;NO+NO2+2NH32N2+3H2O,下列说法正确的是()A.NO2为酸性氧化物B.氮气性质不活泼,其原因是氮元素的非金属性很强C.反应中每生成22.4 L N2,转移电子数1.5NAD.HNO3NONO2,以上各步变化均能通过一步完成【解
8、析】选D。NO2不是酸性氧化物,A错误;氮气分子中存在键,破坏时需要吸收很高的能量,所以氮气性质不活泼,B错误;反应每生成标准状况22.4 L N2,转移电子数3NA,C错误;HNO3NONO2,均能通过一步完成,D正确。5.某实验过程如图所示,则图试管中的现象是 ()A.铜片溶解,产生无色气体,该气体遇空气变为红棕色B.铜片溶解,产生无色气体,该气体遇到空气不变色C.铜片溶解,放出红棕色有刺激性气味的气体D.无明显现象,因稀硫酸不与铜反应【解析】选A。在试管的溶液中含有N,加入稀硫酸,酸性条件下N与铜反应生成无色气体NO,NO遇到空气变为红棕色,A正确。6.下列装置能达到实验目的的是()【解
9、析】选A。实验室用A装置制取氨气,A正确;氨气极易溶于水,该装置能发生倒吸,B错误;NO与氧气反应,不能用排空气法收集NO,C错误;NO2和水反应,不能用排水法收集NO2,D错误。7.(能力挑战题)已知Ca3N2遇水发生水解反应,需密封保存。利用如下装置制取氮气,并用氮气制备Ca3N2,下列说法正确的是()A.中发生的化学方程式为NaNO2+NH4ClNaCl+N2+H2OB.、中依次盛装浓硫酸、酸性氯化亚铁溶液、碱石灰C.的作用为安全瓶,防止停止加热时中的溶液进入中D.实验结束后,取中少量产物于试管中,加适量蒸馏水,再滴加石蕊试液,溶液变蓝【解析】选D。中发生的化学方程式为NaNO2+NH4
10、ClNaCl+N2+2H2O,方程式没有配平,A错误;为安全瓶,可防止倒吸,产生的氮气需干燥才能通入玻璃管中反应,为干燥氮气的装置,选用浓硫酸作干燥剂;中放氯化亚铁是为了检验装置中的空气是否除尽,若有氧气,二价铁会被氧化为三价铁;中放碱石灰,防止空气中的H2O与Ca3N2反应,B错误;为安全瓶,可防止倒吸,C错误;实验结束后,取中少量产物于试管中,加适量蒸馏水,发生水解生成Ca(OH)2和NH3,再滴加石蕊试液,溶液变蓝,D正确。二、非选择题(本题包括3小题,共58分)8.(18分)氮氧化物和硫氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一。消除氮氧化物有多种方法。 (1)NH3催化还原氮氧化物(SCR)
11、技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应原理如图1所示:由图1可知SCR技术中的氧化剂为_。用Fe作催化剂时,在氨气足量的情况下,不同c(NO2)/c(NO)对应的脱氮率如图2所示,脱氮效果最佳的c(NO2)/c(NO)=_。(2)利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的Ca(NO2)2,其部分工艺流程如下:上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入,石灰乳从吸收塔顶喷淋),其目的是_;滤渣可循环使用,滤渣的主要成分是_(填化学式)。生产中溶液需保持弱碱性,在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解,产物之一是NO,其反应的离子方程式为_。
12、【解析】(1)由图1知氮氧化物中的氮元素价态降低,故NO、NO2是氧化剂。由图2知,当c(NO2)/c(NO)=11时,脱氮效果最佳。(2)采用逆流吸收能使尾气中的NO、NO2被充分吸收;石灰乳吸收NO、NO2后,剩余的滤渣的主要成分是Ca(OH)2;在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解。答案:(1)NO、NO211(2)使尾气中的NO、NO2被充分吸收 Ca(OH)23N+2H+N+2NO+H2O9.(20分)某小组的同学欲探究NH3经一系列反应得到HNO3和NH4NO3的过程。NH3的转化过程如图所示。甲、乙两同学分别按下图所示装置进行实验。用于A、B装置中的可选药品:浓氨水、30% H
13、2O2溶液、蒸馏水、NaOH固体、MnO2。(1)装置A的圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为_。装置E有多种作用,下列关于装置E的作用或其中所盛液体的说法中,不正确的是_(填字母)。a.使氨气和氧气充分混合b.控制通入氨气和氧气的体积比c.平衡装置内的压强d.锥形瓶内液体是饱和食盐水(2)甲同学先点燃酒精灯,再打开K1、K2、K3、K4,反应一段时间后,成功模拟了反应过程,并将实验中产生的气体持续通入装置H一段时间后,H中的溶液变成蓝色,则其中铜片所参与反应的离子方程式为_。(3)乙同学为模拟过程的反应,在甲同学操作的基础上对该装置进行了下列各项中的一项操作,使G处圆底烧瓶中产生大量白烟,你认为
14、这项操作是_(填字母)。a.关闭K3并熄灭酒精灯b.关闭K4并熄灭酒精灯c.关闭K3、K4并熄灭酒精灯(4)丙同学认为该系列实验装置存在一处明显的设计缺陷,你认为该设计缺陷是_。【解析】(1)由题给条件和实验装置图知,装置A是制备氧气的装置发生2H2O22H2O+O2,装置B是制备氨气的装置,装置E可以使氨气和氧气充分混合,观察装置E中气泡的速度可以控制通入氨气和氧气的体积比,装置E还可以平衡装置内的压强。因为氨气极易溶于水,所以锥形瓶中液体不能用饱和食盐水。(2)铜与稀硫酸不反应,溶液呈蓝色,说明铜与硝酸发生了反应:3Cu+8H+2N3Cu2+2NO+4H2O。(3)过程的反应是NH3与HN
15、O3的反应,则应停止供O2,关闭K3,熄灭酒精灯,使氨气进入G发生反应。(4)整套装置没有尾气处理装置。答案:(1)2H2O22H2O+O2d(2)3Cu+8H+2N3Cu2+2NO+4H2O(3)a(4)缺少尾气处理装置【加固训练】某同学用下列装置(固定、加热仪器和橡胶管略)进行有关氨气制取和铵盐的实验探究。回答下列问题:(1)若用装置制取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)若用装置制取并收集干燥的NH3,烧瓶内装的试剂是_,分液漏斗中装的试剂是_,收集装置应选择_(填装置序号)。(3)题中若用
16、到装置或,棉花往往用水或酸液浸湿,其作用是_。(4)(NH4)2SO4是常用的化肥和化工原料,受热易分解。某兴趣小组拟探究其分解产物。【查阅资料】(NH4)2SO4在260 和400 时分解产物不同。【实验探究】该小组拟选用下图所示装置进行实验(夹持和加热装置略)。实验:连接装置A-D-B,检查气密性,按图示重新加入试剂。通入N2排尽空气后,于400 加热装置A至(NH4)2SO4完全分解无残留物,停止加热、冷却,停止通入N2。观察到装置A、D之间的导气管内有少量白色固体。经检验,该白色固体和装置D内溶液中有S,无S。进一步研究发现,气体产物中无氮氧化物。检验装置D内溶液中有S,无S的实验操作
17、和现象是_。装置B内溶液吸收的气体是_。(NH4)2SO4在400 分解的化学方程式是_。【解析】(1)装置适用于固-固加热制取气体,制取NH3时试剂是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,所用的液体必须不与NH3反应,也不溶解NH3才行。(2)装置是固-液反应,不需要加热的装置,制取NH3时,可用浓氨水和碱石灰作用。(3)减少与NH3的对流,吸收剩余的NH3减少污染。(4)取少量装置D中的溶液,可向其中加入足量稀盐酸,然后再滴加BaCl2溶液,只有刺激性气味的气体(SO2)产生,无沉淀(BaSO4)产生。装置B中所盛盐酸可吸收碱性
18、气体,故吸收的是NH3。通过分析所给信息可知(NH4)2SO4受热分解过程中S被还原,故N被氧化,而产物中无氮氧化物,故氧化产物为N2,因此(NH4)2SO4分解的化学方程式为3(NH4)2SO43SO2+N2+4NH3+6H2O。答案:(1)2NH4Cl+Ca(OH)22NH3+CaCl2+2H2O氨气难溶于该试剂,且该试剂不易挥发(2)CaO(或NaOH或碱石灰)浓氨水(3)减少与NH3的对流,吸收剩余的NH3减少污染(4)取少量装置D内溶液于试管中,滴加BaCl2溶液,生成白色沉淀;加入足量稀盐酸后沉淀完全溶解,放出无色刺激性气体(或其他合理答案)NH3(或氨气)3(NH4)2SO44N
19、H3+N2+3SO2+6H2O10.(20分)(能力挑战题)某研究性学习小组学生根据氧化还原反应规律,探究NO2、NO与Na2O2反应的情况,提出假设并进行相关实验。.从理论上分析Na2O2和NO2都既有氧化性又有还原性,于是提出如下假设:假设1:Na2O2氧化NO2;假设2:NO2氧化Na2O2。(1)甲同学设计如图1装置进行实验:试管A中反应的离子方程式是_。待试管B中充满红棕色气体,关闭旋塞a和b;取下试管B,向其中加入适量Na2O2粉末,塞上塞子,轻轻振荡试管内粉末,观察到红棕色气体迅速消失;再将带火星的木条迅速伸进试管内,木条复燃。仪器C兼有防倒吸的作用,仪器C的名称为_。结论:甲同
20、学认为假设2正确。(2)乙同学认为甲同学设计的实验存在缺陷,为达到实验目的,在A、B之间应增加一个装置,该装置的作用是_。乙同学用改进后的装置,重复了甲同学的实验操作,观察到红棕色气体迅速消失;带火星的木条未复燃,得出结论:假设1正确。则NO2和Na2O2反应的化学方程式是_。.该研究性学习小组同学还认为NO易与O2发生反应,应该更易被Na2O2氧化。查阅资料:2NO+Na2O22NaNO2;2NaNO2+2HCl2NaCl+NO2+NO+H2O;酸性条件下,NO能与Mn反应生成N和Mn2+。(3)丙同学用如图2所示装置(部分夹持装置略)探究NO与Na2O2的反应。在反应前,打开止水夹,通入一
21、段时间N2,目的是_。B中观察到的主要现象是_(填字母编号)。a.铜片逐渐溶解,溶液变为蓝色b.有红棕色气泡产生c.有无色气泡产生C、E中所盛装的试剂不能是_(填字母编号)。a.无水硫酸铜b.无水氯化钙c.碱石灰d.生石灰F中发生反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为_。【解析】(1)Cu与浓硝酸反应的离子方程式为Cu+4H+2NCu2+2NO2+2H2O;仪器C为球形干燥管。(2)Cu与浓硝酸反应生成的NO2中含有水蒸气,水蒸气能与过氧化钠反应生成氧气,所以要在A、B之间增加一个干燥装置,除去生成NO2气体中混有的水蒸气;若过氧化钠氧化二氧化氮,则生成硝酸钠,其反应的化学方程式为Na2O2+2NO22NaNO3。(3)空气中的氧气能氧化NO,实验时要排尽装置中的空气,所以反应前,打开止水夹,通入一段时间N2;在B装置中二氧化氮与水反应生成稀硝酸,稀硝酸与Cu反应生成NO,所以B中观察到的主要现象是铜片逐渐溶解,溶液变为蓝色,有无色气泡产生;无水硫酸铜只能检验水不能吸收水;F中为吸收NO的反应,其氧化剂为高锰酸钾,据得失电子守恒,氧化剂与还原剂的物质的量之比为35。答案:(1)Cu+4H+2NCu2+2NO2+2H2O球形干燥管(2)除去NO2气体中混有的水蒸气Na2O2+2NO22NaNO3(3)将装置中的空气排出aca35
