专题七 整合提升 学案 （含答案）2023-2024学年高一化学苏教版（2020）必修第二册
文档属性
| 名称 | 专题七 整合提升 学案 （含答案）2023-2024学年高一化学苏教版（2020）必修第二册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 526.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-10 10:43:56 | ||
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文档简介
专题七 整合提升
【知识构建】
【知识整合】
主题一 氮气的性质及氮的固定
【例1】 下列关于N2的说法错误的是( )。
A.通常情况下N2性质很稳定,所以N2可在电焊时作保护气
B.反应N2+O22NO是汽车尾气造成污染的主要原因之一
C.将氨转变为硝酸及其他氮的化合物属于氮的固定
D.在反应3Mg+N2Mg3N2中,N2作氧化剂
【答案】C
【解析】N2可在电焊时作保护气,是利用氮气的稳定性,A项正确;汽车尾气造成污染的主要原因之一是N2+O22NO,B项正确;将氮气转化为氮的化合物的过程才属于氮的固定,C项错误;在反应3Mg+N2Mg3N2中,N元素的化合价降低,得电子,即N2作氧化剂,D项正确。
【思维模型】
氮气的性质及氮的固定
【趁热打铁1】 下列有关氮气的说法正确的是( )。
A.氮气是由氮原子构成的双原子分子,所以化学性质不活泼
B.1 mol N2与3 mol H2在一定条件下充分反应,生成 2 mol NH3
C.电闪雷鸣的雨天,雨水中会含有一定量的硝酸,其中发生的反应之一是N2+2O22NO2
D.豆科植物根瘤菌将空气中的氮气转变成含氮化合物属于生物固氮
【答案】D
【解析】氮气化学性质不活泼是由于N2分子是由氮原子与氮原子通过三对共用电子对形成的,N≡N键很稳定,A项错误;氮气与氢气反应生成氨气是可逆反应,不可能完全反应,B项错误;氮气与氧气在放电的条件下生成一氧化氮,C项错误;豆科植物将氮气转化为含氮化合物,属于生物固氮,D项正确。
主题二 氮氧化物的污染与防治
【例2】 根据所学知识回答下列问题:
(1)汽车尾气(含CO、SO2、NO等)是城市空气的污染源之一。治理方法之一是在汽车的排气管上装一个催化转化器(用铂、钯合金作催化剂),它能使一氧化碳跟一氧化氮反应生成可参与大气生态循环的无毒气体。
①汽车尾气中导致酸雨的主要物质是 。
②请写出形成硝酸型酸雨的主要反应的化学方程式: 。
③在汽车排气管上加装催化转化器,可使CO和NO反应产生可参与大气循环的无毒气体,请写出该反应的化学方程式: 。
④下列选项中,控制城市空气污染的合理措施有 (填字母)。
A.充分利用太阳能,减少化石燃料的燃烧
B.使用电动车,减少汽油消耗
C.禁止人们出行
D.带上呼吸面具
(2)实验室里,处理含氮氧化物的尾气一般用NaOH溶液来吸收。
①若用NaOH溶液吸收NO2,可生成2种含氮元素的钠盐,请写出该化学方程式: 。
②NO2和NO的混合气体也可用NaOH溶液吸收,只生成一种盐,请写出该化学方程式: 。
【答案】(1)①SO2和NO ②2NO+O22NO2、3NO2+H2O2HNO3+NO ③2CO+2NON2+2CO2 ④AB (2)①2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O ②NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
【解析】(1)①汽车尾气含有CO、SO2和NO等气体,导致酸雨的主要物质为SO2和NO。②一氧化氮会在空气中氧化为二氧化氮,二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮。③根据题给信息可知,CO与NO反应,生成的可参与大气生态环境循环的无毒气体是CO2和N2。④A项,充分利用太阳能,减少化石燃料的燃烧,可以控制城市空气污染,正确;B项,使用电动车,减少汽油消耗,可以控制城市空气污染,正确;C项,禁止人们出行,不符合现实,也不一定能够减少污染物的排放,错误;D项,带上呼吸面具,不可以控制城市空气污染,错误。(2)①NO2与NaOH溶液反应生成的含氮的钠盐为NaNO3和NaNO2。②NO2(N元素+4价)、NO(氮元素+2价)与NaOH溶液反应只生成一种盐,根据氧化还原反应规律,可知该盐为NaNO2(N元素+3价)。
【思维模型】
常见氮氧化物的防治
1.源头控制法
控制污染源,减少氮氧化物的排放。
2.催化转化法
在催化剂、加热条件下,氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2,一般适用于汽车尾气的处理)。
3.碱液吸收法
2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O
NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO),一般适合工业尾气中NOx的处理。
【趁热打铁2】 现已确认,NOx的排放是造成酸雨及光化学污染的罪魁祸首。某地区在1959~2019年间,空气中NOx含量因燃料燃烧、工业生产、交通运输以及其他因素的影响而发生变化的统计数据如图所示。
(1)结合上图数据,判断下列说法正确的是 (填字母)。
A.在交通运输中排放的NOx与燃料的不充分燃烧有关
B.1 mol氮氧化物(NOx)形成酸雨时转移(5-2x) mol电子
C.N2转化为NO的过程不属于氮的固定
D.随着汽车工业的发展,交通运输的NOx排放量所占比重在逐渐增大
(2)汽车尾气中常常含有CO、NOx等气体,为减轻污染,现代汽车都加装了三效催化净化器,它可将汽车尾气中的有毒气体处理为无污染的气体(假设CO、NOx均不能完全转化)。某小组在实验室模拟汽车尾气处理原理,设计了如图所示装置(部分夹持仪器已略去)。
①装置(Ⅲ)的主要作用是 。
②加热停止后,打开旋塞K,充入适量氧气时,装置(Ⅱ)中可观察到的现象是 ;
装置(Ⅳ)中可观察到的现象是 。
③该套装置中有不完善之处,还应在装置(Ⅳ)后增加 。
(3)工业上常用碱液来吸收NOx,有关反应的化学方程式如下:
①NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
②2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O
现有a mol NO2和b mol NO的混合气体一定条件下恰好被200 mL NaOH溶液完全吸收,则a、b应满足的关系为 ;NaOH溶液的物质的量浓度为 mol·L-1。
【答案】(1)BD (2)①检验CO是否转化为CO2 ②出现红棕色气体 黑色粉末变红 ③尾气处理装置 (3)a≥b 5(a+b)
【解析】(1)A项,交通运输主要使用的燃料为汽油等化石能源,燃烧不充分释放出的主要是CO,而不是NOx,错误;B项,NOx形成酸雨可表示为4NOx+(5-2x)O2+2H2O4HNO3,1 mol NOx转移(5-2x) mol电子,正确;C项,N2转化为其化合物的过程是氮的固定,错误;D项,根据图示,随着汽车工业的发展,交通运输所产生的NOx逐渐增加,正确。(2)①CO和NO在催化剂和加热条件下转化为N2和CO2,CO2与澄清石灰水反应生成CaCO3,所以装置(Ⅲ)的主要作用是检验CO是否转化为CO2。②由于有部分NO没有转化为N2,向装置中通入氧气时,装置(Ⅱ)中的NO与O2反应生成红棕色的NO2气体;由于有部分CO没有转化为CO2,装置(Ⅳ)中CO会与CuO反应生成Cu,黑色粉末变红。③尾气中仍残留有未反应的CO、NO气体,所以应增加尾气处理装置。(3)根据题给反应可知,NO2和NO的物质的量之比应大于等于1∶1,NO2、NO气体才能反应完全,故a≥b;根据生成物中N(Na)=N(N)可得n(NaOH)=n(N)=(a+b)mol,故c(NaOH)==5(a+b) mol·L-1。
主题三 氨气的实验室制法
【例3】 下列制备NH3并制取氨水的装置正确且能达到实验目的的是( )。
A.制取NH3 B.干燥NH3 C.收集NH3 D.吸收氨气
【答案】D
【解析】加热固体时试管口应略向下倾斜,A项错误;不能用五氧化二磷干燥氨气,B项错误;氨气密度小于空气,应用向下排空气法收集,应短管进气长管出气,C项错误;氨气极易溶于水但不溶于四氯化碳,可通过四氯化碳层再进入水层吸收氨气,可防止倒吸,D项正确。
【思维模型】
氨气的实验室制法
【趁热打铁3】 下列装置用于实验室制氨气并验证氨气的某化学性质,其中能达到实验目的的是( )。
甲 乙 丙 丁
A.用装置甲制取氨气
B.用装置乙除去氨气中的水蒸气
C.用装置丙验证氨气具有还原性
D.用装置丁吸收尾气
【答案】C
【解析】氨气极易溶于水,故NaOH溶液与NH4Cl溶液在不加热的条件下不能制得氨气,A项错误;氨气与浓硫酸反应生成硫酸铵,故不能用浓硫酸干燥氨气,B项错误;装置中发生反应2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O,固体由黑色变为红色,可以验证氨气具有还原性,装置丙能达到实验目的,C项正确;气体与水直接接触,不能起防倒吸的作用,D项错误。
主题四 喷泉实验及拓展应用
【例4】 某课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案如图所示,下列有关操作不可能引发喷泉的是( )。
① ② ③ ④
A.挤压装置①的胶头滴管使CCl4全部进入烧瓶,片刻后打开止水夹
B.挤压装置②的胶头滴管使NaOH溶液全部进入烧瓶,片刻后打开止水夹
C.用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹
D.在装置④的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹
【答案】B
【解析】H2难溶于NaOH溶液,不能使烧瓶内外形成较大压强差,故不能引发喷泉。
【思维模型】
形成喷泉的类型
气体 HCl NH3 CO2、Cl2、SO2、H2S、NO2
吸收剂 水、NaOH溶液 水 NaOH溶液
【趁热打铁4】 利用如图所示的装置,可以验证NH3和HCl的有关性质。实验前a、b、c活塞均关闭。
(1)若要在烧瓶Ⅰ中产生“红色喷泉”,烧瓶Ⅱ中不产生“喷泉”现象,其操作方法是 。
(2)若要烧瓶Ⅱ中产生“蓝色喷泉”,烧瓶Ⅰ中不产生“喷泉”现象,其操作方法是 。
(3)若关闭b活塞,打开a、c活塞,再挤压胶头滴管,在烧瓶中可观察到的现象是 。
(4)若要在该装置中产生“红蓝双色喷泉”现象,其操作方法是 。
【答案】(1)打开a、b活塞,再用热毛巾捂热烧瓶Ⅰ
(2)先打开b、c活塞,再挤压胶头滴管
(3)烧瓶Ⅱ中导管口处产生白烟
(4)先打开a、c活塞,再挤压胶头滴管,片刻后,再打开b活塞
【解析】(1)要使烧瓶Ⅰ中形成“红色喷泉”,烧瓶Ⅱ中不形成喷泉,应打开a、b活塞,用热毛巾捂热烧瓶,使HCl和石蕊溶液接触,从而形成喷泉。(2)要使烧瓶Ⅱ中形成“蓝色喷泉”,烧瓶Ⅰ中不形成喷泉,应打开b、c活塞,挤压胶头滴管,使水进入烧瓶Ⅱ,NH3极易溶于水,从而形成喷泉。(3)只打开a、c活塞,挤压胶头滴管使水进入烧瓶Ⅱ,NH3极易溶于水,导致烧瓶Ⅱ中气压降低,将HCl“吸入”烧瓶Ⅱ与NH3反应,故在烧瓶Ⅱ导管口处产生白烟。(4)打开a、c活塞,挤压胶头滴管,NH3易溶于水,且和HCl反应掉部分,导致烧瓶Ⅰ和烧瓶Ⅱ中压强都减小,再打开b活塞,石蕊溶液进入烧瓶Ⅰ形成红色喷泉,石蕊溶液进入烧瓶Ⅱ形成蓝色喷泉。
主题五 硝酸与金属反应的计算
【例5】 将15.2 g铜和镁组成的混合物加入250 mL 4.0 mol·L-1稀硝酸中,固体完全溶解,生成的气体只有NO。向所得溶液中加入1.0 L NaOH溶液,此时金属离子恰好沉淀完全,沉淀质量为25.4 g,下列说法正确的是( )。
A.原固体混合物中,Cu和Mg的物质的量之比为1∶2
B.氢氧化钠溶液的浓度为0.8 mol·L-1
C.固体溶解后的溶液中硝酸的物质的量为0.1 mol
D.生成的NO气体在标准状况下的体积为2.24 L
【答案】B
【解析】设Cu、Mg的物质的量分别为x mol、y mol,根据原子守恒可知,Cu(OH)2的物质的量为x mol,Mg(OH)2的物质的量为y mol,列式:64x+24y=15.2、98x+58y=25.4,解得:x=0.2、y=0.1,则Cu和Mg的物质的量之比=0.2 mol∶0.1 mol=2∶1,A项错误;铜和镁溶解后,Cu和Mg均为+2价,故失电子的物质的量=2×(0.1 mol+0.2 mol)=0.6 mol,根据电子得失守恒可知,HNO3被还原为NO,生成0.2 mol NO,根据元素守恒,n(NaOH)=n(NaNO3)=n(HNO3)-n(NO)=4.0 mol·L-1×0.25 L-0.2 mol=0.8 mol,所以,c(NaOH)==0.8 mol·L-1,B项正确;由B项可知,固体溶解后,溶液中的HNO3有1 mol-2n(Cu)-2n(Mg)-n(NO)=0.2 mol,C项错误;由B项分析可知,产生0.2 mol NO,在标准状况下的体积为4.48 L,D项错误。
【思维模型】
金属与硝酸反应的思维模型
【趁热打铁5】 Cu与浓硝酸反应生成氮氧化物,这些氮氧化物溶解在NaOH溶液中生成NaNO3和NaNO2的混合溶液,反应过程及有关数据如图所示:
下列有关判断正确的是( )。
A.若Cu片为51.2 g,则生成0.2 mol NaNO3
B.Cu遇浓硝酸发生钝化,不可能发生上述反应
C.标准状况下收集的氮氧化物为20.16 L
D.Cu(NO3)2既是氧化产物,也是还原产物
【答案】A
【解析】Cu→Cu(NO3)2,每个Cu原子失去2个电子,HNO3→NaNO2,每个N原子得到2个电子,故51.2 g Cu共失电子×2=1.6 mol,由得失电子守恒可知,HNO3→NaNO2得到1.6 mol电子,故产物中NaNO2的物质的量为0.8 mol,又由N、Na守恒可知,另一种产物NaNO3为0.2 mol,A项正确;Cu能与浓硝酸一直反应,B项错误;N2O4、NO2在标准状况下不是气体,C项错误;Cu(NO3)2是氧化产物,D项错误。
主题六 氮及其化合物的转化
【例6】 下图是某元素的价类二维图,其中X是一种强碱,A为正盐,通常条件下Z是无色液体,D的相对分子质量比E小16,各物质转化关系如图所示。下列说法不正确的是( )。
A.A是可与草木灰混合使用的肥料
B.C可用排水法收集
C.F和B能发生化合反应生成盐
D.B在一定条件下可直接与Y反应生成D
【答案】A
【解析】A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与强碱X发生酸碱中和反应得到的G为硝酸盐。物质A为铵盐,草木灰的主要成分是K2CO3,二者混合会发生反应放出氨气,使肥效降低,A项错误。C是N2,氮气的密度与空气接近,不宜采取排空气法收集,N2难溶于水可用排水法收集,B项正确。B是NH3,F是HNO3,二者发生化合反应生成NH4NO3,C项正确。B是NH3,Y为O2,NH3在催化剂存在并加热的条件下,与O2反应生成NO和H2O,D项正确。
【思维模型】
氮及其化合物的转化关系
【趁热打铁6】 依据下图中氮元素及其化合物的转化关系,判断下列说法中错误的是( )。
A.X是N2O5
B.可用排空气法收集NO气体
C.工业上以NH3、空气、水为原料生产硝酸
D.从原理上看,NH3可与NO2反应实现NH3→N2的转化
【答案】B
【解析】NO遇空气中的氧气被氧化为NO2,不可用排空气法收集NO气体,B项错误。
2
【知识构建】
【知识整合】
主题一 氮气的性质及氮的固定
【例1】 下列关于N2的说法错误的是( )。
A.通常情况下N2性质很稳定,所以N2可在电焊时作保护气
B.反应N2+O22NO是汽车尾气造成污染的主要原因之一
C.将氨转变为硝酸及其他氮的化合物属于氮的固定
D.在反应3Mg+N2Mg3N2中,N2作氧化剂
【答案】C
【解析】N2可在电焊时作保护气,是利用氮气的稳定性,A项正确;汽车尾气造成污染的主要原因之一是N2+O22NO,B项正确;将氮气转化为氮的化合物的过程才属于氮的固定,C项错误;在反应3Mg+N2Mg3N2中,N元素的化合价降低,得电子,即N2作氧化剂,D项正确。
【思维模型】
氮气的性质及氮的固定
【趁热打铁1】 下列有关氮气的说法正确的是( )。
A.氮气是由氮原子构成的双原子分子,所以化学性质不活泼
B.1 mol N2与3 mol H2在一定条件下充分反应,生成 2 mol NH3
C.电闪雷鸣的雨天,雨水中会含有一定量的硝酸,其中发生的反应之一是N2+2O22NO2
D.豆科植物根瘤菌将空气中的氮气转变成含氮化合物属于生物固氮
【答案】D
【解析】氮气化学性质不活泼是由于N2分子是由氮原子与氮原子通过三对共用电子对形成的,N≡N键很稳定,A项错误;氮气与氢气反应生成氨气是可逆反应,不可能完全反应,B项错误;氮气与氧气在放电的条件下生成一氧化氮,C项错误;豆科植物将氮气转化为含氮化合物,属于生物固氮,D项正确。
主题二 氮氧化物的污染与防治
【例2】 根据所学知识回答下列问题:
(1)汽车尾气(含CO、SO2、NO等)是城市空气的污染源之一。治理方法之一是在汽车的排气管上装一个催化转化器(用铂、钯合金作催化剂),它能使一氧化碳跟一氧化氮反应生成可参与大气生态循环的无毒气体。
①汽车尾气中导致酸雨的主要物质是 。
②请写出形成硝酸型酸雨的主要反应的化学方程式: 。
③在汽车排气管上加装催化转化器,可使CO和NO反应产生可参与大气循环的无毒气体,请写出该反应的化学方程式: 。
④下列选项中,控制城市空气污染的合理措施有 (填字母)。
A.充分利用太阳能,减少化石燃料的燃烧
B.使用电动车,减少汽油消耗
C.禁止人们出行
D.带上呼吸面具
(2)实验室里,处理含氮氧化物的尾气一般用NaOH溶液来吸收。
①若用NaOH溶液吸收NO2,可生成2种含氮元素的钠盐,请写出该化学方程式: 。
②NO2和NO的混合气体也可用NaOH溶液吸收,只生成一种盐,请写出该化学方程式: 。
【答案】(1)①SO2和NO ②2NO+O22NO2、3NO2+H2O2HNO3+NO ③2CO+2NON2+2CO2 ④AB (2)①2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O ②NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
【解析】(1)①汽车尾气含有CO、SO2和NO等气体,导致酸雨的主要物质为SO2和NO。②一氧化氮会在空气中氧化为二氧化氮,二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮。③根据题给信息可知,CO与NO反应,生成的可参与大气生态环境循环的无毒气体是CO2和N2。④A项,充分利用太阳能,减少化石燃料的燃烧,可以控制城市空气污染,正确;B项,使用电动车,减少汽油消耗,可以控制城市空气污染,正确;C项,禁止人们出行,不符合现实,也不一定能够减少污染物的排放,错误;D项,带上呼吸面具,不可以控制城市空气污染,错误。(2)①NO2与NaOH溶液反应生成的含氮的钠盐为NaNO3和NaNO2。②NO2(N元素+4价)、NO(氮元素+2价)与NaOH溶液反应只生成一种盐,根据氧化还原反应规律,可知该盐为NaNO2(N元素+3价)。
【思维模型】
常见氮氧化物的防治
1.源头控制法
控制污染源,减少氮氧化物的排放。
2.催化转化法
在催化剂、加热条件下,氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2,一般适用于汽车尾气的处理)。
3.碱液吸收法
2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O
NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO),一般适合工业尾气中NOx的处理。
【趁热打铁2】 现已确认,NOx的排放是造成酸雨及光化学污染的罪魁祸首。某地区在1959~2019年间,空气中NOx含量因燃料燃烧、工业生产、交通运输以及其他因素的影响而发生变化的统计数据如图所示。
(1)结合上图数据,判断下列说法正确的是 (填字母)。
A.在交通运输中排放的NOx与燃料的不充分燃烧有关
B.1 mol氮氧化物(NOx)形成酸雨时转移(5-2x) mol电子
C.N2转化为NO的过程不属于氮的固定
D.随着汽车工业的发展,交通运输的NOx排放量所占比重在逐渐增大
(2)汽车尾气中常常含有CO、NOx等气体,为减轻污染,现代汽车都加装了三效催化净化器,它可将汽车尾气中的有毒气体处理为无污染的气体(假设CO、NOx均不能完全转化)。某小组在实验室模拟汽车尾气处理原理,设计了如图所示装置(部分夹持仪器已略去)。
①装置(Ⅲ)的主要作用是 。
②加热停止后,打开旋塞K,充入适量氧气时,装置(Ⅱ)中可观察到的现象是 ;
装置(Ⅳ)中可观察到的现象是 。
③该套装置中有不完善之处,还应在装置(Ⅳ)后增加 。
(3)工业上常用碱液来吸收NOx,有关反应的化学方程式如下:
①NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
②2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O
现有a mol NO2和b mol NO的混合气体一定条件下恰好被200 mL NaOH溶液完全吸收,则a、b应满足的关系为 ;NaOH溶液的物质的量浓度为 mol·L-1。
【答案】(1)BD (2)①检验CO是否转化为CO2 ②出现红棕色气体 黑色粉末变红 ③尾气处理装置 (3)a≥b 5(a+b)
【解析】(1)A项,交通运输主要使用的燃料为汽油等化石能源,燃烧不充分释放出的主要是CO,而不是NOx,错误;B项,NOx形成酸雨可表示为4NOx+(5-2x)O2+2H2O4HNO3,1 mol NOx转移(5-2x) mol电子,正确;C项,N2转化为其化合物的过程是氮的固定,错误;D项,根据图示,随着汽车工业的发展,交通运输所产生的NOx逐渐增加,正确。(2)①CO和NO在催化剂和加热条件下转化为N2和CO2,CO2与澄清石灰水反应生成CaCO3,所以装置(Ⅲ)的主要作用是检验CO是否转化为CO2。②由于有部分NO没有转化为N2,向装置中通入氧气时,装置(Ⅱ)中的NO与O2反应生成红棕色的NO2气体;由于有部分CO没有转化为CO2,装置(Ⅳ)中CO会与CuO反应生成Cu,黑色粉末变红。③尾气中仍残留有未反应的CO、NO气体,所以应增加尾气处理装置。(3)根据题给反应可知,NO2和NO的物质的量之比应大于等于1∶1,NO2、NO气体才能反应完全,故a≥b;根据生成物中N(Na)=N(N)可得n(NaOH)=n(N)=(a+b)mol,故c(NaOH)==5(a+b) mol·L-1。
主题三 氨气的实验室制法
【例3】 下列制备NH3并制取氨水的装置正确且能达到实验目的的是( )。
A.制取NH3 B.干燥NH3 C.收集NH3 D.吸收氨气
【答案】D
【解析】加热固体时试管口应略向下倾斜,A项错误;不能用五氧化二磷干燥氨气,B项错误;氨气密度小于空气,应用向下排空气法收集,应短管进气长管出气,C项错误;氨气极易溶于水但不溶于四氯化碳,可通过四氯化碳层再进入水层吸收氨气,可防止倒吸,D项正确。
【思维模型】
氨气的实验室制法
【趁热打铁3】 下列装置用于实验室制氨气并验证氨气的某化学性质,其中能达到实验目的的是( )。
甲 乙 丙 丁
A.用装置甲制取氨气
B.用装置乙除去氨气中的水蒸气
C.用装置丙验证氨气具有还原性
D.用装置丁吸收尾气
【答案】C
【解析】氨气极易溶于水,故NaOH溶液与NH4Cl溶液在不加热的条件下不能制得氨气,A项错误;氨气与浓硫酸反应生成硫酸铵,故不能用浓硫酸干燥氨气,B项错误;装置中发生反应2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O,固体由黑色变为红色,可以验证氨气具有还原性,装置丙能达到实验目的,C项正确;气体与水直接接触,不能起防倒吸的作用,D项错误。
主题四 喷泉实验及拓展应用
【例4】 某课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案如图所示,下列有关操作不可能引发喷泉的是( )。
① ② ③ ④
A.挤压装置①的胶头滴管使CCl4全部进入烧瓶,片刻后打开止水夹
B.挤压装置②的胶头滴管使NaOH溶液全部进入烧瓶,片刻后打开止水夹
C.用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹
D.在装置④的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹
【答案】B
【解析】H2难溶于NaOH溶液,不能使烧瓶内外形成较大压强差,故不能引发喷泉。
【思维模型】
形成喷泉的类型
气体 HCl NH3 CO2、Cl2、SO2、H2S、NO2
吸收剂 水、NaOH溶液 水 NaOH溶液
【趁热打铁4】 利用如图所示的装置,可以验证NH3和HCl的有关性质。实验前a、b、c活塞均关闭。
(1)若要在烧瓶Ⅰ中产生“红色喷泉”,烧瓶Ⅱ中不产生“喷泉”现象,其操作方法是 。
(2)若要烧瓶Ⅱ中产生“蓝色喷泉”,烧瓶Ⅰ中不产生“喷泉”现象,其操作方法是 。
(3)若关闭b活塞,打开a、c活塞,再挤压胶头滴管,在烧瓶中可观察到的现象是 。
(4)若要在该装置中产生“红蓝双色喷泉”现象,其操作方法是 。
【答案】(1)打开a、b活塞,再用热毛巾捂热烧瓶Ⅰ
(2)先打开b、c活塞,再挤压胶头滴管
(3)烧瓶Ⅱ中导管口处产生白烟
(4)先打开a、c活塞,再挤压胶头滴管,片刻后,再打开b活塞
【解析】(1)要使烧瓶Ⅰ中形成“红色喷泉”,烧瓶Ⅱ中不形成喷泉,应打开a、b活塞,用热毛巾捂热烧瓶,使HCl和石蕊溶液接触,从而形成喷泉。(2)要使烧瓶Ⅱ中形成“蓝色喷泉”,烧瓶Ⅰ中不形成喷泉,应打开b、c活塞,挤压胶头滴管,使水进入烧瓶Ⅱ,NH3极易溶于水,从而形成喷泉。(3)只打开a、c活塞,挤压胶头滴管使水进入烧瓶Ⅱ,NH3极易溶于水,导致烧瓶Ⅱ中气压降低,将HCl“吸入”烧瓶Ⅱ与NH3反应,故在烧瓶Ⅱ导管口处产生白烟。(4)打开a、c活塞,挤压胶头滴管,NH3易溶于水,且和HCl反应掉部分,导致烧瓶Ⅰ和烧瓶Ⅱ中压强都减小,再打开b活塞,石蕊溶液进入烧瓶Ⅰ形成红色喷泉,石蕊溶液进入烧瓶Ⅱ形成蓝色喷泉。
主题五 硝酸与金属反应的计算
【例5】 将15.2 g铜和镁组成的混合物加入250 mL 4.0 mol·L-1稀硝酸中,固体完全溶解,生成的气体只有NO。向所得溶液中加入1.0 L NaOH溶液,此时金属离子恰好沉淀完全,沉淀质量为25.4 g,下列说法正确的是( )。
A.原固体混合物中,Cu和Mg的物质的量之比为1∶2
B.氢氧化钠溶液的浓度为0.8 mol·L-1
C.固体溶解后的溶液中硝酸的物质的量为0.1 mol
D.生成的NO气体在标准状况下的体积为2.24 L
【答案】B
【解析】设Cu、Mg的物质的量分别为x mol、y mol,根据原子守恒可知,Cu(OH)2的物质的量为x mol,Mg(OH)2的物质的量为y mol,列式:64x+24y=15.2、98x+58y=25.4,解得:x=0.2、y=0.1,则Cu和Mg的物质的量之比=0.2 mol∶0.1 mol=2∶1,A项错误;铜和镁溶解后,Cu和Mg均为+2价,故失电子的物质的量=2×(0.1 mol+0.2 mol)=0.6 mol,根据电子得失守恒可知,HNO3被还原为NO,生成0.2 mol NO,根据元素守恒,n(NaOH)=n(NaNO3)=n(HNO3)-n(NO)=4.0 mol·L-1×0.25 L-0.2 mol=0.8 mol,所以,c(NaOH)==0.8 mol·L-1,B项正确;由B项可知,固体溶解后,溶液中的HNO3有1 mol-2n(Cu)-2n(Mg)-n(NO)=0.2 mol,C项错误;由B项分析可知,产生0.2 mol NO,在标准状况下的体积为4.48 L,D项错误。
【思维模型】
金属与硝酸反应的思维模型
【趁热打铁5】 Cu与浓硝酸反应生成氮氧化物,这些氮氧化物溶解在NaOH溶液中生成NaNO3和NaNO2的混合溶液,反应过程及有关数据如图所示:
下列有关判断正确的是( )。
A.若Cu片为51.2 g,则生成0.2 mol NaNO3
B.Cu遇浓硝酸发生钝化,不可能发生上述反应
C.标准状况下收集的氮氧化物为20.16 L
D.Cu(NO3)2既是氧化产物,也是还原产物
【答案】A
【解析】Cu→Cu(NO3)2,每个Cu原子失去2个电子,HNO3→NaNO2,每个N原子得到2个电子,故51.2 g Cu共失电子×2=1.6 mol,由得失电子守恒可知,HNO3→NaNO2得到1.6 mol电子,故产物中NaNO2的物质的量为0.8 mol,又由N、Na守恒可知,另一种产物NaNO3为0.2 mol,A项正确;Cu能与浓硝酸一直反应,B项错误;N2O4、NO2在标准状况下不是气体,C项错误;Cu(NO3)2是氧化产物,D项错误。
主题六 氮及其化合物的转化
【例6】 下图是某元素的价类二维图,其中X是一种强碱,A为正盐,通常条件下Z是无色液体,D的相对分子质量比E小16,各物质转化关系如图所示。下列说法不正确的是( )。
A.A是可与草木灰混合使用的肥料
B.C可用排水法收集
C.F和B能发生化合反应生成盐
D.B在一定条件下可直接与Y反应生成D
【答案】A
【解析】A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与强碱X发生酸碱中和反应得到的G为硝酸盐。物质A为铵盐,草木灰的主要成分是K2CO3,二者混合会发生反应放出氨气,使肥效降低,A项错误。C是N2,氮气的密度与空气接近,不宜采取排空气法收集,N2难溶于水可用排水法收集,B项正确。B是NH3,F是HNO3,二者发生化合反应生成NH4NO3,C项正确。B是NH3,Y为O2,NH3在催化剂存在并加热的条件下,与O2反应生成NO和H2O,D项正确。
【思维模型】
氮及其化合物的转化关系
【趁热打铁6】 依据下图中氮元素及其化合物的转化关系,判断下列说法中错误的是( )。
A.X是N2O5
B.可用排空气法收集NO气体
C.工业上以NH3、空气、水为原料生产硝酸
D.从原理上看,NH3可与NO2反应实现NH3→N2的转化
【答案】B
【解析】NO遇空气中的氧气被氧化为NO2,不可用排空气法收集NO气体,B项错误。
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