第二单元 重要的含氮化工原料
学习目标 1.了解氨气的性质及应用,理解喷泉实验的原理。2.能从不同视角认识含氮化合物之间转化的条件和方式。3.掌握浓、稀硝酸的强氧化性,了解硝酸的用途。4.知道工业上氨氧化法制硝酸的反应原理。
一、氨气
1.物理性质
(1)NH3是 色、有 气味、极易 的气体,常温常压时,1体积水大约溶解 体积的氨气。
(2)喷泉实验
实验装置 操作及现象 结论
①打开活塞,并挤压滴管的胶头 ②烧杯中的溶液由玻璃管进入烧瓶,形成喷泉,瓶内液体呈 色 氨 溶于水,水溶液呈 性
2.化学性质
(1)氨气与水反应
①氨气溶于水时,大部分氨分子和水分子结合成一水合氨(NH3·H2O),反应的化学方程式为
。
②NH3·H2O不稳定,受热易分解,反应的化学方程式为 。
③氨水显弱碱性,电离方程式为
,
能使湿润的红色石蕊试纸变 或使酚酞溶液变 。
(2)氨气与酸反应
(3)从氮元素化合价预测NH3的性质
①NH3中N元素化合价为 价,处于 价态,因此NH3具有 。
②写出下列转化的化学方程式:
a.氨气与氧气在加热和催化剂作用下生成NO:
。
b.氨气和氧化铜在加热条件下生成N2和Cu:
。
3.用途
(1)应用于氮肥工业和硝酸工业。
(2)NH3易液化,常用作制冷剂。
1.下列有关氨气的性质叙述不正确的是 ( )
A.常温下是无色无味的气体
B.氨气极易溶于水,可用来做喷泉实验
C.液态氨可用作制冷剂
D.可使湿润的红色石蕊试纸变蓝
2.氨气是一种重要的工业原料。工业上利用反应3Cl2+8NH3N2+6NH4Cl来检查氯气管道是否漏气。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有6 mol电子转移
3.如图所示是NH3的两个性质实验,下列有关说法正确的是 ( )
A.两个实验均说明了NH3是碱性气体
B.两个实验均表现了NH3易挥发
C.两个实验均表现了NH3易溶于水
D.两个实验均表现了NH3是还原性气体
二、氨水的成分与性质 喷泉实验
互动探究
喷泉是一种常见的自然现象,其产生的原因是存在压强差。
图1装置中气体a可能为①氯气、②氢气、③氨气、④氯化氢、⑤二氧化碳。
【问题讨论】
1.打开装置中的止水夹,挤压胶头滴管,若液体b为水时,能产生喷泉现象的气体a可能是哪些
2.若液体b为氢氧化钠浓溶液时,①②④⑤能产生喷泉现象的气体a可能是哪些
3.如果只提供如图2的装置(气体为氨气,液体为水),请说明引发喷泉的方法。
【探究归纳】
1.液氨、一水合氨和氨水的比较
液氨 一水合氨 (NH3·H2O) 氨水
纯净物(非电解质) 纯净物(弱碱、电解质) 混合物
所 含 粒 子 NH3 NH3·H2O 三分子:NH3、H2O、NH3·H2O;三离子:N、OH-、H+(水电离产生的,极少量)
性 质 汽化时吸收大量的热,常作制冷剂 受热易分解: NH3·H2O NH3↑+H2O 呈弱碱性,易挥发,应密封保存
2.喷泉实验基本原理
从原理上分析使容器内外产生较大压强差的情况有以下两种:
(1)容器内气体极易溶于水(或容器内气体易与溶液反应),使容器内的压强迅速减小,在外界大气压的作用下,外部液体快速进入容器,通过尖嘴导管喷出,形成喷泉。
下表列出的气体遇相应的吸收剂,就能形成喷泉。
气体 HCl NH3 CO2、SO2 NO2+O2
吸收剂 水或碱 溶液 水或酸 溶液 碱溶液 水或碱 溶液
(2)容器内的液体由于受热挥发或由于发生化学反应使容器内部产生了大量的气体,使容器内的压强增大,促使容器内的气体迅速向外流动,也能形成喷泉。喷雾器、火山喷发就是此原理。
3.喷泉实验成功的关键
如图所示,首先瓶内外压强差要足够大,其次还要注意以下几个方面:
(1)盛气体的烧瓶必须干燥,如果瓶中有液体,会使在实验前已有大量气体溶解,造成压强差不大,形成的喷泉现象不明显。
(2)气体要充满烧瓶。
(3)烧瓶不能漏气(实验前应先检查装置气密性)。
1.(2024·山西运城康杰中学高一开学考试)下列关于氨水的叙述正确的是 ( )
A.氨水显碱性,是因为氨水是一种弱碱
B.氨水和液氨成分相同
C.氨水中物质的量浓度最大的粒子是NH3(除水外)
D.1 L 1 mol·L-1的氨水中含NH3、NH3·H2O、N的物质的量之和为1 mol
2.在如图所示装置中,烧瓶中充满干燥气体a,将滴管中的液体b挤入烧瓶内,轻轻振荡烧瓶,然后打开弹簧夹f,烧杯中的液体d呈喷泉状喷出,但未能充满烧瓶。则a和b分别是 ( )
选项 a(干燥气体) b(液体)
A NO2 水
B CO2 4 mol·L-1NaOH溶液
C Cl2 饱和NaCl水溶液
D NH3 1 mol·L-1盐酸
3.(2024·北京交大附中高一练习)常温常压下,1体积水能溶解约700体积NH3。用下图所示装置进行实验,下列说法正确的是 ( )
A.挤压滴管并打开止水夹后,观察到烧杯中的水倒吸,产生红色“喷泉”
B.“喷泉”的产生能证明NH3与H2O发生了反应
C.若将NH3换成CO2,也能产生明显的“喷泉”
D.实验后,取出烧瓶中的溶液,测得其pH>7,原因是:NH3+H2ONH3·H2O,NH3·H2ON+OH-
三、硝酸
1.物理性质
颜色 状态 气味 密度 特性
无色 液体 气味 1.42 g·cm-3 挥发
2.化学性质
(1)不稳定性:见光或受热易分解,化学方程式为
。
长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的 溶于硝酸中,实验室常将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中,并密封贮存在 、 处。
(2)强氧化性
①和金属(Cu)反应的实验探究
实 验 操 作 a.将铜片置于具支试管的底部,用分液漏斗向试管内加入2 mL浓硝酸,将产生的气体通入倒置于水槽里充满水的集气瓶中 b.在上述装置中,用分液漏斗向试管内加5 mL水,稀释硝酸,继续收集产生的气体
实 验 现 象 a.浓硝酸反应比较 ,铜片逐渐溶解,产生红棕色气体,溶液逐渐变 ;集气瓶中为无色气体 b.稀硝酸反应比较 ,铜片逐渐溶解,产生 气体,溶液逐渐变 ,集气瓶中充满了无色气体
实验 结论 硝酸无论浓、稀都有 ,而且浓度越大,氧化性
写出上述反应的化学方程式:
,
3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
②与Fe、Al反应
常温下,浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而 ,保护内部金属不再与酸反应,所以可以用 质容器或 质容器盛放浓硝酸。加热时,铁、铝可以与浓硝酸反应。
③与非金属反应
写出碳与浓硝酸在加热时反应的化学方程式:
。
3.硝酸工业制法的反应原理
(1)氨的催化氧化:
。
(2)一氧化氮转化为二氧化氮:
。
(3)吸收二氧化氮生成硝酸:
。
4.硝酸的用途
硝酸是一种重要的化工原料,常用来制造氮肥、染料、塑料、炸药、硝酸盐等。硝酸在实验室里是一种重要的化学试剂。
5.硝酸氧化性的体现
(1)浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红,后褪色。
(2)与非金属单质C、S、P等在加热条件下反应,非金属元素生成酸性氧化物或最高价含氧酸,反应后仍有过量稀硝酸。
(3)低价金属氧化物或盐与硝酸发生氧化还原反应,如FeO与稀硝酸反应3FeO+10HNO3(稀)3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O,而不是发生复分解反应生成Fe(NO3)2。
(4)酸性溶液中含有N的硝酸盐溶液中加入酸,溶液中(H++N相当于HNO3)具有强氧化性,能够氧化还原性离子如Fe2+、I-、S2-、S等而不能大量共存。
(5)硝酸与铁反应时,产物符合以下规律:
Fe过量 Fe不足 Fe与HNO3两者恰好完全反应
Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 Fe(NO3)2或Fe(NO3)3或两者混合物
温度越高,硝酸越浓,其氧化性越强;与硝酸反应时,还原剂一般被氧化成最高价态。
1.(2024·成都外国语学校高一检测)关于硝酸的说法正确的是( )
A.硝酸与金属反应时,主要是+5价的氮得电子
B.浓硝酸与浓盐酸按3∶1的体积比所得的混合物叫王水
C.硝酸电离出的H+,能被Zn、Fe等金属还原成H2
D.常温下,向浓硝酸中投入铁片,会产生大量的红棕色气体
2.硝酸被称为“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是 ( )
A.浓硝酸使紫色石蕊试液先变红后褪色——酸性和强氧化性
B.不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性
C.要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性
D.稀硝酸能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去——强氧化性
3.(2024·天津市第一中学高一检测)一定温度下,探究铜与稀硝酸的反应,反应过程如图:
下列说法不正确的是 ( )
A.过程Ⅰ中生成无色气体的离子方程式为3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑ +4H2O
B.过程Ⅲ反应速率比过程Ⅰ快的原因是反应放热使温度升高致使速率加快
C.当活塞不再移动时,即使再抽入空气,铜屑也不会继续溶解
D.②振荡时,针管内可能会发生的反应有4NO2+O2+2H2O4HNO3
【题后归纳】 认识硝酸氧化性的误区
(1)硝酸与金属反应时,一般既表现强氧化性,又表现酸性,参加反应的硝酸部分被还原,还有一部分仍以N形式存在。
(2)浓硝酸与金属反应的过程中,浓度逐渐减小,还原产物有可能是NO2和NO的混合物。
(3)在应用硝酸的氧化性分析离子是否共存时,要注意溶液中H+和N的组合,它们相当于HNO3,能够氧化具有还原性的离子,而单纯的N不能氧化这些离子。
(4)与金属反应时硝酸的还原产物的规律是浓硝酸→NO2,稀硝酸→NO。但随着金属活动性顺序的增强以及硝酸浓度的降低,硝酸的还原产物会发生变化,一般说来,氮元素的价态随之降低。
微专题3 守恒法突破硝酸与金属反应的相关计算
一、思维模型
二、常用的计算方法(以Cu与硝酸反应为例)
1.原子守恒法
反应前所有的N只存在于HNO3中,反应后含N的物质有HNO3的还原产物(假设有NO2、NO)和Cu(NO3)2,若HNO3过量,则过量HNO3中也含N,则有n(N)=n(NO2)+n(NO)+2n[Cu(NO3)2]+n(HNO3)剩(N原子守恒)。
2.得失电子守恒法
反应中失去电子的是参加反应的Cu,CuCu2+;得到电子的是被还原的HNO3(假设还原产物为NO2、NO),NNO。根据得失电子守恒,则有2n(Cu)=n(NO2)+3n(NO)。若将生成的氮的氧化物气体与一定量的氧气共同通入水中,氮的氧化物完全生成硝酸,由于开始反应物为硝酸,中间生成了氮的氧化物,但最终又变回了硝酸,所以相当于铜失去的电子最终由氧气得到,则有n(Cu)=2n(O2)。
3.电荷守恒法
在Cu与HNO3反应后的溶液中,若HNO3不过量,阳离子只有Cu2+,阴离子只有N(此类计算不考虑H2O电离出的极少量的H+、OH-);若HNO3过量,溶液中的阳离子有Cu2+和H+,阴离子只有N。则有:(1)若HNO3不过量:n(N)=2n(Cu2+);(2)若HNO3过量:n(N)=2n(Cu2+)+n(H+)。
4.离子方程式计算法
金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时,由于硝酸盐中N在硫酸提供H+的条件下能继续与金属反应,故此类题目应用离子方程式来计算3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O。先作过量判断,然后根据完全反应的金属或H+或N进行相关计算,且要符合电荷守恒。
1.(2023·安庆一中高一期中)将64 g铜放入300 mL某浓度硝酸中,当铜反应完全时,共收集到标准状况下NO、NO2混合气体22.4 L,下列说法正确的是 ( )
A.硝酸在反应中只表现为强氧化性
B.参加反应硝酸的物质的量为3 mol
C.在反应过程中转移的电子数为3NA
D.原硝酸的浓度一定为10 mol·L-1
2.将3.2 g Cu跟30.0 mL 10.0 mol·L-1的HNO3充分反应,还原产物有NO和NO2,若反应后溶液中有a mol H+,则此时溶液中含N的物质的量为 ( )
A.0.5a mol B.(0.1+a) mol
C.0.1a mol D.2a mol
3.为了测定某铜银合金的成分,将30 g合金溶于80 mL 13.5 mol·L-1的浓硝酸中,待合金完全溶解后,收集到6.72 L(标准状况下)气体,并测得溶液中c(H+)=1 mol·L-1,设反应后溶液体积仍为80 mL。计算
(1)被还原的硝酸的物质的量 ;
(2)合金中银的质量分数 。
1.(2022·江苏卷)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是 ( )
A.自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3
B.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl
C.工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3
D.多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”
2.下列有关氨的叙述不正确的是 ( )
A.氨分子中氮元素的化合价只能升高,氨具有还原性
B.氨的催化氧化反应的化学方程式是4NH3+5O24NO+6H2O
C.氨的催化氧化反应中,若氧气过量,则有红棕色气体生成
D.氨的催化氧化属于人工固氮
3.下列关于硝酸的说法不正确的是 ( )
A.浓硝酸是一种易挥发的液体混合物
B.浓硝酸在空气中敞口放置,因吸收水蒸气而浓度减小
C.硝酸不稳定,易分解生成二氧化氮、氧气和水
D.常温下,浓硝酸常保存在棕色试剂瓶中
4.如图是喷泉实验装置,在烧瓶中充满干燥气体,胶头滴管及烧杯中分别盛有相同液体。下列组合不能形成喷泉的是 ( )
A.HCl与水
B.Cl2与饱和氯化钠溶液
C.SO2与NaOH溶液
D.NH3与水
5.图甲、乙、丙均为验证铜和浓硝酸反应的装置:
(1)甲、乙、丙三个装置中共同发生的化学方程式是 。
(2)和甲装置相比,乙装置的优点是
① ;
② 。
(3)为了进一步验证NO2和水的反应,某同学设计了丙装置。实验时先关闭活塞 ,再打开活塞 ,才能使NO2气体充满②试管;当气体充满②试管后,将铜丝提起与溶液脱离。欲使烧杯中的水进入②试管,应该
。
第二单元 重要的含氮化工原料
一、
1.(1)无 刺激性 溶于水 700 (2)红 极易 碱
2.(1)① NH3+H2ONH3·H2O ②NH3·H2ONH3↑+H2O ③ NH3·H2ON+OH- 蓝 红 (2)白烟 (3)①-3 最低 还原性 ②a.4NH3+5O24NO+6H2O
b.2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O
对点训练
1.A [常温下氨气是无色、有刺激性气味的气体,A错误;氨气极易溶于水,可做喷泉实验,B正确;氨气易液化,液态氨汽化时要吸收大量的热,使周围的温度急剧下降,故液态氨可用作制冷剂,C正确;氨气溶于水,溶液显碱性,可使湿润的红色石蕊试纸变蓝,D正确。]
2.C [此反应存在元素化合价的变化,一定为氧化还原反应,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;反应生成了NH4Cl(白烟),A正确;2NH3N2,所以生成1 mol N2有6 mol电子转移,D正确。]
3.A [喷泉实验证明氨气极易溶于水,溶于水形成一水合氨弱碱溶液,烧瓶中溶液变红色,证明氨气是碱性气体。实验二证明浓氨水易挥发,氨气遇到氯化氢发生反应生成氯化铵,证明氨气是碱性气体,所以两个实验均说明了NH3是碱性气体,故A正确;实验一表现了NH3易溶于水,而不是易挥发,故B错误;实验一表现了NH3易溶于水和水溶液呈碱性,实验二体现氨气的挥发性和碱性,故C错误;两个实验中都未发生氧化还原反应,所以无氧化性和还原性的体现,故D错误。]
二、
问题讨论
1.③④。
2.①④⑤。
3.打开止水夹,用热毛巾捂住圆底烧瓶至有气泡从水中冒出,移去热毛巾。
对点训练
1.D [氨水中的一水合氨(NH3·H2O)可以部分电离成N和OH-,所以氨水显弱碱性,但氨水不是弱碱,A项错误;氨气溶于水形成的水溶液称为氨水,氨水属于混合物,而液氨由氨气液化而成,属于纯净物,液氨的成分为NH3,所以氨水和液氨的成分不相同,B项错误;氨水中的氨分子大部分与水分子结合成NH3·H2O,故氨水中物质的量浓度最大的粒子是NH3·H2O,C项错误;氨水中存在的反应为NH3+H2ONH3·H2ON+OH-,根据N原子守恒可知,1 L 1 mol·L-1的氨水中含有1 mol N,即NH3、NH3·H2O、N的物质的量之和为1 mol,D项正确。]
2.A [产生喷泉的条件:气体在溶液中的溶解度很大,产生足够的压强差(负压)。NO2与水反应生成硝酸和NO,容器内气体减少,气压减小,形成喷泉,但由于NO不溶于水,所以液体不能充满烧瓶,故A正确;CO2与NaOH溶液反应,容器内气体减少,气压减小,形成喷泉,最终液体充满烧瓶,故B错误;Cl2不溶于饱和氯化钠溶液,也不与其反应,锥形瓶与烧瓶内压强相等,不能形成喷泉,故C错误;NH3与盐酸能发生反应,生成物为氯化铵固体,气体被吸收进溶液中,烧瓶内压强减小,产生压强差,可以形成喷泉,并充满烧瓶,故D错误。]
3.D [该实验中水中未加入酚酞,故不会产生红色“喷泉”,A错误;氨气极易溶于水,溶于水后会形成压强差,“喷泉”的产生不能证明NH3与H2O发生了反应,B错误;CO2在水中的溶解度远小于NH3,将NH3换成CO2,CO2溶解的量小,压强差也较小,不能产生明显的“喷泉”,C错误;氨气溶于水形成一水合氨,一水合氨为弱电解质,在水中电离出氢氧根离子,其pH>7,原因是NH3+H2ONH3·H2O,NH3·H2ON+OH-,D正确。]
三、
1.刺激性 易 2.(1)4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O NO2
低温 避光 (2)①剧烈 深蓝色 缓慢 无色 蓝色 强氧化性 越强 Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
②钝化 铁 铝 ③C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O
3.(1)4NH3+5O24NO+6H2O (2)2NO+O22NO2
(3)3NO2+H2O2HNO3+NO
对点训练
1.A [硝酸是一种强氧化性的酸,它的氧化性主要是由+5价的氮元素表现出来的;王水中浓盐酸与浓硝酸的体积比是3∶1;硝酸是强氧化性酸,和金属反应,一般不产生H2;常温下浓硝酸能使Fe钝化,不会产生大量的红棕色气体。]
2.D [浓硝酸使紫色石蕊试液先变红,表现出酸性;后褪色,表现出强氧化性,A正确。不能用稀硝酸与锌反应制氢气,因为硝酸具有强氧化性,被锌还原生成氮氧化物等,而不生成氢气,B正确。要用棕色瓶盛装浓硝酸,因为浓硝酸具有不稳定性,见光易分解,C正确。稀硝酸能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去,硝酸表现出酸性,与氢氧化钠发生中和反应而使溶液碱性减弱,从而使溶液的红色褪去,D错误。]
3.C [铜与稀硝酸反应的还原产物为NO,反应的离子方程式为3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O,故A正确;铜和稀硝酸的反应放热,随反应的进行,体系内的温度升高,温度越高反应速率越快,故B正确;活塞不再移动时,再抽入空气,NO和氧气、水发生反应生成硝酸,能继续溶解铜,故C不正确;②振荡时,针管内的二氧化氮与氧气在水中可以发生反应生成硝酸,反应的化学方程式为4NO2+O2+2H2O4HNO3,故D正确。](共98张PPT)
第二单元
重要的含氮化工原料
专题 氮与社会可持续发展
7
1.了解氨气的性质及应用,理解喷泉实验的原理。2.能从不同视角认识含氮化合物之间转化的条件和方式。3.掌握浓、稀硝酸的强氧化性,了解硝酸的用途。4.知道工业上氨氧化法制硝酸的反应原理。
学习目标
一、氨气
二、氨水的成分与性质 喷泉实验
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
三、硝酸
一、氨气
对点训练
1.物理性质
(1)NH3是 色、有 气味、极易 的气体,常温常压时,1体积水大约溶解 体积的氨气。
(2)喷泉实验
实验装置 操作及现象 结论
①打开活塞,并挤压滴管的胶头 ②烧杯中的溶液由玻璃管进入烧瓶,形成喷泉,瓶内液体呈 色 氨 溶于水,水溶液呈 性
无
刺激性
溶于水
700
红
极易
碱
2.化学性质
(1)氨气与水反应
①氨气溶于水时,大部分氨分子和水分子结合成一水合氨(NH3·H2O),反应的化学方程式为 。
②NH3·H2O不稳定,受热易分解,反应的化学方程式为
。
③氨水显弱碱性,电离方程式为 ,
能使湿润的红色石蕊试纸变 或使酚酞溶液变 。
蓝
红
(2)氨气与酸反应
白烟
(3)从氮元素化合价预测NH3的性质
①NH3中N元素化合价为 价,处于 价态,因此NH3具有 。
②写出下列转化的化学方程式:
a.氨气与氧气在加热和催化剂作用下生成NO:
。
b.氨气和氧化铜在加热条件下生成N2和Cu:
。
-3
最低
还原性
3.用途
(1)应用于氮肥工业和硝酸工业。
(2)NH3易液化,常用作制冷剂。
1.下列有关氨气的性质叙述不正确的是( )
A.常温下是无色无味的气体
B.氨气极易溶于水,可用来做喷泉实验
C.液态氨可用作制冷剂
D.可使湿润的红色石蕊试纸变蓝
解析 常温下氨气是无色、有刺激性气味的气体,A错误;氨气极易溶于水,可做喷泉实验,B正确;氨气易液化,液态氨汽化时要吸收大量的热,使周围的温度急剧下降,故液态氨可用作制冷剂,C正确;氨气溶于水,溶液显碱性,可使湿润的红色石蕊试纸变蓝,D正确。
A
2.氨气是一种重要的工业原料。工业上利用反应3Cl2+8NH3===N2+6NH4Cl来检查氯气管道是否漏气。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有6 mol电子转移
C
3.如图所示是NH3的两个性质实验,下列有关说法正确的是( )
A.两个实验均说明了NH3是碱性气体
B.两个实验均表现了NH3易挥发
C.两个实验均表现了NH3易溶于水
D.两个实验均表现了NH3是还原性气体
A
解析 喷泉实验证明氨气极易溶于水,溶于水形成一水合氨弱碱溶液,烧瓶中溶液变红色,证明氨气是碱性气体。实验二证明浓氨水易挥发,氨气遇到氯化氢发生反应生成氯化铵,证明氨气是碱性气体,所以两个实验均说明了NH3是碱性气体,故A正确;实验一表现了NH3易溶于水,而不是易挥发,故B错误;实验一表现了NH3易溶于水和水溶液呈碱性,实验二体现氨气的挥发性和碱性,故C错误;两个实验中都未发生氧化还原反应,所以无氧化性和还原性的体现,故D错误。
二、氨水的成分与性质 喷泉实验
对点训练
互动探究
喷泉是一种常见的自然现象,其产生的原因是存在压强差。
图1装置中气体a可能为①氯气、②氢气、③氨气、④氯化氢、⑤二氧化碳。
【问题讨论】
1.打开装置中的止水夹,挤压胶头滴管,若液体b为水时,能产生喷泉现象的气体a可能是哪些
提示 ③④。
2.若液体b为氢氧化钠浓溶液时,①②④⑤能产生喷泉现象的气体a可能是哪些
提示 ①④⑤。
3.如果只提供如图2的装置(气体为氨气,液体为水),请说明引发喷泉的方法。
提示 打开止水夹,用热毛巾捂住圆底烧瓶至有气泡从水中冒出,移去热毛巾。
【探究归纳】
1.液氨、一水合氨和氨水的比较
2.喷泉实验基本原理
从原理上分析使容器内外产生较大压强差的情况有以下两种:
(1)容器内气体极易溶于水(或容器内气体易与溶液反应),使容器内的压强迅速减小,在外界大气压的作用下,外部液体快速进入容器,通过尖嘴导管喷出,形成喷泉。
下表列出的气体遇相应的吸收剂,就能形成喷泉。
气体 HCl NH3 CO2、SO2 NO2+O2
吸收剂 水或碱溶液 水或酸溶液 碱溶液 水或碱溶液
(2)容器内的液体由于受热挥发或由于发生化学反应使容器内部产生了大量的气体,使容器内的压强增大,促使容器内的气体迅速向外流动,也能形成喷泉。喷雾器、火山喷发就是此原理。
3.喷泉实验成功的关键
如图所示,首先瓶内外压强差要足够大,其次还要注意以下几个方面:
(1)盛气体的烧瓶必须干燥,如果瓶中有液体,会使在实验前已有大量气体溶解,造成压强差不大,形成的喷泉现象不明显。
(2)气体要充满烧瓶。
(3)烧瓶不能漏气(实验前应先检查装置气密性)。
1.(2024·山西运城康杰中学高一开学考试)下列关于氨水的叙述正确的是( )
A.氨水显碱性,是因为氨水是一种弱碱
B.氨水和液氨成分相同
C.氨水中物质的量浓度最大的粒子是NH3(除水外)
D.1 L 1 mol·L-1的氨水中含NH3、NH3·H2O、N的物质的量之和为1 mol
D
2.在如图所示装置中,烧瓶中充满干燥气体a,将滴管中的液体b挤入烧瓶内,轻轻振荡烧瓶,然后打开弹簧夹f,烧杯中的液体d呈喷泉状喷出,但未能充满烧瓶。则a和b分别是( )
A
选项 a(干燥气体) b(液体)
A NO2 水
B CO2 4 mol·L-1NaOH溶液
C Cl2 饱和NaCl水溶液
D NH3 1 mol·L-1盐酸
解析 产生喷泉的条件:气体在溶液中的溶解度很大,产生足够的压强差(负压)。NO2与水反应生成硝酸和NO,容器内气体减少,气压减小,形成喷泉,但由于NO不溶于水,所以液体不能充满烧瓶,故A正确;CO2与NaOH溶液反应,容器内气体减少,气压减小,形成喷泉,最终液体充满烧瓶,故B错误;Cl2不溶于饱和氯化钠溶液,也不与其反应,锥形瓶与烧瓶内压强相等,不能形成喷泉,故C错误;NH3与盐酸能发生反应,生成物为氯化铵固体,气体被吸收进溶液中,烧瓶内压强减小,产生压强差,可以形成喷泉,并充满烧瓶,故D错误。
3.(2024·北京交大附中高一练习)常温常压下,1体积水能溶解约700体积NH3。用下图所示装置进行实验,下列说法正确的是( )
D
三、硝酸
对点训练
1.物理性质
颜色 状态 气味 密度 特性
无色 液体 气味 1.42 g·cm-3 挥发
2.化学性质
(1)不稳定性:见光或受热易分解,化学方程式为
。
长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的 溶于硝酸中,实验室常将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中,并密封贮存在 、 处。
刺激性
易
NO2
低温
避光
(2)强氧化性
①和金属(Cu)反应的实验探究
写出上述反应的化学方程式: ,
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
剧烈
深蓝色
缓慢
无色
蓝色
强氧化性
越强
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
②与Fe、Al反应
常温下,浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而 ,保护内部金属不再与酸反应,所以可以用 质容器或 质容器盛放浓硝酸。加热时,铁、铝可以与浓硝酸反应。
③与非金属反应
写出碳与浓硝酸在加热时反应的化学方程式:
。
钝化
铁
铝
3.硝酸工业制法的反应原理
(1)氨的催化氧化: 。
(2)一氧化氮转化为二氧化氮: 。
(3)吸收二氧化氮生成硝酸: 。
4.硝酸的用途
硝酸是一种重要的化工原料,常用来制造氮肥、染料、塑料、炸药、硝酸盐等。硝酸在实验室里是一种重要的化学试剂。
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
5.硝酸氧化性的体现
(1)浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红,后褪色。
(2)与非金属单质C、S、P等在加热条件下反应,非金属元素生成酸性氧化物或最高价含氧酸,反应后仍有过量稀硝酸。
(3)低价金属氧化物或盐与硝酸发生氧化还原反应,如FeO与稀硝酸反应3FeO+ 10HNO3(稀)===3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O,而不是发生复分解反应生成Fe(NO3)2。
(4)酸性溶液中含有N的硝酸盐溶液中加入酸,溶液中(H++N相当于HNO3)具有强氧化性,能够氧化还原性离子如Fe2+、I-、S2-、S等而不能大量共存。
(5)硝酸与铁反应时,产物符合以下规律:
温度越高,硝酸越浓,其氧化性越强;与硝酸反应时,还原剂一般被氧化成最高价态。
Fe过量 Fe不足 Fe与HNO3两者恰好完全反应
Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 Fe(NO3)2或Fe(NO3)3或两者混合物
1.(2024·成都外国语学校高一检测)关于硝酸的说法正确的是( )
A.硝酸与金属反应时,主要是+5价的氮得电子
B.浓硝酸与浓盐酸按3∶1的体积比所得的混合物叫王水
C.硝酸电离出的H+,能被Zn、Fe等金属还原成H2
D.常温下,向浓硝酸中投入铁片,会产生大量的红棕色气体
解析 硝酸是一种强氧化性的酸,它的氧化性主要是由+5价的氮元素表现出来的;王水中浓盐酸与浓硝酸的体积比是3∶1;硝酸是强氧化性酸,和金属反应,一般不产生H2;常温下浓硝酸能使Fe钝化,不会产生大量的红棕色气体。
A
2.硝酸被称为“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是( )
A.浓硝酸使紫色石蕊试液先变红后褪色——酸性和强氧化性
B.不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性
C.要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性
D.稀硝酸能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去——强氧化性
D
解析 浓硝酸使紫色石蕊试液先变红,表现出酸性;后褪色,表现出强氧化性,A正确。不能用稀硝酸与锌反应制氢气,因为硝酸具有强氧化性,被锌还原生成氮氧化物等,而不生成氢气,B正确。要用棕色瓶盛装浓硝酸,因为浓硝酸具有不稳定性,见光易分解,C正确。稀硝酸能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去,硝酸表现出酸性,与氢氧化钠发生中和反应而使溶液碱性减弱,从而使溶液的红色褪去,D错误。
3.(2024·天津市第一中学高一检测)一定温度下,探究铜与稀硝酸的反应,反应过程如图:
下列说法不正确的是( )
A.过程Ⅰ中生成无色气体的离
子方程式为3Cu+8H++2N===
3Cu2++2NO↑ +4H2O
B.过程Ⅲ反应速率比过程Ⅰ快的原因是反应放热使温度升高致使速率加快
C.当活塞不再移动时,即使再抽入空气,铜屑也不会继续溶解
D.②振荡时,针管内可能会发生的反应有4NO2+O2+2H2O===4HNO3
C
解析 铜与稀硝酸反应的还原产物为NO,反应的离子方程式为3Cu+8H++2N ===3Cu2++2NO↑+4H2O,故A正确;铜和稀硝酸的反应放热,随反应的进行,体系内的温度升高,温度越高反应速率越快,故B正确;活塞不再移动时,再抽入空气,NO和氧气、水发生反应生成硝酸,能继续溶解铜,故C不正确;②振荡时,针管内的二氧化氮与氧气在水中可以发生反应生成硝酸,反应的化学方程式为4NO2+O2+2H2O ===4HNO3,故D正确。
【题后归纳】 认识硝酸氧化性的误区
(1)硝酸与金属反应时,一般既表现强氧化性,又表现酸性,参加反应的硝酸部分被还原,还有一部分仍以N形式存在。
(2)浓硝酸与金属反应的过程中,浓度逐渐减小,还原产物有可能是NO2和NO的混合物。
(3)在应用硝酸的氧化性分析离子是否共存时,要注意溶液中H+和N的组合,它们相当于HNO3,能够氧化具有还原性的离子,而单纯的N不能氧化这些离子。
(4)与金属反应时硝酸的还原产物的规律是浓硝酸→NO2,稀硝酸→NO。但随着金属活动性顺序的增强以及硝酸浓度的降低,硝酸的还原产物会发生变化,一般说来,氮元素的价态随之降低。
课堂达标训练
1.(2022·江苏卷)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是( )
A.自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3
B.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl
C.工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3
D.多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”
A
2.下列有关氨的叙述不正确的是( )
D
3.下列关于硝酸的说法不正确的是( )
A.浓硝酸是一种易挥发的液体混合物
B.浓硝酸在空气中敞口放置,因吸收水蒸气而浓度减小
C.硝酸不稳定,易分解生成二氧化氮、氧气和水
D.常温下,浓硝酸常保存在棕色试剂瓶中
B
4.如图是喷泉实验装置,在烧瓶中充满干燥气体,胶头滴管及烧杯中分别盛有相同液体。下列组合不能形成喷泉的是( )
A.HCl与水 B.Cl2与饱和氯化钠溶液
C.SO2与NaOH溶液 D.NH3与水
解析 “喷泉”形成的原理是烧瓶内气体溶于胶头滴管中液体或与液体反应,导致烧瓶内气体压强明显小于外界大气压,将烧杯中液体倒吸入烧瓶中,产生“喷泉”。HCl易溶于水,产生较大压强差,能形成喷泉,A正确;Cl2难溶于饱和氯化钠溶液,不能形成喷泉,B错误;SO2与NaOH溶液反应,产生较大压强差,能形成喷泉,C正确;NH3极易溶于水,能产生明显的压强差,能形成喷泉,D正确。
B
5.图甲、乙、丙均为验证铜和浓硝酸反应的装置:
(1)甲、乙、丙三个装置中共同发生的化学方程式是
。
(2)和甲装置相比,乙装置的优点是
① ;
② 。
(3)为了进一步验证NO2和水的反应,某同学设计了丙装置。实验时先关闭活塞
,再打开活塞 ,才能使NO2气体充满②试管;当气体充满②试管后,将铜丝提起与溶液脱离。欲使烧杯中的水进入②试管,应该
。
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
可以控制反应的发生与停止
可吸收NO2气体,防止污染环境
c
a、b
先关闭b,再关闭a,然后打开c,用手捂住试管②
解析 (1)铜和浓硝酸反应的化学方程式是Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑ +2H2O。(2)根据题目给定的装置图可知乙装置有尾气处理装置,同时可以通过移动铜丝来控制反应的发生与停止。(3)实验丙中,实验时先关闭活塞c,再打开活塞a、b,才能使NO2气体充满②试管;当气体充满②试管后,将铜丝提起与溶液脱离停止反应。欲使烧杯中的水进入②试管应该先关闭b,再关闭a,然后打开c,用手捂住试管②。
课后巩固训练
选择题只有一个选项符合题目要求
1.下列关于硝酸的叙述正确的是( )
A.NO2溶于水生成硝酸,所以NO2是酸性氧化物
B.硝酸可与活泼金属反应生成盐和氢气
C.浓硝酸显黄色是因为溶有NO2
D.硝酸与木炭的反应既表现出氧化性又表现出酸性
解析 NO2溶于水生成硝酸,同时还生成了NO,所以NO2不是酸性氧化物,A项错误;硝酸可与活泼金属反应生成盐、水和氮氧化合物,得不到氢气,B项错误;浓硝酸显黄色是因为浓硝酸分解生成的NO2溶解在浓硝酸中,C项正确;硝酸与木炭反应,生成物中没有硝酸盐,硝酸只表现出氧化性,D项错误。
C
2.如图是实验室进行氨溶于水的喷泉实验装置,下列叙述不正确的是( )
A.该实验说明氨气是一种极易溶于水的气体
B.进入烧瓶中的液体颜色由无色变为红色,说明氨水呈碱性
C.形成喷泉的原因是氨气溶于水后,烧瓶内的气压小于大气压
D.用氯气代替氨气,利用此装置也可进行喷泉实验
D
解析 A项,NH3极易溶于水,可用来做喷泉实验;B项,氨水呈碱性,能使酚酞溶液变红色;C项,NH3极易溶于水,使烧瓶内的气压小于大气压,在压强差的作用下,烧杯中的水沿导管迅速向上流动,从而形成喷泉;D项,Cl2在水中的溶解度较小,不能用于做喷泉实验。
3.将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应,下列叙述正确的是( )
A.反应剧烈程度:两者相同
B.消耗硝酸的物质的量:前者多,后者少
C.反应生成气体的颜色:前者浅,后者深
D.反应中转移的电子总数:前者多,后者少
B
解析 硝酸的浓度越大,氧化性越强,所以浓硝酸与Cu反应更剧烈,A项错误;根据反应方程式Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O和3Cu+8HNO3(稀)=== 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O可知,相同质量的Cu消耗浓硝酸中HNO3的物质的量多,B项正确;Cu与浓硝酸反应生成红棕色的NO2,与稀硝酸反应生成无色的NO,C项错误;硝酸过量,说明Cu完全反应,反应中消耗Cu的质量相同,反应后均生成Cu2+,故转移的电子数相同,D项错误。
4.下列反应中硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是( )
A.使紫色石蕊溶液变红
B.与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2
C.与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3
D.与硫单质共热时生成H2SO4和NO2
B
解析 使紫色石蕊溶液变红,HNO3只表现出酸性,A项不符合题意;与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2,HNO3中部分氮元素化合价降低,部分氮元素化合价不变,HNO3既表现出酸性又表现出氧化性,B项符合题意;与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3,该反应不是氧化还原反应,HNO3只表现出酸性,C项不符合题意;与硫单质共热时生成H2SO4和NO2,HNO3中氮元素化合价降低,且没有硝酸盐生成,HNO3只表现出氧化性,D项不符合题意。
5.(2023·淮北实验中学高一月考)下列叙述不正确的是( )
A.NH3易液化,液氨常用作制冷剂
B.浓硝酸和浓硫酸露置在空气中,容器内酸液的浓度都降低
C.稀HNO3和活泼金属反应时得到氢气
D.如右图所示,进行喷泉实验操作后,液体几乎充满整个烧瓶,这与氨气极易溶于水有关
C
解析 NH3易液化且汽化时吸收大量的热量,液氨常用作制冷剂,A正确;浓硝酸易挥发,露置在空气中导致浓度降低,浓硫酸有吸水性,露置在空气中会吸收空气中的水蒸气,容器内酸液的浓度降低,B正确;稀HNO3和活泼金属反应时一般生成NO,得不到氢气,C错误;氨气极易溶于水,故能进行喷泉实验,实验操作后,液体几乎充满整个烧瓶,D正确。
6.如图所示,利用培养皿探究氨气的性质。
实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水,立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所做的解释正确的是( )
A
选项 实验现象 解释
A 浓盐酸附近产生白烟 NH3与挥发出的HCl反应产生了NH4Cl固体
B 浓硫酸附近无明显现象 NH3与浓硫酸不发生反应
C 氯化物溶液变浑浊 该溶液一定是AlCl3溶液
D 湿润的红色石蕊试纸变蓝 NH3是一种可溶性碱
解析 向NaOH固体上滴几滴浓氨水后,产生NH3。NH3遇挥发出来的HCl生成NH4Cl固体颗粒而产生白烟;H2SO4难挥发,因此浓H2SO4附近无明显现象,但NH3与H2SO4能反应;氨水能使MgCl2、AlCl3等溶液变浑浊;NH3与水反应生成的NH3·H2O电离出OH-而显碱性,但NH3不是碱。
7.(2023·青岛高一期末)工业合成氨以及氨氧化制硝酸的流程如图。下列说法错误的是( )
A.M为O2
B.氨分离器中利用了氨易液化的性质
C.氧化炉氨的催化氧化反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶5
D.可使用氢氧化钠溶液或氨气处理尾气
C
8.某实验过程如图所示,③试管中的现象是( )
A.无明显现象,因稀H2SO4不与铜反应
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.铜片溶解,产生无色气体,该气体在试管口变为红棕色
解析 加入稀H2SO4,相当于加入H+,溶液中的H+和N使铜片继续溶解生成NO,NO遇空气被氧化成红棕色的NO2。
D
9.在某100 mL混合酸中,HNO3的物质的量浓度为0.4 mol·L-1,H2SO4的物质的量浓度为0.2 mol·L-1。向其中加入1.92 g 铜粉微热,待充分反应后,溶液中Cu2+的物质的量浓度约为( )
A.0.15 mol·L-1 B.0.3 mol·L-1 C.0.225 mol·L-1 D.无法计算
解析 溶液中n(H+)=0.1 L×0.4 mol·L-1+0.1 L×0.2 mol·L-1×2=0.08 mol,n(N) =0.1 L×0.4 mol·L-1=0.04 mol,n(Cu)==0.03 mol,根据反应的离子方程式3Cu+8H++2N===3Cu2++2NO↑+4H2O可知,此时H+与Cu恰好完全反应,N过量。故充分反应后,溶液中c(Cu2+)约为=0.3 mol·L-1。
B
10.为了探究浓硝酸的性质,进行以下五组实验,均观察到红棕色气体。下列分析错误的是( )
A.将带火星的木条靠近①的试管口,木条
复燃,说明NO2能支持燃烧
B.②中的铁片钝化,红棕色气体由浓硝酸
分解产生,③中溶液变为绿色
C.①④⑤实验对比,④中的红棕色气体可
能是由挥发的浓硝酸受热分解产生的
D.五支试管中的红棕色气体均为还原产物
B
解析 灼热的玻璃棒插入浓硝酸中,浓HNO3分解生成NO2、O2和H2O,其中NO2与O2的物质的量之比为4∶1,带火星的木条靠近①的试管口,木条复燃,说明NO2能支持燃烧,A项正确;灼热的铁片在浓硝酸中发生反应,且生成红棕色的NO2,不会钝化,B项错误;浓硝酸具有强挥发性,由①知,④中红棕色气体可能是由挥发出的HNO3(g)受灼热木炭(提供热量)作用,发生分解生成红棕色NO2,C项正确;红棕色气体均为NO2,都是HNO3被还原生成的,均为还原产物,D项正确。
11.从元素化合价和物质类别两个角度学习、研究物质的性质,是一种行之有效的方法。以下是氮元素形成物质的价类二维图及氮的循环的部分信息。
(1)①是一种人工固氮的重要途径,该反应的化学方程式是
。
(2)②的化学方程式是 。
(3)⑤的化学方程式是(任写一种)
。
(4)R可与 NaOH溶液反应:HNO2+NaOH===NaNO2+H2O,该反应体现了R(HNO2)的
性。
酸
(5)Q的化学式是 ,Q属于酸性氧化物,写出Q与水反应的化学方程式
。
(6)L在水体中过多蓄积会导致水体富营养化。将水体调节为酸性后加入适量NaClO,可将L中阳离子转化为无污染气体以去除。写出L与NaClO反应的离子方程式 。
N2O5
N2O5+H2O===2HNO3
2N+3ClO-===N2↑+3Cl-+3H2O+2H+
解析 (5)Q为五氧化二氮,化学式是N2O5;Q属于酸性氧化物,也是硝酸的酸酐,五氧化二氮与水反应生成硝酸,化学方程式N2O5+H2O===2HNO3。(6)L为硝酸铵,调为酸性后加入适量NaClO,可将L中阳离子转化为无污染气体以去除,则该无污染气体为氮气,硝酸铵与NaClO反应的离子方程式2N+3ClO-===N2↑+3Cl-+3H2O +2H+。
12.喷泉是一种常见的现象,产生的原因是存在压强差。
请回答下列问题:
(1)①用如图甲所示的装置进行喷泉
实验,干燥的圆底烧瓶中已装满氨气,
引发喷泉的操作是
。该实验的原理是
。
②如果只提供如图乙所示的装置,说明引发喷泉的方法
。
打开止水夹,挤压胶头滴管使少量水进入圆底烧瓶
NH3极易溶于水,使圆底烧瓶内的压强迅速减小,烧杯内的水快速进入圆底烧瓶
打开止水夹,用热毛巾捂住圆底烧瓶至导管口有气泡冒出后,移去热毛巾
解析 (1)①用图甲所示装置要引发喷泉,只需打开止水夹,挤压胶头滴管使少量水进入圆底烧瓶即可;②用图乙所示装置要引发喷泉需先打开止水夹,用热毛巾捂住圆底烧瓶,发现导管口有气泡冒出后,再移去热毛巾。
(2)利用如图丙所示的装置,在锥形瓶中分别加入足量的下列物质,反应后可能产生喷泉的是 (填字母序号)。
A.Cu与稀盐酸 B.NaHCO3与NaOH溶液
C.CaCO3与稀硫酸 D.NH4HCO3与稀盐酸
(3)在图丙所示装置的锥形瓶中加入酒精,锥形瓶外放一水槽,水槽中加入冷水后,再加入足量的下列物质,结果也产生了喷泉。水槽中加入的物质可以是 (填字母序号)。
A.浓硫酸 B.食盐 C.硝酸钾 D.硫酸铜
D
A
解析 (2)能在锥形瓶内持续反应产生气体,使锥形瓶内的压强大于圆底烧瓶内的压强即可,故应选NH4HCO3和稀盐酸,其他选项中的物质要么不反应,要么反应不生成气体或产生气体很少。(3)浓硫酸溶于水放出大量的热,使锥形瓶内酒精汽化,锥形瓶内压强增大,引发喷泉。
(4)从产生喷泉的原理分析,图中甲、乙所示装置是 (填“增大”或“减小”,下同)圆底烧瓶内气体的压强。图丙所示装置是 锥形瓶内气体的压强。人造喷泉及火山爆发的原理与图 (填“甲”“乙”或“丙”)所示装置的原理相似。
解析 (4)图甲、乙所示装置的原理是减小圆底烧瓶内气体的压强,图丙所示装置的原理是增大锥形瓶内气体的压强,人造喷泉及火山爆发均与图丙所示装置的原理相似。
减小
增大
丙
B级 素养培优练
13.下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是( )
A.①② B.②③ C.①③ D.②④
D
序号 实验操作 现象 解释或结论
① 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+
② 常温下,Fe、Al放入浓HNO3或浓H2SO4中 无明显现象 Fe、Al遇浓HNO3或浓H2SO4发生钝化
③ Al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
④ 用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上 试纸先变 红后褪色 浓HNO3具有酸性和氧化性
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,①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,②正确;Al箔能与稀HNO3反应放出气体,③错误;浓硝酸具有酸性和强氧化性能使蓝色石蕊试纸先变红后褪色,④正确。
14.TiN是一种新型耐火材料,可由TiO2和NH3在高温条件下制备,实验装置如图(夹持装置省略)。下列说法错误的是( )
A.开始实验前应先检验装置的气密性
B.装置C的作用是干燥氨气,试剂X为P2O5
C.装置D发生的反应中,NH3作还原剂
D.装置E的作用是吸收NH3和H2O
B
解析 实验中涉及气体的产生,则实验前应先检验装置的气密性,A正确;氨气为碱性气体,不能使用五氧化二磷干燥,B错误;TiO2和NH3在高温条件下制备TiN,反应中钛元素化合价降低发生还原反应,则反应中氨气作为还原剂,C正确;尾气中氨气会污染环境、且氨气极易被水吸收,故装置E的作用是吸收NH3和H2O,D正确。
15.(2022·沧州高一期末)将m g Fe、Cu合金投入足量稀硝酸中,固体完全溶解,共收集到2.24 L(标准状况)NO气体,向反应后的溶液中加入过量的NaOH溶液,下列判断正确的是( )
A.Fe、Cu和稀硝酸反应,稀硝酸只表现了氧化性
B.最终所得溶液中溶质只有一种
C.整个过程中有0.1 mol电子发生转移
D.理论上沉淀的质量为(m+5.1) g
D
解析 A项,Fe、Cu和稀HNO3反应,稀硝酸既表现了氧化性又表现了酸性;B项,所得溶液中溶质有NaNO3和过量的NaOH两种;C项,NO的物质的量为0.1 mol,合金与稀硝酸反应中转移0.3 mol电子;D项,最后得到的沉淀是Fe(OH)3和Cu(OH)2,沉淀的质量等于合金的质量和增加的OH-的质量之和,而增加的OH-的物质的量也等于整个过程中转移电子的物质的量,即增加的OH-的物质的量也是0.3 mol,所以理论上沉淀的质量为m g+0.3 mol×17 g·mol-1=(m+5.1) g。
16.(2023·亳州一中高一月考)向13.6 g由Cu和Cu2O组成的混合物中加入一定浓度的稀硝酸250 mL,当固体物质完全溶解后生成Cu(NO3)2和NO气体。在所得溶液中加入1.0 L 0.5 mol·L-1 NaOH溶液,生成沉淀质量为19.6 g,此时溶液呈中性且金属离子已完全沉淀。下列说法正确的是( )
A.原固体混合物中Cu与Cu2O的物质的量之比为1∶1
B.原稀硝酸中HNO3的物质的量浓度为1.3 mol·L-1
C.产生的NO的体积为2.24 L
D.Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3为0.1 mol
D
解析 向所得溶液中加入0.5 mol·L-1的NaOH溶液1 L,溶液呈中性,金属离子已完全沉淀,此时溶液中溶质为NaNO3,n(NaNO3)=n(NaOH)=0.5 mol·L-1×1 L=0.5 mol,沉淀为Cu(OH)2,质量为19.6 g,其物质的量为19.6 g÷98 g·mol-1=0.2 mol,根据铜元素守恒有n(Cu)+2n(Cu2O)=n[Cu(OH)2],所以反应后的溶液中n[Cu(NO3)2]= n[Cu(OH)2]=0.2 mol。设Cu和Cu2O的物质的量分别为x mol、y mol,根据二者质量有64x+144y=13.6,根据铜元素守恒有x+2y=0.2,联立方程解得x=0.1,y=0.05,则n(Cu)∶n(Cu2O)=0.1 mol∶0.05 mol=2∶1,故A错误;根据N元素守恒可知n(HNO3)=n(NO)+n(NaNO3),根据电子转移守恒可知3n(NO)=2n(Cu)+2n(Cu2O),所
以3n(NO)=2×0.1 mol+2×0.05 mol,解得n(NO)=0.1 mol,根据Na元素守恒可知n(NaNO3)=n(NaOH)=0.5 mol·L-1×1 L=0.5 mol,所以n(HNO3)=n(NO)+n(NaNO3)=0.1 mol+0.5 mol=0.6 mol,所以原硝酸溶液的浓度为0.6 mol÷0.25 L=2.4 mol·L-1,故B错误;由B中计算可知n(NO)=0.1 mol,所以标准状况下NO的体积为0.1 mol×22.4 L·mol-1=2.24 L,故C错误;反应后的溶液中加入氢氧化钠溶液,氢氧化钠与硝酸铜反应,剩余的氢氧化钠与硝酸反应,最后为硝酸钠溶液,根据氮元素守恒可知反应后溶液中n(HNO3)+2n[Cu(NO3)2]=n(NaNO3),所以n(HNO3)=n(NaNO3)-2n[Cu(NO3)2]=0.5 mol-2×0.2 mol=0.1 mol,故D正确。
17.某小组探究Cu与HNO3反应,发现有趣的现象,室温下3 mol·L-1的稀硝酸(溶液A)遇铜片短时间内无明显变化,一段时间后才有少量气泡产生,而溶液B(见图)遇铜片立即产生气泡。
探究溶液B遇铜片立即发生反应的原因。
(1)假设1: 对该反应有
催化作用。
实验验证:向溶液A中加入少量硝酸铜,溶液呈浅蓝色,放入铜片,没有明显变化。
结论:假设1不成立。
解析 (1)实验操作为向溶液A中加入少量硝酸铜,故假设应为Cu2+的催化作用。
Cu2+
(2)假设2:NO2对该反应有催化作用。
方案Ⅰ 向盛有铜片的溶液A中通入少量NO2,铜片表面立即产生气泡,反应持续进行。有同学认为应补充对比实验:向盛有铜片的溶液A中加入几滴5 mol·L-1的硝酸,没有明显变化。补充该实验的目的是
。
方案 Ⅱ 向溶液B中通入氮气数分钟得溶液C,相同条件下,铜片与A、B、C三份溶液的反应速率:B>C>A,该实验能够证明假设2成立的理由是
。
排除通入NO2与水反应引起硝酸浓度增大的影响
通入N2可以带走溶液中的部分NO2,因此三份溶液中NO2的浓度:B>C>A,反应速率随NO2浓度降低而减慢,说明NO2对该反应有催化作用
解析 (2)实验Ⅰ:实验验证NO2对该反应有催化作用,但NO2与水反应会产生硝酸,要保证唯一变量,应加入硝酸,排除硝酸浓度的变化对实验的影响。实验Ⅱ:这三支试管的反应速率不同,可能因为NO2的浓度不同,通入的氮气带走了部分的NO2,说明假设2成立,NO2对该反应有催化作用。
(3)查阅资料:NO2溶于水可以生成HNO2和 。向盛有铜片的溶液A中加入 ,铜片上立即产生气泡,证明HNO2对该反应也有催化作用。
结论:NO2和 HNO2均对Cu与HNO3的反应有催化作用。
(4)Cu与稀HNO3反应中,HNO2可能参与的催化过程如下:将ⅱ补充完整。
ⅰ.N+HNO2+H+===2NO2↑+H2O
ⅱ.
ⅲ.3NO2+H2O===2H++2N+NO
HNO3
NaNO2固体(KNO2等)
Cu+2NO2+2H+===Cu2++2HNO2
解析 (3)NO2溶于水生成HNO2时,N元素的化合价降低,那么另一种物质中N元素的化合价必然要升高,即生成HNO3;要证明HNO2对该反应也有催化作用,就要向溶液中加入亚硝酸根离子,可以加入NaNO2等物质。(4)HNO2作催化剂,ⅰ中消耗HNO2,在ⅱ中应该生成HNO2,铜和稀硝酸反应生成NO,所以NO2为中间产物,结合ⅰ、ⅲ,ⅱ中发生的反应为Cu+2NO2+2H+===Cu2++2HNO2。
18.(2024·湖北云学名校联盟高一联考)某学习小组根据氨气还原氧化铜的反应,设计实验测定铜元素相对原子质量Ar(Cu)(近似值)。甲同学模拟合成氨工业制备氨气,反应前先称量反应物氧化铜的质量m(CuO),反应完全后测定生成物水的质量m(H2O),由此计算Ar(Cu)。装置图如下:
(1)C装置应选用 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。
(2)装置B的作用是:①使气体混合均匀;② ;③ 。
(3)氨气还原炽热氧化铜(产物之一为空气中含量最多的气体)化学方程式为
。
(4)干燥管F中盛放的干燥剂为 (填字母代号)。
A.五氧化二磷 B.无水CuSO4
C.碱石灰 D.无水CaCl2
Ⅰ
干燥气体
观察和控制气体的流速
C
(5)G装置的作用是① ; ② 。
若没有G装置,测得结果Ar(Cu) (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(6)乙同学认为上述装置操作麻烦,对原装置改进,新装置如图所示。实验前将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置C)称重,记为m1 g。将氧化铜装入石英玻璃管中,再次将装置C称重,记为m2 g。按下图连接好装置进行实验,通入NH3,充分反应直至C恒重,记为m3 g。
①A中的固体可为 (填化学式)。
②根据实验记录,计算铜元素相对原子质量Ar(Cu)
= (用含有m1、m2、m3的式子表示)。
尾气处理
防止空气中水和二氧化碳进入F
偏小
氧化钙或者氢氧化钠
解析 (5)根据分析可知G装置的作用是①尾气处理;②防止空气中水和二氧化碳进入F;③若没有G装置,F中会吸收空气中的二氧化碳和水,使m(H2O)的质量偏大,使氧原子的物质的量偏大,n(Cu)=n(CuO)=n(O),使铜的物质的量偏大,测得结果Ar(Cu)偏小;(6)①A为制备氨气,固体可以是氧化钙或者氢氧化钠;②CuO的质量为(m2-m1) g,该CuO中含有O的质量为(m2-m3) g,n(O)= mol,n(Cu)=n(CuO) =n(O)=,Cu的质量为(m3-m1) g,则Cu的摩尔质量为。专题7 作业8 重要的含氮化工原料
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求(1~10题,每题4分)
1.下列关于硝酸的叙述正确的是 ( )
NO2溶于水生成硝酸,所以NO2是酸性氧化物
硝酸可与活泼金属反应生成盐和氢气
浓硝酸显黄色是因为溶有NO2
硝酸与木炭的反应既表现出氧化性又表现出酸性
2.如图是实验室进行氨溶于水的喷泉实验装置,下列叙述不正确的是 ( )
该实验说明氨气是一种极易溶于水的气体
进入烧瓶中的液体颜色由无色变为红色,说明氨水呈碱性
形成喷泉的原因是氨气溶于水后,烧瓶内的气压小于大气压
用氯气代替氨气,利用此装置也可进行喷泉实验
3.将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应,下列叙述正确的是 ( )
反应剧烈程度:两者相同
消耗硝酸的物质的量:前者多,后者少
反应生成气体的颜色:前者浅,后者深
反应中转移的电子总数:前者多,后者少
4.下列反应中硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是 ( )
使紫色石蕊溶液变红
与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2
与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3
与硫单质共热时生成H2SO4和NO2
5.(2023·淮北实验中学高一月考)下列叙述不正确的是 ( )
NH3易液化,液氨常用作制冷剂
浓硝酸和浓硫酸露置在空气中,容器内酸液的浓度都降低
稀HNO3和活泼金属反应时得到氢气
如右图所示,进行喷泉实验操作后,液体几乎充满整个烧瓶,这与氨气极易溶于水有关
6.如图所示,利用培养皿探究氨气的性质。
实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水,立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所做的解释正确的是 ( )
选项 实验现象 解释
浓盐酸附近产生白烟 NH3与挥发出的HCl反应产生了NH4Cl固体
浓硫酸附近无明显现象 NH3与浓硫酸不发生反应
氯化物溶液变浑浊 该溶液一定是AlCl3溶液
湿润的红色石蕊试纸变蓝 NH3是一种可溶性碱
7.(2023·青岛高一期末)工业合成氨以及氨氧化制硝酸的流程如图。下列说法错误的是 ( )
M为O2
氨分离器中利用了氨易液化的性质
氧化炉氨的催化氧化反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶5
可使用氢氧化钠溶液或氨气处理尾气
8.某实验过程如图所示,③试管中的现象是 ( )
无明显现象,因稀H2SO4不与铜反应
铜片溶解,产生无色气体,该气体遇到空气不变色
铜片溶解,放出红棕色有刺激性气味的气体
铜片溶解,产生无色气体,该气体在试管口变为红棕色
9.在某100 mL混合酸中,HNO3的物质的量浓度为0.4 mol·L-1,H2SO4的物质的量浓度为0.2 mol·L-1。向其中加入1.92 g 铜粉微热,待充分反应后,溶液中Cu2+的物质的量浓度约为 ( )
0.15 mol·L-1 0.3 mol·L-1
0.225 mol·L-1 无法计算
10.为了探究浓硝酸的性质,进行以下五组实验,均观察到红棕色气体。下列分析错误的是 ( )
将带火星的木条靠近①的试管口,木条复燃,说明NO2能支持燃烧
②中的铁片钝化,红棕色气体由浓硝酸分解产生,③中溶液变为绿色
①④⑤实验对比,④中的红棕色气体可能是由挥发的浓硝酸受热分解产生的
五支试管中的红棕色气体均为还原产物
11.(12分)从元素化合价和物质类别两个角度学习、研究物质的性质,是一种行之有效的方法。以下是氮元素形成物质的价类二维图及氮的循环的部分信息。
(1)(2分)①是一种人工固氮的重要途径,该反应的化学方程式是 。
(2)(2分)②的化学方程式是
。
(3)(2分)⑤的化学方程式是(任写一种) 。
(4)(1分)R可与 NaOH溶液反应:HNO2+NaOHNaNO2+H2O,该反应体现了R(HNO2)的 性。
(5)(3分)Q的化学式是 (1分),Q属于酸性氧化物,写出Q与水反应的化学方程式 (2分)。
(6)(2分)L在水体中过多蓄积会导致水体富营养化。将水体调节为酸性后加入适量NaClO,可将L中阳离子转化为无污染气体以去除。写出L与NaClO反应的离子方程式
。
12.(10分)喷泉是一种常见的现象,产生的原因是存在压强差。
请回答下列问题:
(1)(3分)①用如图甲所示的装置进行喷泉实验,干燥的圆底烧瓶中已装满氨气,引发喷泉的操作是
。
该实验的原理是
。
②如果只提供如图乙所示的装置,说明引发喷泉的方法 。
(2)(2分)利用如图丙所示的装置,在锥形瓶中分别加入足量的下列物质,反应后可能产生喷泉的是 (填字母序号)。
A.Cu与稀盐酸 B.NaHCO3与NaOH溶液
C.CaCO3与稀硫酸 D.NH4HCO3与稀盐酸
(3)(2分)在图丙所示装置的锥形瓶中加入酒精,锥形瓶外放一水槽,水槽中加入冷水后,再加入足量的下列物质,结果也产生了喷泉。水槽中加入的物质可以是 (填字母序号)。
A.浓硫酸 B.食盐
C.硝酸钾 D.硫酸铜
(4)(3分)从产生喷泉的原理分析,图中甲、乙所示装置是 (填“增大”或“减小”,下同)圆底烧瓶内气体的压强。图丙所示装置是 锥形瓶内气体的压强。人造喷泉及火山爆发的原理与图 (填“甲”“乙”或“丙”)所示装置的原理相似。
B级 素养培优练
(13~16题,每题4分)
13.下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是 ( )
序号 实验操作 现象 解释或结论
① 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+
② 常温下,Fe、Al放入浓HNO3或浓H2SO4中 无明显现象 Fe、Al遇浓HNO3或浓H2SO4发生钝化
③ Al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
④ 用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上 试纸先变红后褪色 浓HNO3具有酸性和氧化性
①② ②③
①③ ②④
14.TiN是一种新型耐火材料,可由TiO2和NH3在高温条件下制备,实验装置如图(夹持装置省略)。下列说法错误的是 ( )
开始实验前应先检验装置的气密性
装置C的作用是干燥氨气,试剂X为P2O5
装置D发生的反应中,NH3作还原剂
装置E的作用是吸收NH3和H2O
15.(2022·沧州高一期末)将m g Fe、Cu合金投入足量稀硝酸中,固体完全溶解,共收集到2.24 L(标准状况)NO气体,向反应后的溶液中加入过量的NaOH溶液,下列判断正确的是 ( )
Fe、Cu和稀硝酸反应,稀硝酸只表现了氧化性
最终所得溶液中溶质只有一种
整个过程中有0.1 mol电子发生转移
理论上沉淀的质量为(m+5.1) g
16.(2023·亳州一中高一月考)向13.6 g由Cu和Cu2O组成的混合物中加入一定浓度的稀硝酸250 mL,当固体物质完全溶解后生成Cu(NO3)2和NO气体。在所得溶液中加入1.0 L 0.5 mol·L-1 NaOH溶液,生成沉淀质量为19.6 g,此时溶液呈中性且金属离子已完全沉淀。下列说法正确的是 ( )
原固体混合物中Cu与Cu2O的物质的量之比为1∶1
原稀硝酸中HNO3的物质的量浓度为1.3 mol·L-1
产生的NO的体积为2.24 L
Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3为0.1 mol
17.(8分)某小组探究Cu与HNO3反应,发现有趣的现象,室温下3 mol·L-1的稀硝酸(溶液A)遇铜片短时间内无明显变化,一段时间后才有少量气泡产生,而溶液B(见图)遇铜片立即产生气泡。
探究溶液B遇铜片立即发生反应的原因。
(1)(1分)假设1: 对该反应有催化作用。
实验验证:向溶液A中加入少量硝酸铜,溶液呈浅蓝色,放入铜片,没有明显变化。
结论:假设1不成立。
(2)(3分)假设2:NO2对该反应有催化作用。
方案Ⅰ 向盛有铜片的溶液A中通入少量NO2,铜片表面立即产生气泡,反应持续进行。有同学认为应补充对比实验:向盛有铜片的溶液A中加入几滴5 mol·L-1的硝酸,没有明显变化。补充该实验的目的是
(1分)。
方案 Ⅱ 向溶液B中通入氮气数分钟得溶液C,相同条件下,铜片与A、B、C三份溶液的反应速率:B>C>A,该实验能够证明假设2成立的理由是
(2分)。
(3)(2分)查阅资料:NO2溶于水可以生成HNO2和 。向盛有铜片的溶液A中加入 ,铜片上立即产生气泡,证明HNO2对该反应也有催化作用。
结论:NO2和 HNO2均对Cu与HNO3的反应有催化作用。
(4)(2分)Cu与稀HNO3反应中,HNO2可能参与的催化过程如下:将ⅱ补充完整。
ⅰ.N+HNO2+H+2NO2↑+H2O
ⅱ.
ⅲ.3NO2+H2O2H++2N+NO
18.(14分)(2024·湖北云学名校联盟高一联考)某学习小组根据氨气还原氧化铜的反应,设计实验测定铜元素相对原子质量Ar(Cu)(近似值)。甲同学模拟合成氨工业制备氨气,反应前先称量反应物氧化铜的质量m(CuO),反应完全后测定生成物水的质量m(H2O),由此计算Ar(Cu)。装置图如下:
已知:实验室用亚硝酸盐和铵盐的混合浓溶液共热制备N2,化学反应方程式为NaNO2+NH4ClN2↑+NaCl+2H2O。请回答下列问题:
(1)(1分)C装置应选用 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。
(2)(2分)装置B的作用是:①使气体混合均匀;② ;③ 。
(3)(2分)氨气还原炽热氧化铜(产物之一为空气中含量最多的气体)化学方程式为
。
(4)(2分)干燥管F中盛放的干燥剂为 (填字母代号)。
A.五氧化二磷 B.无水CuSO4
C.碱石灰 D.无水CaCl2
(5)(3分)G装置的作用是① ;
② 。
若没有G装置,测得结果Ar(Cu) (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(6)(4分)乙同学认为上述装置操作麻烦,对原装置改进,新装置如图所示。实验前将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置C)称重,记为m1 g。将氧化铜装入石英玻璃管中,再次将装置C称重,记为m2 g。按下图连接好装置进行实验,通入NH3,充分反应直至C恒重,记为m3 g。
①A中的固体可为 (填化学式)。
②根据实验记录,计算铜元素相对原子质量Ar(Cu)= (用含有m1、m2、m3的式子表示)。
作业8 重要的含氮化工原料
1.C [NO2溶于水生成硝酸,同时还生成了NO,所以NO2不是酸性氧化物,A项错误;硝酸可与活泼金属反应生成盐、水和氮氧化合物,得不到氢气,B项错误;浓硝酸显黄色是因为浓硝酸分解生成的NO2溶解在浓硝酸中,C项正确;硝酸与木炭反应,生成物中没有硝酸盐,硝酸只表现出氧化性,D项错误。]
2.D [A项,NH3极易溶于水,可用来做喷泉实验;B项,氨水呈碱性,能使酚酞溶液变红色;C项,NH3极易溶于水,使烧瓶内的气压小于大气压,在压强差的作用下,烧杯中的水沿导管迅速向上流动,从而形成喷泉;D项,Cl2在水中的溶解度较小,不能用于做喷泉实验。]
3.B [硝酸的浓度越大,氧化性越强,所以浓硝酸与Cu反应更剧烈,A项错误;根据反应方程式Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O和3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O可知,相同质量的Cu消耗浓硝酸中HNO3的物质的量多,B项正确;Cu与浓硝酸反应生成红棕色的NO2,与稀硝酸反应生成无色的NO,C项错误;硝酸过量,说明Cu完全反应,反应中消耗Cu的质量相同,反应后均生成Cu2+,故转移的电子数相同,D项错误。]
4.B [使紫色石蕊溶液变红,HNO3只表现出酸性,A项不符合题意;与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2,HNO3中部分氮元素化合价降低,部分氮元素化合价不变,HNO3既表现出酸性又表现出氧化性,B项符合题意;与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3,该反应不是氧化还原反应,HNO3只表现出酸性,C项不符合题意;与硫单质共热时生成H2SO4和NO2,HNO3中氮元素化合价降低,且没有硝酸盐生成,HNO3只表现出氧化性,D项不符合题意。]
5.C [NH3易液化且汽化时吸收大量的热量,液氨常用作制冷剂,A正确;浓硝酸易挥发,露置在空气中导致浓度降低,浓硫酸有吸水性,露置在空气中会吸收空气中的水蒸气,容器内酸液的浓度降低,B正确;稀HNO3和活泼金属反应时一般生成NO,得不到氢气,C错误;氨气极易溶于水,故能进行喷泉实验,实验操作后,液体几乎充满整个烧瓶,D正确。]
6.A [向NaOH固体上滴几滴浓氨水后,产生NH3。NH3遇挥发出来的HCl生成NH4Cl固体颗粒而产生白烟;H2SO4难挥发,因此浓H2SO4附近无明显现象,但NH3与H2SO4能反应;氨水能使MgCl2、AlCl3等溶液变浑浊;NH3与水反应生成的NH3·H2O电离出OH-而显碱性,但NH3不是碱。]
7.C [氧化炉中氨气发生催化氧化生成NO和水,故M为O2,故A正确;氨气易液化,氨分离器中利用了氨易液化的性质,将氨气分离出来,将氮气和氢气循环利用,故B正确;氧化炉中氨气发生催化氧化生成NO和水,化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O,氧气为氧化剂,氨气为还原剂,故氧化剂与还原剂的物质的量之比为5∶4,故C错误;吸收塔中通入氧气和水,发生反应2NO+O22NO2、3NO2+H2ONO+2HNO3,故尾气含有NO、NO2,可使用碱液吸收,或用氨气将氮氧化物还原为氮气,故可使用氢氧化钠溶液或氨气处理尾气,故D正确。]
8.D [加入稀H2SO4,相当于加入H+,溶液中的H+和N使铜片继续溶解生成NO,NO遇空气被氧化成红棕色的NO2。]
9.B [溶液中n(H+)=0.1 L×0.4 mol·L-1+0.1 L×0.2 mol·L-1×2=0.08 mol,n(N)=0.1 L×0.4 mol·L-1=0.04 mol,n(Cu)==0.03 mol,根据反应的离子方程式3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O可知,此时H+与Cu恰好完全反应,N过量。故充分反应后,溶液中c(Cu2+)约为=0.3 mol·L-1。]
10.B [灼热的玻璃棒插入浓硝酸中,浓HNO3分解生成NO2、O2和H2O,其中NO2与O2的物质的量之比为4∶1,带火星的木条靠近①的试管口,木条复燃,说明NO2能支持燃烧,A项正确;灼热的铁片在浓硝酸中发生反应,且生成红棕色的NO2,不会钝化,B项错误;浓硝酸具有强挥发性,由①知,④中红棕色气体可能是由挥发出的HNO3(g)受灼热木炭(提供热量)作用,发生分解生成红棕色NO2,C项正确;红棕色气体均为NO2,都是HNO3被还原生成的,均为还原产物,D项正确。]
11.(1)N2+3H22NH3
(2)4NH3+5O24NO+6H2O
(3)Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O或者C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O或者4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O(任写一种) (4)酸
(5)N2O5 N2O5+H2O2HNO3
(6)2N+3ClO-N2↑+3Cl-+3H2O+2H+
解析 (1)A为氮气,D为氨气,氮气和氢气在高温、高压、催化剂的条件下生成氨气,化学方程式是N2+3H22NH3。(2)过程②中E为一氧化氮,则发生的反应为氨气催化氧化反应生成一氧化氮和水,反应方程式:4NH3+5O24NO+6H2O。(3)过程⑤为硝酸转化为二氧化氮,反应较多,如:浓硝酸与铜反应、浓硝酸受热分解或浓硝酸与碳单质反应都可产生二氧化氮,化学方程式为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O或C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O或4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O(任写一种)。(4)R为亚硝酸,R可与 NaOH溶液反应:HNO2+NaOHNaNO2+H2O,该反应中未发生化合价的变化,属于酸碱中和反应,体现了R(HNO2)的酸性。(5)Q为五氧化二氮,化学式是N2O5;Q属于酸性氧化物,也是硝酸的酸酐,五氧化二氮与水反应生成硝酸,化学方程式N2O5+H2O2HNO3。(6)L为硝酸铵,调为酸性后加入适量NaClO,可将L中阳离子转化为无污染气体以去除,则该无污染气体为氮气,硝酸铵与NaClO反应的离子方程式2N+3ClO-N2↑+3Cl-+3H2O+2H+。
12.(1)①打开止水夹,挤压胶头滴管使少量水进入圆底烧瓶 NH3极易溶于水,使圆底烧瓶内的压强迅速减小,烧杯内的水快速进入圆底烧瓶 ②打开止水夹,用热毛巾捂住圆底烧瓶至导管口有气泡冒出后,移去热毛巾 (2)D (3)A (4)减小 增大 丙
解析 (1)①用图甲所示装置要引发喷泉,只需打开止水夹,挤压胶头滴管使少量水进入圆底烧瓶即可;②用图乙所示装置要引发喷泉需先打开止水夹,用热毛巾捂住圆底烧瓶,发现导管口有气泡冒出后,再移去热毛巾。(2)能在锥形瓶内持续反应产生气体,使锥形瓶内的压强大于圆底烧瓶内的压强即可,故应选NH4HCO3和稀盐酸,其他选项中的物质要么不反应,要么反应不生成气体或产生气体很少。(3)浓硫酸溶于水放出大量的热,使锥形瓶内酒精汽化,锥形瓶内压强增大,引发喷泉。(4)图甲、乙所示装置的原理是减小圆底烧瓶内气体的压强,图丙所示装置的原理是增大锥形瓶内气体的压强,人造喷泉及火山爆发均与图丙所示装置的原理相似。
13.D [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,①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,②正确;Al箔能与稀HNO3反应放出气体,③错误;浓硝酸具有酸性和强氧化性能使蓝色石蕊试纸先变红后褪色,④正确。]
14.B [实验中涉及气体的产生,则实验前应先检验装置的气密性,A正确;氨气为碱性气体,不能使用五氧化二磷干燥,B错误;TiO2和NH3在高温条件下制备TiN,反应中钛元素化合价降低发生还原反应,则反应中氨气作为还原剂,C正确;尾气中氨气会污染环境、且氨气极易被水吸收,故装置E的作用是吸收NH3和H2O,D正确。]
15.D [A项,Fe、Cu和稀HNO3反应,稀硝酸既表现了氧化性又表现了酸性;B项,所得溶液中溶质有NaNO3和过量的NaOH两种;C项,NO的物质的量为0.1 mol,合金与稀硝酸反应中转移0.3 mol电子;D项,最后得到的沉淀是Fe(OH)3和Cu(OH)2,沉淀的质量等于合金的质量和增加的OH-的质量之和,而增加的OH-的物质的量也等于整个过程中转移电子的物质的量,即增加的OH-的物质的量也是0.3 mol,所以理论上沉淀的质量为m g+0.3 mol×17 g·mol-1=(m+5.1) g。]
16.D [向所得溶液中加入0.5 mol·L-1的NaOH溶液1 L,溶液呈中性,金属离子已完全沉淀,此时溶液中溶质为NaNO3,n(NaNO3)=n(NaOH)=0.5 mol·L-1×1 L=0.5 mol,沉淀为Cu(OH)2,质量为19.6 g,其物质的量为19.6 g÷98 g·mol-1=0.2 mol,根据铜元素守恒有n(Cu)+2n(Cu2O)=n[Cu(OH)2],所以反应后的溶液中n[Cu(NO3)2]=n[Cu(OH)2]=0.2 mol。设Cu和Cu2O的物质的量分别为x mol、y mol,根据二者质量有64x+144y=13.6,根据铜元素守恒有x+2y=0.2,联立方程解得x=0.1,y=0.05,则n(Cu)∶n(Cu2O)=0.1 mol∶0.05 mol=2∶1,故A错误;根据N元素守恒可知n(HNO3)=n(NO)+n(NaNO3),根据电子转移守恒可知3n(NO)=2n(Cu)+2n(Cu2O),所以3n(NO)=2×0.1 mol+2×0.05 mol,解得n(NO)=0.1 mol,根据Na元素守恒可知n(NaNO3)=n(NaOH)=0.5 mol·L-1×1 L=0.5 mol,所以n(HNO3)=n(NO)+n(NaNO3)=0.1 mol+0.5 mol=0.6 mol,所以原硝酸溶液的浓度为0.6 mol÷0.25 L=2.4 mol·L-1,故B错误;由B中计算可知n(NO)=0.1 mol,所以标准状况下NO的体积为0.1 mol×22.4 L·mol-1=2.24 L,故C错误;反应后的溶液中加入氢氧化钠溶液,氢氧化钠与硝酸铜反应,剩余的氢氧化钠与硝酸反应,最后为硝酸钠溶液,根据氮元素守恒可知反应后溶液中n(HNO3)+2n[Cu(NO3)2]=n(NaNO3),所以n(HNO3)=n(NaNO3)-2n[Cu(NO3)2]=0.5 mol-2×0.2 mol=0.1 mol,故D正确。]
17.(1)Cu2+ (2)排除通入NO2与水反应引起硝酸浓度增大的影响 通入N2可以带走溶液中的部分NO2,因此三份溶液中NO2的浓度:B>C>A,反应速率随NO2浓度降低而减慢,说明NO2对该反应有催化作用 (3)HNO3 NaNO2固体(KNO2等) (4)Cu+2NO2+2H+Cu2++2HNO2
解析 (1)实验操作为向溶液A中加入少量硝酸铜,故假设应为Cu2+的催化作用。(2)实验Ⅰ:实验验证NO2对该反应有催化作用,但NO2与水反应会产生硝酸,要保证唯一变量,应加入硝酸,排除硝酸浓度的变化对实验的影响。实验Ⅱ:这三支试管的反应速率不同,可能因为NO2的浓度不同,通入的氮气带走了部分的NO2,说明假设2成立,NO2对该反应有催化作用。(3)NO2溶于水生成HNO2时,N元素的化合价降低,那么另一种物质中N元素的化合价必然要升高,即生成HNO3;要证明HNO2对该反应也有催化作用,就要向溶液中加入亚硝酸根离子,可以加入NaNO2等物质。(4)HNO2作催化剂,ⅰ中消耗HNO2,在ⅱ中应该生成HNO2,铜和稀硝酸反应生成NO,所以NO2为中间产物,结合ⅰ、ⅲ,ⅱ中发生的反应为Cu+2NO2+2H+Cu2++2HNO2。
18.(1)Ⅰ (2)干燥气体 观察和控制气体的流速
(3)2NH3+3CuON2+3H2O+3Cu (4)C
(5)尾气处理 防止空气中水和二氧化碳进入F 偏小
(6)①氧化钙或者氢氧化钠 ②
解析 实验室用亚硝酸盐、铵盐的混合浓溶液共热制备N2,属于液体和液体混合加热制备气体的反应,则C装置应选用Ⅰ,D为氨气与氧化铜反应装置,F为干燥管,G为尾气处理装置,同时可以防止空气中水和二氧化碳进入F。(1)亚硝酸盐、铵盐的混合浓溶液共热制备N2,属于液体和液体混合加热制备气体的反应,C装置应选用为Ⅰ;(2)B装置有浓硫酸,具有吸水性,可干燥混合气体,还可以使氢气和氮气混合均匀,还可观察和控制气体的流速;(3)氨气还原炽热氧化铜生成氮气、铜和水,该反应方程式为2NH3+3CuON2+3H2O+3Cu。(4)干燥管F装置用于测定生成物水的质量,但不能吸收剩余的氨气,应该为碱石灰,无水硫酸铜检验水的存在,五氧化二磷,无水CaCl2均能吸收氨气; (5)根据分析可知G装置的作用是①尾气处理;②防止空气中水和二氧化碳进入F;③若没有G装置,F中会吸收空气中的二氧化碳和水,使m(H2O)的质量偏大,使氧原子的物质的量偏大,n(Cu)=n(CuO)=n(O),使铜的物质的量偏大,测得结果Ar(Cu)偏小;(6)①A为制备氨气,固体可以是氧化钙或者氢氧化钠;②CuO的质量为(m2-m1) g,该CuO中含有O的质量为(m2-m3) g,n(O)= mol,n(Cu)=n(CuO)=n(O)=,Cu的质量为(m3-m1) g,则Cu的摩尔质量为。
