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专题7 氮与社会可持续发展
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一、氮及其化合物的性质及转化关系
1.氮及其化合物的转化。
2.氮及其化合物的特殊性质。
(1)NH3的水溶液呈碱性。
(2)稀硝酸、浓硝酸都具有强氧化性,与金属反应均不生成H2。
3.特征转化关系。
【例题1】 如图是A~E五种含氮物质相互转化的关系图。其中A、B、C、D常温下都是气体,且B为红棕色气体。
(1)写出A~E各物质的化学式:
A 、B 、C 、D 、E 。
(2)写出①~⑤各步反应的化学方程式:
① 。 ② 。
③ 。 ④ 。
⑤ 。
答案:(1)N2 NO2 NO NH3 HNO3
③2NO+O2══2NO2
④3Cu+8HNO3(稀)══3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
⑤3NO2+H2O══NO+2HNO3
解析:根据B为含氮元素的气体和红棕色气体判断出B是NO2,以此为突破口推断其他物质。
【例题2】 我国科研团队借助一种固体催化剂(LDH),在常温常压和可见光条件下合成氨,其过程如图所示。下列说法中不正确的是( )。
A.该过程实现了常温下氮的固定
B.催化剂(LDH)不参加反应
C.该反应属于氧化还原反应
D.该反应的化学方程式为
2N2+6H2O 4NH3+3O2
答案:B
解析:由题图过程可知,该合成氨中将游离态的氮气转化为化合物NH3,属于氮的固定,A项正确;由图可知催化剂参与了反应,B项错误;元素化合价发生了变化的反应为氧化还原反应,该反应过程中氮元素化合价由0价降低为-3价,有元素化合价的改变,发生了氧化还原反应,C项正确;根据图示可知,N2、H2O发生反应得到NH3、O2,该过程的化学方程式为2N2+6H2O 4NH3+3O2,D项正确。
二、实验简答题解题思路
解决实验简答题的一般思路:明确实验目的(该实验要求我们做什么);明确题干、题图含义(认真理解实验的设计思路、每一个装置的设计意图),理解题目给我们完成实验目的提供了什么依据和有效信息;明确解答问题的落脚点是什么,即试题给我们设置了什么样的问题情境,要求我们回答什么问题。
如果理清了思路,问题就会迎刃而解。有时候虽然不能百分之百理解题意,只要运用好解题技巧,也会收到理想的效果。
【例题3】 NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一,有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。可以利用NH3与NOx反应消除NOx。
(1)实验室制取NH3,发生装置可以选择上图中的 ,反应的化学方程式为 。
(2)欲收集一瓶干燥的氨气,选择上图中的装置,其连接顺序为:发生装置→ (按气流方向,用小写字母表示)。
(3)在有氧条件下,新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。NH3与NO2生成N2的反应中,当生成1 mol N2时,转移电子的物质的量为 mol。
(4)用酸性CO(NH2)2水溶液也可以吸收NOx,吸收过程中存在HNO2与CO(NH2)2生成N2和CO2的反应。该反应的化学方程式为 。
解析:(1)由于制取氨气可以用2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+ 2NH3↑+2H2O,故可以选A装置;或利用NH3·H2O NH3↑+ H2O制取NH3,故也可以选B装置。
(2)生成的NH3中混有水蒸气,且氨气是碱性气体,可用碱石灰干燥,用向下排空气法收集;在收集装置后,需用防倒吸的尾气处理装置。
(3)NH3、NO2中氮元素化合价分别为-3价、+4价,根据得失电子守恒和原子守恒配平反应的化学方程式为8NH3+6NO2 ══7N2+12H2O,故生成1 mol N2转移电子 mol。
(4)HNO2中N为+3价,CO(NH2)2中N、C的化合价分别为-3价、+4价,依据得失电子守恒和原子守恒,配平反应的化学方程式为2HNO2+CO(NH2)2══2N2↑+CO2↑+3H2O。
三、化学中无机框图推断题解题方法
1.解题步骤一般分为四步。
(1)审读——仔细读题,审清题意。读题,包括阅读题目要求。题目要求往往能给学生以重要的启示,这点不能忽略。
(2)辨析——找准“题眼”,即找准解题的突破口,然后联系信息及所学知识,应用正向或逆向思维、发散或收敛思维、横向或纵向思维等多种思维方式,进行综合分析、推理。“辨析”是解题的关键。
(3)解答——看清要求,规范解答。“解答”是解题的落脚点。
(4)检验——看推理是否符合题意。“检验”是解答正确的保证。
在上述各步中,最重要的是第(2)步:辨析解题的突破口。分辨出了“题眼”,其他问题就会迎刃而解。但第(4)步也不要忽视。
2.寻找“题眼”有下列一些途径。
(1)从物质的组成、结构方面寻找。(2)从典型性质去寻找。(3)从反应现象去寻找。(4)从反应类型去寻找。(5)从反应条件去寻找。
【例题4】 从某物质A的水溶液出发有如图所示的转化关系。
回答下列问题。
(1)写出C、D、E的化学式:
C ;D ;E 。
(2)检验B溶液中阴离子的实验操作和实验现象是 。
(3)写出下列反应的离子方程式:
①A+足量NaOH溶液 ;。
②C、D按体积比1∶1通入水中 ;
③A+H2O2→ 。
答案:(1)SO2 NH3 Na2SO3
(2)取少量B溶液加入试管中,加入足量稀盐酸,无明显现象,再加入BaCl2溶液产生白色沉淀,证明B溶液中含有
由上述推断得出A为NH4HSO3。由此,其他问题就可较容易地解决了。
四、实验室中气体的净化、收集及尾气处理
1.气体的净化干燥装置。
结合气体杂质的性质,如果想用液体试剂来除杂就选用图1装置,如果想用固体试剂来除杂就选用图2、图3装置或用U形管。
图1
图2
图3
2.气体的收集装置。
气体收集装置的选择要根据气体在水中的溶解性、是否与空气中的氧气反应及气体的密度。一般有排空气法、排液法,也可将气体直接装入贮气袋中。
(1)排空气法。
(2)排液法。液体可以是水、饱和食盐水等,也可以是有机溶剂,如CCl4。
3.尾气处理装置。
对于有毒或对空气有污染的气体,要进行尾气处理。结合气体的性质可以选择用吸收剂吸收、燃烧或装袋集中处理的方法。
【例题5】 如图中a、b、c表示相应仪器中加入的试剂,可用图中装置制取、净化、收集气体的是( )。
选项 气体 a b c
A NH3 浓氨水 生石灰 碱石灰
B CO2 盐酸 碳酸钙 饱和NaHCO3溶液
C NO 稀硝酸 铜屑 H2O
D NO2 浓硝酸 铜屑 NaOH溶液
答案:B
解析:A项NH3应采用向下排空气法收集,且固体干燥剂一般用干燥管或U形管盛装;B项,CaCO3+2HCl══CaCl2+CO2↑ +H2O,CO2中的HCl可用饱和NaHCO3溶液除去,并用向上排空气法收集CO2;C项,NO不能用排空气法收集;D项,NO2能被NaOH溶液吸收。