课件77张PPT。第3节 氮 的 循 环
第1课时 自然界中的氮循环
氮的固定 一、自然界中的氮循环
1.氮元素的存在
在自然界中的存在形式有_____态和_____态。化合游离2.自然界中氮的循环3.人类活动对自然界中的氮循环的影响二、氮气的性质及氮的固定
1.氮气的性质
(1)物理性质。无色无味难(2)化学性质。
氮气的化学性质_____,通常很难与其他物质发生反应。
①还原性:稳定a.实验探究:由无色变为红棕色b.结论:在放电条件下,N2与O2反应生成NO,NO立即被氧
化为NO2,化学方程式为:________________
_______________。
②氧化性:N2与H2反应生成NH3,反应的化学方程式为:
_________________。?N2+O2 2NO,2NO+O2====2NO2N2+3H2 2NH3【情境·思考】
氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护,国内外不乏先例。美国的《独立宣言》就密封在氮气环境中;中国博物馆和中南海毛主席故居纪念馆也是应用氮气保护法;北京房山云居寺“99石经回藏”也是氮气保护的成功典范。为什么氮气可以作为保护气?
提示:氮气性质稳定,常温下不与任何物质发生反应,故用作保护气。2.氮的固定
(1)含义:使空气中_______的氮转化为___________的过
程叫做氮的固定。
(2)分类。游离态含氮化合物【巧判断】
(1)氮的固定中氮元素一定被氧化。 ( )
提示:×。人工固氮合成氨反应中氮元素被还原。(2)雷雨天含氮物质发生的反应都是氮的固定。( )
提示:×。雷雨天只有反应N2+O2 2NO属于氮的固定。三、NO和NO2
1.物理性质无色无味难红棕色刺激性易2.化学性质
(1)实验探究。由无色逐渐变为红棕色由红棕色变为无色无色(2)结论:在一定条件下,NO与NO2可以相互转化,反应的
化学方程式为
①NO NO2:___________________?
②NO2 NO:________________________(工业制取硝酸
的关键一步)。?2NO+O2====2NO2;3NO2+H2O====2HNO3+NO【微思考】
(1)NO和NO2分别采用什么方法收集?说明原因。
提示:常温下NO能与O2反应,只能用排水法收集;NO2能与水反应生成NO,故只能用排空气法收集。(2)NO2转化为NO的反应中,NO2只能作氧化剂吗?
提示:NO2与水反应转化为NO的反应中,NO2既作氧化剂又作还原剂。3.其他性质
(1)NO。
①结合血红蛋白的能力比CO还强,更容易造成人体缺氧;
②一种传递神经信息的“信使分子”,在扩张血管、提高免疫力、增强记忆力等方面有着重要的作用。(2)NO2。
①能使多种织物褪色,损坏多种织物和尼龙制品;
②对金属和非金属材料也有腐蚀作用。【情境·思考】
某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加,但树木、灌木、草等植被非常茂密,很少有人敢进入这个山谷。你能解释该山谷植被茂密的原因吗?提示:雷雨天时在闪电的作用下,空气中的氮气与氧气
反应生成NO,然后发生NO NO2 HNO3的反应,HNO3随
雨水进入土壤,为植被提供了丰富的氮肥。知识点 氮的氧化物的性质及有关计算
【重点释疑】
1.NO、NO2性质的比较2.氮的氧化物与O2、H2O反应的3种情况
(1)NO和O2的混合气体通入水中。
由2NO+O2====2NO2和3NO2+H2O====2HNO3+NO得总反应为4NO+3O2+2H2O====4HNO3。由总反应可知:(2)NO2和O2的混合气体通入水中。
由3NO2+H2O====2HNO3+NO和2NO+O2====2NO2得总反应为4NO2+O2+2H2O====4HNO3。由总反应可知:(3)NO、NO2和O2三种混合气体通入水中。
先按3NO2+H2O====2HNO3+NO计算出生成的NO体积,再加上原来混合气体中的NO体积,再按(1)计算。【知识拓展】氮的氧化物溶于水的计算的其他方法
(1)原子守恒法
4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的
组成,都与N2O5+H2O====2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时,利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。(2)电子守恒法
NO与O2的混合气体通入水中发生反应:2NO+O2====
2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO,在这当中,存在着NO向
NO2转化、NO2向HNO3转化的同时又生成NO的循环反应。
但总体来讲,NO HNO3,N的化合价升高是由于被O2氧化,
因此可写出→在氧化还原反应中得失电子数必然相等。【思考·讨论】
(1)要使充满NO2和O2混合气体的试管倒置在水槽中,让水充满试管,必须按什么样的体积比混合? 提示:由3NO2+H2O====2HNO3+NO和2NO+O2====2NO2得4NO2+O2+2H2O====4HNO3,即当NO2和O2的体积比为4∶1时可完全溶于水。(2)将10 mL充满NO2和O2混合气体的试管倒置在水槽中,反应停止后试管内剩余2 mL的无色气体,则原混合气体中O2为多少毫升?提示:①若剩余的是NO,由反应3NO2+H2O====2HNO3+NO得,
剩余的NO2体积为2mL×3=6 mL。则原有O2体积为
(10 mL-6 mL)× =0.8 mL。
②若剩余的是O2,则有10 mL-2 mL=8 mL NO2和O2的混合
气体参加反应,按反应4NO2+O2+2H2O====4HNO3进行,所
以NO2的体积为8 mL× =6.4 mL,O2体积为
10 mL-6.4 mL=3.6 mL。 【案例示范】
【典例1】(2018·南阳高一检测)下列对NO、NO2的描述中正确的是 ( )
A.NO是酸性氧化物
B.NO2可用排水法收集,且可由N2和O2直接化合而得到C.NO、NO2在一定条件下可相互转化,且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物
D.一氧化氮在反应中只能作还原剂【解析】选C。NO不与碱反应,不是酸性氧化物,故A项
错误;NO2与水反应:3NO2+H2O====2HNO3+NO,N2与O2在放
电的条件下反应生成NO,故B项错误;NO与O2发生反
应:2NO+O2====2NO2,NO2与H2O反应生成NO,光化学烟雾
主要是由NOx引起的,故C项正确;NO中氮的化合价为
+2价,既可升高又可降低,既可以作氧化剂又可以作还
原剂。【易错提醒】(1)NO不能和碱反应,是不成盐化合物;NO2和碱反应化合价发生了变化,所以二者均不是酸性氧化物。
(2)N2和O2反应,不管量和条件如何变化,均只能生成NO。【典例2】在一定条件下,将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中,充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下),则原混合气体中氧气的体积为 ( )
①1.2 mL ②2.4 mL ③3 mL ④4 mL
A.①② B.②③ C.③④ D.①④【思维建模】解答有关氮的氧化物与氧气混合气体通入水中后剩余气体计算问题的思维流程如下:【解析】选D。4NO2+O2+2H2O====4HNO3。若剩余的气体
是O2,则V(NO2)= ×(12-2) mL=8 mL,V(O2)=12 mL-
8 mL=4 mL。若剩余的气体是NO(2 mL)?6 mL NO2,则
V(O2)= ×(12-6) mL=1.2 mL。【母题追问】(1)盛有1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中,剩余气体0.4 mol,则NO与NO2体积比为多少?提示:1∶9。设n(NO2)=a mol
3NO2+H2O====2HNO3+NO 气体减少
3 mol 1 mol 2 mol
a mol (1-0.4) mol
a=0.9
故NO与NO2体积比为1∶9。(2)1 mol NO和NO2混合气体中两者体积之比为1∶1,试管倒立于盛满水的水槽中,为使整个试管充满水,需通入多少 O2? 提示:0.5。通入的氧气的物质的量为
×0.5 mol+ mol=0.5 mol。【规律方法】氮的氧化物溶于水的计算方法
(1)NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应:
4NO2+O2+2H2O====4HNO3,其计算如下表:(2)NO和O2的混合气体溶于水时涉及反应:
4NO+3O2+2H2O====4HNO3,其计算如下表:【迁移·应用】
1.运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是CO2、H2O、N2、NO,这些气体均为无色,但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红色烟雾。产生红色烟雾的原因是
( )A.高温下N2遇空气生成NO2
B.NO遇空气生成NO2
C.CO2遇NO反应生成CO和NO2
D.NO和 H2O反应生成H2和NO2【解析】选B。根据火箭喷出的大量红色烟雾可推知其应是NO2,而高温下N2与O2不能生成NO2。2.(2019·郑州高一检测)将盛有1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中,再通入0.4 mol O2,充分反应后,整个试管充满水,则原混合气体中NO与NO2体积比为 ( )
A.1∶2 B.2∶5 C.3∶7 D.无法确定【解析】选C。设1 mol NO和NO2的混合气体中有a mol
NO和(1-a)mol NO2,根据4NO+3O2+2H2O====4HNO3和
4NO2+O2+2H2O====4HNO3可得: + =0.4,所以
a=0.3,V(NO)∶V(NO2)=3∶7。【补偿训练】
1.将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中,经过足够长的时间后,试管内气体的体积缩小为原来的一半,则原混合气体中N2和NO2的体积比是 ( )
A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.3∶1【解析】选C。将试管倒立于水中,只有NO2和H2O反应,
生成的NO与不反应的N2为剩余气体。设原混合气体的
体积为V,NO2的体积为x,根据差量法求解:
3NO2+H2O====2HNO3+NO ΔV减
3 1 2
x
解得:x= ,V(N2)=V- = ,故2.把3体积的NO2气体,依次通过下列3个分别装有足量①NaHCO3饱和溶液,②浓硫酸,③Na2O2的装置后,用排水法把残留气体收集到集气瓶中,集气瓶内气体应是(同温同压下测定) ( )
A.1体积NO
B.2体积NO2和0.5体积O2 C.2体积O2
D.0.25体积O2
【解析】选D。本题涉及的化学过程如下:第①步生成2体积CO2、1体积NO;第②步得到干燥的2体
积CO2、1体积NO;第③步得到1体积NO2、0.5体积O2;第
④步通入水中发生反应:4NO2+O2+2H2O====4HNO3,故氧气过量,最终剩余0.25体积氧气。3.如图所示,室温下向盛有3.0 mL NO的试管中缓缓通入1.5 mL O2(所有气体体积均在标准状况下测定)。试回答下列问题:
(1)写出观察到的现象:
①_________________________________________;
②_________________________________________;
③_________________________________________。
(2)最终试管中剩余的气体是________,体积为_______
________________________________。【解析】通入的O2与NO发生反应生成NO2:2NO+O2====
2NO2,所以看到有红棕色气体生成;生成的NO2溶于水:
3NO2+H2O====2HNO3+NO。两个反应的总方程式为
4NO+3O2+2H2O=====4HNO3。气体被消耗,所以看到试管内
液面上升。根据总反应方程式可以计算出,氧气全部反
应,剩余NO的体积是1.0 mL,NO为无色气体,这是可观察
到的第三个现象。答案:(1)①通入O2后试管内气体变为红棕色
②试管内液面升高 ③最后试管内剩余一种无色气体 (2)NO 1.0 mL?【素养提升】
中国汽车销量增长幅度很大,同时也带来了空气污染。汽车尾气转化装置里,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。(1)汽车尾气的主要污染物包括哪些?
(2)由图分析写出汽车尾气转化装置里发生的反应。在反应中氮的氧化物分别表现什么性质?
(3)由图可以推出NO和O2必须在催化剂表面才能反应吗?
(4)汽车尾气的排放有哪些危害?【解析】(1)汽油不完全燃烧生成CO,放电条件下氮气
与氧气反应生成NO,部分NO与氧气反应生成NO2,故尾气
的主要污染物为CO、NO2、NO等;(2)由图中进出的物质
可知,发生反应为2NO+O2====2NO2, 2NO2+4CO
4CO2+N2,第一个反应中NO表现还原性,第二个反应中NO2
表现氧化性;(3)NO和O2在空气中就能迅速反应生成NO2;(4)汽车尾气被人吸收造成伤害,排入大气会引起光化学烟雾、硝酸型酸雨等。答案:(1)CO、NO2、NO等。
(2)发生反应为2NO+O2=====2NO2,NO表现还原性;
2NO2+4CO 4CO2+N2,NO2表现氧化性。
(3)不对,NO和O2在空气中就能迅速反应生成NO2。
(4)汽车尾气被人吸收会造成伤害,排入大气会引起光
化学烟雾、硝酸型酸雨等。【课堂回眸】
课件94张PPT。第2课时
氨的转化与生成 一、氨
1.物理性质无色刺激性小于极易700【情境·思考】
氢气球脱离束缚会飞上天,有一个被氨气充满的气球,你们认为这个气球会飞起来吗?提示:氢气和氨气的密度都小于空气,充满氢气或氨气的气球,都可以飞起来。2.氨的用途与氮肥3.化学性质
(1)实验探究。形成红色喷泉,瓶内液体呈红色氨极易溶于水,水溶液呈碱性氨气与氯化氢气体反应生成白色固体【微思考】
若将NH3换为NO2,能否形成喷泉?若能形成,则实验后液体能否充满烧瓶?
提示:能形成喷泉,但不能充满烧瓶。NO2易溶于水并与水发生反应:3NO2+H2O====2HNO3+NO,有NO气体产生,故用NO2与H2O做喷泉实验时,液体只能充满烧瓶容积的2/3。 (2)氨气的性质。(3)氨水的性质。【情境·思考】管道工人用浓氨水检验氯气管道是否漏气,如果管道某处漏气,会产生白色烟雾,原理是什么?(已知2NH3+3Cl2====N2+6HCl)氨气遇浓硫酸也会产生白烟吗?提示:若氯气管道漏气,发生反应:2NH3+3Cl2====N2+6HCl、NH3+HCl====NH4Cl,产生的白烟是固体NH4Cl;
不挥发性酸,如H2SO4、H3PO4不能形成蒸气,故与氨气不
会产生白烟。二、铵盐
1.物理性质白色晶体2.化学性质
(1)实验探究。固体逐渐减少变蓝有气泡产生变蓝氨气氨气(2)铵盐的化学性质。______________【易错提醒】并不是所有的铵盐受热分解都产生氨气,如硝酸铵。【情境·思考】
有一位农民看到自己买的一袋碳酸氢铵化肥受潮了,就放在太阳下面晒,下午取的时候发现少了许多。请你用学过的知识解释相关原因。提示:在太阳光的照射下,碳酸氢铵受热分解生成NH3、CO2和水蒸气,故固体减少。三、氨气的实验室制法【巧判断】(1)向某溶液中加入稀NaOH溶液,湿润的红
色石蕊试纸不变蓝,则原溶液中一定无 。 ( )
提示:×。某溶液中加入稀NaOH溶液,即使生成NH3·H2O,
没有加热,也不会放出氨气。(2)NH4Cl受热分解,所以可用加热的方法分离NH4Cl和NaCl。 ( )
提示:√。NH4Cl受热分解生成NH3和HCl脱离固体,到达温度低的部位两者再反应生成NH4Cl,达到分离NH4Cl和NaCl的目的。(3)氨气的制备实验中可以采用碱石灰干燥氨气。
( )
提示:√。氨气溶于水溶液显碱性,不与碱石灰反应,故可用碱石灰干燥氨气。知识点一 喷泉实验
【重点释疑】
1.原理和装置
(1)氨气喷泉实验。(2)实验成功的关键——“三要”。
①装置气密性——要好。
②烧瓶和气体——要干。
③烧瓶内的氨气——要满。2.喷泉的常见类型3.常见产生喷泉实验的组合【思考·讨论】
(1)是不是烧瓶中一定装有气体才能形成喷泉?
提示:不一定。如果利用加压的方法把下面的液体压入烧瓶也能形成喷泉。(2)利用同一装置进行氨气和氯化氢的喷泉实验后溶液的物质的量浓度是否相等?
提示:相等。假设液体都充满烧瓶,气体的物质的量相等,实验后溶液的体积相等,所以物质的量浓度相等。【案例示范】
【典例】(2019·岳阳高一检测)物质A是一种白色晶体,它与浓NaOH溶液共热,放出无色气体B,用圆底烧瓶收集干燥的B。按如图所示装置仪器,打开止水夹,挤压滴管的胶头时,可以得到蓝色喷泉。向放出气体B的溶液中加入稀硝酸酸化,再加入硝酸银溶液,产生白色沉淀。(1)A的化学式是__________。?
(2)可用于除去B中水分的干燥剂是____________。收集气体B的方法是___________________________。?
(3)溶液显蓝色的原因是_________________________
____(用化学用语表示)。?(4)取实验后烧瓶中的溶液加热,观察到的现象是__________。?【解题指南】解答本题需注意以下三点:
(1)常见气体的溶解性及其水溶液的酸碱性。
(2)形成喷泉的原理及引发喷泉的操作。
(3)掌握氨水的碱性和不稳定性。【解析】(1)由溶液变蓝可知溶液显碱性,B为NH3,由白
色沉淀可知A中含有Cl—,所以A为NH4Cl。(2)NH3为碱性
气体,只能用碱石灰或生石灰、KOH固体等不与氨气反
应的干燥剂干燥。氨气的密度比空气小,应用向下排空
气法收集。(3)氨水中NH3·H2O电离得到 、OH-故溶
液显碱性。(4)氨水不稳定,在加热条件下NH3·H2O分解
生成氨气和水,碱性逐渐减弱,溶液由蓝色又变为紫
色。答案:(1)NH4Cl
(2)碱石灰(或答生石灰、KOH固体等任一种不与氨气反
应的干燥剂) 向下排空气法
(3)NH3·H2O +OH-
(4)有刺激性气味气体产生,溶液由蓝色又变为紫色【母题追问】(1)如何检验生成气体B的成分?
提示:将湿润的红色石蕊试纸粘在玻璃棒的一端,靠近盛有气体B的烧瓶,若试纸变蓝,则B为氨气。(2)若烧瓶中气体B换为HCl,将会出现什么现象?
提示:挤压滴管的胶头时,可以看到红色喷泉。【迁移·应用】
喷泉是一种常见的现象,其产生原因是存在压强差。(1)图1为化学教学中常用的喷泉实验装置。在烧瓶中充满干燥气体,胶头滴管及烧杯中分别盛有液体。下列组合中不可能形成喷泉的是________。?
A.SO2和H2O B.CO2和NaOH溶液
C.NH3和H2O D.NO和H2O(2)在图2的锥形瓶中,分别加入足量的下列物质后,能产生喷泉的是________。?
A.铜与稀硫酸
B.锌与稀硫酸
C.NaHCO3与NaOH溶液
D.NH4HCO3与稀盐酸(3)比较图1和图2两套装置,从产生喷泉的原理来分析,图1是________上部烧瓶内气体压强;图2是__?下部
锥形瓶内气体压强(均填“增大”或“减小”)。
(4)某学生积极思考喷泉原理的应用,设计了如图3所示的装置。
①如果关闭活塞c,打开活塞a、b,再挤压胶头滴管。则可能出现的现象为_______________________。?②在①操作的基础上,若要在该装置中产生双喷泉现象,其操作方法是__________________。?【解析】(1)极易溶于水或气体与溶液易发生化学反应
可形成喷泉,A、C利用气体的溶解性形成喷泉,B中发生
化学反应形成喷泉,而D中NO不溶于水,不能形成喷泉。
(2) A项,在金属活动性顺序表中,Cu位于氢元素之后,
所以二者不反应,不能产生气体,则无法形成喷泉;B项,
锌与稀硫酸反应产生氢气,瓶内气体增多,导致锥形瓶
中压强远远大于烧瓶,所以能产生喷泉;C项,二者反应方程式为NaHCO3+NaOH====Na2CO3+H2O,没有气体生成,
所以无法形成喷泉;D项,二者发生反应NH4HCO3+HCl==== NH4Cl+CO2↑+H2O,反应迅速且产生大量气体,导致锥形
瓶中压强远远大于烧瓶,所以能产生喷泉。故选B、D。
(3)图1和图2两套装置,均产生压强差,形成喷泉,图1是
减小上部烧瓶内气体压强,而图2是增大下部锥形瓶内
气体压强。(4)①如果关闭活塞c,打开活塞a、b,再挤压胶头滴管,有氨气的瓶内气压减小,HCl与氨气结合生成氯化铵,则观察到HCl气体进入盛有NH3的集气瓶,产生大量的白烟;②在①操作基础上,打开活塞c,瓶内气体减少,外压大于内压,形成喷泉,则现象为两烧瓶同时产生喷泉。答案:(1)D (2)B、D (3)减小 增大
(4)①HCl气体进入盛有NH3的集气瓶,产生大量的白烟 ②在①操作基础上,打开活塞c【补偿训练】
1.(2019·石家庄高一检测) 如图的装置中,干燥烧瓶中盛有某种气体,烧杯和滴管内盛放某种溶液。挤压胶管的胶头,下列与实验事实不相符的是 ( )A.Cl2(饱和食盐水) 无色喷泉
B.NH3(H2O含石蕊) 蓝色喷泉
C.HCl(H2O含石蕊) 红色喷泉
D.CO2(NaOH溶液) 无色喷泉【解析】选A。Cl2在饱和食盐水中的溶解度很小,无法形成喷泉,A不正确;NH3、HCl极易溶于水,而使烧瓶内压强减小,从而形成喷泉;CO2与NaOH溶液发生反应也会使烧瓶内压强减小形成喷泉。2.“氨的喷泉实验”体现了氨的哪些性质 ( )
①还原性 ②极易溶于水 ③有碱性物质生成
④氧化性 ⑤氨易液化
A.①③⑤ B.②③ C.②③④ D.①②④【解析】选B。“氨的喷泉实验”产生的原因即氨气极易溶于水,酚酞溶液变红(或石蕊试液变蓝)说明溶液显碱性;元素的化合价未变,故不体现还原性和氧化性;氨没有发生凝聚状态的变化,不体现其易液化的性质,故选B。3.已知NH3和HCl都能用来做喷泉实验。若在同温同压下用两个相同容积的烧瓶各收集满NH3和HCl气体用如图所示装置进行喷泉实验,则实验停止后,下列对两个烧瓶内溶液的分析正确的是(不考虑溶质的扩散)
( )A.溶质的物质的量浓度相同,溶质的质量分数不同
B.溶质的质量分数相同,溶质的物质的量浓度不同
C.溶质的物质的量浓度和溶质的质量分数都不同
D.溶质的物质的量浓度和溶质的质量分数都相同【解析】选A。同温同压下,体积相同的NH3和HCl的物质的量相等,质量不等,最终液体将充满烧瓶,即溶液的体积相等,故烧瓶内溶液中溶质的物质的量浓度相同,溶质的质量分数不同。【素养提升】
喷泉,指由地下喷射出地面的泉水,是一种将水或其他液体经过一定压力通过喷头喷洒出来具有特定形状的组合体。某同学组装了一套喷泉实验装置(如图所示)。(1)如何操作才能引发该喷泉实验?
提示:打开止水夹,用手(或热毛巾等)捂热烧瓶,氨气受
热膨胀,使氨气通过导管与水接触,即产生喷泉。(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶,使水进入烧瓶,烧瓶内氨气溶于水)。(2)某同学做该实验时,打开止水夹后将胶头滴管内的水挤入烧瓶内,可并未产生喷泉,试分析实验失误可能的原因是什么。提示:①装置气密性不好;②收集的NH3纯度较低;
③烧瓶未干燥等。知识点二 氨气的实验室制法和 的检验
【重点释疑】
1.氨气的实验室制法2.氨气的其他制法3. 的检验方法
(1)原理。(2)方法。【易错提醒】
(1)收集装置和反应装置的试管和导管必须是干燥的。
(2)发生装置的试管口略向下倾斜。
(3)由于氨气的密度比空气小,因此收集氨气时,导管口应插入试管的底部。(4)棉花团上蘸有稀硫酸,既防止空气对流又防止氨气逸出污染空气。
(5)干燥NH3不能用P2O5、浓硫酸等酸性干燥剂,也不能用CaCl2干燥,原因是CaCl2与NH3反应生成CaCl2·8NH3。【思考·讨论】
(1)实验室制取氨气时,碱不选用NaOH、KOH,其原因是什么?
提示:Ca(OH)2不能用NaOH、KOH代替,原因是NaOH、KOH具有吸湿性,易结块,不利于产生氨气,在加热条件下还会腐蚀试管。(2)某同学根据铵盐受热分解的性质,认为可以采用加热NH4Cl来制备氨气,你怎么看?
提示:不可行。NH4Cl分解得到NH3和HCl,两种气体在试管口反应又生成NH4Cl,得不到氨气。【案例示范】
【典例】某学习兴趣小组探究氨气的制取实验:
(1)甲同学拟用下列实验方法制备氨气,其中合理的是________。 ?
A.将氯化铵固体加热分解
B.将浓氨水滴入氢氧化钠固体中C.将氢氧化钠固体加入浓氨水中
D.将氯化铵稀溶液滴入氢氧化钠固体中(2)根据上述正确的原理,该同学欲用下列常见的实验室制气装置制取氨气,适宜的装置是________。?(3)气体的性质是气体收集方法选择的主要依据,下列性质与收集方法无关的是__________。?
①密度 ②颜色 ③溶解性 ④热稳定性
⑤与氧气反应
(4)下图是甲同学设计收集氨气的几种装置,其中可行的是________,集气的原理是_____________。?【思维建模】解答有关气体制备问题的思维流程如下:【解析】(1)加热氯化铵产生氯化氢和氨气,遇冷又转化为氯化铵固体,不能制取氨气;用浓氨水与氢氧化钠固体混合制氨气时,将氨水滴入氢氧化钠固体中更方便操作,而且节约氨水的用量;氨气极易溶于水,若用稀溶液制取,产量较少。
(2)由所给试剂看,不需要加热条件。(3)收集气体可采用排空气法(密度与空气有较大差别、气体不能被O2氧化等),也可采用排水法(不易溶于水),与其他性质无关。
答案:(1)B (2)C (3)②④
(4)d 利用氨气密度小于空气,采用短管进氨气, 长管出空气,即可收集氨气【母题追问】(1)干燥氨气时可以使用什么装置?
提示:干燥氨气时使用固体干燥剂,如碱石灰、氢氧化钠固体等,故仪器为干燥管或U型管。(2)NH3是一种污染性气体,为避免污染空气,实验中多余的NH3应如何进行吸收处理?试画出相应装置图。 提示:NH3是有刺激性气味的气体,多余的NH3要吸收掉以避免污染空气。可采用在导管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球吸收等方法,但多余气体在尾气吸收时要防止倒吸。常采用的装置有:【迁移·应用】
(2019·珠海高一检测)关于实验室制取氨气的说法中正确的是 ( )
A.虽然氨水受热分解可产生氨气,在实验室也不能用加热浓氨水的方法制得氨气
B.通常可选择浓硫酸为干燥剂,除去氨气中的水蒸气C.既可用向下排空气法收集NH3,又可用排水法收集NH3
D.用碱石灰代替消石灰与NH4Cl固体加热制取NH3,可使反应速率加快
【解析】选D。实验室可用加热浓氨水的方法制得氨气,A错误;氨气与浓硫酸反应,故不能用浓硫酸干燥氨气,B错误;氨气极易溶于水,故不能用排水法收集NH3,
C错误。【补偿训练】
1.下列制备氨水的实验装置中最合理的是 ( )【解析】选B。制备氨水不需要干燥氨气,A、C选项错误;D选项,不能防止倒吸,错误。2.(2019·菏泽高一检测)实验室常见的几种气体发生装置A、B、C所示:(1)实验室可以用B和C装置制取氨气,如果用C装置,通常使用的药品是__________。
(2)某研究性学习小组对实验室制取NH3进行了如下设计:
①甲同学拟用浓氨水和固体NaOH制取NH3,并用图C装置作为NH3的发生装置。固体NaOH的作用为_________。②乙同学建议,将实验室制取氨气装置B的收集装置由大试管改为集气瓶且瓶口向上来收集氨气,并确定不污染环境,请根据其设想回答:若用排空气法收集NH3,请在图D的方框内画出其气体收集装置和尾气吸收装置,标出所用的试剂(自选)名称。若用排液法收集NH3,可选用的试剂是______(填序号)。A.H2O B.浓硫酸
C.CCl4 D.饱和食盐水?【解析】(1)利用装置C的特点,不需要加热来制取氨气,
则可选用浓氨水、CaO固体(NaOH固体或碱石灰)。
(2)①加入NaOH使浓氨水中c(OH-)增大,促进NH3逸出,且
NaOH固体溶解放热,降低NH3的溶解度,NH3逸出;②氨气
的密度比空气小,所以应该用向下排空气法收集,故瓶
口向上来收集时应短近长出,还应注意尾气吸收,氨气易溶于水、浓硫酸、饱和食盐水,故用排液法收集氨气只能选择CCl4。答案:(1)浓氨水、CaO固体(NaOH固体或碱石灰)
(2)①加入NaOH使浓氨水中c(OH-)增大,促进NH3逸出,NaOH固体溶解放热,使NH3的溶解度降低,NH3逸出
② C【课堂回眸】
课件100张PPT。第3课时
硝酸的性质 人类活动对氮循环和环境的影响 一、硝酸的性质
1.物理性质与用途
(1)物理性质。(2)用途。2.化学性质
(1)实验探究。白雾刺激性易挥发,有刺激性气味溶液变蓝NO大量气泡溶液变蓝NO2钝化【微思考】由上述实验探究分析硝酸的氧化性与其浓度有没有关系?
提示:由铜与浓、稀硝酸反应的剧烈程度可知,硝酸的浓度越大氧化性越强。 (2)硝酸的化学性质。写出下列有关反应的化学方程式:
①与金属反应。
a.稀硝酸与铜反应:
_____________________________________。3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2Ob.浓硝酸与铜反应:
___________________________________。
②与非金属反应。
浓硝酸与红热的C反应:
________________________________。
Cu+4HNO3(浓)====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2OC+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O③不稳定性。
________________________________。4HNO3(浓) 4NO2↑+O2↑+2H2O【想一想】
某同学在实验室取出一瓶浓硝酸,发现溶液显黄色,与教材中关于浓硝酸的描述出现偏差。(1)你能帮助该同学解释一下原因吗? 应该如何避免这种情况的发生?
提示:浓硝酸不稳定,见光或受热会分解生成NO2,NO2溶于浓硝酸使溶液显黄色;故浓硝酸应该保存在棕色试剂瓶中,并放在阴凉处。(2)你能帮助该同学去除浓硝酸的黄色吗?
提示:向浓硝酸中通入氧气(或空气),发生反应4NO2+O2+2H2O====4HNO3,消除黄色。【情境·思考】
《本草纲目》拾遗记载:(硝酸)西洋人所造,性最猛,能蚀五金。王怡堂先生云:其水至强,五金八石皆能穿漏,惟玻璃可盛。硝酸又叫强水,传说为公元八世纪,阿拉伯炼金术士贾比尔·伊本·哈扬在干馏硝石的时候发现并制得,这是人类关于硝酸最早的记录。硝酸有哪些性质呢?硝酸的用途有哪些?
提示:硝酸具有酸性、不稳定性和强氧化性;硝酸可以用来制造炸药、染料和塑料等。二、人类活动对氮循环和环境的影响
1.影响2.措施【情境·思考】光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)等一次污染物在阳光(紫外光)作用下发生光化学反应生成二次污染物所形成的烟雾污染现象,是碳氢化合物在紫外线作用下生成的有害浅蓝色烟雾。(1)光化学烟雾有什么危害?
(2)光化学烟雾和空气中什么物质的含量有关?提示:(1)人和动物受到的主要伤害是眼睛和黏膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。(2)光化学烟雾与臭氧的含量有关。知识点一 硝酸的强氧化性
【重点释疑】
1.规律
(1)硝酸的浓度越大,氧化性越强。
(2)浓硝酸的还原产物是NO2,稀硝酸的还原产物是NO。
(3)还原剂一般被氧化为最高价态。2.表现
(1)硝酸与金属的反应。
①除Au、Pt等少数金属外,硝酸几乎可以氧化所有的金属,如3Ag+4HNO3(稀)====3AgNO3+NO↑+2H2O;②活泼金属与硝酸反应不生成H2,硝酸的浓度不同,还原产物不同;③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化,加热时反应。
(2)硝酸与非金属的反应。
①反应规律:非金属单质+浓硝酸 最高价氧化物或
其含氧酸+NO2↑+H2O;
②实例:C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O。→(3)硝酸与还原性化合物或离子的反应。
硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合
物或离子,如HI、SO2、Fe2+、FeO、I-、S2-、 等均
能被HNO3氧化。【思考·讨论】
(1)少量的Fe与足量稀硝酸反应,Fe被氧化为+2价还是+3价?过量的Fe与稀硝酸反应呢?
提示:硝酸的氧化性较强,可将Fe氧化为Fe3+,故少量的Fe与足量稀硝酸反应,Fe被氧化为+3价;由于Fe可与Fe3+生成Fe2+,故过量的Fe与稀硝酸反应得到+2价铁。(2)铜投入稀硫酸中不会溶解,再向溶液中投入KNO3固体,铜会不会溶解?为什么?
提示:会溶解。由离子方程式8H++2 +3Cu==== 3Cu2++2NO↑+4H2O可知,只要溶液同时有H+和 ,铜就会发生反应而溶解。【案例示范】
【典例】某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO设计了实验方案。
(1)甲同学设计了如图所示实验装置(实验过程中活塞2为打开状态)。①组装好装置检验气密性后,如何加入稀硝酸??______
___________________________________________。?
②如何控制反应的进行?如何加快反应速率?
_________________________________________。?
③如何操作验证产生的气体为NO?
________________________________________。?(2)乙同学设计了如图所示实验装置(加热装置和固定装置均已略去)。图中K为止水夹(处于关闭状态),F是一半空的注射器。①设计装置A的目的是________________________。?
②装置E和F的作用是__________________________。?
为实现此作用,操作是________________________。?
③装置D的作用是_____________________________。?【解析】(1)①打开活塞1使左右大气相通,加入硝酸时,液面才能达到液面a处;②关闭或开启活塞1能控制U形管内产生气体的压强,当关闭活塞1,左侧压强大时能使铜和稀硝酸分离从而停止反应;加热可加快反应速率;③一氧化氮是无色气体,如果证明反应产生的气体是一氧化氮,需要将活塞1打开,将气体放入分液漏斗中,气体在分液漏斗中变为红棕色,则证明反应所产生的气体是一氧化氮。(2)①装置中含有氧气,对NO的检验有干预,A产生的CO2可以排除装置中的空气;②将注射器F中的空气推入E中,若气体变为红棕色则说明生成了NO;③氮的氧化物是大气污染物,可以被氢氧化钠溶液吸收,干燥管可以防止倒吸。答案:(1)①打开活塞1,加入稀硝酸至液面a处
②通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行;在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率
③反应开始后,胶塞下方有无色气体生成,打开活塞1,分液漏斗中有红棕色气体生成,证明该气体为NO(2)①产生CO2,赶走装置中的空气,防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰
②验证NO的生成 将注射器中的空气推入E中,若气体变为红棕色则说明生成了NO
③吸收多余的氮氧化物,防止污染空气,防止倒吸【迁移·应用】
1.下述实验中均有红棕色气体产生,对比分析所得结论不正确的是 ( ) A.由①中的红棕色气体,推断产生的气体一定是混合气体
B.红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应
C.由③说明浓硝酸具有挥发性,生成的红棕色气体为还原产物
D.③的气体产物中检测出CO2,由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应【解析】选D。A.①中的碎玻璃不与浓硝酸反应,但仍
有红棕色气体产生,说明浓硝酸受热分解产生了二氧化
氮和氧气,A正确;B.通过A分析可知,浓硝酸受热可以分
解产生二氧化氮和氧气,所以②中红棕色气体可能来源
于硝酸分解,即不能表明②中木炭与浓硝酸发生反应,
B正确;C.实验③中木炭没有与浓硝酸接触,浓硝酸没有
被加热,生成红棕色气体二氧化氮的原因可能是挥发出的硝酸蒸气与红热木炭反应,或是挥发出的硝酸受热分解,从生成的二氧化氮看,都是来源于HNO3中+5价氮元素,所以红棕色气体是还原产物,C正确;D.由于空气中含有氧气,因此红热的木炭可能与氧气反应产生了CO2,且③中木炭和浓硝酸并没有接触,因此不能说明木炭一定与浓硝酸发生了反应,D错误。2.(2019·浏阳高一检测)下列反应中硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是 ( )
A.使石蕊试液变红
B.与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2和H2O
C.与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3
D.与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2【解析】选B。在上述反应A、C项中HNO3均表现出酸性。在B、D项中HNO3中氮元素的化合价均降低,表现出氧化性,并且在B项中又有Cu(NO3)2和水生成,说明此反应中HNO3还表现出酸性。【素养提升】
某同学通过查阅资料了解到:硝酸铜[Cu(NO3)2]的无水物和水合物都是蓝色晶体,但性质有很大不同。亮蓝色的无水硝酸铜是易挥发的固体,在真空中升华。
请思考:由铜粉制备硝酸铜有哪些途径?并评价哪种途径更优。提示:途径一:3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2+2NO↑
+4H2O。
途径二:Cu+4HNO3(浓)====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
途径三:2Cu+O2 2CuO,
CuO+2HNO3====Cu(NO3)2+H2O。
途径三更优。原因是制备等量的Cu(NO3)2消耗的硝酸最
少且无污染性气体产生。知识点二 硝酸与金属反应的有关计算
【重点释疑】
1.硝酸与金属反应的规律
硝酸与金属单质反应时一部分被还原,一部分生成硝酸盐,故硝酸既表现了酸性又表现了氧化性,但硝酸与金属反应一般不生成H2。
(1)硝酸与铜的反应。在反应中硝酸的作用可用下图表示:可以看出,随HNO3浓度的降低,还原产物会由NO2变NO。
①由氮原子守恒可知,无论是NO2还是NO,被还原的硝酸
与生成气体的物质的量总是相等的;
②未被还原的 与Cu2+构成Cu(NO3)2, 的物质的
量为Cu2+物质的量的2倍;③运用电子守恒、原子守恒,便可顺利求解参加反应的Cu、HNO3以及产物NO2、NO之间量的关系。
(2)稀硝酸与铁的反应。
Fe+4HNO3(稀)====Fe(NO3)3+NO↑+2H2O ①
3Fe(过量)+8HNO3(稀)====3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O ②反应物的量与生成物的关系如图所示:上述反应首先发生反应①,若Fe剩余再发生反应③Fe+2Fe(NO3)3====3Fe(NO3)2,合并①③即可得反应②。
所以,无论反应①还是反应②,被还原的HNO3皆占参与
反应的HNO3的 。2.金属与硝酸反应常用的计算方法
(1)原子守恒法:HNO3与金属反应时,反应消耗的HNO3中
氮原子的物质的量等于显酸性的HNO3(以硝酸盐的
形式存在于溶液中)的物质的量与显氧化性的HNO3(以
NOx的形式存在)的物质的量之和。(2)电子守恒法:HNO3中氮原子得电子的物质的量等于
金属失电子的物质的量。
(3)电荷守恒:HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH-)有
c( )=c(H+)+n×c(Mn+)(Mn+代表金属离子)。【思考·讨论】
(1)铜与足量稀硝酸反应时,表现酸性的HNO3与作氧化
剂的HNO3物质的量之比是多少?
提示:Cu与稀硝酸反应:3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2+
2NO↑+4H2O。当有8 mol HNO3参加反应时,有2 mol
HNO3表现氧化性,6 mol HNO3表现酸性,故表现酸性的
HNO3与作氧化剂的HNO3物质的量之比为3∶1。(2)m g Cu与足量的一定浓度的硝酸充分反应,生成V L NO、NO2混合气体(标准状况下),则参加反应的HNO3的物质的量是多少?提示:被还原的硝酸无论生成NO还是NO2,均有氮原子与
被还原的HNO3的物质的量相等;未被还原(起酸性作用)
的硝酸等于Cu(NO3)2物质的量的2倍,故参加反应的硝酸
的物质的量为( ) mol。【案例示范】
【典例】(2019·三明高一检测)在标准状况下将1.92 g铜粉投入一定量浓硝酸中,随着铜粉的溶解,反应生成的气体颜色逐渐变浅,当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12 L,则混合气体中NO的体积为 ( )
A.112 mL B.1 008 mL C.224 mL D.448 mL【思维建模】解答有关金属与硝酸反应问题的思维流程如下:【解析】选A。混合气体的总物质的量为1.12 L÷
22.4 L·mol-1=0.05 mol,1.92 g铜粉的物质的量为
0.03 mol。设NO的物质的量为n1 mol,则NO2的物质的量
为(0.05-n1) mol,根据得失电子守恒得
3n1+(0.05-n1)×1=0.03×2,解得
n1=0.005,V(NO)=0.005 mol×22.4 L·mol-1=0.112 L
=112 mL。【母题追问】(1)上题参加反应的硝酸的物质的量是多少?
提示:0.11 mol。由氮原子守恒知参加反应的硝酸的物质的量n(HNO3)=2n[Cu(NO3)2]+n(NOx) =2n(Cu)+n(NOx) =0.03×2+0.05 mol=0.11 mol。(2)上题反应中起酸作用与作氧化剂的硝酸的物质的量之比是多少?
提示:6∶5。起酸作用与作氧化剂的硝酸的物质的量之比=2n[Cu(NO3)2]∶n(NOx)=(0.03×2)∶0.05 mol
=6∶5。【规律方法】(1)解答有关金属与硝酸反应的思维流程(2)以Cu与一定量的浓硝酸反应为例,理解计算过程的
守恒关系。若反应中Cu完全溶解,硝酸剩余,且生成
NO、NO2混合气体,则:
①元素守恒:参加反应的
HNO3:n(HNO3)反应=2n(Cu)+n(NOx);
②电子守恒:2n(Cu)=3n(NO)+n(NO2);
③电荷守恒:反应后溶液中2n(Cu2+)+n(H+)=n( )。【迁移·应用】
1.(2019·汉中高一检测)9.7 g Cu和Zn的合金与足量
的稀硝酸反应,还原产物只有NO气体,其体积在标准状
况下为2.24 L。将溶液稀释为1 L,测得溶液的
c(H+)=0.1 mol·L-1,此时溶液中 的浓度为( )A.0.3 mol·L-1 B.0.4 mol·L-1
C.0.2 mol·L-1 D.0.6 mol·L-1【解析】选B。n(NO)=0.1 mol,转移电子的物质的量为
0.1 mol×3=0.3 mol,n(Cu+Zn)=0.3 mol÷2=
0.15 mol,n[Cu(NO3)2]+n[Zn(NO3)2]= 0.15 mol,其中
所含n( )=0.3 mol,溶液中
c(HNO3)=c(H+)=0.1 mol·L-1,其中含
n( )=0.1 mol,溶液中 的总浓度为
0.4 mol·L-1。2.1 L稀硝酸和稀硫酸的混合液,其物质的量浓度分别为0.1 mol·L-1和0.4 mol·L-1。若向该混合液中加入足量的铜粉,则最多能溶解铜粉的质量为( )
A.2.4 g B.3.2 g C.6.4 g D.9.6 g【解析】选D。根据反应原理写出反应的离子方程式为
3Cu+2 +8H+====3Cu2++2NO↑+4H2O
0.1 mol 0.9 mol
根据n( )计算溶解铜粉的质量:
m(Cu)= =9.6 g。【补偿训练】
1.锌与很稀的硝酸反应生成硝酸锌、硝酸铵和水,当生成1 mol硝酸锌时,被还原的硝酸的物质的量为 ( )
A.2 mol B.1 mol
C.0.5 mol D.0.25 mol【解析】选D。反应的方程式可以表达为4Zn+10HNO3(稀)====4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O,所以被还
原的硝酸就是被还原成氨气的那部分,也就是生成硝酸
铵中的 ,所以生成1 mol的硝酸锌,相对应的生成硝
酸铵物质的量就是0.25 mol,被还原的硝酸的物质的量
就是0.25 mol。2.一定量的Cu和1 mol·L-1的稀硝酸反应,如果 的
浓度下降0.2 mol·L-1,则溶液中c(H+)同时下降(假定
反应前后溶液体积不变) ( )
A.0.2 mol·L-1 B.0.4mol·L-1
C.0.6 mol·L-1 D.0.8mol·L-1【解析】选D。由Cu与稀硝酸反应的离子方程式
3Cu+8H++2 ====3Cu2++2NO↑+4H2O可知,当
浓度下降0.2 mol·L-1时,c(H+)下降0.8 mol·L-1。【课堂回眸】
【核心整合】
1.氮及其化合物的转化2.主干知识梳理
(1)“雷雨发庄稼”涉及反应原理。
①N2+O2 2NO
②2NO+O2====2NO2
③3NO2+H2O====2HNO3+NO(2)氨的工业制法:N2+3H2 2NH3
(3)氨的实验室制法。
①原理:2NH4Cl+Ca(OH)2 2NH3↑+CaCl2+2H2O
②装置:与制O2相同
③收集方法:向下排空气法④检验方法:a.用湿润的红色石蕊试纸检验,会变蓝色。
b.用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近瓶口,有大量白烟产生。NH3+HCl====NH4Cl
⑤干燥方法:可用碱石灰或氧化钙、氢氧化钠,不能用浓硫酸。(4)硝酸。
①浓硝酸的不稳定性:4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O
(浓硝酸因溶有NO2而显黄色)
②浓硝酸的强氧化性。
a.常温下,浓硫酸、浓硝酸能使铁、铝发生钝化。
b.铜与浓硝酸反应:Cu+4HNO3(浓)====Cu(NO3)2+
2NO2↑+2H2O铜与稀硝酸反应:3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2
+2NO↑+4H2O
c.碳与浓硝酸反应:C+4HNO3(浓) CO2↑+
4NO2↑+2H2O【素养迁移】
1.下列转化不能一步实现的是 ( )
A.N2→NH3 B.N2→NO2
C.NO2→HNO3 D.NH4Cl→NH3【解析】选B。N2与H2在高温高压催化剂条件下反应生成NH3,A正确;N2与O2反应只能生成NO,NO再与O2反应才能生成NO2,B错误;NO2与H2O反应生成HNO3和NO,C正确;NH4Cl受热分解或与碱反应都可以生成NH3,D正确。2.已知氨气不溶于有机物,如CCl4。下列关于氨气的说法正确的是 ( )
A.氨可以用浓硫酸干燥
B.氨溶于水显弱碱性,因此氨气可使湿润的酚酞试纸变蓝C.氨本身没有毒,故发生液氨大量泄漏时,人们也不必采取任何防范措施
D.吸收NH3可用如图所示的装置防止倒吸
【解析】选D。氨属于碱性气体,不能用酸性干燥剂干
燥;湿润的酚酞试纸遇NH3会变红;虽然氨气并不能称为
有毒气体,但由于氨气的溶解度极高,且极易挥发,所以
常被吸附在皮肤黏膜和眼黏膜上,从而产生刺激和炎症,
故发生液氨大量泄漏时,人们必须采取一定的防范措施,
如根据氨的密度小的特征,可以向地势低、逆风的方向跑离事故区,故A、B、C三项都错误。四氯化碳是一种油状液体,氨气不溶解于其中,这样就防止了倒吸,D项正确。3.下列现象或事实不能用同一原理解释的是 ( )
A.浓硝酸和氯水用棕色试剂瓶保存
B.硫化钠和亚硫酸钠固体长期暴露在空气中变质
C.常温下铁和铂都不溶于浓硝酸
D.SO2和Na2SO3溶液都能使氯水褪色【解析】选C。浓硝酸见光易分解,要存放在棕色试剂
瓶中;氯水见光会分解,应盛放在棕色试剂瓶中,能用同
一原理解释,A不符合题意。硫化钠具有还原性,易被空
气中的氧气氧化而变质;亚硫酸钠具有还原性,易被空
气中的氧气氧化而变质,能用同一原理解释,B不符合题
意。常温下铁遇浓硝酸发生钝化;铂的活泼性较弱,与
浓硝酸不反应,不能用同一原理解释,C符合题意。SO2具有还原性,能与氯水发生氧化还原反应使氯水褪色;Na2SO3具有还原性,能与氯水发生氧化还原反应使氯水褪色,能用同一原理解释,D不符合题意。4.下列说法错误的是 ( )
A.在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解,再加入Cu(NO3)2固体,铜粉就会溶解
B.某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,该气体的水溶液一定显碱性
C.白纸上滴加浓硫酸后变黑体现了浓硫酸的吸水性
D.HNO3→NO→NO2,以上各步变化均能通过一步反应完成【解析】选C。在稀硫酸中加入铜粉,再加入Cu(NO3)2固
体,硝酸根离子在酸性环境下具有强的氧化性,能够氧
化铜,所以铜粉会溶解,故A正确;某气体能使湿润的红
色石蕊试纸变蓝,该气体的水溶液一定显碱性,故B正确;
白纸上滴加浓硫酸后变黑体现了浓硫酸的脱水性,故C
错误;稀硝酸与铜反应生成一氧化氮,一氧化氮与氧气
反应生成二氧化氮,都能通过一步反应实现,故D正确。5.已知氨可以与热的氧化铜反应得到N2和金属铜,用如图中的装置可以实现该反应。回答下列问题:
(1)A中加入的物质是____________。?
(2)B中加入的物质是____________,其作用是_____。?
(3)实验时在C中观察到的现象是____________,发生反应的化学方程式是____________。?(4)实验时在D中观察到的现象是____________,D中收集到的物质是____________,检验该物质的方法和现象是________________________________________。?【解析】(1)由题中信息知A装置为制取NH3的装置,故A
中加入的物质是NH4Cl和Ca(OH)2固体,发生反应的化学
方程式是2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O。
(2)B装置的作用是干燥NH3,所用药品为碱石灰(或
CaO)。(3)装置C中发生的反应为2NH3+3CuO N2+3Cu+3H2O,
观察到的现象是黑色固体粉末逐渐变红且右管口有水
珠出现。
(4)D中冰水的作用是冷却,得到无色溶液氨水。检验氨
水用湿润的红色石蕊试纸,若变蓝则说明有氨水存在
(合理即可)。答案:(1)固体NH4Cl和Ca(OH)2(其他合理答案也可)
(2)碱石灰(或CaO) 除去NH3中的水蒸气
(3)黑色粉末变为红色,右管口有水珠出现
2NH3+3CuO N2+3Cu+3H2O
(4)出现无色液体 氨水 用湿润的红色石蕊试纸,若
变蓝则说明有氨水存在(合理即可)课堂检测·素养达标
1.下列反应起到了固氮作用的是 ( )
A.工业上N2与H2在一定条件下合成NH3
B.NO与O2反应生成NO2
C.NH3被O2氧化成NO和H2O
D.由NH3制备化肥NH4HCO3
【解析】选A。由定义知,氮的固定是将空气中游离态的氮转化成含氮化合物。
2.(教材改编题)大家在吃薯条等膨化食品时,会发现袋子里东西并不多却鼓鼓囊囊的,袋子里填充的是食品级的氮气而非空气。主要作用有三个方面:①延长食品的保质期;②可以抵御外界潮气的侵入;③保护食品不被压碎。
下列关于N2性质的叙述中错误的是 ( )
A.氢气在氮气中能燃烧
B.氮气既具有氧化性,又具有还原性
C.将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定
D.氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮
【解析】选A。氢气与氮气在高温、高压、催化剂条件下才能反应,且不是燃烧,A错误;氮气中氮元素的化合价可以升高,也可以降低,故既具有氧化性,又具有还原性,B正确;将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定,C正确;氮气与氧气在放电条件下反应生成NO,D正确。
3.众所周知,一氧化氮是一种大气污染物,是吸烟、汽车尾气及垃圾燃烧等释放出的有害气体,但是这种最常见、最简单的气体小分子在生物体内却是一种重要的信使分子,具有保护心血管,降低血压以及提高性能力的作用。
下列关于NO的说法中错误的是 ( )
A.NO是无色气体
B.NO是汽车尾气的有害成分之一
C.可以用向上排空气法收集NO
D.NO在一定条件下也可作氧化剂
【解析】选C。因NO可与空气中的O2反应生成NO2,故NO不能用排空气法收集,只能用排水法收集。
4.(2019·湛江高一检测) 在NO2被水吸收的反应中,发生还原反应的物质和发生氧化反应的物质的质量比为 ( )
A.3∶1 B.1∶3 C.1∶2 D.2∶1
【解析】选C。3O2+H2O2HO3+O,3 mol NO2中,有2 mol氮的价态升高,
1 mol氮的价态降低,所以发生还原反应的NO2与发生氧化反应的NO2的质量比为1∶2。
5.某同学收集了一集气瓶红棕色气体,用玻璃片盖好,然后向其中加入少量水,振荡后变为无色,然后轻轻移开玻璃片使少量空气进入瓶内,气体又变为红棕色。
(1)集气瓶内红棕色气体是 _______________________________________。?
(2)气体颜色变化的原因是__________________________________________,?
写出有关的化学方程式_____________________________________________。?
(3)在收集该红棕色气体时采用的方法是?_____________________。?
【解析】(1)NO2为红棕色气体;(2)NO2与H2O反应生成无色的NO,NO遇空气中的O2,与之发生反应生成红棕色的NO2;(3)向上排空气法。
答案:(1)NO2
(2)NO2与H2O反应生成无色的NO,NO遇空气中的O2,与之发生反应生成红棕色的NO2
3NO2+H2O2HNO3+NO、2NO+O22NO2
(3)向上排空气法
课堂检测·素养达标
1.(2019·唐山高一检测)下列关于氨的叙述中,错误的是 ( )
A.氨易液化,因此可用作制冷剂
B.氨易溶解于水,因此可用来做喷泉实验
C.氨极易溶解于水,因此氨水比较稳定(不容易分解)
D.氨溶于水显弱碱性,因此可使酚酞试剂变为红色
【解析】选C。氨易液化,常用作制冷剂,A项正确;极易溶于水的气体(如NH3、HCl等)可做喷泉实验,B项正确;氨水不稳定,受热发生分解反应(NH3·H2O
NH3↑+H2O),放出氨气,C项错误;氨水显弱碱性,可使酚酞试剂显红色,D项正确。
【补偿训练】
某同学在实验室中发现了一瓶无色而有刺激性气味的气体,根据气味判断可能是氨气,但不能确定是氨气。下列提供的方法中能帮他检验该气体是否为氨气的是 ( )
A.将湿润的红色石蕊试纸放在打开的瓶口
B.将湿润的蓝色石蕊试纸放在打开的瓶口
C.用蘸有浓硫酸的玻璃棒靠近打开的瓶口
D.将干燥的红色石蕊试纸放在打开的瓶口
【解析】选A。氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色,干燥的红色石蕊试纸不变色,湿润的蓝色石蕊试纸不变色;浓硫酸难挥发,遇氨气不产生白烟现象。只有A项能检验氨气。
2.(教材P113改编)下列方法适合实验室制取氨气的是 ( )
A.N2和H2催化加热制取氨气
B.加热NH4Cl制取氨气
C.将浓氨水向碱石灰固体上滴加
D.将NH4Cl稀溶液和NaOH稀溶液混合
【解析】选C。A项适合用于工业生产;B项因为NH4Cl分解生成的NH3、HCl遇冷又化合为NH4Cl,不能制取氨气;D项由于NH3极易溶于水,不适合制取NH3。
3.关于铵盐的叙述:①铵盐易溶于水;②铵盐中氮元素均为-3价;③铵盐受热易分解;④铵盐只能跟碱反应,不能跟酸反应;⑤铵态氮肥不宜跟碱性物质如草木灰混合使用。其中正确的是 ( )
A.①②③④⑤ B.①③⑤
C.③④⑤ D.①②④
【解析】选B。铵盐都是易溶于水的晶体,受热易分解,且都能与碱反应生成NH3或NH3·H2O,①、③、⑤正确;NH4NO3中氮元素为-3价、+5价,②错误;NH4HCO3或(NH4)2CO3既可与碱反应,也可与酸反应,④错误。
4.试管中盛有白色晶体,检验它是否是铵盐的方法中不可行的是 ( )
A.加热,将湿润的红色石蕊试纸放在试管口
B.加浓氢氧化钠溶液,加热,将湿润的pH试纸放在试管口
C.加浓氢氧化钠溶液,加热,将蘸有浓盐酸的玻璃棒放在试管口
D.加浓氢氧化钠溶液,加热,将湿润的红色石蕊试纸放在试管口
【解析】选A。有的铵盐如NH4NO3受热分解不一定生成NH3,有的铵盐如氯化铵分解生成氨气和氯化氢,氯化氢溶于水显酸性,A项不可行;NH3遇湿润的pH试纸测得25℃时其pH大于7,遇浓盐酸生成白烟,使湿润的红色石蕊试纸变蓝。B、C、D项可行。
5.大型影剧院容纳的人数众多,防火安全非常重要,单就幕布而言防火等级分为4个等级。
用浓氯化铵溶液处理过的舞台幕布不易着火。其原因是 ( )
①幕布的着火点升高
②幕布的质量增加
③氯化铵分解吸收热量,降低了温度
④氯化铵分解产生的气体隔绝了空气
A.①② B.①④ C.③④ D.②④
【解析】选C。氯化铵受热分解,分解时吸收热量,同时产生的气体隔绝了空气,故选C。
6.关于如图进行的实验的说法中正确的是 ( )
A.若甲烧瓶内是氨气,要产生喷泉,则烧杯中溶液一定呈酸性
B.若乙烧瓶内是二氧化碳,烧杯中是碱溶液,用热毛巾捂热烧瓶片刻即可产生喷泉
C.若丙装置中X为HCl,则烧瓶内可产生白雾
D.若丙装置中通入气体为Cl2,则烧瓶内一定无喷泉产生
【解析】选B。因氨气极易溶于水,故烧杯中可以是水,水呈中性,A错误;通过捂热赶出烧瓶中二氧化碳而使NaOH与CO2反应,导致烧瓶压强减小,引发喷泉,B正确;NH3+HClNH4Cl,产生的是白烟而非白雾,C错误;发生反应:
8NH3+3Cl26NH4Cl+N2,生成固体NH4Cl,气体体积减小,烧瓶内可能产生喷泉,D错误。
【补偿训练】
某化学实验小组同学利用以下装置探究氨气的性质(部分仪器已略去)。请回答:
(1)若用如图装置收集氨气时,应如何操作?并说明理由。
(2)打开如图装置中的止水夹c,若观察到烧瓶内产生了红色喷泉,则说明氨气具有哪些性质?
(3)为防止环境污染,用水吸收多余氨气,请画出装置图。
(4)甲同学设计用水吸收氨气的装置如图,乙同学认为会产生倒吸,他在甲同学的装置中加入了一种液体就解决了问题,你知道他加入了什么?
【解析】(1)氨气比空气的密度小,可用向下排空气法收集,导气管要伸入烧瓶底部。
(2)能形成喷泉,证明氨水极易溶于水,酚酞变红,说明水溶液显碱性。
(3)选择装置必须注意①有利于氨气的吸收②防止倒吸。
(4)产生倒吸的原因是氨气极易溶于水,产生压强差造成的,将氨气先通入有机溶剂后再与水接触,即可避免倒吸。
答案:(1)关闭止水夹c,打开止水夹a、b,从a处通入氨气 氨气比空气的密度小,可用向下排空气法收集,导气管要伸入烧瓶底部
(2)极易溶于水,与水反应生成碱
(3)答案合理即可,可如下图:
(4)向水中加入一定量的四氯化碳,使氨气经过四氯化碳后再进入水中。
7.(2019·厦门高一检测)氨(NH3)是重要的含氮化合物。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三套实验装置:
(1)实验装置和所用药品都正确的是______(填“甲”“乙”或“丙”)。?
(2)写出实验室制取氨气的化学方程式?___________________________。?
(3)该实验装置与实验室制备__________的装置相同。?
【解析】实验室制取氨气反应的原理是2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O,是固体与固体需要加热的反应,故与实验室制取O2的装置相同,制取的氨气应用碱石灰干燥,而不能用浓硫酸干燥。
答案:(1)丙
(2)2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O
(3)氧气
课堂检测·素养达标
1.导致下列现象的主要原因与排放NO无关的是 ( )
A.酸雨 B.光化学烟雾
C.臭氧空洞 D.温室效应
【解析】选D。NO的排放可以引起酸雨、光化学烟雾、臭氧空洞,但是不能引起温室效应。
2.(2019·南京高一检测)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.浓硝酸见光或受热易分解,必须保存在棕色瓶中
D.硝酸与铜的反应只表现出氧化性
【解析】选C。NO2和硝酸中氮元素的化合价不相等,NO2不是酸性氧化物;硝酸与活泼金属反应时常生成盐和含氮氧化物;浓硝酸见光易分解,应贮存在棕色细口瓶中;硝酸与铜反应生成硝酸铜及NO或NO2,硝酸既表现出氧化性也表现出酸性。
【补偿训练】
下列对于硝酸的认识不正确的是( )
A.浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性
B.铜与硝酸的反应属于置换反应
C.金属与硝酸反应一定不产生氢气
D.可用铁或铝质容器盛装浓硝酸
【解析】选B。硝酸是强氧化性酸,且浓硝酸的氧化性强于稀硝酸,A正确;铜不论与浓硝酸还是与稀硝酸反应都不是置换反应,B不正确;因为硝酸是强氧化性酸,金属与硝酸反应均不产生氢气,C正确;铁或铝遇冷的浓硝酸钝化,故可用铁或铝质容器盛装浓硝酸,D正确。
3.已知3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,则下列说法不正确的是( )
A.Cu作还原剂,HNO3作氧化剂
B.HNO3在该反应中只有部分表现出了氧化性
C.每生成22.4 L(标准状况)NO有3 mol的电子转移
D.如果有8 mol HNO3被还原,则生成了2 mol NO
【解析】选D。根据反应
知A项正确;HNO3在该反应中既表现酸性又表现氧化性,B项正确;根据双线桥分析,该反应每生成2 mol NO转移6 mol电子,C项正确;HNO3被还原生成NO,若有8 mol HNO3被还原,则生成8 mol NO,D项错误。
4.(教材P113改编)已知Fe3+溶液为棕黄色,Fe2+溶液为浅绿色,向Fe(NO3)2溶液中逐滴加入少量的稀盐酸时,溶液的颜色变化应该是 ( )
A.颜色变浅 B.变为红色
C.没有改变 D.变为棕黄色
【解析】选D。Fe(NO3)2溶液中含有N,遇到盐酸提供的H+,就形成一个硝酸溶液环境,该溶液具有强氧化性,可以将Fe2+氧化为Fe3+,从而溶液显棕黄色。
5.(2019·聊城高一检测)某化学小组为了探究铜与硝酸反应的情况,做了以下探究实验。按如图进行反应:
(1)开始反应会出现的现象是__________________ 。反应的化学方程式为__?
______________________________________________________。?
(2)若铜有剩余,反应将要结束时发生反应的化学方程式是_______________。?
(3)待反应停止后,再加入少量质量分数为25%的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,其原因是_________________________________________。?
(4)若将12.8 g铜跟一定量的浓硝酸反应,铜消耗完时,共产生气体5.6 L(标准状况),消耗的硝酸的物质的量是________________ 。?
【解析】(1)反应开始发生反应Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,溶液逐渐变蓝,有红棕色气体逸出;
(2)随着反应的进行,硝酸浓度不断减小,故反应后阶段发生的是铜与稀硝酸的反应;
(3)加入稀硫酸后,H+与原溶液中的N构成强氧化性的环境,又能与过量的Cu反应,反应方程式3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O;
(4)n(NOx)==0.25 mol,故根据氮原子守恒可知,消耗n(HNO3)=2n(Cu)+n(NOx)=2×+0.25 mol=0.65 mol。
答案:(1)溶液逐渐变蓝,有红棕色气体逸出
Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(2)3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(3)加入稀硫酸后,H+与原溶液中的N构成强氧化性的环境,又能与过量的Cu反应,反应方程式3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O
(4)0.65 mol
课时素养评价 二十
硝酸的性质 人类活动对氮循环和环境的影响
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题4分,共40分)
1.(2019·北京昌平区高一检测)结合某城市某日空气质量报告内容,以下叙述正确的是 ( )
A.该日空气首要污染物是PM2.5
B.该日空气质量等级属于优
C.污染物NO2、CO可能主要来源于机动车尾气
D.PM2.5、PM10指的是悬浮颗粒物,不会影响人体健康
【解析】选C。首要污染物是指污染最重的污染物,根据空气质量报告,PM10数值最大,所以该日空气首要污染物是PM10,故A错误;首要污染物的污染指数即为空气污染指数,该日空气污染指数为79,空气质量等级属于良,故B错误;机动车尾气中含有NO2、CO,故C正确;PM2.5指的是大气中的细颗粒物,它的直径仅有2.5微米, PM10指的是环境空气中尘埃直径在10微米以下的颗粒物,PM2.5、PM10会影响人体健康,故D错误。
2.某化学兴趣小组对2018年雅加达亚运会的金牌中金属的成分提出猜想:甲认为该金属是由纯金制成;乙认为该金属是由金银合金制成;丙认为该金属是由黄铜(铜锌合金)制成。
为了验证他们的猜想,取制造这种金牌的材质粉末少量进行实验,加入下面一种试剂来证明甲、乙、丙猜想的正误,该试剂应是 ( )
A.硫酸铜溶液 B.盐酸
C.稀硝酸 D.硝酸银溶液
【解析】选C。稀硝酸可以溶解Cu、Ag、Zn,但不与Au反应,因此可根据金属粉末的变化来判断,若不溶解则甲正确,若部分溶解则乙正确,若全部溶解则丙正确。
3.下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是 ( )
A.浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色——酸性和强氧化性
B.铁与稀硝酸反应不能放出氢气——强氧化性
C.要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性
D.氢氧化亚铁固体与稀硝酸混合——仅强酸性
【解析】选D。A项,浓硝酸因有酸性而使紫色石蕊溶液变红色,又因浓硝酸的强氧化性而使其褪色;B项,因稀硝酸有强氧化性,与铁反应不产生H2;C项,因浓硝酸不稳定,见光或受热易分解,因此应用棕色瓶盛装,避光保存;D项,稀硝酸与氢氧化亚铁反应生成硝酸铁、一氧化氮和水,表现了硝酸的酸性和强氧化性。
【易错提醒】
(1)硝酸与金属反应无H2生成。
(2)硝酸与金属、FeO、Fe(OH)2、Fe3O4、Na2SO3、Na2S等反应不仅表现酸性,还表现强氧化性;硝酸与碳等非金属单质、HI、HBr、H2S 、SO2等还原性物质反应时,只表现其氧化性。
(3)在酸性溶液中,N能将Fe2+、Br-、I-、S2-、S等氧化,而不能大量共存。
(4)稀硝酸与铁反应,当HNO3过量时,产物为Fe(NO3)3;当Fe过量时,产物为Fe(NO3)2;当Fe与HNO3恰好耗尽时,产物可能是Fe(NO3)3或Fe(NO3)2或Fe(NO3)3、Fe(NO3)2的混合物。
4.碳与浓硝酸共热,产生的气体分为两份,第一份气体先导入适量蒸馏水中再导入石灰水中;第二份气体直接导入石灰水中,则石灰水的变化可能是 ( )
A.第一份不变浑浊;第二份变乳白色
B.第一份变乳白色;第二份不变浑浊
C.第一份变乳白色;第二份变乳白色
D.第一份不变浑浊;第二份不变浑浊
【解析】选B。碳与浓硝酸共热,产生NO2和CO2的混合气体,第一份气体先导入适量蒸馏水中,NO2与水反应生成硝酸,剩余气体(CO2)导入石灰水中,石灰水变乳白色浑浊;第二份气体直接导入石灰水中,NO2与水反应生成硝酸,再与石灰水反应,CO2不能与石灰水反应,故不变浑浊。
5.硝酸甘油又称硝化甘油,三硝酸甘油酯,用作血管扩张药,治疗心绞痛。硝酸与醇发生酯化反应,即可制得硝化甘油。
下列关于硝酸的说法中正确的是 ( )
A.硝酸电离出的H+能被Zn还原成H2
B.常温下,向浓硝酸中投入Fe片,会产生大量的红棕色气体
C.向装有Fe(NO3)2溶液的试管中加入稀硫酸,可在试管口观察到红棕色气体
D.过量的Fe粉中加入稀硝酸,充分反应后,滴入KSCN溶液,溶液呈红色
【解析】选C。A项,硝酸具有强氧化性,与Zn反应生成含氮氧化物等,不能生成H2;B项,Fe被浓硝酸钝化,阻止进一步反应;C项,稀硫酸电离出H+,N在酸性条件下具有强氧化性,被Fe2+还原为NO,试管口遇O2生成红棕色的NO2,正确;D项,过量的Fe粉中加入稀硝酸,生成的Fe2+与KSCN溶液不反应。
6.一定质量的铜分别与足量的稀硝酸和浓硝酸完全反应,在相同条件下用排水法收集反应产生的气体,下列叙述正确的是 ( )
A.硝酸浓度越大,硝酸被还原之后的生成物的价态越低,对应的硝酸的氧化性越弱
B.硝酸浓度不同,生成Cu(NO3)2的物质的量不同
C.硝酸浓度越大,产生的气体越少
D.两者用排水法收集到的气体体积相等
【解析】选D。硝酸的浓度越大氧化性越强,故A错误;等量的Cu与足量浓度不同的硝酸反应,生成Cu(NO3)2的物质的量相同,故B错误;等量的Cu与硝酸反应,浓硝酸反应生成气体多,故C错误;因3NO2+H2O2HNO3+NO,最终收集气体均为NO,由电子守恒可知,收集NO的体积相等,故D正确。
7.(2019·怀安高一检测)往两支分别装有浅绿色的Fe(NO3)2和FeSO4溶液的试管中分别逐滴加入稀盐酸时,溶液的颜色变化应该是 ( )
A.前者基本没有改变,后者变棕黄色
B.前者变棕黄色,后者也变棕黄色
C.前者变棕黄色,后者基本没有改变
D.前者、后者都基本没有改变
【解析】选C。Fe2+和N、S在溶液中可以大量共存,但加入盐酸后,N在酸性条件下表现出强氧化性,把Fe2+氧化成Fe3+,溶液由浅绿色变成棕黄色。S与H+在水溶液中不能结合成浓硫酸,不能把Fe2+氧化成Fe3+,溶液颜色基本没变。
【易错提醒】本题容易错选D,原因是忽视了Fe(NO3)2中存在N,在酸性条件下显示强氧化性,能将Fe2+氧化为Fe3+,从而使溶液变为棕黄色;本题也容易错选B,原因是错误认为加入HCl后,H+物质的量浓度增大,H+和S会结合成浓硫酸,从而把Fe2+氧化为Fe3+,也使溶液变为棕黄色。
8.2019年两会期间全国人大代表就关于对危废实施负面清单管理,加强有价金属元素资源综合利用,实现高质量发展提出了自己的看法。工业上用废铜屑作原料制备硝酸铜。为节约原料和防止污染,宜采取的方法是 ( )
A.Cu+HNO3(稀)→Cu(NO3)2
B.CuCuOCu(NO3)2
C.CuCuSO4Cu(NO3)2
D.Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2
【解析】选B。稀硝酸与铜反应生成硝酸铜和NO,NO是有毒气体,会污染大气,A错误;铜与氧气反应生成CuO,CuO与稀硝酸反应生成硝酸铜,生成相同质量的硝酸铜,反应消耗硝酸最少,且没有生成污染性气体,B正确;铜与浓硫酸反应生成硫酸铜和二氧化硫,二氧化硫有毒,属于污染性气体,C错误;浓硝酸与铜反应生成硝酸铜和二氧化氮,二氧化氮是有毒气体,会污染大气,所以不能用浓硝酸与铜反应制备硝酸铜,D错误。
9.(2019·北京朝阳区高一检测)下列各组离子中,能在水溶液中大量共存的是
( )
A.Na+、Ag+、Cl-、C
B.Na+、Mg2+、Cl-、S
C.Fe3+、K+、S、OH-
D.Fe2+、H+、S、N
【解析】选B。A项,Ag+与Cl-、C可以形成AgCl沉淀、Ag2CO3沉淀,该组离子不能在溶液中大量共存,错误; B项,Na+、Mg2+、Cl-、S间既不能形成沉淀也无气体或水产生,该组离子可以在溶液中大量共存,正确;C项,Fe3+与OH-可以形成Fe(OH)3沉淀,该组离子不能在溶液中大量共存,错误;D项,酸性条件下N与Fe2+发生氧化还原反应而不能大量共存,错误。
10.如图所示,向一定量的铁粉中加入一定体积12mol·L-1的硝酸,加热充分反应后,下列微粒在体系中一定大量存在的是 ( )
①N ②Fe3+ ③H+ ④NO ⑤NO2
A.① B.①⑤ C.②④⑤ D.①②③⑤
【解析】选B。由于Fe与浓硝酸反应时二者的相对用量不确定,所以H+、Fe3+是否存在是不确定的。即使有少量NO生成,也会被装置内氧气氧化,故只能选N和NO2。
【补偿训练】
1.(2019·聊城高一检测)a mol Cu跟含b mol HNO3的溶液恰好完全反应,则被还原的HNO3的物质的量一定是 ( )
A.(b-2a) mol B. mol
C. mol D.2a mol
【解析】选A。因硝酸的浓度未知,无法确定产物是NO2还是NO还是NO2和NO的混合气体,但硝酸在反应中有两个作用:酸性和氧化性,即盐中的N和被还原的硝酸的物质的量之和等于b mol,即被还原的硝酸的物质的量为(b-2a) mol。
2.(2019·海口高一检测)将0.1 mol铜与40 mL 10 mol·L-1 HNO3充分反应后,溶液中含a mol H+。由此可知 ( )
A.生成的气体在标准状况下的体积为4.48 L
B.生成的气体在标准状况下的体积为1.49 L
C.被还原的硝酸的物质的量为(0.2-a)mol
D.反应后溶液中所含N的物质的量为0.2 mol
【解析】选C。根据题意知,剩余HNO3为a mol,Cu(NO3)2的物质的量为0.1 mol,被还原的HNO3为0.04×10 mol-a mol-0.1×2 mol=(0.2-a) mol,生成的NOx为(0.2-a) mol。
二、非选择题(本题包括2小题,共30分)
11.(14分)将红热的黑色固体单质甲投入显黄色的溶液乙中剧烈反应产生混合气体A,A在常温下不与空气作用,有如下变化关系:
试推断:
(1)甲为________,乙为________,丙为__________________。?
(2)混合气体A为________。?
(3)气体B为________,蓝色溶液C为__________________。?
(4)甲与乙反应的化学方程式是______________________。?
【解析】由“红热的黑色固体单质”可知甲为单质碳,显黄色的溶液常见的有浓硝酸,C与浓硝酸反应的化学方程式为C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O,即混合气体A为CO2、NO2;NO2与H2O反应生成NO和HNO3,CO2与澄清石灰水反应,则气体B为NO,单质丙与硝酸反应生成气体B和蓝色溶液C,蓝色溶液应为Cu(NO3)2,故单质丙为Cu。
答案:(1)C 浓硝酸 Cu (2)NO2、CO2
(3)NO Cu(NO3)2
(4)C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O
12.(16分)某兴趣小组设计出如图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”的实验,以探究化学实验的绿色化学。
(1)实验前,关闭活塞b,试管d中加水至浸没长导管口,塞紧试管c和d的胶塞,加热c,其目的是________。?
(2)在d中加适量NaOH溶液,c中放一小块铜片,由分液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸,c中反应的化学方程式是__________________。?
再由a向c中加2 mL蒸馏水,c中的实验现象是______________________。?
(3)下表是制取硝酸铜的三种方案,能体现绿色化学理念的最佳方案是________,理由是__?______________________________________。?
方案
反应物
甲
Cu、浓硝酸
乙
Cu、稀硝酸
丙
Cu、O2、稀硝酸
【解析】(1)加入药品之前要检验装置的气密性;(2)加入水后,浓硝酸变稀,与Cu反应变缓,产生NO无色气体;(3)丙方案发生的反应为2Cu+O22CuO, CuO+2HNO3Cu(NO3)2+H2O,无污染性气体生成,且HNO3只显酸性,耗酸量少。
答案:(1)检查装置气密性
(2)Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
反应变慢,气体颜色变淡
(3)丙 耗酸量最少,无污染
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题7分,共14分)
13.(2019·西安高一检测)下列反应中硝酸既表现出氧化性又表现出酸性的是
( )
A.氧化铝和硝酸 B.少量氧化铁和硝酸
C.硫化氢和硝酸 D.铜和浓硝酸
【解析】选D。HNO3中N价态降低,表现HNO3的氧化性。反应中生成盐,表现出HNO3的酸性。Al2O3与HNO3反应生成Al(NO3)3和水,Fe2O3与HNO3生成Fe(NO3)3和水,硫化氢与硝酸反应生成SO2和NO2,都只表现HNO3的酸性。Cu与浓硝酸反应: Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,既表现出氧化性又表现出酸性。
14.在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解,再加入下列物质①FeCl3,②Fe2O3,③Cu(NO3)2,④KNO3,⑤NaCl,铜粉溶解的是 ( )
A.只有①② B.只有②④
C.只有①②③ D.除⑤之外
【解析】选D。铜粉在稀硫酸中不溶解,加入①②两种物质时,相当于加入了Fe3+,会发生反应Cu+2Fe3+2Fe2++Cu2+,铜粉溶解;当加入③④两种物质时,相当于加入了N,会发生反应3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O。因此上述物质中除⑤之外都可使其溶解。
【补偿训练】
(2019·西安高一检测)在某稀硝酸的溶液中,加入5.6 g铁粉充分反应后,铁粉全部溶解,放出NO气体,溶液质量增加3.2 g,所得溶液中Fe2+和F物质的量之比为 ( )
A.1∶1 B.3∶2 C.2∶1 D.4∶1
【解析】选B。设Fe2+的物质的量为x,F的物质的量为y。由铁原子守恒,得x+y=。由得失电子守恒和质量守恒得5.6 g- mol×30 g·mol-1 =3.2 g。两式联立,解得x=0.06 mol,y=0.04 mol。故x∶y=3∶2。
二、非选择题(本题包括1小题,共16分)
15.(2019·西安高一检测)有人用如图所示的实验装置探究浓硝酸、稀硝酸分别跟铜片的反应:
(1)实验a中试管上部会看到的现象是__________________________。?
判断铜被氧化的现象是______________________________________。?
(2)实验b中试管上部观察到的现象是______________________。?
反应的化学方程式是______________________________________。?
(3)除了气体颜色方面的差别外,两实验中还有哪些实验现象有明显差异____________。由此你能得出的结论是____________。?
(4)以前做过浓硫酸跟铜共热的实验,与浓硝酸跟铜反应的实验相比较,浓硝酸的氧化性____________(填“大于”“小于”)浓硫酸。?
【解析】根据气体的颜色变化判断反应产生的气体,由此推出铜与硝酸发生反应:Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+4H2O+
2NO↑。通过比较反应条件,浓硫酸与Cu反应需加热,而浓硝酸与Cu反应不需要加热,可推出浓硝酸的氧化性比浓硫酸强。
答案:(1)生成红棕色气体,溶液变蓝色 溶液变蓝色说明铜被氧化为Cu2+ (2) b中试管上部先显淡红棕色后红棕色消失,溶液变蓝色
3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O、O2+2NO2NO2
(3)反应速率明显不同,实验a中反应快,实验b中反应慢 浓硝酸的氧化性比稀硝酸的氧化性强 (4)大于
课时素养评价 十九
氨的转化与生成
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分)
1.(2019·北京昌平区高一检测)通常情况下,既能用浓硫酸干燥,又能用碱石灰干燥的是 ( )
A.NH3 B.Cl2 C.NO D.HCl
【解析】选C。NH3是碱性气体,只能用碱石灰干燥,Cl2、HCl能与碱石灰反应,只能用浓硫酸干燥,NO既不与浓硫酸反应,又不与碱石灰反应,故选C。
2.(2019·株洲高一检测)某市民闻到买来的大虾有一股刺鼻的氨水味,他联想到液氨是制冷剂,认为虾的氨水味肯定是因为冷冻处理时的氨污染。而大学食品系教授指出海虾的消化道里也能分解出氨,至于氨作为制冷剂而导致虾有氨水味,这个原因得到了否定。
下列关于氨水的说法不正确的是 ( )
A.氨水和液氨不同,氨水是由多种粒子构成的,液氨的组成中只有氨分子
B.氨水中物质的量浓度最大的粒子是NH3·H2O(除水外)
C.氨水显弱碱性,故通常保存在金属容器中
D.在1 mol·L-1氨水中,NH3·H2O、N、NH3的物质的量浓度之和为1 mol·L-1
【解析】选C。氨水是氨气溶于水所得溶液,是混合物,溶液中有多种粒子,包括NH3·H2O等分子,N、OH-等离子,而液氨是纯净物,组成就是氨分子;当氨溶于水后,大部分氨与水结合,形成NH3·H2O,而NH3·H2O是弱碱,只有少部分电离,电离出N和OH-,因此在氨水中物质的量浓度最大的是NH3·H2O(除水外);氨水对许多金属有腐蚀作用,故一般情况下,氨水存放在陶瓷坛、橡皮袋等里面;根据氮原子守恒有c(NH3·H2O)+c(N)+c(NH3)=1 mol·L-1。
3.氮肥,是指以氮为主要成分,施于土壤可提供植物氮素营养的肥料。氮肥可分为氨态氮肥、铵态氮肥、硝态氮肥、硝铵态氮肥、氰氨态氮肥和酰胺态氮肥。碳酸氢铵是中国主要生产的氮肥品种之一,它属于铵态氮肥(铵盐)。
下列有关铵盐的叙述正确的是 ( )
A.所有铵盐受热均可以分解,产物均有NH3
B.检验铵盐中含有N的操作是取少量某盐放入试管中,加入稀氢氧化钠溶液,用湿润的红色石蕊试纸放在试管口
C.NH4Cl溶液中加入NaOH溶液共热时,反应的离子方程式为N+OH-NH3↑+H2O
D.NH4Cl和NaCl的固体混合物可用升华法分离
【解析】选C。所有铵盐受热都易分解,但分解不一定产生NH3,氯化铵、碳酸氢铵等分解可生成NH3,NH4NO3分解不产生NH3,A项错误;检验N的操作关键是加入“浓”NaOH溶液,并“加热”,如果加入稀NaOH溶液不加热,可能不放出NH3,B项错误;铵盐和强碱在水溶液中加热条件下反应的实质是N+OH-NH3↑+H2O,C项正确;可用加热法分离氯化铵和某些既不分解,也不升华的物质组成的混合物,但加热时NH4Cl分解生成NH3和HCl,冷却后二者又重新化合,该过程为化学变化,不是升华,D项错误。
【补偿训练】
为了检验某固体物质中是否含有N,你认为下列试纸或试剂一定用不到的是
( )
①蒸馏水 ②NaOH溶液 ③红色石蕊试纸
④蓝色石蕊试纸 ⑤稀硫酸
A.①⑤ B.④⑤ C.②③ D.①④⑤
【解析】选B。N检验一般是取少量样品与碱混合于试管中,加热,将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口,看试纸是否变蓝;也可将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口,看是否有白烟生成。因此④⑤一定用不到。
4.(2019·厦门高一检测)某同学探究氨和铵盐的性质,相关实验操作及现象描述正确的是 ( )
A.加热NH4Cl晶体制备氨气
B.将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近,观察到白烟
C.将浓氨水滴到CaO上,会有氨气生成
D.除去碘中混有的少量氯化铵,可采用升华的方法
【解析】选C。NH4Cl受热分解为NH3和HCl,二者遇冷又会化合生成NH4Cl,A错误;浓氨水具有挥发性,但浓硫酸难挥发,故不会发生反应,B错误;浓氨水滴到CaO上,CaO与水反应生成Ca(OH)2,放出热量使氨水分解,会有氨气生成,C正确;碘易升华,NH4Cl受热易分解,不能用升华法除NH4Cl,D错误。
5.如图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。表中对实验现象所做的解释正确的是
( )
选项
实验现象
解释
A
浓盐酸附近产生白烟
NH3与浓盐酸反应产生了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MgCl2溶液
D
干燥的红色石蕊试纸不变色,湿润的红色石蕊试纸变蓝色
NH3是一种可溶性碱
【解析】选A。浓盐酸有挥发性,挥发出的HCl气体与NH3反应生成了NH4Cl固体颗粒,A项正确;浓硫酸没有挥发性,不会出现白烟,但是仍然发生反应生成(NH4)2SO4,B项不正确;NH3·H2O能与大多数的金属阳离子反应生成氢氧化物沉淀,C项不正确;NH3溶于水并与水反应生成弱碱NH3·H2O,但NH3本身不是碱,D项不正确。
6.实验室制备干燥的氨气所需的药品是 ( )
A.NH4Cl稀溶液、NaOH稀溶液、碱石灰
B.饱和氨水、NaOH固体、五氧化二磷固体
C.NaOH溶液、NH4Cl晶体、浓硫酸
D.NH4Cl固体、消石灰、碱石灰
【解析】选D。实验室制取NH3是用NH4Cl固体与消石灰共热进行制取,不能在水溶液中反应制取氨气;由于NH3溶于水显碱性,故不能用P2O5固体和浓硫酸进行干燥,应用碱石灰进行干燥。
7.(2019·福州高一检测)同温同压下,两个等体积的干燥圆底烧瓶中分别充满①NH3,②NO2,进行喷泉实验,如图所示,经充分反应后,瓶内溶液的物质的量浓度为 ( )
A.①>② B.①<②
C.①=② D.不能确定
【解析】选C。在相同条件下,气体摩尔体积相同,烧瓶的容积相同,根据n=知,氨气、NO2的物质的量之比为1∶1,因NO2能与水反应:3NO2+H2O2HNO3+NO,所以各烧瓶中溶质的物质的量之比为3∶2,做完喷泉实验后,盛放氨气的烧瓶、含NO2的烧瓶中溶液的体积比为3∶2,所以各溶液的物质的量浓度之比为1∶1。
8.(2019·三明高一检测)下列化学方程式或离子方程式书写正确的是
( )
A.实验室用氯化铵和熟石灰制氨气:
N+OH-NH3↑+H2O
B.NH4HCO3加热分解:
N+HCNH3↑+CO2↑+H2O
C.氨气与水反应:
NH3+H2ONH3·H2O
D.氨水中加入氯化铁溶液:
Fe2++2NH3·H2O2N+Fe(OH)2↓
【解析】选C。A项,该反应属于固体间的加热反应,不能书写相应的离子方程式;B项,NH4HCO3加热分解不能书写离子方程式;C项,氨气与水的反应为可逆反应;D项,向氨水中滴加FeCl3溶液应生成Fe(OH)3沉淀,离子方程式为Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3N。
9.有以下四种溶液:①NH4Cl,②(NH4)2SO4,
③NaCl,④Na2SO4,下列试剂能将它们区别开的是 ( )
A.HCl B.BaCl2
C.NaOH D.Ba(OH)2
【解析】选D。HCl与四种物质混合都无明显现象;BaCl2与②、④均有白色沉淀生成;NaOH与①、②均能生成刺激性气味气体;Ba(OH)2可区别开四种物质:2NH4Cl+Ba(OH)22NH3↑+2H2O+BaCl2,(NH4)2SO4+Ba(OH)2BaSO4↓+2NH3↑+2H2O,Na2SO4+Ba(OH)2BaSO4↓+2NaOH。
10.实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置,其中正确的是 ( )
A.①是氨气发生装置
B.③是氨气发生装置
C.②是氨气吸收装置
D.④是氨气收集、检验装置
【解析】选B。①中NH4Cl受热易分解生成NH3和HCl,但在试管口附近两者又能结合生成NH4Cl,所以不能用于制备氨气,A错误;③可用于氨气的发生装置,B正确;②中的漏斗位置过低,不能防止倒吸,C错误;④的试管口应放一团干燥的棉花,D错误。
【补偿训练】
(2019·西安高一检测)当氨气与氧气一起通过灼热的铂丝网时,在导出的产物中,不可能出现的物质是 ( )
A.NH4NO3 B.H2O
C.N2 D.NO2
【解析】选C。题中涉及的化学方程式:4NH3+5O24NO+6H2O, 2NO+O22NO2,3NO2+H2O2HNO3+NO,NH3+HNO3NH4NO3。
二、非选择题(本题包括1小题,共20分)
11.利用如图装置(夹持装置略)制取和收集纯净、干燥的氨气,并探究氨气的性质。
(1)关闭装置Ⅰ中的止水夹,向分液漏斗中加适量水,打开活塞,说明Ⅰ气密性良好的现象是________。?
(2)利用装置Ⅰ制取氨气,不能选用的试剂为浓氨水和______(填字母)。?
A.氢氧化钠 B.碱石灰
C.硝酸钾 D.生石灰
(3)根据实验要求,仪器连接的顺序(用字母编号表示):a接________、________接________、________接________。?
(4)收集氨气,按如图装置进行NH3性质的探究实验。
①打开旋塞1,B瓶中的现象是____________________,?
原因是______________________________________,?
稳定后,关闭旋塞1;
②再打开旋塞2,B瓶中的现象是____________________。?
【解析】(1)向分液漏斗中加一定量水,打开活塞,当液体保持不变或不再滴下时,可说明气密性良好。
(2)实验室为快速制取氨气,可以向浓氨水中加入氢氧化钠、生石灰或碱石灰。
(3)实验室制取纯净、干燥的氨气的装置连接顺序为制气、净化干燥、收集、尾气吸收。
(4)①A容器压强为150 kPa,B容器压强为100 kPa,A容器压强大于B容器,先打开旋塞1,A容器中的氯化氢进入B容器,氨气和氯化氢反应,NH3+HClNH4Cl,生成氯化铵固体小颗粒,所以B瓶中的现象是出现白烟;②氨气、氯化氢为气体,反应生成的氯化铵为固体,压强减小,再打开旋塞2,硝酸银溶液倒吸入B瓶中,生成氯化银白色沉淀。
答案:(1)分液漏斗内液面保持不变或液体不再滴下
(2)C (3)b c e f d
(4)①产生白色的烟 氯化氢与氨气反应生成了氯化铵小颗粒,NH3+HClNH4Cl,氯化铵小颗粒形成白烟 ②烧杯中的硝酸银溶液会倒流进入B瓶中,B瓶中生成白色沉淀
【补偿训练】
某兴趣小组周末去游乐园游玩,被游乐园中心美丽的喷泉吸引,联系到课堂中学习的氨气的性质,产生了探究喷泉产生原因的浓厚兴趣。
该小组在实验室设计了如图3个装置。
(1)图1为实验室制取氨气的实验装置。
①在收集氨气时试管口棉花的作用是什么?
②利用图1中的A装置还可制备哪些气体?写出反应的化学方程式。
(2)一位学生用制得的氨气,按图2装置进行喷泉实验,烧瓶已充满干燥的氨气,引发喷泉实验的操作是什么?
(3)另一学生积极思考产生喷泉的其他方法,设计了图3装置。首先在锥形瓶中分别加入足量的下列物质,反应后产生喷泉的是哪组?
A.CaCO3粉末和浓盐酸
B.NH4HCO3溶液与稀NaOH溶液
C.HCl和AgNO3溶液
D.HCl和酚酞溶液
(4)某同学又向图3装置的锥形瓶中加入酒精,水槽中加入冷水后,再加入足量的某物质,结果也产生了喷泉。你知道该物质可以是哪些物质吗?
【解析】(1)采用的是固+固混合加热制气的方法,故用氯化铵和氢氧化钙固体混合加热制NH3,反应方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O。①收集氨气用的是向下排空气法,试管口棉花的作用是减少氨气与空气的对流,加快收集的速率,同时保证试管中能收集满氨气。②用该制气装置还可以制备O2。(2)打开橡皮管的夹子,挤压胶头滴管的胶头,使少量的水进入烧瓶,由于氨气易溶于水,使烧瓶中的气体压强减小,引发喷泉。(3)图3是利用反应生成大量的气体,由气体自身产生的压强将液体压上去而产生喷泉,故A可以;(4)在锥形瓶中加入酒精,则需将酒精汽化才能形成喷泉,故需加入在冷水中能够放出大量热量的物质才可以,即加入浓硫酸。
答案:(1)①减少与空气的对流,保证试管中能收集满氨气。
②还可制备O2;2KClO32KCl+3O2↑(合理即可)。
(2)打开橡皮管的夹子,挤压胶头滴管的胶头,使少量的水进入烧瓶。
(3)A (4)浓硫酸。
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题7分,共14分)
12.(2019·咸宁高一检测)有关氨气的实验较多,下面对这些实验的实验原理的分析正确的是 ( )
A.氨气极易溶于水的性质可以解释氨气的喷泉实验
B.氨气的还原性可以解释氨气与氯化氢的反应实验
C.铵盐的水溶性大是实验室中用NH4Cl和Ca(OH)2固体混合物制取氨气的原因
D.NH3·H2O的热不稳定性可以解释液氨用作制冷剂
【解析】选A。B项氨气与氯化氢的反应不是氧化还原反应;C项铵盐的水溶性与制氨气无关;D项液氨用作制冷剂是利用液氨汽化吸收大量热的性质,故B、C、D选项均错误,A项正确。
【补偿训练】
(2019·大连高一检测)探究氨气及铵盐性质的过程中,下列根据实验现象得出的结论不正确的是 ( )
A.将集有氨气的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨气极易溶于水
B.氨水中滴加酚酞试剂溶液变红,说明NH3·H2O为弱碱
C.加热NH4HCO3固体,观察到固体逐渐减少,试管口有液滴产生,说明NH4HCO3受热不稳定
D.将红热的铂丝伸入如图所示的锥形瓶中,瓶口出现少量红棕色气体,不能说明氨气的氧化产物为NO2
【解析】选B。氨气极易溶于水,使试管内压强迅速降低,液体迅速充满试管,A正确;氨水中滴加酚酞试剂溶液变红,只能说明氨水显碱性,无法说明NH3·H2O碱性的强弱,B错误;加热NH4HCO3固体,观察到固体逐渐减少,试管口有液滴产生,说明碳酸氢铵受热分解,不稳定,C正确;氨气催化氧化生成一氧化氮,一氧化氮与空气中的氧气反应生成二氧化氮,D正确。
13.氨气还可以制备一系列无机物质(如图)。下列说法正确的是
( )
A.NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥
B.NH4Cl和Na2CO3受热时都易分解
C.NH3具有还原性
D.上述转化关系中只有2个氧化还原反应
【解析】选C。NH4Cl是常用化肥,而NaHCO3为小苏打,不能用作化肥,A错误;Na2CO3受热不易分解,B错误; NH3能发生催化氧化反应,故氨气具有还原性,C正确;上述转化关系中有3个氧化还原反应:NH3NONO2HNO3,D错误。
【补偿训练】
为检验一种氮肥的成分,某学习小组的同学进行了以下实验:①加热氮肥样品生成气体,其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,另一种气体能使澄清石灰水变浑浊。②取少量该氮肥样品溶于水,并加入少量BaCl2溶液,没有明显变化。由此可知该氮肥的主要成分是 ( )
A.NH4HCO3 B.NH4Cl
C.(NH4)2CO3 D.NH4NO3
【解析】选A。因产生的两种气体一种为NH3,一种为CO2,故A、C符合,而加入BaCl2溶液后,无明显变化,(NH4)2CO3与BaCl2反应会产生白色沉淀,C错误。
二、非选择题(本题包括1小题,共16分)
14.(2019·西安高一检测)某课外活动小组欲利用CuO与NH3的反应研究NH3的某种性质并测定其组成,设计了如图实验装置(夹持装置未画出)进行实验。请回答下列问题:
(1)仪器a的名称为________;仪器b中可选择的试剂为______________。?
(2)实验室中,利用装置A,还可制取的无色气体是________(填字母)。?
A.Cl2 B.O2 C.CO2 D.NO2
(3)实验中观察到装置C中黑色CuO粉末变为红色固体,量气管有无色无味的气体,上述现象证明NH3具有________性,写出相应的化学方程式:____________。?
(4)E装置中浓硫酸的作用:___________________________。?
(5)读取气体体积前,应对装置F进行的操作:
____________________________________________________。?
(6)实验完毕,若测得干燥管D增重m g,装置F测得气体的体积为n L(已折算成标准状况),则氨分子中氮、氢的原子个数比值为________(用含m、n字母的代数式表示)。?
【解析】(1)装置中仪器a为分液漏斗;装置A中是利用分液漏斗滴加的浓氨水使锥形瓶中的固体溶解放热促进一水合氨分解生成氨气,氢氧化钠固体、氧化钙固体、碱石灰固体等均可。
(2)利用装置A制取无色气体;制备氯气需要加热,且氯气为黄绿色气体,A不符合;可以制备O2,利用固体过氧化钠和水的反应,B符合;可以制备CO2气体,利用稀盐酸和大理石的反应,C符合;NO2是红棕色气体,D不符合。
(3)实验中观察到装置C中黑色CuO粉末变为红色固体,量气管有无色无味的气体,说明氨气和氧化铜反应生成铜、氮气和水,氨气被氧化铜氧化表现还原性,结合原子守恒配平写出化学方程式:
3CuO+2NH33Cu+3H2O+N2。
(4)依据流程分析,E中浓硫酸吸收过量的氨气,阻止F中水蒸气进入D影响实验效果。
(5)读取气体体积前,应对装置F进行的操作是慢慢上下移动右边漏斗,使左右两管液面相平,保持压强平衡再读数。
(6)干燥管D增重m g,则水的物质的量=,装置F测得气体(N2)的体积为n L(已折算成标准状况),物质的量=,依据元素守恒得到氮原子和氢原子物质的量之比=(×2)∶(×2)=,则氨分子中氮、氢的原子个数比为。
答案:(1)分液漏斗 生石灰(或氢氧化钠固体或碱石灰)
(2)B、C (3)还原
3CuO+2NH33Cu+3H2O+N2
(4)吸收未反应的氨气,阻止F中水蒸气进入D
(5)慢慢上下移动右边漏斗,使左右两管液面相平
(6)
课时素养评价 十八
自然界中的氮循环 氮的固定
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括7小题,每小题6分,共42分)
1.下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是 ( )
A.氮元素均被氧化
B.工业合成氨属于人工固氮
C.含氮无机物和含氮有机物可相互转化
D.碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环
【解析】选A。人工固氮中氮气转化为氨气,N化合价由0→-3价,化合价降低,被还原,故A错误;工业合成氨是典型的人工固氮方法,故B正确;根据自然界中氮循环图知,通过生物体可以将铵盐和蛋白质相互转化,实现了含氮的无机物和有机物的转化,故C正确;生物体合成蛋白质的过程也有碳、氢、氧元素的参与,故D正确。
【补偿训练】
下列关于氮气的说法中错误的是 ( )
A.通常情况下N2性质很稳定,所以N2可以在电焊时作保护气
B.N2+O22NO,该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一
C.N2在空气中约占质量比的
D.在反应3Mg+N2Mg3N2中N2作氧化剂
【解析】选C。N2很稳定,常用作保护气,但在放电下N2与O2产生的NO易被氧化为NO2,故汽车尾气会造成环境污染,N2在空气中的体积含量约为,N2与金属、H2反应时作氧化剂。
2.实验室制备气体后,在收集气体时,往往根据气体的性质选择不同的收集方法,当小明在实验室制备下列气体时,只能使用排水法收集的是 ( )
A.SO2 B.CO2 C.NO D.NO2
【解析】选C。SO2易溶于水,不能用排水法收集;CO2用向上排空气法收集;由于NO能与空气中的O2反应,故只能用排水法收集;NO2可与水反应,只能用排空气法收集。
【补偿训练】
为除去混入NO中的少量NO2,应将气体通过 ( )
A.Na2CO3溶液
B.NaHCO3溶液
C.H2O
D.浓硫酸
【解析】选C。通过A、B两项都会生成CO2,导致带入新的杂质;浓硫酸不和NO2反应;由反应3NO2+H2O2HNO3+NO知,水洗可除去NO中的NO2。
3.四支试管中分别充满NO、SO2、NO2、Cl2中的一种,把它们分别倒立于盛有水的水槽中,充分放置后的现象如下图所示。其中原试管充满NO2的是 ( )
【解析】选B。NO2溶于水的反应为3NO2+H2O2HNO3+NO,故溶于水后剩余原体积的NO,B选项表示NO2溶于水的体积变化。
【补偿训练】
在同温同压下,将等体积混合而成的四组气体:①NO2+O2;②NO2+NO;③HCl+N2;
④SO2+O2分别通入体积相同的试管,并立即倒立于水槽中,如图所示,待试管内液面稳定后,剩余气体体积依次为V1、V2、V3、V4,则剩余气体体积最多的是
( )
A. V1 B.V2 C.V3 D.V4
【解析】选B。假设各种气体体积都是a,试管容积为2a,气体减少的体积等于试管内液体的体积。
①根据4NO2+O2+2H2O4HNO3知,二氧化氮完全反应,剩余气体是氧气,根据氧气和二氧化氮的关系式知,剩余氧气的体积=a-=;②根据3NO2+H2O2HNO3+NO知,生成NO的体积为二氧化氮体积的,所以二氧化氮和水反应生成NO的体积为,原来还有a,所以NO总的体积为; ③氮气和水不反应,氯化氢极易溶于水,所以剩余气体体积为a;④SO2易溶于水,能和水反应,该反应是可逆反应,气体溶解使液面上升,O2和水不反应,剩余气体的体积比a略大。故剩余气体体积最多的是②,合理选项是B。
4.如图所示,集气瓶内充满某混合气体,将集气瓶置于光亮处,然后挤压胶头滴管使胶头滴管内的水进入集气瓶,发现烧杯中的水会倒吸进入集气瓶,则集气瓶内的混合气体可能是 ( )
①CO、O2 ②NO2、O2 ③N2、H2
A.① B.② C.③ D.①②③
【解析】选B。①CO和O2在光照条件下不反应,且均难溶于水,不符合题意;②在O2存在的条件下,NO2可与水发生反应:4NO2+O2+2H2O4HNO3,生成物溶于水且气体分子数减少,符合题意;③N2和H2在光照条件下不反应,且均难溶于水,不符合题意。
【补偿训练】
(2019·成都高一检测)将22.4 L某气态氮氧化合物与足量的灼热铜粉完全反应生成CuO和无污染的气体后,气体体积变为11.2 L(体积均在相同条件下测定),则该氮氧化合物的化学式为 ( )
A.NO2 B.N2O3 C.N2O D.N2O4
【解析】选A。氮氧化合物与铜粉反应生成CuO和N2,结合题中气体体积和阿伏加德罗定律可推知该氮的氧化物分子中只含有一个氮,结合选项知A正确。
5.(2019·广州高一检测)已知Br2的蒸气为红棕色,溶于水溶液显橙色。某集气瓶中的气体呈红棕色,加入足量水,盖上玻璃片振荡,得橙色溶液,气体颜色消失。再拿走玻璃片后,瓶中气体又变为红棕色,则该气体可能是下列混合气体中的 ( )
A.N2、NO2、Br2 B.NO2、NO、N2
C.NO2、NO、O2 D.N2、O2、Br2
【解析】选A。气体呈红棕色,说明含有NO2或Br2中的至少一种,溶于水得橙色溶液,说明气体中含有溴蒸气,所得无色气体遇空气重新变为红棕色,说明无色气体含NO,即原气体中有NO2,则原气体中既有NO2也有Br2。
【互动探究】
(1)上题选项中不能大量共存的是______ 。?
提示:C。NO与O2在常温中迅速反应生成NO2。
(2)如何用实验证明上题B项混合气体中含有NO?
提示:向混合气体中通入氧气,气体的红棕色加深,则说明混合气体中含有NO。
【补偿训练】
(2019·武汉高一检测)把少量的NO2气体通入过量的小苏打溶液中,再使逸出的气体通过装有足量过氧化钠颗粒的干燥管,最后收集到的气体是 ( )
A.O2 B.NO2
C.NO2和O2 D.CO2和NO
【解析】选C。少量NO2气体通入过量小苏打溶液中,逸出的气体为NO、CO2,二者物质的量之比为1∶2,同时还有少量水蒸气逸出,再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管,CO2与过氧化钠反应生成的O2与NO反应生成NO2,O2有剩余,同时逸出的少量水蒸气与过氧化钠反应生成O2,所以最后收集到的气体是NO2和O2。
6.(2019·西安高一检测)2019年3月德国滤清专家曼胡默尔近日推出一项新技术,用于降低污染严重地区的二氧化氮(NO2)的浓度。如今,曼胡默尔进一步开发了该技术并集成了新开发的复合过滤介质。
下列关于氮的氧化物的说法中正确的是 ( )
A.氮的氧化物都是酸性氧化物,都是大气污染物
B.氮的氧化物都既有氧化性,又有还原性
C.NO2与H2O反应生成HNO3,所以NO2是酸性氧化物
D.只能用排空气法收集NO2
【解析】选D。氮的氧化物均会对大气产生污染,NO、NO2不是酸性氧化物,A项错误;N2O5中氮元素为最高价,只有氧化性,B项错误;酸性氧化物是指能与碱反应生成盐和水的氧化物,有些酸性氧化物可与水化合生成酸,反应中中心元素化合价不变,HNO3对应的酸性氧化物是N2O5,C项错误。
7.(2019·济南高一检测)2019年3月2日下午,全国政协十三届二次会议新闻发布会在人民大会堂召开,大会新闻发言人表示 “雾霾天可能有反复,但是环境治理必须坚决”。
工业废气NO、NO2是造成大气污染的气体之一,工业上常用原理:NOx+NH3N2+H2O,使其转化为无毒的N2,现有NO、NO2的混合气体3.0 L,可与3.5 L相同状况的NH3恰好完全反应,全部转化为N2,则在原混合气体中NO和NO2的物质的量之比是
( )
A.1∶1 B.2∶1 C.3∶1 D.1∶3
【解析】选D。相同状况下,气体的体积比等于物质的量之比,则3.0 mol NO、NO2混合气体与3.5 mol NH3恰好完全反应生成N2,设NO为x mol,则NO2为(3-x) mol,由得失电子守恒可知2x+4(3-x)=3×3.5,x=0.75 mol,故原混合气体中NO和NO2的物质的量之比为1∶3。
【补偿训练】
(2019·唐山高一检测) 无色的混合气体甲,可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种,将一定量的甲气体经过下图实验的处理,结果得到酸性溶液,而几乎无气体剩余,则甲气体的组成为 ( )
A.NO2、N2 B.NO、CO2
C.NO2、CO2 D.NO、CO2、N2
【解析】选B。混合气体无色,气体中不含NO2,气体通过Na2O2后显红棕色,说明原混合气体中含有NO,且有与Na2O2反应生成O2的气体CO2,通入水中,溶液呈酸性,且几乎无气体剩余,说明原气体中不含N2。
二、非选择题(本题包括2小题,共28分)
8.(14分)(2019·邯郸高一检测)运用氮及其化合物的知识,完成下列各题。
(1)下列属于氮的固定的是________。?
A.氨气催化氧化生成NO气体
B.人工模拟根瘤菌固氮的原理合成氨
C.空气通过灼热的铜网时,氧气反应后剩余氮气
D.将氮气降温、加压得到固态的氮
(2)氮的循环在自然界元素的循环中具有重要意义,有些循环是从氮气到氮的化合物,有些循环是从氮的化合物到氮的化合物。下列过程中以游离态氮为原料,最终产生氮的化合物的是_________。?
A.工业合成氨
B.硝化细菌的硝化过程
C.动物尸体腐烂
D.豆科植物的根瘤菌固氮
E.盛夏时节,雷雨肥田,植物茂盛
(3)下列环境问题与二氧化氮的排放有关的是________。?
A.酸雨 B.光化学烟雾
C.臭氧空洞 D.温室效应
(4)下列气体都有毒,使人中毒的原理与CO相似的是________。?
A.Cl2 B.S C.NO D.NO2
【解析】把游离态的氮转化为化合态的氮的过程称为氮的固定,(1)(2)实质上都是考查氮的固定。(3)氮氧化合物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。(4)NO与CO都易与血红蛋白结合,一旦结合就易导致人体缺氧中毒。
答案:(1)B (2)ADE (3)AB (4)C
9.(14分)为有效实现NO和NO2的相互转化,设计如下实验:按图组装好实验装置,并检查装置气密性,实验前用排水法收集半瓶NO气体。
(1)打开止水夹,推动针筒活塞,使O2进入烧瓶。关上止水夹,观察到什么现象?原因是什么?
(2)然后轻轻摇动烧瓶,烧瓶中观察到什么现象?产生此现象的原因是什么?
(3)若最后烧瓶中充满了水,则原烧瓶中NO与通入氧气的体积之比为多少(同温同压下)? 用化学方程式说明。
【解析】(1)无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2。(2)轻轻摇动烧瓶,使得NO2与水发生反应3NO2+H2O2HNO3+NO,所以烧瓶中红棕色气体又变为无色,因为烧瓶内气体的量减少,引起烧瓶内气体的压强降低,所以烧杯内的水会倒吸入烧瓶中,使烧瓶中液面上升。(3)发生的反应为①2NO+O22NO2, ②3NO2+H2O2HNO3+NO,①×3+②×2可得方程式:4NO+3O2+2H2O4HNO3,当NO与氧气的体积之比为4∶3时,完全溶于水。
答案:(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色,发生反应2NO+O22NO2
(2)①烧瓶中红棕色气体又变为无色
②烧杯中水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升),发生反应3NO2+H2O2HNO3+NO
(3)4∶3 发生的反应为①2NO+O22NO2, ②3NO2+H2O2HNO3+NO,①×3+②×2可得方程式:4NO+3O2+2H2O4HNO3,当NO与氧气的体积之比为4∶3时,完全溶于水
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题7分,共14分)
10. 近年出现了一种叫“嗨气球”的东西,通俗地说,就是向气球里面打入一种俗称“笑气”的气体,据说吸食了“笑气”之后就会开心。这种所谓“上头快、不上瘾、没伤害”的致幻方式爆红,但致人死亡的报道也屡屡见报。“笑气”又称一氧化二氮,是一种无色有甜味的气体,在室温下稳定,有轻微麻醉作用,并能致人发笑。故笑气现在已被列为《危险化学品目录》。以下反应能产生N2O: 3CO+2NO23CO2+N2O。下列关于N2O的说法正确的是 ( )
A.反应中每生成1 mol N2O,消耗1.5 mol CO
B.等物质的量的N2O和CO2含有相等的电子数
C.N2O只具有氧化性,无还原性
D.N2O会迅速与人体血红蛋白结合使人中毒
【解析】选B。由化学方程式可知,生成1 mol N2O时消耗3 mol CO,A错误;N2O和CO2中均含有22个电子,B正确;N2O中氮元素为+1价,既有氧化性又有还原性,C错误;CO和NO可与人体血红蛋白结合而N2O不能,D错误。
11.(2019·西安高一检测)硝酸工业尾气中含有高浓度的NO和NO2,它们都是大气的重要污染物。已知某厂排放的尾气中NO、NO2的体积比为1∶1,该厂采用NaOH溶液来处理尾气,处理后所得溶液中只有一种含氮的钠盐。则该含氮的钠盐中,氮元素的化合价为 ( )
A.-3 B.+1 C.+3 D.+5
【解析】选C。NO、NO2的体积比为1∶1,两者中氮的价态分别为+2价、+4价,一个价升高,一个价降低,所以含氮钠盐中的氮的价态是+3价。
【补偿训练】
1.将a mL NO、b mL NO2、x mL O2混合于同一试管里,将试管口倒插于水中,充分反应后试管内气体全部消失,则用a、b表示的x的代数式是 ( )
A. B. C. D.
【解析】选C。氮的氧化物与O2和H2O反应生成HNO3时,只要满足氮的氧化物中的N与氮的氧化物中的O和O2中的O的和比为2∶5,即可全部转化,没有气体剩余。即:=,解得x=。
2.在一定条件下,将充满NO2和O2的试管倒立于水槽中,充分反应后,剩余气体体积为原混合气体体积的,则原混合气体中NO2和O2的体积之比可能是 ( )
①8∶1 ②7∶3 ③7∶1 ④4∶1
A.①② B.①③ C.②③ D.②④
【解析】选C。反应为4NO2+O2+2H2O4HNO3,设原气体体积为8 L,则剩余气体为1 L。
①若剩余的1 L气体为O2。则V(NO2)=(×7) L,V(O2)=(×7+1) L。二者体积比为7∶3。
②若剩余的1 L气体为NO,而上述反应后剩余3 L NO2,则V(NO2)=(3+×5) L, V(O2)=(×5) L。二者体积比为7∶1。
二、非选择题(本题包括1小题,共16分)
12.2019年1月西班牙马德里市议会重新启动了二氧化氮(NO2)高污染议定书。该议定书旨在改善城市的空气质量,从而加强对公民健康的保护,使其免受高污染事件的有害影响,特别是对患有呼吸问题的人和孕妇的有害影响。
氮氧化物进入大气后,不仅会形成硝酸型酸雨,还可能形成光化学烟雾,因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。
(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物,反应的化学方程式如下:
NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O ①
2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O ②
①在反应①中,氧化剂是哪种物质?在反应②中,氧化剂和还原剂的物质的量之比为多少?
②根据反应②判断二氧化氮是否为酸性氧化物并解释原因。
(2)汽车尾气中含有CO和NO,消除这两种物质对大气的污染的方法是安装催化转化器,使它们发生反应而消除污染,试写出该反应的化学方程式。
(3)目前有一种治理方法是,在一定条件下,用氨气将氮氧化物转化为无污染的物质。
①请写出NO2发生该反应的化学方程式。生成1.4 mol氮气时,转移电子的物质的量为多少?
②现有NO2和NO的混合气体3L,通入3L(同温同压下)NH3,恰好使其完全转化为N2,则原混合气体中NO2和NO的物质的量之比多少?
【解析】(1)①在反应①中NO2中的氮元素化合价降低作氧化剂;在反应②中氧化剂和还原剂都是NO2,它们的物质的量之比为1∶1。②二氧化氮与碱反应生成两种盐,且氮元素化合价发生变化,二氧化氮不是酸性氧化物。
(2)根据原子守恒定律结合题目信息可知,一氧化氮与一氧化碳反应后生成的对大气无污染的物质应为氮气和二氧化碳。
(3)①根据原子守恒定律结合题目信息可知,氨气和二氧化氮反应后生成的无污染的物质为氮气和水。NO2中+4价的N被NH3中-3价的N还原为N2中0价的N,剩下的氢、氧元素结合成水,因而氧化剂是NO2,氧化产物、还原产物均为N2;生成7 mol N2时,转移电子24 mol;则生成1.4 mol N2时,转移电子4.8 mol。
②设NO2的体积为x,则NO的体积为(3 L-x)。NO2N2,NON2,NH3N2。根据得失电子守恒原理得: ×4+×2=×3,解得x=1.5 L。因为同温下气体的物质的量之比等于其体积之比,所以n(NO2)∶n(NO)=1∶1。
答案:(1)①NO2 1∶1
②不是 因为二氧化氮与碱反应生成两种盐,且氮元素化合价发生变化
(2)2NO+2CON2+2CO2
(3)①6NO2+8NH37N2+12H2O 4.8 mol ②1∶1
