第21讲 氮及其氧化物、氨气和铵盐(Word教师用书)-【正禾一本通】2025年高考化学高三一轮总复习高效讲义（鲁科版2019 双选版）

第21讲　氮及其氧化物、氨气和铵盐 【课程标准】　1.了解氮元素的单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质和应用。2.了解氮的化合物对环境质量的影响。 考点一　氮及其氧化物 1．氮元素的存在与氮的固定 2．氮气 写出下列有关反应的化学方程式： ①N2＋3MgMg3N2； ②N2＋3H22NH3； ③N2＋O22NO。 3．氮的氧化物 (1)氮有多种价态的氧化物 氧化物的化学式 N2O NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5 氮元素的价态 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5 (2)NO、NO2的比较 物质 NO NO2 物理性质 无色气体，难溶于水 通常为红棕色、有刺激性气味的气体 化学性质 与O2反应 2NO＋O2===2NO2 与H2O反应 不反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 与人体、环境的关系 ①NO与人体血红蛋白结合，使人中毒 ②形成酸雨，光化学烟雾，破坏臭氧层 学生用书↓第115页 提醒：①NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总是大于46。②验证某无色气体为NO的方法是向该无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。 4．氮氧化物对环境的污染及防治 (1)常见的污染类型 ①光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。 ②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。 ③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。 ④NO与血红蛋白结合使人中毒。 (2)常见的NOx尾气处理方法 ①碱液吸收法 工业尾气中NOx常用碱液吸收处理，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)。 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。 [正误辨析]　 1．固氮反应一定属于氧化还原反应(　　) 2．NO中的NO2杂质气体，可通过盛有水的洗气瓶除去(　　) 3．CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都稳定存在(　　) 4．N2与O2在放电条件下直接化合成NO2(　　) 5．NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂(　　) 6．可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物(　　) 7．利用AgNO3、CCl4和H2O均可鉴别NO2和溴蒸气(　　) 8．NO2通入FeSO4溶液中，无明显现象(　　) 答案：1.√　2.√　3.×　4.×　5.×　6.×　7.√　8.× 正误判断 (1)工业上用氨的催化氧化制备NO(　　) (2)(2021·江苏卷)NO(g)HNO3(aq)(　　) (3)(2021·江苏卷)NO(g)N2(g)(　　) (4)(2022·重庆卷)1 mol SO3 与1 mol NO2分别通入1 L水中可产生相同浓度的H2SO4和HNO3(　　) (5)将铜丝插入浓硝酸中，可制备NO2(　　) (6)(2021·河北卷)植物直接吸收空气中的NO和NO2作为肥料，实现氮的固定(　　) (7)(2022·江苏卷)自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3(　　) (8)(2019·北京卷)用H2O、无水CaCl2，可除去NO中的NO2杂质，且属于氧化还原反应(　　) (9)(2022·浙江卷)将少量NO2通入NaOH溶液，2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×　(8)√　(9)√ 考向一　含氮化合物对环境的污染与防治 1．工业上常采用生物硝化法将NH转化为NO来处理氨氮废水，工业流程如图所示。 (1)生物硝化法处理废水，会导致水体pH逐渐下降，试用离子方程式表示__________________ _______________________________________________________________________________。 (2)微生物保持活性的pH范围为7～8，可以加入__________来调节溶液的pH。 答案：(1)NH＋2O2===NO＋2H＋＋H2O (2)石灰石(只要合理均可) 学生用书↓第116页 2．汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。 (1)汽车尾气中的CO来自于______________________________________________________， NO来自于_____________________________________________________________________。 汽车尾气对环境的危害主要有______________________________________________________ (至少填两种)。 (2)NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式：___________________________。 (3)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式：______________________________ _______________________________________________________________________________。 (4)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知：4NH3＋6NO5N2＋6H2O，8NH3＋6NO27N2＋12H2O。同温同压下，3.5 L NH3恰好将3.0 L NO和NO2的混合气体完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的体积之比是________。 答案：(1)汽油的不完全燃烧　N2与O2在汽车汽缸内的高温环境下的反应　形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应(任填两种即可) (2)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO (3)2CO＋2NON2＋2CO2 (4)1∶3 解析：(1)汽车汽缸内不断进行着汽油的燃烧反应，当空气不足时，汽油不完全燃烧，会产生CO；当空气过量时，N2和O2在放电或高温条件下反应生成NO。汽车尾气对环境的危害很大，可以形成硝酸型酸雨，导致光化学烟雾，产生温室效应。(3)CO、NOx反应后生成的无毒气体为CO2和N2。(4)设NO的体积为V(NO)，NO2的体积为V(NO2)，依据方程式知，处理NO需V(NH3)＝V(NO)，处理NO2需V(NH3)＝V(NO2)， 则 解得V(NO)＝0.75 L，V(NO2)＝2.25 L， 则V(NO)∶V(NO2)＝1∶3。 归纳总结 NOx的常用处理方法 1．NaOH溶液吸收法 NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O 2．氨气吸收法 8NH3＋6NO27N2＋12H2O 4NH3＋6NO5N2＋6H2O 3．汽车尾气转换器 2CO＋2NO2CO2＋N2　　 考向二　氮的氧化物与O2、H2O反应的计算方法 3．有一充有20 mL NO和NO2混合气体的试管，倒置于盛有水的水槽中，充分反应后，仍有12 mL无色气体，则原混合气体中NO和NO2体积比为________(气体体积均在相同状况下测得)。 答案：2∶3 解析：二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮和水不反应，所以剩余的气体为一氧化氮，设混合气体中二氧化氮的体积为V，则： 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　气体体积减少 3　　　　　　　　　　1　　 2 V　　　　　　　　　　　　　 8 mL 所以V＝＝12 mL，即二氧化氮的体积为12 mL，则原混合气体中一氧化氮的体积为20 mL－12 mL＝8 mL，则原混合气体中NO和NO2体积比为8 mL∶12 mL＝2∶3。 4．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________。 答案：4 mL或1.2 mL 解析：由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知，如果剩余2 mL O2，则V(NO2)＝×(12－2) mL＝8 mL，则混合气中V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL；若剩余的气体是NO(2 mL)⇒6 mL(NO2)，则混合气中的V(O2)＝(12 mL－6 mL)×＝1.2 mL。 归纳总结 氮氧化物溶于水的计算依据 无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，2NO＋O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。 (1)若NO和O2通入水中，总关系式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。 (2)若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。　　 考点二　氢化物(NH3和N2H4)和铵盐 一、氨气 1．物理性质：无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化。极易溶于水(1∶700)，可由喷泉实验证明。 2．化学性质 (1)与水反应 ①反应原理：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－。 ②氨水中的微粒有：NH3·H2O、NH3、H2O、NH、OH－、H＋。 学生用书↓第117页 ③NH3·H2O为可溶性一元弱碱，易分解，化学方程式为NH3·H2ONH3↑＋H2O。 (2)与酸反应 ①与盐酸反应的方程式为NH3＋HCl===NH4Cl。 ②蘸有浓挥发性酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，产生大量白烟。 (3)与盐溶液的反应 如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式： Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。 (4)还原性 ①催化氧化：4NH3＋5O24NO＋6H2O。 ②被CuO氧化：2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O。 ③被氯气氧化：2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl或8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl。 3．用途 (1)液氨汽化时吸收大量的热，故用作制冷剂。 (2)制硝酸、铵盐、纯碱、尿素等。 4．实验室制法 (1)铵盐和碱石灰混合加热法 (2)实验室制取氨气的其他方法 方法 化学方程式(或原理) 气体发生装置 加热浓氨水 NH3·H2ONH3↑＋H2O 浓氨水＋固体NaOH NaOH溶于水放热，促使氨水分解。且OH－浓度的增大有利于NH3的生成 浓氨水＋固体CaO CaO与水反应，使溶剂(水)减少；反应放热，促使氨水分解。化学方程式为NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2 二、铵盐及NH的检验 1．物理性质：铵盐都是白色或无色晶体，都易溶于水。 2．化学性质 3．NH的检验 未知液产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的刺激性气味气体，则证明含NH。 三、N2H4(肼)的结构与性质 1．无水N2H4为无色发烟液体，并有微弱氨的气味。它的稳定性比NH3差，受热即发生爆炸性分解，生成N2、NH3和H2。 2．燃烧 N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－622 kJ·mol－1 N2H4的主要用途是作导弹、宇宙飞船飞行的火箭燃料。 学生用书↓第118页 3．N2H4的水溶液呈弱碱性，其强度比氨水弱。 N2H4＋H2ON2H＋OH－ N2H＋H2ON2H＋OH－ [正误辨析] 1．氨遇到浓盐酸、硫酸都会发生反应，产生白烟(　　) 2．加热盛有NH4Cl固体的试管，试管底部固体消失，试管口有晶体凝结，说明NH4Cl固体可以升华(　　) 3．现有1 mol·L－1的氨水，则该溶液中NH3·H2O的浓度是1 mol·L－1(　　) 4．液氨制冷、碘的升华、加热分离NH4Cl和NaCl都不涉及化学变化(　　) 5．草木灰(含K2CO3)与铵盐混用降低肥效(　　) 6．铵盐加热均易分解产生NH3(　　) 答案：1.×　2.×　3.×　4.×　5.√　6.× (2023·广东卷)1827年，英国科学家法拉第进行了NH3喷泉实验。在此启发下，兴趣小组利用以下装置，进行如下实验。其中，难以达到预期目的的是(　　) A．图1：喷泉实验　　　 B．图2：干燥NH3 C．图3：收集NH3 D．图4：制备NH3 答案：B 解析：NH3极易溶于水，溶于水后圆底烧瓶内压强减小，从而产生喷泉，故A可以达到预期目的；P2O5为酸性氧化物，NH3具有碱性，两者可以发生反应，故不可以用P2O5干燥NH3，故B不可以达到预期目的；NH3的密度比空气小，集气瓶正放，则需要短进长出，故C可以达到预期目的；CaO与浓氨水混合后与水反应并放出大量的热，促使NH3挥发，可用此装置制备NH3，故D可以达到预期目的。 (广东卷)用NH4Cl和Ca(OH)2制备NH3，反应发生、气体收集和尾气处理装置依次为____________(填字母)。 答案：ACG 考向一　氨、铵盐、肼的性质应用 1．按要求回答下列问题。 (1)将氨与氯气混合也会产生白烟，用化学方程式解释产生白烟的过程：________________。 (2)在饱和NH4Cl溶液中滴加Na[Al(OH)4]，产生刺激性气味的气体和白色沉淀，用离子方程式解释其现象：_______________________________________________________________， 体现________________________________________________________________________。 (3)实验室常用饱和氯化铵(NH4Cl)与亚硝酸钠(NaNO2)加热来制取氮气，写出发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________， 体现________________________________________________________________________。 答案：(1)2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl，NH3＋HCl===NH4Cl (2)NH＋[Al(OH)4]－===Al(OH)3↓＋NH3↑＋H2O　NH水解呈酸性 (3)NH4Cl＋NaNO2NaCl＋N2↑＋2H2O　NH的还原性 2．写出铵盐下列用途的化学方程式(溶液中的反应写离子方程式)。 (1)实验室氯化铵与熟石灰反应制取氨气。 (2)检验某溶液中是否含有铵根离子。 (3)医疗上用氯化铵作尿液酸化剂。 (4)硝酸铵用作炸药，分解产物均为空气的成分。 答案：(1)2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O (2)NH＋OH－NH3↑＋H2O (3)NH＋H2ONH3·H2O＋H＋ (4)2NH4NO32N2↑＋O2↑＋4H2O 3．联氨(又称肼，N2H4，无色液体)是一种应用广泛的化工原料，可用作火箭燃料。 (1)联氨的电子式为____________，其中氮的化合价为________。 (2)联氨为二元弱碱，在水中的电离方程式与氨相似。写出联氨的第一步电离方程式：______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案：(1) 　－2 (2)N2H4＋H2ON2H＋OH－ 解析：(1)联氨分子中每个N原子和两个H原子形成共价键，氮原子之间存在氮氮单键，每个N原子还含有一个孤电子对，则其电子式为H∶N··H,··∶N··H,··∶H；N元素对电子的吸引能力更强，所以联氨分子中H为＋1价，N为－2价。(2)根据NH3在水中的电离可知联氨的第一步电离方程式为N2H4＋H2ON2H＋OH－。 考向二　氨气的制备与性质探究 4．某化学兴趣小组为了制取并探究氨的性质，用下列 学生用书↓第119页 装置(部分夹持装置已略去)进行实验[制取氨的反应原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O]。 (1)利用上述原理，实验室制取氨应选用下图中_______________________________________ __________________________________________(填字母)发生装置进行实验。 (2)B装置中的干燥剂可选用__________。 (3)气体通过C、D装置时，试纸颜色会发生变化的是______(填“C”或“D”)装置。 (4)当实验进行一段时间后，挤压E装置中的胶头滴管，滴入1～2滴浓盐酸，可观察到的现象是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)F装置中倒置漏斗的作用是_____________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (6)氨的用途很广，如可用氨处理二氧化氮：8NH3＋6NO27N2＋12H2O，该反应中氨体现____________(填“氧化性”或“还原性”)。请你列举出氨的另一种用途：________________________________________________________________________。 答案：(1)a　(2)碱石灰　(3)D　(4)产生白烟　 (5)防止倒吸　(6)还原性　作制冷剂、制氮肥(或化肥)、制硝酸、作化工原料(任答一点，其他合理答案也可) 归纳总结 防倒吸装置创新 　　 氮的氧化物种类较多，造成环境污染的主要是NO、NO2，环境科学中合称氮氧化物，以NOx表示。 (1)主要污染： ①NO可引起高铁血红蛋白血病。NO2可引发阻塞性支气管炎、肺水肿。 ②酸雨：在温度较高或有云雾存在时，NO2与水作用形成HNO3；特别是NO2与SO2共存时，二者相互催化形成HNO3更快。 ③光化学烟雾：NOx与CxHy经紫外线照射形成光化学烟雾。 ④破坏臭氧层：高空中的NOx与平流层中的O3发生反应，氮氧化物也是消耗O3的一个重要因素。 (2)主要污染源： ①天然排放的NOx：主要来自于土壤、海洋中有机体的分解，属于自然界中氮的循环过程。 ②化石燃料的燃烧、机动车、飞机、内燃机、工业窑炉的燃烧。 ③生产、使用硝酸的尾气排放：硝酸厂、氮肥厂、金属冶炼厂尾气排放。 ④植物体焚烧。 各种燃料燃烧产生氮氧化物的量：1 t石油——9.1～12.3 kg，1 t煤——8～9 kg，1 t天然气——6.35 kg。 (3)防治措施： ①推广使用清洁燃料 ②电厂、燃料锅炉烟气脱硝处理 ③机动车尾气净化 ④禁止秸杆焚烧 学生用书↓第120页 工业中主要使用选择性催化还原法(SCR)和催化还原法(SNCR)等。用氢气、氨气、尿素等与氮的氧化物反应生成N2和H2O，从而达到无污染排放。 1．氧化还原方向 氮氧化物(NOx)是主要大气污染物，有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题，以下为NOx的几种净化方案。根据要求回答下列问题。 (1)不少汽车都安装尾气净化装置(净化过程如图所示)，净化过程中的还原剂为____________。(2)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，转移的电子数为________ mol。 (3)用酸性(NH2)2CO水溶液吸收NOx，吸收过程中存在HNO2与(NH2)2CO生成N2和CO2的反应。写出该反应的化学方程式：_________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案：(1)CO、CxHy　(2) (3)2HNO2＋(NH2)2CO===2N2↑＋CO2↑＋3H2O 2．热效应、电化学方向 (1)用水吸收NOx的相关热化学方程式如下： ①2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq)　ΔH＝－116.1 kJ·mol－1 ②3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l)　ΔH＝＋75.9 kJ·mol－1 ③反应3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。 (2)用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式：____________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案：(1)－136.2 (2)HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO 1．喷泉实验的原理 使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差，利用大气压将烧瓶下面容器中的液体压入烧瓶内，在尖嘴导管口形成喷泉。 2．形成喷泉的类型 下面是几种常见的能形成喷泉的气体和液体。 气体 HCl NH3 CO2、Cl2、 SO2、H2S NO2 NO、O2 (4∶3) NO2、O2 (4∶1) 吸收剂 水、NaOH溶液 水 NaOH溶液 水 水 水 3.喷泉实验的发散装置及操作方法 喷泉实验是中学化学的重要实验，其本质是形成压强差而引发液体上喷，以教材中的装置(发散源)可设计如图所示的多种不同的装置和采用不同的操作(如使气体溶于水、热敷或冷敷、生成气体等)来形成喷泉。 装置(Ⅰ)：改变了胶头滴管的位置，胶头滴管挤入少 学生用书↓第121页 量水于试剂瓶中，即可使少量溶液沿导管进入烧瓶中，导致大量的NH3溶解，烧瓶内形成负压而产生喷泉。 装置(Ⅱ)：省去了胶头滴管，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶中，瓶内氨气溶于水)。 装置(Ⅲ)：在水槽中加入能使水温升高的物质致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气体压强增大而产生喷泉。 装置(Ⅳ)：向导管中通入一定量的H2S和SO2，现象为有淡黄色粉末状物质生成，瓶内壁附有水珠，NaOH溶液上喷形成喷泉。 装置(Ⅴ)：打开①处的止水夹并向烧瓶中缓慢通入等体积的HCl气体后关闭该止水夹，等充分反应后再打开②处的止水夹，观察到先有白烟产生，后产生喷泉。 装置(Ⅵ)：挤压胶头滴管，然后打开导管上部的两个活塞，则在右面烧瓶出现喷烟现象，再打开导管下部活塞，则可产生双喷泉。 1．如图是课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案，下列有关操作不可能引发喷泉的是(　　) 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．向装置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。2. (1)右图胶头滴管中的水挤入烧瓶后，观察到的现象是_________________________________ ______________________________________________________________________________。 (2)按如下图装置进行NH3性质实验。 ①先打开旋塞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___________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案：(1)气球逐渐变大 (2)①有白烟生成　A瓶中的氯化氢移动到B瓶中，与B瓶中的氨气反应生成氯化铵，能看到白烟　②液体进入B瓶中，溶液的颜色变红 解析：(1)将胶头滴管中的水挤入圆底烧瓶后，由于NH3溶于水使瓶中的气压减小，气球的体积逐渐变大。(2)①A瓶的压强大于B瓶的，因此A瓶中的氯化氢进入B瓶中，与氨气反应生成氯化铵，可以看到B瓶中有白烟生成。②由于氯化氢和氨气反应导致B瓶中的压强降低，且B瓶中的氯化氢相对过量，因此当打开旋塞2时，石蕊水溶液会被倒吸入B瓶中，遇氯化氢溶液变红色。 3.如图为化学教学中所用的喷泉实验装置。 某同学用烧瓶中盛不同成分的气体进行喷泉实验，请帮助分析实验后烧瓶中所得溶液的浓度。(假设是在标准状况下完成实验，且溶质不扩散) (1)若用HCl气体，则c(HCl)＝____________。 (2)若用NO2气体，则c(HNO3)＝________________________________________________。 (3)若用n(NO2)∶n(O2)＝4∶1的混合气体，则c(HNO3)＝____________。 (4)若用n(NO2)∶n(O2)＝2∶1的混合气体，则c(HNO3)＝____________。 答案：(1) mol·L－1　(2) mol·L－1　(3) mol·L－1　(4) mol·L－1 解析：设烧瓶的容积为V L，则气体的物质的量均为 mol。 (1)若是HCl气体，喷泉后，溶液充满烧瓶，则溶液的体积为V L，c(HCl)＝＝ mol·L－1。 (2)若为NO2，喷泉后，溶质为HNO3， 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO mol　　　 × mol 则喷泉后溶液的体积为V L， c(HNO3)＝＝ mol·L－1。 (3)若为n(NO2)∶n(O2)＝4∶1的混合气体，n(NO2)＝× mol，4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 × mol 　　　　× mol 喷泉后，溶质为HNO3，溶液充满烧瓶，则 c(HNO3)＝＝× mol·L－1＝ mol·L－1。 (4)若n(NO2)∶n(O2)＝2∶1，则反应剩余的氧气，溶液充至烧瓶的，溶质为HNO3，计算方法同(3)，c(HNO3)＝ mol·L－1。 课时测评21　氮及其氧化物、氨气和铵盐 (时间：45分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－11题，每题5分，第12题18分，第13题12分，第14题15分，共100分) 1．(2023·江苏盐城中学校考二模)下列有关物质的性质与用途的对应关系正确的是(　　) A．N2性质不活泼，可作为粮食保护气 B．NH3具有还原性，可用作制冷剂 C．N2H4的熔沸点较低，可用作火箭推进剂 D．NH4Cl受热易分解，可用作铁的除锈剂 答案：A 解析：氮气含有氮氮三键，化学性质稳定，一般不与物质发生反应，可用作保护气，A正确；液氨汽化吸收大量的热，具有制冷作用，可用作制冷剂，与其还原性无关，B错误；N2H4在空气中燃烧或与过氧化氢反应时，能生成大量气体(N2和水蒸气)，因此可用作火箭燃料，与其熔沸点较低无关，C错误；因为NH4Cl在水中电离出的NH，NH水解使溶液显酸性，因此可作为铁的除锈剂，与其受热易分解无关，D错误。 2．(2023·青海西宁高三统考开学考试)氮是各种生物体生命活动中不可缺少的重要元素。自然界中的氮循环为生物体提供了氮元素。下列有关氮元素说法不正确的是(　　) A．铵态氮肥被植物吸收的过程属于氮的固定 B．雷雨发庄稼的起因是打雷时空气中N2与O2化合成NO C．城市空气中的氮氧化物主要来源是燃油汽车产生的尾气 D．工业利用N2和H2合成NH3，其中N2的来源是空气 答案：A 解析：氮的固定是将游离态的氮，即氮单质，转化为化合态的过程，而铵态氮肥中氮元素本就以化合态形式存在，不属于氮的固定，A项错误；氮气和氧气可以在放电的条件下生成一氧化氮，一氧化氮与空气中氧气化合成二氧化氮，二氧化氮溶于雨水下落，最终以氮肥的形式被庄稼吸收，故称雷雨发庄稼，B项正确；燃油汽车发动机内，空气中氮气与氧气在放电或高温条件下发生反应生成NO，C项正确；工业制取气体需要考虑原料成本，空气中含有大量氮气且容易分离出来，故工业利用N2和H2合成NH3，N2的来源是空气，D项正确。 3．近年来，利用半导体光催化实现还原氮气制备氨气引起全世界极大关注。下图是在半导体光催化的作用下，N2被光催化材料捕获进而被还原实现“N2→NH3”的转化示意图。下列说法正确的是(　　) A．此方法不属于人工固氮技术 B．由转化示意图可知，氮气化学性质很活泼 C．该反应过程中有共价键的断裂和形成 D．该反应的化学方程式N2＋3H22NH3 答案：C 解析：该方法是通过人工将氮气转化为氨气，属于人工固氮技术，故A错误；氮气结构式为NN，氮氮三键键能很大，不易断裂，氮气常温下十分稳定，故B错误；该反应过程中有NN、O—H键断裂，N—H、O===O键生成，故C正确；由题图可知，氮气和水在半导体光催化的作用下生成氨气和氧气，化学方程式为2N2＋6H2O4NH3＋3O2，故D错误。 4．(2023·天津校联考一模)合成氨及其衍生工业是化工生产的重要门类，请结合图示判断下列说法不正确的是(　　) A．合成氨采用400～500 ℃是为了提高原料转化率和反应速率 B．湿润的淀粉-KI试纸不可以鉴别气体2和溴蒸气 C．生成固体1的化学方程式为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl D．1 L气体1、2的混合气与1 L NH3在一定条件下转化为对环境无害的物质，混合气中二者的体积比为1∶1 答案：A 解析：合成氨反应为放热反应，温度越低，反应越向着正向移动，原料的转化率越高，所以400～500 ℃不利于提高原料的转化率，故A错误；由分析可知：气体2为NO2气体，NO2气体和溴蒸气都有较强的氧化性，都能使淀粉碘化钾试纸变蓝，故B正确；固体1为碳酸氢钠，氯化钠、二氧化碳、水和氨气可以生成碳酸氢钠固体，故方程式为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，故C正确；由分析可知：气体1为NO，气体2为NO2，1 L NO、NO2的混合气与1 L NH3在一定条件下转化为对环境无害的物质，反应方程式为2NH3＋NO＋NO22N2＋3H2O，NO、NO2的体积比等于化学计量数之比为1∶1，故D正确。 5.如图所示装置中，干燥圆底烧瓶内盛有某种气体，烧杯和滴管内盛放某种液体。挤压胶头滴管，然后打开止水夹，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．SO2(NaOH溶液)，无色喷泉 答案：A 解析：Cl2不溶于饱和食盐水，不能形成喷泉，A项与事实不相符。 6．(2023·北京四中校考模拟预测)某小组探究NH3的催化氧化，实验装置图如图。③中气体颜色无明显变化，④中收集到红棕色气体，一段时间后，④中产生白烟。 下列分析不正确的是(　　) A．若②中只加入NH4Cl不可以实现上述现象 B．③、④中现象说明③中的反应是4NH3＋5O24NO＋6H2O C．④中白烟的主要成分是NH4Cl D．一段时间后，⑤中溶液可能变蓝 答案：C 解析：①中高锰酸钾受热制备氧气，装置②中氯化铵与氢氧化钙共热反应制备氨气，装置③中氨气在催化剂作用下与氧气发生催化氧化反应生成一氧化氮，装置④中反应生成的NO与过量的O2反应生成红棕色气体NO2，NO2与水蒸气反应生成硝酸，硝酸与氨气反应生成硝酸铵，会有白烟产生，装置⑤中氮的氧化物与氧气溶于水反应生成硝酸，硝酸与铜反应生成淡蓝色的硝酸铜溶液，据此回答，可知C选项错误。 7．(2023·广东模拟预测)某工厂拟综合处理含NH废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分)，设计了如图流程： 下列说法不正确的是(　　) A．固体1中主要含有CaCO3、CaSO3、Ca(OH)2 B．X可以是空气，但不能过量 C．捕获剂所捕获的气体主要是CO、N2 D．处理含NH废水时，发生的反应为NH＋NO===N2↑＋2H2O 答案：C 解析：工业废气中CO2、SO2可被石灰乳吸收，生成CaCO3、CaSO3，因氢氧化钙过量，则固体1主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3，故A正确；由分析可知，气体1是不能被过量石灰乳吸收的N2、NO、CO，气体1通入X，用氢氧化钠溶液处理后得到NaNO2，X可为空气，但不能过量，否则得到硝酸钠，故B正确；根据分析可知，气体2含有CO、N2，经捕获剂得到氮气和CO，所捕获的气体主要是CO，防止污染空气， 故C错误；根据题图可知，氢氧化钠溶液处理后得到的NaNO2与含有NH的溶液反应生成无污染气体，应生成氮气，发生反应的离子方程式为NH＋NO===N2↑＋2H2O，故D正确。 8．(2023·重庆校考二模)汽车尾气中的氮氧化合物(NOx)与大气中的NH3发生如下作用，形成一种雾霾。 NOxN2O5HNO3烟(一种雾霾) 有关该雾霾的叙述错误的是(　　) A．该雾霾中含硝酸铵固体 B．反应②是非氧化还原反应 C．NH3是形成该雾霾的催化剂 D．NH3可能来自过度施用氮肥 答案：C 解析：硝酸与氨气反应生成硝酸铵固体，故A正确；反应②是五氧化二氮与水反应生成硝酸，反应中元素没有化合价变化，属于非氧化还原反应，故B正确；硝酸与氨气反应生成硝酸铵固体，氨气是反应物，不是催化剂，故C错误；铵盐不稳定易分解产生氨气，则NH3可能来自过度施用氮肥，故D正确。故选C。 9．(2023·河南安阳一中校考模拟预测)下列四组混合气体中各组分的体积比为①NO2∶O2＝2∶1；②NO∶O2＝2∶1；③NH3∶O2＝2∶1；④NO2∶NO∶O2＝1∶1∶1。将分别盛满上述各种气体的容积相等的四支试管倒置于盛有水的水槽中，最后试管内液面由低到高的顺序为(　　) A．③②①④　　　　　 B．①③④② C．②③①④ D．①④②③ 答案：A 解析：①发生反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，试管中NO2、O2的体积比为2∶1，剩余O2，最终液体充满试管容积的；②发生反应：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，试管中NO、O2的体积比为2∶1，剩余NO，最终液体充满试管容积的；③NH3易溶于水，O2不易溶于水，试管中NH3、O2的体积比为2∶1，O2全部剩余，最终液体充满试管容积的；④发生反应：NO2＋NO＋O2＋H2O===2HNO3，试管中NO2、NO、O2的体积比为1∶1∶1，恰好完全反应，无气体剩余，最终液体充满试管。综上所述，最后试管内液面由低到高的顺序为③＜②＜①＜④，选项A正确。 10．用如图装置探究Cl2和NO2在NaOH溶液中的反应。通入适当比例的Cl2和NO2，发生的化学反应为Cl2＋2NO2＋4NaOH===2NaNO3＋2NaCl＋2H2O。下列叙述正确的是(　　) A．实验室中可用Cu与1 mol·L－1的硝酸制备二氧化氮气体 B．装置Ⅱ中的玻璃管起到平衡气压的作用，可将多余气体直接排出 C．由该反应可知氧化性顺序：NO2＞NaNO3 D．通过观察装置Ⅰ、Ⅲ中产生气泡的速率控制Cl2和NO2的通入量 答案：D 解析：A项，1 mol·L－1的硝酸是稀硝酸，只能生成NO，得不到二氧化氮气体，错误；B项，装置Ⅱ中的玻璃管起到平衡气压的作用，但Cl2和NO2都是有毒气体，需要使用尾气处理装置，不能直接排放，错误；C项，该反应Cl2＋2NO2＋4NaOH===2NaNO3＋2NaCl＋2H2O中Cl2是氧化剂，NO2是还原剂，NaNO3是氧化产物，故只能得出氧化性顺序：Cl2＞NO2、Cl2＞NaNO3，但不能得出：NO2＞NaNO3，错误；D项，由于同温同压下，气体的体积之比等于其物质的量之比，故可以通过观察装置Ⅰ、Ⅲ中产生气泡的速率控制Cl2和NO2的通入量，正确。 11．用下图装置(夹持装置已略去)进行NH3制备及性质实验，已知：NH3极易溶于水，而难溶于CCl4，CCl4密度比水大且与水不互溶。下列说法不正确的是(　　) A．甲中制备NH3利用了NH3·H2O的分解反应 B．乙中的集气瓶内a导管短、b导管长 C．丙中的CCl4能防止倒吸 D．丁也可以用于制备氨气 答案：D 解析：碱石灰可使氨水中的氨气逸出，则甲中制备NH3利用了NH3·H2O的分解反应，故A正确；氨气的密度比空气密度小，则乙中的集气瓶内a导管短、b导管长，故B正确；氨气不溶于CCl4，能隔绝氨气与水，能防止倒吸，故C正确；氯化铵分解生成氨气和氯化氢，但是两者在试管口又会结合生成氯化铵，不能用来制备氨气，故D错误。 12．(18分)某化学研究性学习小组的同学根据理论分析推测出NO具有氧化性，他们设想利用如图所示装置验证NO的氧化性(已知2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O，夹持装置已省略)。 (1)判断NO有氧化性的理论依据是________________________________________________ ______________________________________________________________________________， 本套装置气密性检查较简便的操作是______________________________________________ _____________________________________________________________________________， 装置A中反应的离子方程式为_____________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (2)装置C中试剂X是____________，装置B的作用是_________________________________ ______________________________________________。 (3)本套装置有一个明显的错误，下列分析中正确的是________(填字母)。 A．装置B中导管不应插入液面以下 B．装置E无法吸收NO C．实验开始后，应不断地向装置E中通入空气 (4)实验结束时装置D中试管内得到黑色粉末，对黑色粉末的成分，小组的同学提出了不同的看法： a．是FeO　　b．是Fe3O4　　c．是FeO与Fe3O4 ①甲同学认为仅用磁铁就可以确定黑色粉末的成分到底是哪种情况，他判断的依据与结论是________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 ②若用化学方法分析a组和c组中的黑色粉末，则需要使用三种试剂，这三种试剂是________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案：(1)NO中氮为＋2价，不是氮元素的最低价　关闭分液漏斗活塞，用双手握住烧瓶　3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O (2)无水CaCl2　吸收装置A中挥发出的HNO3 (3)BC (4)①若粉末能全部被磁铁吸引，则b对；若完全不能被吸引，则a对；若部分能被吸引，则c对　②盐酸、KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液(或稀硫酸、酸性KMnO4溶液、KSCN溶液) 解析：(1)NO中氮元素为＋2价，而氮元素的最低价为－3价，故NO有氧化性；比较简便的检查方法是将末端导管放入盛有水的烧杯中，然后关闭分液漏斗活塞，用双手握住烧瓶，观察烧杯中水面上是否有气泡产生；铜和稀硝酸反应的离子方程式为3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；(2)装置C是干燥装置，可用无水CaCl2、P2O5等试剂干燥NO；硝酸是挥发性酸，对后续反应会产生干扰，故装置B是用于吸收装置A中挥发出的HNO3；(3)装置B吸收HNO3(g)，故装置B中导管应插入液面下，故A错误；NO是不成盐氧化物，不能与碱反应，故B正确；通入空气后NO被O2氧化为NO2，NO2可被NaOH溶液吸收(或者在O2存在的条件下NO、O2、OH－反应生成盐)，故C正确；(4)①可根据Fe3O4能被磁铁吸引，FeO不能被磁铁吸引的性质判断，故答案为若粉末能全部被磁铁吸引，则b对；若完全不能被吸引，则a对；若部分能被吸引，则c对；②用化学方法分析时，先要用非氧化性酸将固体溶解，然后分别用KSCN溶液检验有无Fe3＋，用K3[Fe(CN)6]溶液或酸性KMnO4溶液检验有无Fe2＋，但要注意由于酸性KMnO4溶液能氧化Cl－，故当用盐酸溶解固体时，不能使用酸性KMnO4溶液。 13．(12分)人类的农业生产离不开氮肥，几乎所有的氮肥都以氨为原料生产，某化学兴趣小组利用如图装置制备氨气并探究相关性质。 (1)D装置后接尾气吸收装置。下列能用来吸收尾气的装置是________(填装置序号)。 (2)若将D与a相连，在E中产生白色沉淀，其沉淀的化学式为____________________。 若向a处分别通入________(填字母)，在E中也会产生白色沉淀。 A．Cl2　　 B．NO2　　 C．N2　　 D．CO2 (3)实验发现C中粉末完全变红，D中无水硫酸铜变蓝，还产生一种单质气体。 ①若红色固体为单质，实验后将C中固体与浓硫酸混合加热，其化学方程式为________________________________________________________________________； 若充分反应后红色固体有剩余，再加入下列的____________试剂(填字母)，固体又可以继续溶解。 A．稀H2SO4 B．FeCl3溶液 C．FeCl2溶液 D．KNO3溶液 ②已知Cu2O也为红色固体，反应前C中CuO质量为8 g，反应后C中红色固体质量为6.8 g，则C中发生的总反应方程式为____________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 答案：(1)②③　(2)BaSO3　AB　(3)①Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O　BD　②2NH3＋4CuO2Cu＋Cu2O＋N2＋3H2O 解析：(1)①氨气极易溶于水，若将导管直接通入水中会发生倒吸，所以①不可用；②中用一倒扣于水面的漏斗可以防止倒吸，可以用来吸收尾气；③用一个安全瓶，烧杯中的水回流到安全瓶中，不会回流到反应装置中，可以用来吸收尾气；④是一个密闭体系，容易由于气体压强过大而发生危险，不可用；综上所述，能用来吸收尾气的是②③。(2)将D与a相连，将氨气通入BaCl2溶液中，同时向BaCl2溶液中通入SO2，SO2和NH3反应生成(NH4)2SO3，再和BaCl2反应生成BaSO3白色沉淀，若将氨气换成氯气或NO2，氯气有强氧化性，NO2溶于水生成的硝酸也有强氧化性，能将SO2氧化为SO，遇Ba2＋能生成BaSO4沉淀；氮气和CO2不能氧化SO2，所以不能产生白色沉淀，故选AB。 14．(15分)管道工人曾经用浓氨水检测氯气管道是否漏气。某化学兴趣小组利用下图装置探究氯气与氨气之间的反应原理。其中A、F分别为氨气和氯气的发生装置，C为氧气与氨气的反应装置。 请回答下列问题： (1)装置A中的烧瓶内固体可以选用________(填字母)。 A．二氧化锰　　B．碱石灰　　C．五氧化二磷 (2)装置F中发生反应的离子方程式为________________________________________________ _______________________________________________________________________________； 装置E的作用是_________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)通入装置C的两根导管左边较长、右边较短，目的是______________________________。 (4)装置C内出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结，另一生成物是空气的主要成分之一。请写出反应的化学方程式：_____________________________________________________________ _______________________________________________________________________________； 该反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为____________。从装置C的G处逸出的尾气中可能含有黄绿色的有毒气体，如何处理？_____________________________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案：(1)B　(2)4H＋＋2Cl－＋MnO2Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　除去氯气中的氯化氢　(3)使密度较大的Cl2和密度较小的NH3较快地混合均匀 (4)8NH3＋3Cl2===6NH4Cl＋N2　3∶2　将尾气通入NaOH溶液中或通入装有碱石灰的干燥管(或者用气囊等收集) 解析：(1)装置A中的烧瓶内固体可为碱石灰，与浓氨水混合可制备氨气，而氨水与二氧化锰不反应、与五氧化二磷反应生成盐；(2)装置F中发生反应的离子方程式为4H＋＋2Cl－＋MnO2Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O；装置E的作用为除去氯气中的氯化氢；(3)通入装置C的两根导管左边较长、右边较短，目的是使密度较大的Cl2和密度较小的NH3较快地混合均匀；(4)装置C内出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结，另一生成物是空气的主要成分之一，可知反应的化学方程式为8NH3＋3Cl2===6NH4Cl＋N2，且3 mol氯气得到电子数与2 mol氨气失去电子数相等，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶2；装置C的G处逸出的尾气中可能含有黄绿色的有毒气体，其处理方法为将尾气通入NaOH溶液中或通入装有碱石灰的干燥管。 学生用书↓第122页 学科网（北京）股份有限公司 $$