第05讲 重要的含氮化工原料（寒假预习讲义）高一化学苏教版

第05讲 重要的含氮化工原料 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（7大考点） 模块五 小试牛刀过关测 1.能根据喷泉实验的实验方案，完成实验操作并对实验极性进一步探究或改进。 2.能运用化学变化的知识说明氨气、硝酸的化学性质。能依据实验目的，设计并优化实验方案，对氨气、硝酸相关性质进行探讨。 3.能从不同视角认识含氮化合物之间转化的条件和方式，根据实际需要设计无机化合物转化与制备的方案。 第1课时 氨气 一、氨的性质 1．氨的分子结构和物理性质 电子式 结构式 密度 颜色 气味 沸点 水溶性 比空气小（0.771 g/L） 无色 强烈刺激性气味 －33.5 ℃易液化 极易溶于水(1∶700) 2．喷泉实验 （1）原理：烧瓶内气体易溶于水或易与水反应，使瓶内压强减小，形成压强差，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）装置：实验成功关键是装置气密性良好；圆底烧瓶要干燥；装置内气体的纯度要高。 （3）常见的组合： 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 【温馨提示】①氨的水溶液叫做氨水。氨易液化（液态的氨称为液氨）。液氨汽化时要吸收的量的热，使周围温度急剧下降，因此，液氨常用作制冷剂。 ②常见喷泉实验装置： 图甲装置形成“喷泉”是因为烧瓶内气体极易溶于烧杯和胶头滴管中的液体，使烧瓶内的压强减小而产生压强差，烧杯中的液体被压入烧瓶内形成“喷泉”。 图乙装置形成“喷泉”可采用使烧瓶受热的方法，瓶内气体膨胀，打开止水夹，止水夹下部导管中的空气受热排出，烧瓶内的气体与液体接触而溶解，使烧瓶内压强减小形成压强差而形成“喷泉”。 图丙装置中锥形瓶内的物质反应产生气体或锥形瓶中液体受热挥发出气体(如浓盐酸、浓氨水、酒精等)，使锥形瓶内气体压强增大而产生压强差，将液体从锥形瓶中压入烧瓶中形成“喷泉”。如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等均是此原理。 2．氨的化学性质 （1）与水反应：NH3＋H2ONH3·H2ONH4＋＋OH－。氨水呈碱性，NH3·H2O属于一元弱碱，计算氨水的浓度时，溶质按NH3进行计算。 【温馨提示】①NH3是中学化学中唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，在推断题中作为解题突破口。 ②氨气溶于水得氨水，显碱性，氨水中含有的粒子有：NH3·H2O、H2O、NH3、NH4＋、OH－、H＋。NH3·H2O为可溶性一元弱碱，不稳定，易分解，化学方程式为NH3·H2ONH3↑＋H2O。 （2）与酸的反应：蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为有白烟生成，将浓盐酸改为浓硝酸，也会出现相同的现象。 化学方程式为HCl＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。 （3）与盐溶液的反应：过量氨水与AlCl3溶液反应的离子方程式： Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4＋（氢氧化铝不溶于氨水）。 （4）氨气的还原性 ①催化氧化：4NH3＋5O24NO＋6H2O。氧化剂为O2，还原剂为NH3。 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．氨的用途 （1）液氨汽化时吸收大量的热，故用作制冷剂。 （2）制氮肥、硝酸、铵盐、纯碱等。 【温馨提示】①液氨与氨水的有何区别： 液氨 氨水 物质成分 纯净物(非电解质) 混合物(NH3·H2O为弱电解质) 粒子种类 NH3分子 NH3、NH3·H2O、H2O、NH、OH－、H＋ 主要性质 不具有碱性 具有碱的通性 存在条件 常温常压下不能存在 在常温常压下可存在 ②氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨作为制冷剂，是利用了氨气易液化变为液体，且液氨变为气体时会吸收大量的热。缺点是有刺激性气味、有毒、可以燃烧和爆炸。 ③浓硝酸、浓盐酸等挥发性酸遇氨会产生白烟，利用这点可以检验浓氨水或氨的存在。硫酸、磷酸等难挥发性酸虽能与氨反应生成铵盐，但不会产生白烟。氨易跟酸反应生成盐，故不能用浓硫酸来干燥氨。 ④③生产氯气的化工厂常用浓氨水来检测生产设备和管道是否漏气，如有白烟产生，则说明已发生漏气。化学方程式为：2NH3+3Cl2==N2+6HCl、NH3＋HCl===NH4Cl。 二．氨的实验室制法 1．氨的实验室制法 制备原理 2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O 制备 装置 净化 装置 装有碱石灰的干燥管(NH3具有碱性，不与碱石灰反应) 不用浓硫酸和无水氯化钙(NH3能被浓硫酸和无水氯化钙吸收) 收集 装置 向下排空气法(NH3的密度远小于空气，且常温下不与空气成分反应) 不采用排水法(NH3极易溶于水) 验满 方法 将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色(氨水显碱性) 将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生(氨气遇挥发性酸反应生成固体铵盐小颗粒) 尾气 处理 试管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球(可减小NH3与空气的对流速度，收集到纯净的NH3，同时也可避免污染空气) 2．实验室制取氨的其他方法 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 【温馨提示】①实验中棉花的作用是防止NH3与空气对流，提高NH3的纯度和收集速度，浸湿后可吸收多余的NH3防止污染空气。 ②实验室一般用氯化铵或硫酸铵与Ca(OH)2反应制取氨，不能用NaOH代替Ca(OH)2，因为NaOH其易潮解，成本高。 ③通常用碱石灰干燥氨气，不能用五氧化二磷、浓硫酸和无水氯化钙干燥。 ④多余的氨要吸收掉(可在导管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球)以避免污染空气。在尾气吸收时要防止倒吸，常采用的装置如右图： 第2课时　硝酸 一、硝酸 1．物理性质 无色、易挥发、有刺激性气味的液体。 2．化学性质 （1）不稳定性：4HNO3(浓)2H2O＋4NO2↑＋O2↑。 （2）强氧化性：硝酸无论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。 （3）实验探究： 实验 装置 稀硝酸 浓硝酸 实验 现象 反应缓慢，有少量气泡产生，溶液变蓝 试管口有红棕色气体产生 反应剧烈，有大量气泡产生，溶液变蓝，液面上有红棕色气体产生 实验 结论 铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成NO 气体 铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成NO2 气体 ①与金属反应 稀硝酸与铜反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O(填化学方程式，下同)。 浓硝酸与铜反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。 ②与非金属（如C）反应：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。 ③与还原性化合物反应： 硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等还原性物质。如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。 3．硝酸的保存 （1）硝酸保存：棕色瓶(避光)、玻璃塞(橡胶塞易被氧化)、阴凉处(防热)。 （2）存放的浓硝酸中，因分解产生的NO2溶于HNO3而使其呈黄色。与工业盐酸中因含Fe3＋而呈黄色不同。 【温馨提示】①质量分数为69%的硝酸为浓硝酸，质量分数为98%以上的硝酸为发烟硝酸。因此浓硝酸为混合物。 ②常温下，铁、铝遇浓HNO3会发生钝化，所以可用铁或铝制容器来盛装浓HNO3。 ③浓硝酸和浓盐酸按1：3的体积比配制成的的混和溶液叫“王水”。王水的氧化能力比硝酸强，不溶于硝酸的金（Au）和铂（Pt），可以溶解在王水中。 ④HNO3与金属反应一般不能产生H2。硝酸既表现氧化性又表现酸性。还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。 3．硝酸的工业制备 （1）氨在催化剂、加热条件下氧化为NO：4NH3＋5O24NO＋6H2O。 （2）NO被空气氧化为NO2：2NO＋O2===2NO2。 （3）NO2溶于水制备HNO3：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 4．用途 硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造化肥、农药、炸药、染料、盐类等。 二、氮及其化合物的转化关系 1．氮元素的“价—类”二维图 氮元素有多种可变化合价，物质的种类较多，在复习时要从物质类别和价态变化理解这些物质之间的转化关系。 2．含氮元素物质之间的转化关系 3．主要化学反应 （1）工业合成氨：N2＋3H22NH3； （2）实验室用NH4Cl固体制NH3：2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋2H2O＋CaCl2； （3）NH3的催化氧化：4NH3＋5O24NO＋6H2O； （4）NO2溶于水：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO； （5）Cu溶于稀HNO3：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O； （6）Cu溶于浓HNO3：Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O； （7）炽热的炭在浓硝酸中燃烧：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O； （8）浓硝酸见光分解：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。 三．含氮化合物与环境污染 1．空气中SO2和NO2的主要来源 （1）煤、石油和某些金属矿物中含有硫或含硫化合物； （2）汽车尾气中除含有氮氧化物外，还含有一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、含铅化合物和颗粒等， 严重污染大气，破坏环境。 2．氮氧化物的危害 （1）SO2和NO2是主要的大气污染物，它们能直接危害人体健康，引起呼吸道疾病； （2）溶于水形成酸雨（pH小于5.6 的雨水）：NOx排入大气中，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。破坏农作物、草原、森林，使土壤、湖泊酸化；加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电信电缆的腐蚀。 （3）形成光化学烟雾：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。 （4）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。 （5）NO与血红蛋白结合使人中毒。 3．防治环境污染的措施 （1）调整能源结构，发展清洁能源； （2）研究煤的脱硫技术，改进燃烧装置和燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放； （3）加强工厂废气的回收处理； （4）改进汽车尾气的处理技术，控制汽车尾气的排放标准。 4．常见的NOx尾气处理方法 （1）碱液吸收法：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O；NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是 n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。 （2）催化转化法：在催化剂、加热条件下，NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2),化学方程式为2NO+2CO2CO2+N2。一般适用于汽车尾气的处理。 （3）氨气吸收法：在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)，化学方程式为8NH3＋6NO27N2＋12H2O，4NH3＋6NO5N2＋6H2O。 【温馨提示】NO在酸性条件下具有强氧化性，故在酸性条件下NO不能与Fe2＋、I－、SO、S2－等还原性较强的离子大量共存。 教材习题02 氨的喷泉实验体现了氨的下列性质中的（ ） A. 还原性 B. 极易溶解于水 C. 易液化 D. 氧化性 解题思路 本题考查喷泉实验的原理及氨的。喷泉实验是烧瓶内气体易溶于水或易与水反应的性质，使瓶内压强减小，形成压强差，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。氨气的喷泉实验本质是因为极易溶于水，形成氨水，因此不体现气体的还原性或氧化性或易液化的性质，故B正确，A、C、D错误。 【答案】B 教材习题04 简单分析下列现象或做法。 （1）久置浓硝酸呈黄色。 （2）常温下，铝质或铁质容器可用于贮运浓硫酸和浓硝酸。 （3）实验室浓硝酸需用棕色试剂瓶盛放，并置于冷暗处。 解题思路 （1）硝酸不稳定，在常温下受热或见光会发生分解，生成红棕色的二氧化氮气体（4HNO3 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O）。因此，硝酸应密封贮存在低温、避光处。分解产生的NO2少量又溶于硝酸而使硝酸略显黄色。 （2）浓硫酸和浓硝酸均具有强氧化性，常温下，浓硝酸与浓硫酸相似，均能使铝、铁表面形成致密的氧化膜而钝化（不能持续反应），所以可以用铝质或铁质容器盛放浓硝酸。 （3）硝酸不稳定，在常温下受热或见光会发生分解，生成红棕色的二氧化氮气体，且浓度越大越易分解，因此实验室浓硝酸需用棕色试剂瓶盛放，并置于冷暗处。 【答案】C 核心考点一：氨气的物理性质（喷泉实验） 【例1】如图所示装置中，a、b、c处加入适当的物质可以产生美丽的喷泉。下列所加试剂不能产生对应现象的是（ ） 选项 试剂 现象 a b c A HCl 水 紫色石蕊 红色喷泉 B NH3 水 紫色石蕊 红色喷泉 C CO2 水 紫色石蕊 红色喷泉 D Cl2 KI溶液 淀粉稀溶液 蓝色喷泉 A．A B．B C．C D．D 核心考点二：氨气的化学性质 【例2】N2是合成氨工业的重要原料，NH3不仅可制造化肥，还能通过催化氧化生产HNO3；大气中过量的NOx和水体中过量的NH、NO均是污染物。通过催化还原的方法，可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2。下列有关NH3和HNO3的说法正确的是（ ） A．浓硝酸见光易分解，应该用棕色试剂瓶盛装 B．相同条件下，与铜反应，浓硝酸产生的氢气比稀硝酸多 C．氨气液化，吸收大量热，所以液氨可以做制冷剂 D．NH3可以使湿润pH试纸变红色 核心考点三：氨的实验室制法 【例3】实验室可用如图装置制取少量氮气。下列说法不正确的是（ ） A．反应过程中，③中硬质玻璃管中固体由黑变红 B．②中盛放的固体可能是碱石灰 C．实验开始时先点燃③中的酒精灯，再点燃①中的酒精灯 D．实验结束时，先将导管从水槽中拿出，再熄灭①③中的酒精灯 核心考点四：硝酸的强氧化性及简单计算 【例4】将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2L，下列说法中错误的是（ ） A．NO的体积为0.26mol，NO2的体积为0.24mol B．参加氧化还原反应的HNO3的物质的量是1.52mol C．待产生的气体全部释放后，向溶液中加入VmLamol/L的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为mol/L D．欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，至少需要质量分数30%的双氧水57.8g 核心考点五：硝酸的工业制备 【例5】利用工业合成氨制硝酸的流程如图所示： 下列说法错误的是（ ） A．合成塔中采用10~30MPa的高压，可提高合成氨的生产效率 B．合成塔中，每生成2molNH3，需通入1molN2 C．X是O2，Y是H2O D．制得的浓硝酸应避光密封保存 核心考点六：含氮物质的转化 【例6】如图是氮元素的部分“价—类”二维图，也是氮元素自然循环图，下列有关说法正确的是（ ） A．由NH3到B可以一步反应实现 B．过程①和②中N2均发生氧化反应 C．过程③和④中氮元素化合价均仅升高 D．硝化细菌在适宜的温度下才可发挥作用 核心考点七：含氮化合物与环境污染 【例7】 氮的氧化物（NOx）是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2的反应进行了探究。回答下列问题： I．氨气的制备 某化学实验小组同学利用以下装置制备氨气，并探究氨气的性质（部分仪器已略去）。 （1）用装置A制备氨气的化学方程式为 。 （2）标准状况下，装置B中圆底烧瓶收集氨气时，氨气的进气口为 （填“a”或“b”）。检验氨气收集满的方法是 。 （3）下列哪些干燥剂不能用于干燥氨气 。 a．浓硫酸　　　 b．无水氯化钙　　 　c．碱石灰　　 　d．生石灰 （4）为防止环境污染，以下装置（盛放的液体均为水）可用于吸收多余氨气的是 （填序号）。 Ⅱ．氨气与二氧化氮的反应 （5）将制备的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入一定量NO2（两端用夹子K1、K2夹好），在一定温度下按图示装置进行实验，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢充入Y管中，生成无污染气体。 则反应的化学方程式为 。 （6）若有NO2和NH3的混合物1mol，充分反应后所得产物中，经氧化得到的N2比经还原得到的N2多，则反应混合物中的物质的量为 。 【基础练】 1．下列有关物质性质的叙述不正确的是（ ） A．氨气与氧气在催化剂加热条件下直接反应生成NO2和H2O B．人体中极少量的NO会促进血管扩张，防止血管栓塞 C．氯化铝属于电解质，但不能通过电解氯化铝制取铝 D．液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂 2．中学化学中的氯水和氨水是非常重要的两种“水”，下列说法正确的是（ ） A．氯水具有漂白性，为增加其漂白效果，可向其中通入少量SO2 B．向Na2S溶液中滴加新制氯水，观察产生淡黄色沉淀，可证明非金属性：Cl>S C．氨水是一元弱碱，其中只存在两种分子NH3和NH3•H2O D．可用玻璃棒蘸取浓氨水靠近收集氯化氢的试管口，可看到产生白雾 3．兴趣小组利用以下装置，进行如下实验。下列实验装置和操作不能达到实验目的的是（ ） A．用装置甲制备NH3 B．用装置乙干燥NH3 C．用装置丙收集NH3 D．用装置丁做喷泉实验 4．合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。实验室制取氨的装置如图所示，此装置中收集氨的方法为（ ） A．向上排空气法 B．向下排空气法 C．排水法 D．排饱和氯化钠溶液法 5．如图所示为“双色双喷泉”实验装置。图中烧瓶内分别充了氨气和氯化氢。烧杯内盛放滴有石蕊试液的蒸馏水。下列说法错误的是（ ） A．在实验室中可用浓氨水和生石灰制备氨气，用浓盐酸和浓硫酸制备氯化氢 B．在实验室中干燥氨气时可选用的干燥剂是碱石灰，而氯化氢不能用碱石灰干燥 C．实验中同时打开止水夹a、c、d即可分别形成蓝色和红色喷泉 D．喷泉结束后将烧瓶内的溶液混合后蒸干可得氯化铵的固体 6．如图所示是探究有关NH3性质的两个实验，下列说法正确的是（ ） A．两个实验均说明了氨气极易溶于水 B．实验一能说明氨气的水溶液显碱性 C．实验二中白烟的成分属于共价化合物 D．实验二中浓盐酸换成浓硫酸也能产生白烟 7．下列关于硝酸的说法正确的是（ ） A．常温下，向浓硝酸中投入铁片，会产生大量的红棕色气体 B．与金属反应时，稀硝酸被还原为更低价态，则稀硝酸的氧化性强于浓硝酸 C．硝酸电离出的能被锌。铁等金属还原成 D．硝酸与金属反应时，是+5价的N得电子 8．探究氮元素及其化合物的性质，下列方案设计、现象和结论都正确的是（ ） 实验方案 现象 结论 A 取少量溶液，滴加NaOH溶液，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口 试纸不变蓝 原溶液中不含NH B 取少量Fe(NO3)2溶液，滴入硫酸酸化的H2O2溶液 溶液变黄色 氧化性：H2O2比Fe3+强 C Mg投入到一定浓度的硝酸中 Mg完全溶解，未出现气泡 可能有Mg(NO3)2和NH4NO3生成 D 向浓HNO3中插入红热的炭 产生红棕色气体 炭可与浓HNO3反应生成NO2 A．A B．B C．C D．D 9．将铜丝插入浓硝酸中进行下图所示的实验，下列说法正确的是（ ） A．铜丝与浓硝酸接触后生成红棕色气体，说明酸性强 B．注水后b管内气体颜色变浅，说明气体中分子数减少 C．注水后b中铜片表面有气泡，说明与硝酸反应生成 D．装置c能用来吸收尾气，说明和均是酸性氧化物 10．“价—类”二维图是学习元素化合物的工具，a～g分别表示氮元素的不同价态所对应的物质，其关系如图所示。下列说法错误的是（ ） A．可用a生成g的反应检验a B．过量的f的水溶液可与硫酸铜溶液生成蓝色沉淀 C．通过a与c反应可以消除氮氧化物污染 D．a、b、c、e之间的相互转化不都属于氮的固定 【提升练】 1．下列实验装置和操作均正确的是（ ） A．制备并收集少量干燥的NH3 B．从食盐水中提取NaCl固体 C．铁与水蒸气的反应，点燃肥皂泡，可检验气体产物 D．配制一定物质的量浓度的硫酸溶液 A．A B．B C．C D．D 2．X、Y、Z 是中学化学中常见的三种物质，下表各组物质之间通过一步反应不能实现如图所示转化关系的是（ ） X Y Z 箭头上所标数字的反应条件 A NO NO2 HNO3 ① 常温遇氧气 B Cl2 NaClO HClO ② 通入CO2 C Na2O2 NaOH NaCl ③ 加入H2O2 D Fe FeCl3 FeCl2 ④ 氯水 A．A B．B C．C D．D 3．向mg由铁粉和铜粉组成的混合物中，加入某浓度的稀硝酸，充分反应后测得生成NO的体积[V(NO)](已换算成标准状况下)、m(固体剩余质量)随加入的稀硝酸的体积的变化如图所示(设硝酸的还原产物只有NO)。下列说法中正确的是（ ） A．稀硝酸的浓度为0.4mol·L-1 B．a点时，100mL稀硝酸中溶解了Fe和Cu共8.4g C．b点对应的溶液中可能含有的金属阳离子为Fe2+、Fe3+、Cu2+ D．加入稀硝酸至400mL时，收集到的V(NO)约为6.91L 4．在混合溶液中，HNO3和H2SO4物质的量浓度分别为0.4mol/L和0.1mol/L，向该溶液中加入1.92g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中Cu2+物质的量浓度为(溶液体积变化忽略不计)（ ） A．0.15 B．0.225 C．0.35 D．0.45 5．氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。如图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程示意图。 回答下列问题： （1）写出合成塔中发生反应的化学方程式 ，氧化炉中发生反应的化学方程式为 ，合成塔反应中的氧化剂为 （填化学式，下同），还原剂为 。 （2）A的化学式为 ，向吸收塔中通入A的作用是 。 （3）工业生产中为了盛装大量浓硝酸，可选择___________ （填字母）作为罐体材料。 A．铜 B．铂 C．铝 D．镁 （4）为避免硝酸生产尾气中的氮氧化物污染环境，人们开发了溶液吸收，催化还原等尾气处理方法。前者使用具有碱性的Na2CO3溶液等吸收尾气，该反应的化学方程式为 ，后者使用或其他物质将氮氧化物还原为N2，写出相关反应的化学方程式 ，请列举一种处理尾气中的的方法 。 6．欲比较浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，某化学小组将NO通入浓、稀硝酸中比对现象，利用如图装置进行实验（夹持仪器略去，气密性已检查）。 （1）铜与浓硝酸反应的化学方程式是 。 （2）装置中发生反应的离子方程式是 。 （3）滴加浓硝酸前需先通入N2，目的是 。 （4）滴加浓硝酸后，当中为稀硝酸时，其液面上方气体仍为无色；当中为浓硝酸时，其液面上方气体由无色变为红棕色。请写出C中为浓硝酸时，瓶内发生反应的化学方程式 。 （5）该学习小组继续探究NO与铜粉的反应并检验，设计实验装置如图所示（夹持装置略）。已知：在溶液中，FeSO4+NO[Fe(NO)]SO4（棕色），该反应可用于检验。 实验开始前，向装置中通入一段时间的N2，随后让E中产生并充盈整个装置，点燃处的酒精灯，可观察到装置中红色粉末变黑。 ①装置中盛放的是溶液，作用是 。 ②装置中盛放的试剂是 ，作用是 。 ③若装置中还生成一种单质，请写出中发生反应的化学方程式： 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！8 学科网 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第05讲 重要的含氮化工原料 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（7大考点） 模块五 小试牛刀过关测 1.能根据喷泉实验的实验方案，完成实验操作并对实验极性进一步探究或改进。 2.能运用化学变化的知识说明氨气、硝酸的化学性质。能依据实验目的，设计并优化实验方案，对氨气、硝酸相关性质进行探讨。 3.能从不同视角认识含氮化合物之间转化的条件和方式，根据实际需要设计无机化合物转化与制备的方案。 第1课时 氨气 一、氨的性质 1．氨的分子结构和物理性质 电子式 结构式 密度 颜色 气味 沸点 水溶性 比空气小（0.771 g/L） 无色 强烈刺激性气味 －33.5 ℃易液化 极易溶于水(1∶700) 2．喷泉实验 （1）原理：烧瓶内气体易溶于水或易与水反应，使瓶内压强减小，形成压强差，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）装置：实验成功关键是装置气密性良好；圆底烧瓶要干燥；装置内气体的纯度要高。 （3）常见的组合： 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 【温馨提示】①氨的水溶液叫做氨水。氨易液化（液态的氨称为液氨）。液氨汽化时要吸收的量的热，使周围温度急剧下降，因此，液氨常用作制冷剂。 ②常见喷泉实验装置： 图甲装置形成“喷泉”是因为烧瓶内气体极易溶于烧杯和胶头滴管中的液体，使烧瓶内的压强减小而产生压强差，烧杯中的液体被压入烧瓶内形成“喷泉”。 图乙装置形成“喷泉”可采用使烧瓶受热的方法，瓶内气体膨胀，打开止水夹，止水夹下部导管中的空气受热排出，烧瓶内的气体与液体接触而溶解，使烧瓶内压强减小形成压强差而形成“喷泉”。 图丙装置中锥形瓶内的物质反应产生气体或锥形瓶中液体受热挥发出气体(如浓盐酸、浓氨水、酒精等)，使锥形瓶内气体压强增大而产生压强差，将液体从锥形瓶中压入烧瓶中形成“喷泉”。如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等均是此原理。 2．氨的化学性质 （1）与水反应：NH3＋H2ONH3·H2ONH4＋＋OH－。氨水呈碱性，NH3·H2O属于一元弱碱，计算氨水的浓度时，溶质按NH3进行计算。 【温馨提示】①NH3是中学化学中唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，在推断题中作为解题突破口。 ②氨气溶于水得氨水，显碱性，氨水中含有的粒子有：NH3·H2O、H2O、NH3、NH4＋、OH－、H＋。NH3·H2O为可溶性一元弱碱，不稳定，易分解，化学方程式为NH3·H2ONH3↑＋H2O。 （2）与酸的反应：蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为有白烟生成，将浓盐酸改为浓硝酸，也会出现相同的现象。 化学方程式为HCl＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。 （3）与盐溶液的反应：过量氨水与AlCl3溶液反应的离子方程式： Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4＋（氢氧化铝不溶于氨水）。 （4）氨气的还原性 ①催化氧化：4NH3＋5O24NO＋6H2O。氧化剂为O2，还原剂为NH3。 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．氨的用途 （1）液氨汽化时吸收大量的热，故用作制冷剂。 （2）制氮肥、硝酸、铵盐、纯碱等。 【温馨提示】①液氨与氨水的有何区别： 液氨 氨水 物质成分 纯净物(非电解质) 混合物(NH3·H2O为弱电解质) 粒子种类 NH3分子 NH3、NH3·H2O、H2O、NH、OH－、H＋ 主要性质 不具有碱性 具有碱的通性 存在条件 常温常压下不能存在 在常温常压下可存在 ②氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨作为制冷剂，是利用了氨气易液化变为液体，且液氨变为气体时会吸收大量的热。缺点是有刺激性气味、有毒、可以燃烧和爆炸。 ③浓硝酸、浓盐酸等挥发性酸遇氨会产生白烟，利用这点可以检验浓氨水或氨的存在。硫酸、磷酸等难挥发性酸虽能与氨反应生成铵盐，但不会产生白烟。氨易跟酸反应生成盐，故不能用浓硫酸来干燥氨。 ④③生产氯气的化工厂常用浓氨水来检测生产设备和管道是否漏气，如有白烟产生，则说明已发生漏气。化学方程式为：2NH3+3Cl2==N2+6HCl、NH3＋HCl===NH4Cl。 二．氨的实验室制法 1．氨的实验室制法 制备原理 2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O 制备 装置 净化 装置 装有碱石灰的干燥管(NH3具有碱性，不与碱石灰反应) 不用浓硫酸和无水氯化钙(NH3能被浓硫酸和无水氯化钙吸收) 收集 装置 向下排空气法(NH3的密度远小于空气，且常温下不与空气成分反应) 不采用排水法(NH3极易溶于水) 验满 方法 将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色(氨水显碱性) 将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生(氨气遇挥发性酸反应生成固体铵盐小颗粒) 尾气 处理 试管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球(可减小NH3与空气的对流速度，收集到纯净的NH3，同时也可避免污染空气) 2．实验室制取氨的其他方法 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 【温馨提示】①实验中棉花的作用是防止NH3与空气对流，提高NH3的纯度和收集速度，浸湿后可吸收多余的NH3防止污染空气。 ②实验室一般用氯化铵或硫酸铵与Ca(OH)2反应制取氨，不能用NaOH代替Ca(OH)2，因为NaOH其易潮解，成本高。 ③通常用碱石灰干燥氨气，不能用五氧化二磷、浓硫酸和无水氯化钙干燥。 ④多余的氨要吸收掉(可在导管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球)以避免污染空气。在尾气吸收时要防止倒吸，常采用的装置如右图： 第2课时　硝酸 一、硝酸 1．物理性质 无色、易挥发、有刺激性气味的液体。 2．化学性质 （1）不稳定性：4HNO3(浓)2H2O＋4NO2↑＋O2↑。 （2）强氧化性：硝酸无论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。 （3）实验探究： 实验 装置 稀硝酸 浓硝酸 实验 现象 反应缓慢，有少量气泡产生，溶液变蓝 试管口有红棕色气体产生 反应剧烈，有大量气泡产生，溶液变蓝，液面上有红棕色气体产生 实验 结论 铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成NO 气体 铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成NO2 气体 ①与金属反应 稀硝酸与铜反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O(填化学方程式，下同)。 浓硝酸与铜反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。 ②与非金属（如C）反应：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。 ③与还原性化合物反应： 硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等还原性物质。如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。 3．硝酸的保存 （1）硝酸保存：棕色瓶(避光)、玻璃塞(橡胶塞易被氧化)、阴凉处(防热)。 （2）存放的浓硝酸中，因分解产生的NO2溶于HNO3而使其呈黄色。与工业盐酸中因含Fe3＋而呈黄色不同。 【温馨提示】①质量分数为69%的硝酸为浓硝酸，质量分数为98%以上的硝酸为发烟硝酸。因此浓硝酸为混合物。 ②常温下，铁、铝遇浓HNO3会发生钝化，所以可用铁或铝制容器来盛装浓HNO3。 ③浓硝酸和浓盐酸按1：3的体积比配制成的的混和溶液叫“王水”。王水的氧化能力比硝酸强，不溶于硝酸的金（Au）和铂（Pt），可以溶解在王水中。 ④HNO3与金属反应一般不能产生H2。硝酸既表现氧化性又表现酸性。还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。 3．硝酸的工业制备 （1）氨在催化剂、加热条件下氧化为NO：4NH3＋5O24NO＋6H2O。 （2）NO被空气氧化为NO2：2NO＋O2===2NO2。 （3）NO2溶于水制备HNO3：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 4．用途 硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造化肥、农药、炸药、染料、盐类等。 二、氮及其化合物的转化关系 1．氮元素的“价—类”二维图 氮元素有多种可变化合价，物质的种类较多，在复习时要从物质类别和价态变化理解这些物质之间的转化关系。 2．含氮元素物质之间的转化关系 3．主要化学反应 （1）工业合成氨：N2＋3H22NH3； （2）实验室用NH4Cl固体制NH3：2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋2H2O＋CaCl2； （3）NH3的催化氧化：4NH3＋5O24NO＋6H2O； （4）NO2溶于水：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO； （5）Cu溶于稀HNO3：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O； （6）Cu溶于浓HNO3：Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O； （7）炽热的炭在浓硝酸中燃烧：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O； （8）浓硝酸见光分解：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。 三．含氮化合物与环境污染 1．空气中SO2和NO2的主要来源 （1）煤、石油和某些金属矿物中含有硫或含硫化合物； （2）汽车尾气中除含有氮氧化物外，还含有一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、含铅化合物和颗粒等， 严重污染大气，破坏环境。 2．氮氧化物的危害 （1）SO2和NO2是主要的大气污染物，它们能直接危害人体健康，引起呼吸道疾病； （2）溶于水形成酸雨（pH小于5.6 的雨水）：NOx排入大气中，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。破坏农作物、草原、森林，使土壤、湖泊酸化；加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电信电缆的腐蚀。 （3）形成光化学烟雾：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。 （4）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。 （5）NO与血红蛋白结合使人中毒。 3．防治环境污染的措施 （1）调整能源结构，发展清洁能源； （2）研究煤的脱硫技术，改进燃烧装置和燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放； （3）加强工厂废气的回收处理； （4）改进汽车尾气的处理技术，控制汽车尾气的排放标准。 4．常见的NOx尾气处理方法 （1）碱液吸收法：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O；NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是 n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。 （2）催化转化法：在催化剂、加热条件下，NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2),化学方程式为2NO+2CO2CO2+N2。一般适用于汽车尾气的处理。 （3）氨气吸收法：在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)，化学方程式为8NH3＋6NO27N2＋12H2O，4NH3＋6NO5N2＋6H2O。 【温馨提示】NO在酸性条件下具有强氧化性，故在酸性条件下NO不能与Fe2＋、I－、SO、S2－等还原性较强的离子大量共存。 教材习题02 氨的喷泉实验体现了氨的下列性质中的（ ） A. 还原性 B. 极易溶解于水 C. 易液化 D. 氧化性 解题思路 本题考查喷泉实验的原理及氨的。喷泉实验是烧瓶内气体易溶于水或易与水反应的性质，使瓶内压强减小，形成压强差，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。氨气的喷泉实验本质是因为极易溶于水，形成氨水，因此不体现气体的还原性或氧化性或易液化的性质，故B正确，A、C、D错误。 【答案】B 教材习题04 简单分析下列现象或做法。 （1）久置浓硝酸呈黄色。 （2）常温下，铝质或铁质容器可用于贮运浓硫酸和浓硝酸。 （3）实验室浓硝酸需用棕色试剂瓶盛放，并置于冷暗处。 解题思路 （1）硝酸不稳定，在常温下受热或见光会发生分解，生成红棕色的二氧化氮气体（4HNO3 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O）。因此，硝酸应密封贮存在低温、避光处。分解产生的NO2少量又溶于硝酸而使硝酸略显黄色。 （2）浓硫酸和浓硝酸均具有强氧化性，常温下，浓硝酸与浓硫酸相似，均能使铝、铁表面形成致密的氧化膜而钝化（不能持续反应），所以可以用铝质或铁质容器盛放浓硝酸。 （3）硝酸不稳定，在常温下受热或见光会发生分解，生成红棕色的二氧化氮气体，且浓度越大越易分解，因此实验室浓硝酸需用棕色试剂瓶盛放，并置于冷暗处。 【答案】C 核心考点一：氨气的物理性质（喷泉实验） 【例1】如图所示装置中，a、b、c处加入适当的物质可以产生美丽的喷泉。下列所加试剂不能产生对应现象的是（ ） 选项 试剂 现象 a b c A HCl 水 紫色石蕊 红色喷泉 B NH3 水 紫色石蕊 红色喷泉 C CO2 水 紫色石蕊 红色喷泉 D Cl2 KI溶液 淀粉稀溶液 蓝色喷泉 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【解析】A．HCl极易溶于水，水溶液呈酸性，可以使紫色石蕊试液变红，产生红色喷泉，A项正确；B．NH3极易溶于水，水溶液呈碱性，可以使无色酚酞试液变红，产生红色喷泉，B项正确；C．CO2在水中溶解度较小（约为1：1），无法产生喷泉，C项错误；D．Cl2可与KI溶液反应生成I2，I2可使淀粉变蓝，D项正确；故选C。 核心考点二：氨气的化学性质 【例2】N2是合成氨工业的重要原料，NH3不仅可制造化肥，还能通过催化氧化生产HNO3；大气中过量的NOx和水体中过量的NH、NO均是污染物。通过催化还原的方法，可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2。下列有关NH3和HNO3的说法正确的是（ ） A．浓硝酸见光易分解，应该用棕色试剂瓶盛装 B．相同条件下，与铜反应，浓硝酸产生的氢气比稀硝酸多 C．氨气液化，吸收大量热，所以液氨可以做制冷剂 D．NH3可以使湿润pH试纸变红色 【答案】A 【解析】A．浓硝酸见光易分解，应该用棕色试剂瓶盛装，避光保存，A项正确；B．铜与浓硝酸反应生成二氧化氮，与稀硝酸反应生成一氧化氮，都不生成氢气，B项错误；C．氨气液化，放出大量热，C项错误；D．氨气与水反应生成一水合氨，一水合氨显碱性，可以使湿润pH试纸变蓝色，D项错误；答案选A。 核心考点三：氨的实验室制法 【例3】实验室可用如图装置制取少量氮气。下列说法不正确的是（ ） A．反应过程中，③中硬质玻璃管中固体由黑变红 B．②中盛放的固体可能是碱石灰 C．实验开始时先点燃③中的酒精灯，再点燃①中的酒精灯 D．实验结束时，先将导管从水槽中拿出，再熄灭①③中的酒精灯 【答案】C 【解析】加热条件下，氨气与CuO反应生成氮气、Cu和水，反应的方程式为2NH3＋3CuON2↑＋3Cu＋3H2O，所以反应过程中，③中硬质玻璃管中固体由黑变红， A正确；干燥氨气应该用碱性干燥剂，所以②中盛放的可能是碱石灰， B正确；先用①中产生的氨气排尽装置中的空气，所以实验开始时先点燃①的酒精灯，再点燃③的酒精灯， C错误；结束实验时，先把水槽中的导管取出，然后熄灭酒精灯，否则水槽中的导管会产生倒吸， D正确。 核心考点四：硝酸的强氧化性及简单计算 【例4】将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2L，下列说法中错误的是（ ） A．NO的体积为0.26mol，NO2的体积为0.24mol B．参加氧化还原反应的HNO3的物质的量是1.52mol C．待产生的气体全部释放后，向溶液中加入VmLamol/L的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为mol/L D．欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，至少需要质量分数30%的双氧水57.8g 【答案】D 【解析】n(Cu)=m/M=32.6g/64g/mol=0.51mol，氮氧化物的物质的量=V/Vm=11.2L/22.4L/mol=0.5mol；A．设NO的为xmol，NO2的为ymol，因为铜与硝酸的反应是一个氧化还原反应，根据题意及电子得失守恒，有：x+y=0.5，3x+y=0.51×2，解之得x=0.26，y=0.24，故A正确；B．参加反应的HNO3分两部分，一部分起酸性作用生成硝酸铜，一部分起氧化剂作用生成一氧化氮和二氧化氮，则参加反应的HNO3的物质的量n=2n(Cu)+n(NOx)=(2×0.51)mol+0.5mo=1.52mol，故B正确；C．最后溶液中的溶质是NaNO3，根据钠原子守恒计算起酸作用的n(HNO3)=n(NaOH)=aV×10-3mol，根据N原子守恒计算作氧化剂的硝酸的物质的量=0.5mol，则c(HNO3)=(aV×10-3+0.5)/0.14 mol/L，故C正确；D．设需要30%的双氧水mg，根据电子得失守恒，根据上面的数据，有：0.26×3+0.24×1=0.51×2=20%×m/24×2，解得：m=86.7，故D错误；答案选D。 核心考点五：硝酸的工业制备 【例5】利用工业合成氨制硝酸的流程如图所示： 下列说法错误的是（ ） A．合成塔中采用10~30MPa的高压，可提高合成氨的生产效率 B．合成塔中，每生成2molNH3，需通入1molN2 C．X是O2，Y是H2O D．制得的浓硝酸应避光密封保存 【答案】B 【解析】氮气和氢气在合成塔中生成氨气N2+3H32NH3，氨进行分离，将氨气和氧气反应生成一氧化氮和水，一氧化氮和氧气、水反应生成硝酸，据此分析；A．正向反应是气体体积减小的反应，加压平衡正向移动，合成塔中采用10~30MPa的高压，可提高合成氨的生产效率，A正确；B．由于是可逆反应，每生成2磨练NH3，需通入N2大于1mol，B错误；C．氧化炉氨气和氧气反应生成一氧化氮和水，吸收塔中一氧化氮和氧气、水反应生成硝酸，故X是O2，Y是H2O，C正确；D．浓硝酸见光分解，应避光密封保存，D正确； 故选B。 核心考点六：含氮物质的转化 【例6】如图是氮元素的部分“价—类”二维图，也是氮元素自然循环图，下列有关说法正确的是（ ） A．由NH3到B可以一步反应实现 B．过程①和②中N2均发生氧化反应 C．过程③和④中氮元素化合价均仅升高 D．硝化细菌在适宜的温度下才可发挥作用 【答案】D 【解析】B为NO2或N2O4，NH3催化氧化只能生成NO不能生成NO2或N2O4，A错误；过程①中N2转变为氨气发生还原反应，B错误；若过程④为NO2和H2O反应生成硝酸和NO，则N元素化合价一部分升高一部分降低，C错误；硝化细菌是微生物，温度高失活，温度低活性降低，在适宜的温度下才可发挥作用，D正确。 核心考点七：含氮化合物与环境污染 【例7】 氮的氧化物（NOx）是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2的反应进行了探究。回答下列问题： I．氨气的制备 某化学实验小组同学利用以下装置制备氨气，并探究氨气的性质（部分仪器已略去）。 （1）用装置A制备氨气的化学方程式为 。 （2）标准状况下，装置B中圆底烧瓶收集氨气时，氨气的进气口为 （填“a”或“b”）。检验氨气收集满的方法是 。 （3）下列哪些干燥剂不能用于干燥氨气 。 a．浓硫酸　　　 b．无水氯化钙　　 　c．碱石灰　　 　d．生石灰 （4）为防止环境污染，以下装置（盛放的液体均为水）可用于吸收多余氨气的是 （填序号）。 Ⅱ．氨气与二氧化氮的反应 （5）将制备的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入一定量NO2（两端用夹子K1、K2夹好），在一定温度下按图示装置进行实验，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢充入Y管中，生成无污染气体。 则反应的化学方程式为 。 （6）若有NO2和NH3的混合物1mol，充分反应后所得产物中，经氧化得到的N2比经还原得到的N2多，则反应混合物中的物质的量为 。 【答案】（1）2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O （2） a 将湿润的红色石茢试纸放在b处 （3）ab （4）②④ （5）6NO2+8NH37N2+12H2O （6）0.4mol或0.7mol 【解析】某同学在实验室中对与反应进行探究，利用装置A制备氨气，由于NH3的密度小于空气，可采用向下排空气法收集，所以用装置B中圆底烧瓶收集氨气时，氨气的进气口为a，该实验中需要尾气处理装置，吸收氨气防止污染空气，以此解答。 （1）实验室利用NH4Cl和Ca(OH)2在加热条件下制备氨气，化学方程式为：2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O； （2）由分析可知，由于NH3的密度小于空气，可采用向下排空气法收集，所以用装置B中圆底烧瓶收集氨气时，氨气的进气口为a；检验氨气收集满的方法是将湿润的红色石茢试纸放在b处； （3）浓硫酸、无水氯化钙与氨气反应不能用来干燥氨气，故答案为：ab； （4）氨气极易溶于水，可用水吸收氨气，应注意防止倒吸，②④都具有防倒吸功能，可以用来吸收多余的氨气； （5）氨气和二氧化氮在一定温度和催化剂存在条件下反应生成氮气和水，根据得失电子守恒和原子守恒配平方程式为：6NO2+8NH37N2+12H2O； （6）根据化学方程式可知，6 mol NO2被还原得到3 mol N2，8mol NH3被氧化得到4 mol N2，两者相差1 mol N2，质量为28g，现相差1.4g，1.4g/28g/mol=0.05mol，应有0.3 mol NO2和0.4molNH3参与反应，NO和NH3的总物质的量为1 mol，其中必有一种过量，所以有两种情况：0.3 mol NO2和0.7 mol NH3或0.4 mol NH3和0.6molNO2，则反应混合物中NH3的物质的量为0.4 mol或0.7 mol。 【基础练】 1．下列有关物质性质的叙述不正确的是（ ） A．氨气与氧气在催化剂加热条件下直接反应生成NO2和H2O B．人体中极少量的NO会促进血管扩张，防止血管栓塞 C．氯化铝属于电解质，但不能通过电解氯化铝制取铝 D．液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂 【答案】A 【解析】A．氨气与氧气在催化剂加热条件下反应生成NO和H2O，故A错误；B．NO是信号分子，在身体的血管系统内具有传输信号的功能，人体中极少量的NO会促进血管扩张，防止血管栓塞，故B正确；C．氯化铝属于电解质，但不能通过电解氯化铝制取铝，氯化铝是共价化合物，只能电解熔融的氧化铝制取铝，故C正确；D．液氨用作制冷剂主要是因为液氨汽化时要吸收大量的热，降低周围的温度，故D正确。综上所述，答案为A。 2．中学化学中的氯水和氨水是非常重要的两种“水”，下列说法正确的是（ ） A．氯水具有漂白性，为增加其漂白效果，可向其中通入少量SO2 B．向Na2S溶液中滴加新制氯水，观察产生淡黄色沉淀，可证明非金属性：Cl>S C．氨水是一元弱碱，其中只存在两种分子NH3和NH3•H2O D．可用玻璃棒蘸取浓氨水靠近收集氯化氢的试管口，可看到产生白雾 【答案】B 【解析】A．向氯水中通入少量二氧化硫发生氧化还原反应生成盐酸和硫酸，氯水的漂白性减弱，A错误；B．向Na2S溶液中滴加新制氯水，产生S单质，说明氧化性：Cl2>S，可证明非金属性：Cl>S，B正确；C．氨水是一元弱碱，其中只存在NH3、NH3•H2O和H2O三种分子，C错误；D．浓氨水易挥发出氨气分子，浓盐酸易挥发出氯化氢分子，分别蘸有浓氨水和浓盐酸的两根玻璃棒靠近时有白烟生成，反应方程式为：NH3+HCl=NH4Cl，D错误；故选B。 3．兴趣小组利用以下装置，进行如下实验。下列实验装置和操作不能达到实验目的的是（ ） A．用装置甲制备NH3 B．用装置乙干燥NH3 C．用装置丙收集NH3 D．用装置丁做喷泉实验 【答案】C 【解析】A．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，故不选A；B．NH3为碱性气体，可用碱石灰干燥NH3，故不选B；C．NH3的密度比空气小，可采用向下排空气法收集，装置丙中导气管“长进短出”，为向上排空气法，故选C；D．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，故不选D；选C。 4．合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。实验室制取氨的装置如图所示，此装置中收集氨的方法为（ ） A．向上排空气法 B．向下排空气法 C．排水法 D．排饱和氯化钠溶液法 【答案】B 【解析】氨气极易溶于水，不能选择排水法或排饱和氯化钠溶液法收集；氨气密度小于空气，能用向下排空法收集；故选B。 5．如图所示为“双色双喷泉”实验装置。图中烧瓶内分别充了氨气和氯化氢。烧杯内盛放滴有石蕊试液的蒸馏水。下列说法错误的是（ ） A．在实验室中可用浓氨水和生石灰制备氨气，用浓盐酸和浓硫酸制备氯化氢 B．在实验室中干燥氨气时可选用的干燥剂是碱石灰，而氯化氢不能用碱石灰干燥 C．实验中同时打开止水夹a、c、d即可分别形成蓝色和红色喷泉 D．喷泉结束后将烧瓶内的溶液混合后蒸干可得氯化铵的固体 【答案】D 【解析】A．氨水中加入生石灰，生石灰吸收水，且与水反应放出大量的热，促进氨气的挥发，盐酸加入浓硫酸，浓硫酸吸收水，且放出大量的热，可促进氯化氢挥发，以此可得到气体，故A正确；B．碱石灰与氨气不反应，且具有吸水性，可用于干燥氨气，而氯化氢与氨气反应，不能用碱石灰干燥，故B正确；C．打开止水夹a、c、d，氨气和氯化氢反应而导致压强减小，从而形成喷泉，氨水溶液呈碱性，则可分别形成蓝色和红色喷泉，故C正确；D．氯化铵不稳定，加热易分解，不能直接蒸干，故D错误；综上所述，错误的是D项，故答案为D。 6．如图所示是探究有关NH3性质的两个实验，下列说法正确的是（ ） A．两个实验均说明了氨气极易溶于水 B．实验一能说明氨气的水溶液显碱性 C．实验二中白烟的成分属于共价化合物 D．实验二中浓盐酸换成浓硫酸也能产生白烟 【答案】B 【解析】实验一是氨气的喷泉实验，证明氨气极易溶于水，形成的一水合氨是弱碱，使酚酞溶液变红色，证明氨气是碱性气体；实验二中浓氨水挥发出的氨分子和浓盐酸挥发出的氯化氢分子结合生成氯化铵固体小颗粒，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。A．实验一说明氨气极易溶于水，实验二说明浓氨水的易挥发性，A错误；B．酚酞变成红色，说明氨气的水溶液呈碱性，B正确；C．白烟是氯化铵，氯化铵是离子化合物，C错误；D．浓硫酸为高沸点酸，不具备挥发性，不能产生白烟，D错误；答案选B。 7．下列关于硝酸的说法正确的是（ ） A．常温下，向浓硝酸中投入铁片，会产生大量的红棕色气体 B．与金属反应时，稀硝酸被还原为更低价态，则稀硝酸的氧化性强于浓硝酸 C．硝酸电离出的能被锌。铁等金属还原成 D．硝酸与金属反应时，是+5价的N得电子 【答案】D 【解析】A.常温下，铁遇浓硝酸发生钝化，不能产生大量的红棕色气体，故A错误；B.浓硝酸比稀硝酸氧化性强，故B错误；C、D.硝酸有强氧化性，主要是因为+5价的N易得电子，而HNO3电离出的H+不能被锌、铁等金属还原为H2，故C项错误，D正确；故选：D。 8．探究氮元素及其化合物的性质，下列方案设计、现象和结论都正确的是（ ） 实验方案 现象 结论 A 取少量溶液，滴加NaOH溶液，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口 试纸不变蓝 原溶液中不含NH B 取少量Fe(NO3)2溶液，滴入硫酸酸化的H2O2溶液 溶液变黄色 氧化性：H2O2比Fe3+强 C Mg投入到一定浓度的硝酸中 Mg完全溶解，未出现气泡 可能有Mg(NO3)2和NH4NO3生成 D 向浓HNO3中插入红热的炭 产生红棕色气体 炭可与浓HNO3反应生成NO2 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【解析】A．氨气极易溶于水，滴加NaOH溶液反应后，由于没有加热，导致氨气没有逸出，则试纸不变蓝，不能确定原溶液中是否含有NH，A错误；B．向硝酸亚铁溶液中加入酸性物质，H+与NO共同作用可将Fe2+氧化为Fe3+而使溶液变黄色，故此实验操作和现象不能证明是H2O2的氧化性强于Fe3+，B错误； C．Mg和硝酸可以发生氧化还原反应：4Mg+10HNO3=4Mg(NO3)2+NH4NO3+3H2O，此时Mg完全溶解，未出现气泡，生成Mg(NO3)2和NH4NO3，C正确；D．浓硝酸在热炭作用下受热分解也可以产生NO2，无法证明NO2是由浓硝酸与C反应产生的，D错误；故选C。 9．将铜丝插入浓硝酸中进行下图所示的实验，下列说法正确的是（ ） A．铜丝与浓硝酸接触后生成红棕色气体，说明酸性强 B．注水后b管内气体颜色变浅，说明气体中分子数减少 C．注水后b中铜片表面有气泡，说明与硝酸反应生成 D．装置c能用来吸收尾气，说明和均是酸性氧化物 【答案】B 【解析】A．铜丝与浓硝酸反应生成红棕色气体，二者发生了氧化还原反应，说明了硝酸具有强氧化性，A错误；B．b管内气体是二氧化氮气体，注入水后发生3NO2+H2O=2HNO3+NO，NO2分子数目减少，B正确；C．硝酸与铜反应不能生成氢气，生成NO无色气体，C错误；D．NO和NO2均不是酸性氧化物，D错误；答案选B。 10．“价—类”二维图是学习元素化合物的工具，a～g分别表示氮元素的不同价态所对应的物质，其关系如图所示。下列说法错误的是（ ） A．可用a生成g的反应检验a B．过量的f的水溶液可与硫酸铜溶液生成蓝色沉淀 C．通过a与c反应可以消除氮氧化物污染 D．a、b、c、e之间的相互转化不都属于氮的固定 【答案】B 【解析】根据物质类别和化合价可知，a为NH3、b为N2、c为NO、d为NO2或N2O4、e为HNO3、f为NH3·H2O、g为铵盐。NH3可与氯化氢反应生成白烟(氯化铵)，故可用氨气和盐酸反应检验氨气，A正确；Cu(OH)2能够溶于NH3·H2O，B错误；氨气和一氧化氮反应可以生成无污染的氮气和水，故可以消除氮氧化物污染，C正确；N2生成氮化合物的反应属于氮的固定，氮的化合物转化为氮的化合物的反应不属于氮的固定，D正确。 【提升练】 1．下列实验装置和操作均正确的是（ ） A．制备并收集少量干燥的NH3 B．从食盐水中提取NaCl固体 C．铁与水蒸气的反应，点燃肥皂泡，可检验气体产物 D．配制一定物质的量浓度的硫酸溶液 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【解析】A．装置中，浓氨水滴入生石灰中可制得NH3，但NH3不能用无水CaCl2干燥，A不正确；B．从食盐水中提取NaCl固体，应放在蒸发皿中蒸发溶剂，不能放在坩埚中灼烧，B不正确；C．铁与水蒸气反应，生成四氧化三铁和氢气，氢气吹出肥皂泡，点燃后会发生燃烧或爆炸，由此可检验气体产物为氢气，C正确；D．配制一定物质的量浓度的硫酸溶液，浓硫酸不能直接倒入容量瓶内稀释，D不正确；故选C。 2．X、Y、Z 是中学化学中常见的三种物质，下表各组物质之间通过一步反应不能实现如图所示转化关系的是（ ） X Y Z 箭头上所标数字的反应条件 A NO NO2 HNO3 ① 常温遇氧气 B Cl2 NaClO HClO ② 通入CO2 C Na2O2 NaOH NaCl ③ 加入H2O2 D Fe FeCl3 FeCl2 ④ 氯水 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【解析】A．NO和氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸和NO，硝酸分解生成二氧化氮，稀硝酸与铜反应生成NO，A不符题意；B．氯气和氢氧化钠反应生成NaClO，NaClO与碳酸反应生成次氯酸，次氯酸与氢氧化钠反应生成次氯酸钠，次氯酸与盐酸反应生成氯气，B不符题意；C．Na2O2和水反应得到NaOH，NaOH和HCl反应得到NaCl，电解NaCl溶液得到NaOH，NaCl和H2O2不能得到Na2O2，C符题意；D．Fe和氯气加热得到FeCl3，氯化铁和Fe反应得到氯化亚铁和氯化铜，氯化亚铁和氯水得到氯化铁，氯化亚铁和Zn得到Fe，D不符题意；故答案选C。 3．向mg由铁粉和铜粉组成的混合物中，加入某浓度的稀硝酸，充分反应后测得生成NO的体积[V(NO)](已换算成标准状况下)、m(固体剩余质量)随加入的稀硝酸的体积的变化如图所示(设硝酸的还原产物只有NO)。下列说法中正确的是（ ） A．稀硝酸的浓度为0.4mol·L-1 B．a点时，100mL稀硝酸中溶解了Fe和Cu共8.4g C．b点对应的溶液中可能含有的金属阳离子为Fe2+、Fe3+、Cu2+ D．加入稀硝酸至400mL时，收集到的V(NO)约为6.91L 【答案】D 【解析】A．由分析可知，实验①只有铁参与反应，发生反应3Fe+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，生成NO的体积为2240mL，NO的物质的量为0.1mol，则参加反应的硝酸的物质的量为0.1mol4=0.4mol，硝酸的物质的量浓度为0.4mol/0.1L=4mol/L，A错误；B．由分析可知，a点只消耗了铁8.4g，B错误；C．b点还有金属剩余，因此溶液中不可能有Fe3+，C错误；D．由分析可知，加入稀硝酸至400mL时，收集到的V(NO)约为6.72L+0.19L=6.91L，D正确；答案选D。 4．在混合溶液中，HNO3和H2SO4物质的量浓度分别为0.4mol/L和0.1mol/L，向该溶液中加入1.92g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中Cu2+物质的量浓度为(溶液体积变化忽略不计)（ ） A．0.15 B．0.225 C．0.35 D．0.45 【答案】B 【解析】在100mL混合溶液中，HNO3和H2SO4物质的量浓度分别为0.4mol/L和0.1mol/L，向该溶液中加入1.92g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中Cu2+物质的量浓度为(溶液体积变化忽略不计)铜与投入HNO3和H2SO4的混合溶液中发生的反应实质为硫酸提供氢离子确酸根离子具有强氧化性继续反应，反应实质为：3Cu+8H++2NO=3Cu2++2NO+4H2O，根据反应的量来确定消耗的铜以及生成气体的量，生成铜离子的物质的量分析判断，以此来解析；根据反应实质：3Cu+8H++2NO=3Cu2++2NO+4H2O，1.92g铜粉物质的量m/M=1.92g/64g/mol =0.03mol，100mL混合溶液中，HNO3和H2SO4物质的量浓度分别为0.4mol⋅L-1和0.1mol⋅L-1，所含氢离子物质的量=0.1L×0.4mol/L+0.1L×0.1mol/L×2=0.06mol，依据反应离子方程式可知铜剩余，根据反应可知：8H+～3Cu2+，得到铜离子物质的量为0.06mol×3/8=0.0225mol，所得溶液中Cu2+物质的量浓度为n/V= 0.225mol/L；故选B。 5．氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。如图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程示意图。 回答下列问题： （1）写出合成塔中发生反应的化学方程式 ，氧化炉中发生反应的化学方程式为 ，合成塔反应中的氧化剂为 （填化学式，下同），还原剂为 。 （2）A的化学式为 ，向吸收塔中通入A的作用是 。 （3）工业生产中为了盛装大量浓硝酸，可选择___________ （填字母）作为罐体材料。 A．铜 B．铂 C．铝 D．镁 （4）为避免硝酸生产尾气中的氮氧化物污染环境，人们开发了溶液吸收，催化还原等尾气处理方法。前者使用具有碱性的Na2CO3溶液等吸收尾气，该反应的化学方程式为 ，后者使用或其他物质将氮氧化物还原为N2，写出相关反应的化学方程式 ，请列举一种处理尾气中的的方法 。 【答案】（1）N2+3H32NH3 4NH3+5O24NO+6H2O N2 H2 （2） O2 使NO尽量充分地转化为HNO3，提高制HNO3原料的利用率，减少氮氧化物（大气污染物）的排放（或其他合理答案） （3） C （4）Na2CO3+2NO2=NaNO2+NaNO3+CO2 6NO2+8NH37N2+12H2O 用废NaOH溶液吸收（或其他合理答案） 【解析】氮气和氢气在催化剂加热条件下反应生成氨气，将氨气与氮气、氢气分离，将氨气在催化剂作用下与氧气反应生成一氧化氮和水，一氧化氮、氧气和水反应生成硝酸，尾气进行处理。 （1）合成塔中氮气与氢气在催化剂作用下生成NH3，发生反应的化学方程式：N2+3H32NH3，氨气在氧化炉中发生催化氧化，反应的方程式为：4NH3+5O24NO+6H2O；合成塔反应中氮的化合价降低，故氧化剂为N2，还原剂为H2。 （2）A为空气中的O2；氧气与NO和水发生化学反应生成HNO3，目的是使NO尽量充分地转化为HNO3，提高制HNO3原料的利用率，减少氮氧化物（大气污染物）的排放； （3）铝与冷的浓硝酸发生钝化，可以用铝罐盛放浓硝酸，答案选C。 （4）碳酸钠溶液和二氧化氮反应生成硝酸钠、亚硝酸钠、二氧化碳，则Na2CO3溶液吸收NO2的化学方程式：Na2CO3+2NO2=NaNO2+NaNO3+CO2；NH3或其他物质将氮氧化物还原为N2，写出相关反应的化学方程式：6NO2+8NH37N2+12H2O；尾气处理也可以用NaOH溶液，吸收的化学方程式为：2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O。 6．欲比较浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，某化学小组将NO通入浓、稀硝酸中比对现象，利用如图装置进行实验（夹持仪器略去，气密性已检查）。 （1）铜与浓硝酸反应的化学方程式是 。 （2）装置中发生反应的离子方程式是 。 （3）滴加浓硝酸前需先通入N2，目的是 。 （4）滴加浓硝酸后，当中为稀硝酸时，其液面上方气体仍为无色；当中为浓硝酸时，其液面上方气体由无色变为红棕色。请写出C中为浓硝酸时，瓶内发生反应的化学方程式 。 （5）该学习小组继续探究NO与铜粉的反应并检验，设计实验装置如图所示（夹持装置略）。已知：在溶液中，FeSO4+NO[Fe(NO)]SO4（棕色），该反应可用于检验。 实验开始前，向装置中通入一段时间的N2，随后让E中产生并充盈整个装置，点燃处的酒精灯，可观察到装置中红色粉末变黑。 ①装置中盛放的是溶液，作用是 。 ②装置中盛放的试剂是 ，作用是 。 ③若装置中还生成一种单质，请写出中发生反应的化学方程式： 。 【答案】（1）Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O （2）3NO2+H2O=2H++2NO+NO （3）排出装置中的空气，防止NO氧化成二氧化氮 （4）NO+2HNO3(浓)=3NO2+H2O （5）除去挥发出的硝酸蒸气 FeSO4溶液 检验NO 2NO+2Cu2CuO+N2 【详解】（1）铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，化学方程式是Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O； （2）装置B 中发生反应为二氧化氮和水反应生成硝酸和NO，离子方程式是3NO2+H2O=2H++2NO+NO； （3）本实验的目的是对比NO通入浓、稀硝酸的现象，探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，所以要防止NO被空气中的氧气氧化，故要先通入N2排出装置中的空气，防止NO氧化成二氧化氮。 （4）NO通过稀HNO3溶液后，无红棕色NO2产生，说明稀HNO3不能氧化NO；通过装置中浓HNO3，其液面上方气体由无色变为红棕色，说明浓HNO3能氧化NO产生红棕色气体，结合质量守恒，同时生成水，反应为：NO+2HNO3(浓)=3NO2+H2O； （5）①硝酸会和铜反应，装置F中盛放的是NaOH溶液，作用是可除去挥发的硝酸。②已知：在溶液中，FeSO4+NO[Fe(NO)]SO4（棕色），该反应可用于检验NO；I中盛放硫酸亚铁溶液检验NO。③若装置H中还生成一种单质，结合质量守恒，H中Cu与NO反应生成CuO、氮气， 2NO+2Cu2CuO+N2。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！8 学科网 学科网（北京）股份有限公司 $$