大单元二 第五章 第22讲 氮及其化合物的转化关系（教师用书word）-【步步高】2025年高考化学大一轮复习讲义（人教版 浙江专用）

第22讲　氮及其化合物的转化关系 [复习目标]　1.能从物质类别、氮的化合价变化理解氮及其化合物的转化关系。2.能从含氮物质的性质和转化的视角解释生产、生活中的相关现象。 1．在氮及其化合物的“价—类”二维图中填充N2、NH3、NH3·H2O、NH4Cl、NO、NO2、N2O4、HNO3、Cu(NO3)2。 2．完成图中序号对应的化学方程式(合理即可)。 ①N2＋O22NO； ②4NH3＋5O24NO＋6H2O； ③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO； ④3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O； ⑤Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O； ⑥NH3＋HCl===NH4Cl； ⑦2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O； ⑧CuO＋2HNO3===Cu(NO3)2＋H2O； ⑨N2＋3H22NH3； ⑩8NH3＋3Cl2===6NH4Cl＋N2。 3．常见无机物A、B、C、D存在如图转化关系： (1)若A是一种碱性气体，常用作制冷剂，B是汽车尾气之一，遇空气会变色，则反应①的化学方程式为_________________________________________________________。 (2)若A为常见挥发性强酸，D是生产生活中用量最大、用途最广的金属单质，则B的化学式是__________________。 (3)若A、C、D都是常见气体，C是形成酸雨的主要气体，则A的电子式是_________________。 (4)若A、B、C的水溶液均显碱性，焰色试验均为黄色，D为CO2，举出C的一种用途：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)4NH3＋5O24NO＋6H2O　(2)Fe(NO3)3　(3)　(4)治疗胃酸过多、作发酵粉、用于泡沫灭火器等(任答其中一种即可) 解析　(1)由题意知，A为氨气，B是NO，D是氧气，C是二氧化氮，反应①的化学方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O。(2)由题意知，A是硝酸，B是硝酸铁，C是硝酸亚铁，则B的化学式为Fe(NO3)3。(3)由题意知，C是二氧化硫，A是硫化氢，D是氧气，B是S，A的电子式是。(4)若A、B、C的水溶液均显碱性，焰色试验均为黄色，说明都含有Na元素，D为CO2，A为NaOH，B是碳酸钠，C为碳酸氢钠。 1．空气中的氮气可通过人工固氮获得氨气，氨气是重要的化工原料，通过氨氧化法可制得硝酸，反应过程如下： N2NH3NONO2HNO3 硝酸是一种强氧化性酸，制硝酸工业产生的尾气中含有氮氧化物，应处理后才能排放。下列说法不正确的是(　　) A．常温下，浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中 B．BaSO3固体能溶于稀硝酸，生成Ba(NO3)2，放出SO2气体 C．工业上，当转化①的反应达到平衡时，需不断地从混合气体中分离出NH3，将未反应的原料气送回合成塔以提高原料的利用率 D．转化④中，当V(NO2)∶V(O2)＝4∶1时，理论上NO2可全部转化为HNO3 答案　B 解析　硝酸是强氧化性酸，BaSO3固体能溶于稀硝酸，被氧化生成硫酸钡，硝酸被还原生成NO，B错误。 2．(2023·舟山高三检测)水合肼又称水合联氨，广泛用作还原剂、抗氧化剂、发泡剂等。其制备原理为NaClO＋2NH3===N2H4·H2O＋NaCl。用如图装置制取水合肼的有关分析正确的是(　　) A．装置的连接顺序是f→a→b→d→c→e B．e所在装置的漏斗可以没入水面以下 C．f所在装置可以快速制备氨气 D．操作过程中要快速滴加NaClO溶液 答案　C 解析　制备水合肼时需先制备氨气，并将其通入NaClO溶液中，氨气极易溶于水，在两装置中间需要连接安全瓶用于防倒吸，为有利于氨气与NaClO溶液反应，制备水合肼时氨气应从c口进入装置，最后用e所在装置进行尾气处理，则装置的连接顺序应是f→a→b→c→d→e(a、b顺序可互换)，故A错误；由题干信息可知，水合肼具有还原性，而NaClO具有强氧化性，若滴加NaClO溶液过快，过量的NaClO能氧化水合肼，降低产率，故D错误。 3．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反应进行了探究。回答下列问题： (1)氨气的制备 ①氨气的发生装置可以选择上图中的______________________________________________，反应的化学方程式为____________________________________________________。 ②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为发生装置→________(按气流方向，用小写字母表示)。 (2)氨气与二氧化氮的反应 将上述收集到的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。 操作步骤 实验现象 解释原因 打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中 ①Y管中___________ ②反应的化学方程式：________________ 将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温 Y管中有少量水珠 生成的气态水凝聚 打开K2 ③__________ ④__________ 答案　(1)①A　2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑(或B　NH3·H2ONH3↑＋H2O)　②dcfedci　(2)①红棕色气体颜色慢慢变浅　②6NO2＋8NH37N2＋12H2O　③Z中NaOH溶液产生倒吸现象　④反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外界压强 解析　(1)②氨气是碱性气体，可用碱石灰干燥，其密度小于空气，应采用向下排空气法收集，氨气极易溶于水，尾气处理时应防止倒吸，则要收集一瓶干燥的氨气，仪器的连接顺序为发生装置→dcfedci。 (2)打开K1，推动注射器活塞将氨气缓慢通入Y管中，在一定温度和催化剂的作用下发生反应：6NO2＋8NH37N2＋12H2O，随着反应的发生Y管中红棕色气体颜色变浅；反应生成的水蒸气液化后，NO2和NH3反应后气体的物质的量减小，反应容器中的压强减小，打开K2，Z中的溶液倒吸入Y管中。 课时精练 1．氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分，人类活动影响了氮循环中的物质转化，如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．工业合成氨属于人工固氮过程 B．硝化过程中氮元素被还原 C．含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化 D．反硝化过程有助于稳定N2在大气中的含量 答案　B 2．(2021·广东1月适应性测试，10)部分含氮物质的分类与相应氮元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是(　　) A．a可经催化氧化生成b B．b为红棕色，可转化为c C．密闭体系中，c存在2NO2N2O4 D．d的溶液与Cu反应可生成b或c 答案　B 解析　由题中信息知，a为NH3，b为NO，NH3可经催化氧化生成NO，A说法正确；b为NO，为无色气体，与氧气反应可转化为c(NO2)，B说法错误；c存在2NO2N2O4，C说法正确；d为硝酸，Cu与稀硝酸反应生成NO，与浓硝酸反应生成NO2，D说法正确。 3．(2023·天津河东模拟)自然界中时刻存在着氮的转化。如图为N2分子在催化剂作用下发生一系列转化示意图。 下列叙述正确的是(　　) A．N2→NH3，NH3→NO均属于氮的固定 B．使用催化剂a、b均可以提高单位时间内生成物的产量 C．催化剂a、b表面均发生了极性共价键的断裂 D．在催化剂a作用下，氮原子发生了氧化反应 答案　B 解析　N2→NH3属于氮的固定，NH3→NO不属于氮的固定，A错误；催化剂可以提高化学反应速率，可以提高单位时间内生成物的产量，B正确；催化剂a作用下，N2→NH3，断裂N≡N非极性共价键；催化剂b作用下，NH3→NO，断裂N—H极性共价键，C错误；催化剂a作用下，N2→NH3，氮原子化合价从0价降低至－3价，发生了还原反应，D错误。 4．(2023·金华高三检测)已知X、Y、Z、E、F五种常见物质含有同一元素M，在一定条件下它们有如下转化，Z是NO，下列推断不合理的是(　　) A．X可能是一种氢化物 B．Y生成Z一定是化合反应 C．E可能是一种有色气体 D．F中M元素的化合价可能为＋5 答案　B 解析　如果X是水，分解可生成O2，O2与N2反应生成NO，X可能是一种氢化物，故A正确；Z为NO，如果Y是O2，那么NH3与O2在催化剂的条件下可以生成NO，所以Y生成Z不一定是化合反应，故B错误；Z是NO，NO与O2反应产生红棕色的NO2气体，所以E可能是红棕色NO2，故C正确；F可以是HNO3，M元素的化合价可能为＋5，故D正确。 5．(2023·绍兴一中高三月考)关于反应Cu(NO3)2·3H2OCuO＋NO2↑＋O2↑＋H2O↑(反应未配平)，下列说法正确的是(　　) A．氧化产物与还原产物的物质的量之比为4∶1 B．生成22.4 L O2时，反应转移电子数为4NA C．将充分分解后所得的气体收集于一密闭容器中，充分静置反应，所得溶液中硝酸与水的物质的量之比为1∶1 D．Cu(NO3)2·3H2O中的铜元素被氧化 答案　C 解析　反应中氮元素的化合价降低被还原，二氧化氮为还原产物，氧元素的化合价升高被氧化，氧气是氧化产物，反应的化学方程式为2Cu(NO3)2·3H2O2CuO＋4NO2↑＋O2↑＋6H2O↑，氧化产物氧气与还原产物二氧化氮的物质的量之比为1∶4，故A项错误；未标明标准状况，无法计算22.4 L氧气的物质的量和反应转移的电子数目，故B项错误；由分析可知，硝酸铜晶体分解生成4 mol二氧化氮时，生成1 mol氧气和6 mol水，二氧化氮、氧气和水能反应生成硝酸：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，由方程式可知，所得溶液中硝酸与水的物质的量之比为4 mol∶(6－2) mol＝1∶1，故C项正确；由方程式可知，反应中铜元素的化合价没有发生变化，故D项错误。 6．(2023·辽宁抚顺高三联考)含N元素的气体a可发生如图所示转化。下列说法正确的是(　　) A．c生成d属于自然固氮 B．b可用于检验氯气管道是否泄漏 C．x中阴离子的空间结构为V形 D．d为酸性氧化物 答案　C 解析　由图示转化关系可知，a为NH3，b为N2，c为NO，d为NO2，x为NaNO2，y为NaNO3。NO生成NO2不属于自然固氮，故A错误；氨气可与氯气反应出现白烟，可用于检验氯气管道是否泄漏，故B错误；x中阴离子为NO，它的价层电子对数为3，有1个孤电子对，它的空间结构为V形，故C正确；NO2与NaOH溶液发生歧化反应，生成两种盐和水，不是酸性氧化物，故D错误。 7．工业上常采用生物硝化法将NH转化为NO来处理氨氮废水，工艺流程如图，下列说法错误的是(　　) A．生物硝化法处理废水，会导致水体pH逐渐下降：NH＋2O2===NO＋2H＋＋H2O B．长期过量施用NH4Cl等铵态化肥，易导致土壤酸化，水体富营养化 C．检验NH所需的试剂是浓NaOH溶液、湿润的蓝色石蕊试纸 D．微生物保持活性的pH范围为7～9，可以加入石灰石来调节水体的pH 答案　C 解析　生物硝化法处理废水会使水体呈酸性，可以加入石灰石与H＋反应来调节水体的pH，D项正确。 8．(2024·宁波模拟)以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法，其工艺流程如下。下列说法正确的是(　　) A．反应①使用催化剂可提高反应速率和甲烷的平衡转化率 B．反应②的原子利用率为100% C．生成1.0 mol NH4NO3至少需要0.75 mol CH4 D．反应③理论上当n(NH3)∶n(O2)＝4∶3时，恰好完全反应 答案　C 解析　反应①使用催化剂可以提高反应速率，但不能提高甲烷的平衡转化率，A错误；反应②的化学方程式为CO2＋2NH3CO(NH2)2＋H2O，则该反应的原子利用率小于100%，B错误；由天然气经过各步转化，最终生成NH4NO3涉及的化学反应有CH4＋2H2OCO2＋4H2，N2＋3H22NH3，2NH3＋2O2===NH4NO3＋H2O，则有NH4NO3～2NH3～3H2～CH4，故生成1.0 mol NH4NO3至少需要0.75 mol CH4，C正确；反应③的化学方程式为2NH3＋2O2===NH4NO3＋H2O，则理论上当n(NH3)∶n(O2)＝1∶1时，恰好完全反应，D错误。 9．某兴趣小组设计用铁粉将NO还原为N2(同时生成FeO)。下列说法不正确的是(　　) 已知：①浓硝酸可氧化NO；②NaOH溶液能吸收NO2，不吸收NO。 A．装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d B．装置E中发生反应的化学方程式为2NO＋2Fe2FeO＋N2 C．装置D的作用是吸收挥发出来的硝酸和产生的NO2 D．装置B的作用是干燥，防止水蒸气进入装置E中干扰反应 答案　D 解析　根据实验原理“NO被灼热的铁粉还原为N2，同时生成FeO”，所以首先利用铜与稀硝酸反应生成NO，由于硝酸具有挥发性，所以制得的NO中会混有硝酸蒸气和产生的NO2，故先通过装置D除去挥发出的HNO3和产生的NO2，再通过装置F干燥，得到纯净干燥的NO，然后进入装置E中与铁粉反应，最后处理多余的NO，由于NaOH溶液不与NO反应，而浓硝酸可氧化NO生成NO2，所以先通过装置B氧化NO，再通过装置C吸收尾气，故上述装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d，A正确。 10．某学习小组设计实验探究NO与铜粉的反应并检验NO，实验装置如图所示(夹持装置略)。实验开始前，向装置中通入一段时间的N2，排尽装置内的空气。 已知：在溶液中FeSO4＋NO [Fe(NO)]SO4(棕色)，该反应可用于检验NO。 下列说法不正确的是(　　) A．装置F、I中的试剂依次为水、硫酸亚铁溶液 B．若观察到装置H中红色粉末变黑色，则NO与Cu发生了反应 C．实验结束后，先熄灭酒精灯，再关闭分液漏斗的活塞 D．装置J收集的气体中一定不含NO 答案　D 解析　稀硝酸与铜反应生成一氧化氮，一氧化氮能够被氧气氧化，因此实验前需要通入氮气，排尽装置中的空气，硝酸具有挥发性，生成的一氧化氮中混有少量硝酸蒸气，可以通过水吸收后再干燥，干燥的一氧化氮在装置H中与铜粉发生反应，未反应的NO可以利用硫酸亚铁溶液检验。装置F、I中的试剂依次为水、硫酸亚铁溶液，A项正确；实验结束后，为了防止倒吸，需要先熄灭酒精灯，再关闭分液漏斗的活塞，C项正确；由于FeSO4＋NO[Fe(NO)]SO4(棕色)为可逆反应，装置J收集的气体中可能含有NO，D项错误。 11．(2023·郑州模拟)某学习小组设计实验制备Ca(NO2)2，实验装置如图所示(夹持装置已略去)。已知：2NO＋CaO2===Ca(NO2)2；2NO2＋CaO2===Ca(NO3)2。下列说法不正确的是(　　) A．装置E中酸性K2Cr2O7溶液的作用是吸收多余的、未反应的氮氧化物 B．装置B、D中的试剂可分别为水和浓硫酸 C．将铜片换成木炭也可以制备纯净的亚硝酸钙 D．借助装置A及氢氧化钠溶液和稀硫酸可以分离CO2和CO 答案　C 解析　由于硝酸具有挥发性，所以在A中生成的NO气体中会含有少量HNO3蒸气，可用装置B中的水除去，为防止CaO2与水反应，用装置C中的浓硫酸对NO气体进行干燥，故B正确；将铜片换成木炭，由于木炭与稀硝酸不能反应，所以得不到要制备的产物，故C错误；装置A中盛氢氧化钠溶液，通入CO2和CO的混合气体，CO2被NaOH吸收后生成Na2CO3，在出气管口即可收集到CO，然后将分液漏斗中的稀硫酸滴入A中，与生成的Na2CO3反应再释放出CO2，达到分离的目的，故D正确。 12．(2023·浙江省名校协作体高三考试)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，温度降低，平衡正向移动，原料的转化率升高，所以400～500 ℃不利于提高原料的转化率，故A错误；气体2为NO2气体，NO2气体和溴蒸气都能使淀粉-KI试纸变蓝，故B正确；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，反应的化学方程式为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。 13．(2023·浙江高三校联考开学考试)工业上以原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)、A、水为原料按如下流程制取B、C。 请回答： (1)写出氧化炉中生成NO反应的化学方程式：________________________________。 (2)下列关于该流程的说法正确的是________________(填字母)。 A．A是空气 B．尾气中的NO2可以用纯碱溶液处理 C．化合物C是一种无机酸酯 D．制备的工业浓硝酸通常略显黄色是由于含有Fe3＋ (3)液氮有类似于水的性质，能发生自耦电离、氨解反应。已知：SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl，写出SOCl2在液氨中的氨解反应的化学方程式：_______________________________ ________________________________________________________________________。 (4)设计实验验证无色晶体B是NH4NO3：___________________________________ ________________________________________________________________________。 写出实验过程中涉及阴离子检验的主要反应的离子方程式：________________________________________________________________________。 答案　(1)4NH3＋5O24NO＋6H2O　(2)ABC　(3)SOCl2＋4NH3===SO(NH2)2＋2NH4Cl　(4)取少量该无色晶体B于试管中，加水溶解，再将溶液分成两份，向其中一支试管中加入适量浓NaOH溶液，加热，并在试管口处放置湿润的红色石蕊试纸，若试纸变蓝，则说明该晶体含有NH；再向另一支试管中滴加稀硫酸，无明显现象，加入少量铜片，在试管口有红棕色气体产生，则说明该晶体中含有NO，由此可证明该晶体为NH4NO3　3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 14．(2023·安徽淮南一模)某化学实验小组为了探究氨气的性质设计了如下实验方案。 实验一：探究氨气的溶解性 氨气具有强刺激性气味，会污染空气。实验小组经过多次尝试，最终将氨气的制备、收集、检验和喷泉实验组装在一起，设计出如图装置。 (1)写出气体发生装置仪器A中产生氨气的化学方程式：____________________________。 (2)仪器B的名称为__________，为了保证喷泉实验的良好效果，B中可以放入的试剂是__________。 (3)实验时，打开K2，关闭K3，打开K1，将注射器中的浓氨水注入A中开始制备和收集氨气。已知仪器C中放入的是滴有酚酞溶液的湿棉花，则仪器C的作用是__________________ ______________________________________________________。 在不拆除装置的前提下，引发喷泉的操作是_____________________________________ ________________________________________________________________________。 实验二：探究氨气的还原性 已知：Cu2O为红色固体，在酸性溶液中不稳定：Cu2O＋H2SO4===Cu＋CuSO4＋H2O。 (4)装置G用于制备氨气，仪器的连接顺序为e→f→________→i，装置H的作用为________________________________________________________________________。 实验开始前应先通一段时间的N2，其目的是______________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)反应结束后装置F中的氧化铜完全反应生成红色固体，为了探究红色固体的成分，进行了如下实验：取15.6 g红色固体于烧杯中，加入足量稀硫酸充分搅拌、静置、过滤、洗涤、干燥、称重，得固体9.6 g，则红色固体的成分及物质的量为___________________________。 答案　(1)CaO＋NH3·H2O===Ca(OH)2＋NH3↑　(2)球形干燥管　碱石灰　(3)吸收并检验氨气，防止氨气直接排入空气中　关闭K1和K2，打开K3　(4)abcdgh　安全瓶、防倒吸　排尽装置内的空气(合理即可)　(5)Cu2O 0.075 mol、Cu 0.075 mol 解析　(4)分析实验装置，装置G用于制备氨气，然后E用于干燥氨气，氨气和CuO在F中发生反应，然后接H，起到安全瓶的作用，最后用I进行尾气吸收。(5)所得固体为Cu，物质的量为＝0.15 mol；过程中发生反应为Cu2O＋H2SO4===Cu＋CuSO4＋H2O，每摩尔Cu2O与酸反应前后质量损失为80 g，根据反应前后质量损失为15.6 g－9.6 g＝6 g，则参加反应的Cu2O为＝0.075 mol，则生成Cu的物质的量为0.075 mol，所以原固体中Cu2O的物质的量为0.075 mol，Cu物质的量为＝0.075 mol，故红色固体的成分及物质的量为Cu2O 0.075 mol、Cu 0.075 mol。 学科网（北京）股份有限公司 $