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提升課時2　含氮物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化　硝酸與金屬反應(yīng)的相關(guān)計算
學(xué)習目標　1.能從物質(zhì)類別、氮元素化合價的角度認識含氮化合物的相互轉(zhuǎn)化。2.掌握硝酸與金屬反應(yīng)的相關(guān)計算。
一、含氮化合物的轉(zhuǎn)化
工業(yè)制硝酸的原理如圖,根據(jù)示例完成下表:
序號 反應(yīng)物中含氮物質(zhì)的類別、氮元素化合價的變化情況 化學(xué)方程式 含氮物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的類型(氧化反應(yīng)、還原反應(yīng))
① [示例] 單質(zhì),0→-3 N2+3H22NH3 還原反應(yīng)
② 氫化物,-3→+2 4NH3+5O24NO+6H2O 氧化反應(yīng)
③ 氧化物,+2→+4 2NO+O2===2NO2 氧化反應(yīng)
④ 氧化物,+4→+5、+2 3NO2+H2O===2HNO3+NO 氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)
【探究歸納】　氮及其化合物的轉(zhuǎn)化
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系中,不能一步實現(xiàn)的是 (　　)
A.① B.②
C.③ D.④
答案　D
解析　①為N2+3H22NH3;②為N2+O22NO;③為2NO+O2===2NO2;④至少兩步才能實現(xiàn),分別為N2+O22NO,2NO+O2===2NO2。
2.工業(yè)上以氮氣為主要原料制備硝酸,其轉(zhuǎn)化過程如下所示,其中氮元素只被還原的一步是 (　　)
N2NH3NONO2HNO3
A.① B.②
C.③ D.④
答案　A
解析　氮元素只被還原,表明含氮物質(zhì)作氧化劑,氮元素化合價降低。①N2→NH3,N元素的化合價降低,①符合題意;②NH3→NO,N元素的化合價升高,②不合題意;③NO→NO2,N元素的化合價升高,③不合題意;④NO2→HNO3,N元素的化合價一部分升高,一部分降低,④不合題意。
3.利用氮元素的價類二維圖可以設(shè)計氮及其化合物之間的轉(zhuǎn)化路徑,下列說法不正確的是 (　　)
A.工業(yè)固氮的常用方法是由N2和H2合成NH3
B.可利用Cu與硝酸的反應(yīng),將N元素轉(zhuǎn)化為NO或NO2
C.由氮氣轉(zhuǎn)化為含氮化合物的反應(yīng)中,必須提供氧化劑
D.實驗室可利用氫氧化鈣固體與NH4Cl固體混合加熱制備NH3
答案　C
解析　A項,氮的固定是將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程,工業(yè)固氮的常用方法是由N2和H2合成NH3;B項,銅與稀硝酸反應(yīng)生成NO,銅與濃硝酸反應(yīng)生成NO2;C項,氮氣生成氨氣的過程中需要還原劑;D項,實驗室可利用氫氧化鈣固體與NH4Cl固體混合加熱制備NH3。
二、硝酸與金屬反應(yīng)的計算
1.反應(yīng)規(guī)律
M+HNO3→M(NO3)n+還原產(chǎn)物+H2O,其中還原產(chǎn)物:NO2或NO或N2O或N。
2.思維模型
3.計算方法(假設(shè)還原產(chǎn)物只有NO2和NO)
(1)得失電子守恒:硝酸與金屬的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng),硝酸中氮原子得到電子的物質(zhì)的量等于金屬失去電子的物質(zhì)的量,如金屬失電子的物質(zhì)的量=n(NO2)+3n(NO)。
(2)原子守恒:硝酸與金屬反應(yīng)時,一部分硝酸起酸的作用,以N的形式存在于溶液中,另一部分硝酸作為氧化劑轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物NOx,N和NOx中氮原子的總物質(zhì)的量等于反應(yīng)消耗的硝酸中氮原子的物質(zhì)的量,如n消耗(HNO3)=xn[M(NO3)x]+n(NO2)+n(NO)。
(3)電荷守恒:硝酸過量時,反應(yīng)后溶液中(不考慮OH-)有c(N)=c(H+)+xc(Mx+)(Mx+代表金屬離子)。若向反應(yīng)后的溶液中加入NaOH溶液恰好使Mx+沉淀完全,此時溶質(zhì)為NaNO3,則存在:n(Na+)=n(N)=n剩余(HNO3)+xn[M(NO3)x]=n總(HNO3)-n(NO)-n(NO2)。
(4)離子方程式運用:金屬與硫酸、硝酸的混合酸反應(yīng)時,
如銅與稀硝酸反應(yīng),依據(jù)離子方程式3Cu+8H++2N===3Cu2++2NO↑+4H2O反應(yīng)比例,先作過量判斷,然后根據(jù)完全反應(yīng)的金屬或H+或N進行相關(guān)計算,且要符合電荷守恒。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.將3.84 g Cu和一定量的濃HNO3反應(yīng),當Cu反應(yīng)完全時,共收集到氣體2.24 L NO2和NO(標準狀況,不考慮NO2轉(zhuǎn)化為N2O4),則反應(yīng)中消耗HNO3的物質(zhì)的量為 (　　)
A.0.1 mol B.0.24 mol
C.0.16 mol D.0.22 mol
答案　D
解析　銅與硝酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Cu(NO3)2、NO和NO2,根據(jù)銅原子守恒n[Cu(NO3)2]=n(Cu)==0.06 mol,NO和NO2的物質(zhì)的量共為n==0.1 mol,根據(jù)氮原子守恒:n消耗(HNO3)=2n[Cu(NO3)2]+n(NO)+n(NO2)=2×0.06 mol+0.1 mol=0.22 mol。
2.將Mg、Cu組成的m g混合物投入適量稀HNO3中恰好完全反應(yīng),固體完全溶解時收集到0.896 L(標準狀況)NO氣體,向反應(yīng)后的溶液中加入60 mL 2 mol·L-1的NaOH溶液時,金屬離子恰好沉淀完全,則形成的沉淀的質(zhì)量為 (　　)
A.(m+2.28) g B.(m+2.04) g
C.(m+3.32) g D.(m+4.34) g
答案　B
解析　當金屬離子恰好沉淀完全時,m(沉淀)=m(金屬)+m(OH-),n(OH-)=n(NaOH)=60×10-3 L ×2 mol·L-1=0.12 mol,m(沉淀)=m(金屬)+m(OH-)=m g+0.12 mol×17 g·mol-1=(m+2.04) g。
3.足量的銅和含有2.4×10-3 mol硝酸的某濃硝酸完全反應(yīng),共收集到標準狀況下氣體22.4 mL。參加反應(yīng)的銅的質(zhì)量是 (　　)
A.3.84×10-2 g B.4.48×10-2 g
C.4.83×10-2 g D.5.76×10-2 g
答案　B
解析　根據(jù)氮原子守恒,則被還原硝酸的物質(zhì)的量=收集到的氣體的物質(zhì)的量==1×10-3 mol。根據(jù)硝酸(或氮原子)守恒,參加反應(yīng)的硝酸除去被還原的,就是轉(zhuǎn)化為鹽類的硝酸,因此生成硝酸銅的物質(zhì)的量==7×10-4 mol。根據(jù)銅原子守恒,參加反應(yīng)的銅的物質(zhì)的量與生成硝酸銅的物質(zhì)的量相等,則參加反應(yīng)的銅的質(zhì)量=7×10-4 mol×64 g·moL-1=4.48×10-2 g。
　　　　　　　　　　　　　　　　
A級　合格過關(guān)練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)含氮化合物的轉(zhuǎn)化
1.在指定條件下,下列選項所示的物質(zhì)間轉(zhuǎn)化能實現(xiàn)的是 (　　)
A.NO(g)HNO3(aq) B.稀HNO3(aq)NO2(g)
C.NO(g)N2(g) D.NO2(g)NO(g)
答案　C
解析　A項,NO不溶于水,也不與水反應(yīng),A不能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化;B項,稀HNO3與Cu反應(yīng)得到硝酸銅、水和NO,得不到NO2,B不能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化;C項,NO有氧化性,CO有還原性,在高溫、催化劑條件下二者可發(fā)生氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無毒的N2和CO2,C能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化;D項,NO2→NO,N元素的化合價降低,發(fā)生的是還原反應(yīng),O3有強氧化性,不能作還原劑將NO2還原,D不能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。
2.氮元素是空氣中含量最多的元素,在自然界中的分布十分廣泛,在生物體內(nèi)亦有極大作用。一定條件下,含氮元素的物質(zhì)可發(fā)生如圖所示的循環(huán)轉(zhuǎn)化。下列說法正確的是 (　　)
A.圖中屬于“氮的固定”的是k和l
B.表示循環(huán)中發(fā)生非氧化還原反應(yīng)的過程只有a
C.若反應(yīng)h是在NO2與H2O的作用下實現(xiàn),則該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2∶1
D.若反應(yīng)i是在酸性條件下由 N與Fe2+的作用實現(xiàn),則該反應(yīng)的離子方程式為3Fe2++N+4H+===3Fe3++NO↑+2H2O
答案　D
解析　A項,“氮的固定”是指氮由游離態(tài)轉(zhuǎn)化為化合態(tài),圖中屬于“氮的固定”的是k和c;B項,表示循環(huán)中發(fā)生非氧化還原反應(yīng)的過程有a和l;C項,若反應(yīng)h是在NO2與H2O的作用下實現(xiàn),反應(yīng)為3NO2+H2O===2HNO3+NO,則該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶2;D項,若反應(yīng)i是在酸性條件下由 N與Fe2+的作用實現(xiàn),則產(chǎn)物為NO、Fe3+和水,離子方程式為3Fe2++N+4H+===3Fe3++NO↑+2H2O。
3.如圖是某元素的價類二維圖,其中A為正鹽,X是一種強堿,通常條件下Z是無色液體,E的相對分子質(zhì)量比D大16,各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.A作肥料時不適合與草木灰混合施用
B.可用向上排空氣法收集B
C.C一般用排水法收集
D.D→E的反應(yīng)可用于檢驗D
答案　B
解析　由A和強堿(X)反應(yīng)生成相應(yīng)的氫化物可知,A為銨鹽,強堿與銨鹽在加熱條件下反應(yīng)生成氨氣,所以B為NH3;氨氣和氧氣反應(yīng)生成氮氣和水,C為N2;氮氣可被氧氣氧化為NO,所以D為NO;NO可被氧氣氧化為NO2,E為NO2;二氧化氮和水反應(yīng)生成硝酸,F為HNO3;G為硝酸鹽;Y為O2,Z為H2O。A項,銨態(tài)氮肥和草木灰不能混合施用;B項,B為NH3,NH3的密度小于空氣,不能采用向上排空氣法收集;C項,C為N2,N2的密度與空氣太接近,用排空氣法收集不能得到純凈的氣體,而N2不溶于水,所以一般用排水法收集;D項,NO與O2反應(yīng)生成NO2,氣體顏色由無色變?yōu)榧t棕色,可用于檢驗NO。
4.結(jié)合氮及其化合物價類二維圖及氧化還原反應(yīng)的基本規(guī)律,下列分析或預(yù)測正確的是 (　　)
A.N2O3、NO2、N2O5均能與水反應(yīng)生成酸,三者均為酸性氧化物
B.HNO3、HNO2、NaNO3、NH3的水溶液均可以導(dǎo)電,四者均屬于電解質(zhì)
C.聯(lián)氨(N2H4)可能被亞硝酸(HNO2)氧化生成氫疊氮酸(HN3)
D.硝酸具有較強的氧化性,可用稀硝酸溶解Au、Ag、Cu
答案　C
解析　A項,N2O3、N2O5屬于酸性氧化物,與水反應(yīng)只生成酸,二氧化氮和水反應(yīng)生成硝酸和NO,所以二氧化氮不是酸性氧化物;B項,HNO3、HNO2、NaNO3均是電解質(zhì),NH3的水溶液可以導(dǎo)電,但是NH3在水中不能電離,不是電解質(zhì);C項,依據(jù)價態(tài)歸中原理,N2H4(氮為-2價)和HNO2(氮是+3價)反應(yīng)可能生成HN3(氮是-價);D項,Au的金屬活動性很弱,與硝酸不反應(yīng),Ag、Cu能與稀硝酸反應(yīng)。
5.研究氮及其化合物的性質(zhì),可以有效改善人類的生存環(huán)境。氮元素化合價物質(zhì)類別關(guān)系圖如下。
回答下列問題:
(1)寫出實驗室制備物質(zhì)A的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
在催化劑和加熱的條件下,物質(zhì)A生成NO是工業(yè)制硝酸的重要反應(yīng),化學(xué)方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)在加熱條件下,物質(zhì)C的濃溶液與碳單質(zhì)反應(yīng),寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　　。
(3)實驗室中,檢驗溶液中含有N的操作方法是　　　　　　　　　　　　。
(4)物質(zhì)B為紅棕色氣體,寫出該物質(zhì)與水反應(yīng)的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　,
當反應(yīng)消耗3.36 L(標準狀況)物質(zhì)B時,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為　　　　　　 mol。
答案　(1)2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑　4NH3+5O24NO+6H2O
(2)C+4HNO3(濃)CO2↑+4NO2↑+2H2O
(3)取少量溶液于試管中,加入氫氧化鈉濃溶液,微熱,產(chǎn)生能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體證明含有銨根離子
(4)3NO2+H2O===2H++2N+NO　0.1
解析　由氮元素化合價物質(zhì)類別關(guān)系圖可知,A為NH3,B為NO2或N2O4,C為HNO3。(1)A為NH3,實驗室用氯化銨和氫氧化鈣共熱制取氨氣,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑;氨氣催化氧化生成一氧化氮和水,反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NH3+5O24NO+6H2O。(2)C為HNO3,碳與濃硝酸加熱條件下反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化氮和水,反應(yīng)的化學(xué)方程式為C+4HNO3(濃)CO2↑+4NO2↑+2H2O。(3)含銨根離子的溶液能與堿液加熱條件下反應(yīng)生成氨氣,氨氣能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍,因此檢驗溶液中含有N的操作方法是取少量溶液于試管中,加入氫氧化鈉濃溶液,微熱,產(chǎn)生能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體證明含有銨根離子。(4)物質(zhì)B為紅棕色氣體,B為NO2,二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮,反應(yīng)的離子方程式為3NO2+H2O===2H++2N+NO,3.36 L(標準狀況)NO2的物質(zhì)的量為=0.15 mol,由方程式可知,3 mol NO2參與反應(yīng)轉(zhuǎn)移2 mol電子,則0.15 mol NO2參與反應(yīng)轉(zhuǎn)移0.1 mol電子。
(二)硝酸與金屬反應(yīng)的計算
6.鋅和某濃度的HNO3溶液反應(yīng)時,若參加反應(yīng)的鋅與HNO3的物質(zhì)的量之比為2∶5,產(chǎn)物有硝酸鋅、X和水,則X可能是 (　　)
A.NO B.N2O
C.N2O3 D.NO2
答案　B
解析　鋅和某濃度的硝酸溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng),參加反應(yīng)的鋅和硝酸的物質(zhì)的量之比為2∶5,假設(shè)鋅為4 mol,生成4 mol硝酸鋅,表現(xiàn)酸性的硝酸的物質(zhì)的量為8 mol,反應(yīng)后Zn被氧化為+2價,設(shè)硝酸還原產(chǎn)物中氮元素為x價,則根據(jù)得失電子守恒可知4 mol×(2-0)=(10-8) mol×(5-x),解得x=+1,即還原產(chǎn)物為N2O,B正確。
7.某100 mL混合液中,HNO3和H2SO4的物質(zhì)的量濃度分別是0.4 mol·L-1和0.1 mol·L-1,向該混合液中加入1.92 g銅粉,加熱,待充分反應(yīng)后,所得溶液中Cu2+的物質(zhì)的量濃度(忽略體積變化)為 (　　)
A.0.15 mol·L-1 B.0.225 mol·L-1
C.0.35 mol·L-1 D.0.45 mol·L-1
答案　B
解析　解答本題要從離子反應(yīng)的角度來考慮,H2SO4提供的H+可以和N構(gòu)成強氧化性環(huán)境,繼續(xù)氧化銅單質(zhì)。HNO3、H2SO4混合液中H+總的物質(zhì)的量為0.06 mol,N的物質(zhì)的量為0.04 mol,Cu的物質(zhì)的量為0.03 mol。Cu與稀硝酸發(fā)生反應(yīng):
H+量不足,應(yīng)根據(jù)H+的物質(zhì)的量來計算。
n(Cu2+)=0.06 mol×=0.022 5 mol,c(Cu2+)==0.225 mol·L-1。
8.將12.8 g銅投入到60 mL一定濃度的硝酸中,恰好完全反應(yīng),產(chǎn)生標準狀況下的NO和NO2混合氣體共4.48 L。則下列敘述不正確的是 (　　)
A.Cu失去了0.4 mol電子
B.原硝酸濃度10.0 mol/L
C.NO和NO2物質(zhì)的量之比為1∶1
D.體現(xiàn)酸性的硝酸為0.2 mol
答案　D
解析　12.8 g Cu的物質(zhì)的量為0.2 mol,與硝酸恰好反應(yīng),生成標況下NO和NO2共4.48 L,即0.2 mol,根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒,Cu失去電子=N得到的電子,0.2 mol Cu被氧化失去0.4 mol電子,設(shè)NO的物質(zhì)的量為x mol,NO2的物質(zhì)的量為y mol,故有3x+y=0.4和x+y=0.2,解得x=0.1,y=0.1。A項,根據(jù)上述分析可知,Cu失去了0.4 mol電子;B項,根據(jù)原子守恒,消耗的硝酸的總物質(zhì)的量=起氧化劑作用的硝酸的物質(zhì)的量(還原產(chǎn)物的總物質(zhì)的量)+起酸性作用的硝酸的物質(zhì)的量(生成鹽中的硝酸根的物質(zhì)的量),故有n(HNO3)=n(NO)+n(NO2)+2n[Cu(NO3)2]=(0.1+0.1+2×0.2) mol=0.6 mol,V=60 mL,則原硝酸濃度10.0 mol/L;C項,由以上分析可知NO和NO2物質(zhì)的量之比為1∶1;D項,體現(xiàn)酸性的硝酸的物質(zhì)的量=生成鹽中的硝酸根的物質(zhì)的量=2n[Cu(NO3)2]=2n(Cu)=0.4 mol。
9.將m g Fe、Cu合金投入足量稀硝酸中,固體完全溶解,共收集到2.24 L(標準狀況)NO氣體,向反應(yīng)后的溶液中加入過量的NaOH溶液,下列判斷正確的是 (　　)
A.Fe、Cu和稀硝酸反應(yīng),稀硝酸只表現(xiàn)了氧化性
B.最終所得溶液中溶質(zhì)只有一種
C.整個過程中有0.1 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移
D.理論上沉淀的質(zhì)量為(m+5.1) g
答案　D
解析　A項,Fe、Cu和稀HNO3反應(yīng),稀硝酸既表現(xiàn)了氧化性又表現(xiàn)了酸性;B項,所得溶液中溶質(zhì)有NaNO3和過量的NaOH兩種;C項,NO的物質(zhì)的量為0.1 mol,合金與稀硝酸反應(yīng)中轉(zhuǎn)移0.3 mol電子;D項,最后得到的沉淀是Fe(OH)3和Cu(OH)2,沉淀的質(zhì)量等于合金的質(zhì)量和增加的OH-的質(zhì)量之和,而增加的OH-的物質(zhì)的量也等于整個過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量,即增加的OH-的物質(zhì)的量也是0.3 mol,所以理論上沉淀的質(zhì)量為m g+0.3 mol×17 g/mol=(m+5.1) g。
B級　素養(yǎng)培優(yōu)練
10.固體硝酸鹽加熱分解產(chǎn)物較復(fù)雜,某興趣小組對NH4NO3的熱分解產(chǎn)物提出以下4種猜想。你認為猜想的科學(xué)性不正確的是 (　　)
甲:N2、HNO3、H2O 乙:N2O、NO2、H2O
丙:NH3、N2、H2O 丁:N2、NO2、H2O
A.甲和乙 B.乙和丁
C.乙和丙 D.丙和丁
答案　C
解析　硝酸銨熱分解生成產(chǎn)物的判斷,是依據(jù)氧化還原反應(yīng)中電子守恒分析,結(jié)合元素化合價升高和降低數(shù)值相同分析,隨著分解溫度不同有很多種分解方式,在110 ℃時:NH4NO3===NH3↑+HNO3;在185~200 ℃時:NH4NO3===N2O↑+2H2O;在230 ℃以上時:2NH4NO3===2N2↑+O2↑+4H2O;在400 ℃以上時發(fā)生爆炸:4NH4NO3===3N2↑+2NO2↑+8H2O。甲:氮元素化合價變化可知符合氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒,正確;乙:若生成N2O,需要-3價氮元素和+5價氮元素歸中反應(yīng)得到,生成N2O、NO2、H2O,不遵循氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒,錯誤;丙:生成NH3、N2、H2O的化合價變化不符合氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒,錯誤;丁:若生成N2、NO2、H2O,變化過程中氮也是化合價變化符合得失電子守恒,正確。
11.NH3是一種重要的化工原料。生活中的合成纖維、塑料、染料的生產(chǎn)會應(yīng)用到氨氣。氨氣還可以制備一系列無機物質(zhì)(如圖)。下列說法正確的是 (　　)
A.NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥
B.NH4Cl和Na2CO3受熱時都易分解
C.NH3具有還原性
D.上述轉(zhuǎn)化關(guān)系中只有2個氧化還原反應(yīng)
答案　C
解析　A項,NH4Cl是常用化肥,而NaHCO3為小蘇打,不能用作化肥;B項,Na2CO3受熱不易分解;C項,NH3能發(fā)生催化氧化反應(yīng),故氨氣具有還原性;D項,上述轉(zhuǎn)化關(guān)系中有3個氧化還原反應(yīng):NH3→NO→NO2→HNO3。
12.下列物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化(其中A、B、C、D含同種元素,Y可以是純凈物,也可以是混合物,某些條件和產(chǎn)物已略去)如圖所示。下列有關(guān)敘述中不正確的是 (　　)
A.若A為硫單質(zhì),則Y可能是H2O2
B.若A為氮氣,則D是硝酸
C.若B為一氧化氮,則A一定是氮氣
D.若B為氧化鈉,則D一定是氫氧化鈉
答案　C
解析　若A為硫單質(zhì),則B為二氧化硫,C為三氧化硫,D為硫酸,二氧化硫具有還原性,H2O2具有氧化性,二者可發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸,A正確;若A為氮氣,則B為一氧化氮,C為二氧化氮,二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮,故D是硝酸,B正確;若B為一氧化氮,氨氣發(fā)生催化氧化可生成一氧化氮,則A可能為氨氣,C錯誤;若B為氧化鈉,則C為過氧化鈉,過氧化鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氧氣,故D一定是氫氧化鈉,D正確。
13.將質(zhì)量為32 g的銅與150 mL的一定濃度的硝酸反應(yīng),銅完全溶解,產(chǎn)生標準狀況下11.2 L的NO和NO2的混合氣體,將生成的混合氣體與一定體積的氧氣一起通入足量NaOH溶液中,氣體恰好被吸收生成NaNO3。下列說法不正確的是 (　　)
A.標準狀況下,通入的O2體積為5.6 L
B.向反應(yīng)后的溶液加NaOH,使銅沉淀完全,需要NaOH的物質(zhì)的量至少為1.0 mol
C.標準狀況下,混合氣體構(gòu)成是5.6 L的NO和5.6 L的NO2
D.硝酸的物質(zhì)的量濃度為10.0 mol·L-1
答案　D
解析　32 g的銅的物質(zhì)的量為0.5 mol;11.2 L的NO和NO2的物質(zhì)的量為0.5 mol,設(shè)混合氣體中NO的物質(zhì)的量為x,NO2的物質(zhì)的量為y,則x+y=0.5 mol,反應(yīng)過程中銅全部被氧化成Cu2+,根據(jù)得失電子守恒有3x+y=(0.5×2) mol,和前式聯(lián)立可得x=0.25 mol,y=0.25 mol;設(shè)氧氣的物質(zhì)的量為z,NO和NO2全部轉(zhuǎn)化為NaNO3,則根據(jù)得失電子守恒有0.5×2=4z,解得z=0.25 mol;根據(jù)元素守恒可知生成的n(NaNO3)=0.5 mol。A項,根據(jù)分析可知通入的O2為0.25 mol,標況下體積為0.25 mol×22.4 L/mol=5.6 L;B項,當硝酸無剩余時消耗的NaOH最少,此時NaOH只與Cu2+反應(yīng)生成Cu(OH)2沉淀,根據(jù)元素守恒可知此時n(NaOH)=2n(Cu2+)=0.5 mol×2=1 mol;C項,根據(jù)分析可知,混合氣體中有0.25 mol NO和0.25 mol NO2,即標準狀況下的5.6 L的NO和5.6 L的NO2;D項,由于不知道和銅反應(yīng)后硝酸是否有剩余,所以無法計算硝酸的濃度。
14.100 mL某混合酸中,c(HNO3)為0.3 mol/L,c(H2SO4)為0.25 mol/L。向其中加入3.2 g銅粉,待充分反應(yīng)后,忽略溶液體積變化,下列說法正確的是 (　　)
A.反應(yīng)后溶液中c(Cu2+)為0.45 mol/L
B.標準狀況下,生成NO的體積為224 mL
C.反應(yīng)中轉(zhuǎn)移0.09 mol電子
D.反應(yīng)后銅有剩余,加足量稀硫酸,銅減少,但仍然有剩余
答案　D
解析　3.2 g銅粉的物質(zhì)的量為n(Cu)==0.05 mol,混合溶液中n(H+)=100 mL×10-3 L/mL×0.3 mol/L+100 mL×10-3 L/mL×0.25 mol/L×2=0.08 mol,n(N)=0.03 mol,根據(jù)3Cu+8H++2N===3Cu2++2NO↑+4H2O,H+不足,Cu和N過量,按照H+進行計算,據(jù)此分析。A項,根據(jù)上述分析,H+不足,Cu和N過量,按照H+進行計算,充分反應(yīng)后,溶液中n(Cu2+)=0.03 mol,即c(Cu2+)==0.3 mol/L;B項,根據(jù)上述分析,標準狀況下,產(chǎn)生NO的體積為×2×22.4 L/mol=0.448 L,即產(chǎn)生標準狀況下NO的體積為448 mL;C項,根據(jù)B選項分析,生成NO的物質(zhì)的量為0.02 mol,即轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.02 mol×(5-2)=0.06 mol;D項,根據(jù)上述分析,反應(yīng)后剩余銅粉的物質(zhì)的量為0.02 mol,剩余n(N)=0.01 mol,加入足量稀硫酸時,0.01 mol N=0.015<0.02 mol,因此加入足量稀硫酸時,銅減少,但仍然有剩余。
15.足量銅與一定量的濃硝酸反應(yīng),得到硝酸銅溶液和二氧化氮、一氧化氮的混合氣體4.48 L (標準狀況),這些氣體與一定體積的氧氣(標準狀況下)混合通入水中,所有的氣體完全被水吸收生成硝酸。若向硝酸銅溶液中加入5 mol·的氫氧化鈉溶液,銅離子恰好完全沉淀,消耗氫氧化鈉溶液60 mL,下列說法錯誤的是 (　　)
A.參加反應(yīng)的硝酸是0.5 mol
B.消耗氧氣1.68 L
C.此反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移0.3 mol電子
D.混合氣體中含3.36 L(標準狀況下)二氧化氮
答案　B
解析　反應(yīng)后最終得到NaNO3溶液,反應(yīng)后溶液中n(N)=n(NaOH)=5 mol·L-1×0.06 L=0.3 mol,n(NO2)+n(NO)==0.2 mol,由N原子守恒:n(HNO3)=n(NO2)+n(NO)+n反應(yīng)后溶液(N)=0.2 mol+0.3 mol=0.5 mol,A正確;混合氣體與氧氣、水反應(yīng)又得到硝酸,根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒,Cu原子失去的電子數(shù)等于氧氣得到的電子數(shù),所得硝酸銅溶液中加入NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀生成Cu(OH)2,獲得NaNO3溶液,由電荷守恒可知,OH-的物質(zhì)的量等于氧氣得到電子的物質(zhì)的量即反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移0.3 mol電子,故消耗氧氣的物質(zhì)的量為=0.075 mol,則標準狀況下V(O2)=0.075 mol×22.4 L·mol-1=1.68 L,但未給出氣體所處狀況,B錯誤,C正確;設(shè)NO2、NO物質(zhì)的量分別為x mol、y mol,則x+y=0.2,由轉(zhuǎn)移電子守恒有x+3y=0.3,解得x=0.15,y=0.05,則標準狀況下v(NO2)=0.15 mol×22.4 L·mo=3.36 L,D正確。
16.如圖是無機物A~F在一定條件下的轉(zhuǎn)化關(guān)系(部分產(chǎn)物及反應(yīng)條件未標出)。已知:A為氣體,A~F都含有相同的元素。
試回答下列問題。
(1)寫出下列物質(zhì)的化學(xué)式:C　　　　　　　　、F　　　　　　。
(2)在①②③④中屬于氮的固定的是　　　　　　　　　　　 (填序號)。
(3)D易溶于水。常溫常壓下(Vm=28 L·mol-1),將體積為V mL的試管充滿D后倒扣在水中。
①最終試管中所得E的物質(zhì)的量濃度為(不考慮E的擴散)　　　　　　 mol·L-1。
②為了消除D的污染,可將它與B在催化劑作用下反應(yīng),生成水和一種無污染物質(zhì),該反應(yīng)的化學(xué)方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
③若C、D按物質(zhì)的量之比1∶1被Na2CO3溶液吸收,只生成一種鹽,則該反應(yīng)的離子方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
為提高吸收速率與效率,最好選用　　　　　　裝置(填序號)。
(4)工業(yè)上可用①②③由B制取E,為了提高原料的利用率并盡量減輕對環(huán)境的污染,C必須循環(huán)使用。若消耗1 mol的B制取E,在該過程中至少消耗的O2的物質(zhì)的量為　　　　　　。
答案　(1) NO　NH4NO3
(2)④　(3)①+CO2　B (4)2
解析　根據(jù)題中信息及轉(zhuǎn)化關(guān)系,推測A為氮氣、B為氨氣、C為一氧化氮,一氧化氮和氧氣生成二氧化氮,二氧化氮和水生成硝酸,硝酸和氨氣生成硝酸銨,故D為二氧化氮、E為硝酸、F為硝酸銨。(1)C、F分別為NO、NH4NO3;(2)游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮的化合物為氮的固定,①②③④中屬于氮的固定的是④;(3)①二氧化氮易溶于水和水反應(yīng)生成硝酸:3NO2+H2O===2HNO3+NO,常溫常壓下(Vm=28 L·mol-1),將體積為V mL的試管充滿二氧化氮后倒扣在水中,最終試管中會剩余三分之一的NO,液體進入試管的三分之二,所得硝酸的物質(zhì)的量濃度為(不考慮氨氣的擴散) mol·L-1;②氨氣和二氧化氮在催化劑作用下反應(yīng),生成水和一種無污染物質(zhì),根據(jù)質(zhì)量守恒可知,該物質(zhì)為氮氣,該反應(yīng)的化學(xué)方程式是8NH3+6NO27N2+12H2O;③NO、NO2中氮的化合價分別為+2、+4,若NO、NO2按物質(zhì)的量之比1∶1被Na2CO3溶液吸收,只生成一種鹽,則結(jié)合化合價變化可知,生成鹽為NaNO2,碳酸根離子轉(zhuǎn)化為二氧化碳氣體,反應(yīng)為NO+NO2+Na2CO3===2NaNO2+CO2,離子反應(yīng)為:NO+NO2+C+CO2。為提高吸收速率與效率,最好選用B,裝置中球泡可以增加接觸面積加快吸收速率;(4)工業(yè)上可用①②③由氨氣制取硝酸,反應(yīng)中NO必須循環(huán)使用,則可以認為氮元素完全轉(zhuǎn)化為了硝酸,氮化合價由-3最終變?yōu)?5,結(jié)合電子守恒可知NH3~8e-~2O2,若消耗1mol的氨氣制取硝酸,在該過程中至少消耗的O2的物質(zhì)的量為2 mol。
17.將32.64 g銅與140 mL一定濃度的硝酸反應(yīng),銅完全溶解,產(chǎn)生標準狀況下的一氧化氮和二氧化氮混合氣體共11.2 L。請回答下列問題:
(1)產(chǎn)生一氧化氮的體積為　　　　　　L(標準狀況下)。
(2)待反應(yīng)結(jié)束后,向溶液中加入V mL a mol·L-1氫氧化鈉溶液,恰好使溶液中的Cu2+全部轉(zhuǎn)化為沉淀,則原硝酸的濃度為　　　　　　　　　　　 mol·L-1(不必化簡)。
(3)欲使銅與硝酸反應(yīng)生成的氣體在氫氧化鈉溶液中全部轉(zhuǎn)化為硝酸鈉,至少需要氧氣　　　　　　　　 mol。
答案　(1)5.824　(2)　(3)0.255
解析　(1)該過程發(fā)生兩個反應(yīng):3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,Cu+4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。設(shè)生成的NO和NO2的物質(zhì)的量分別為x、y,則x+y=0.5 mol,1.5x+0.5y=0.51 mol,解得x=0.26 mol,y=0.24 mol,故標準狀況下V(NO)=0.26 mol×22.4 L·moL-1=5.824 L。(2)在反應(yīng)過程中,HNO3一部分表現(xiàn)酸性,另一部分表現(xiàn)氧化性。由溶液中的Cu2+恰好全部轉(zhuǎn)化為沉淀,則表現(xiàn)酸性的HNO3的物質(zhì)的量為n(HNO3)=n(NaOH),表現(xiàn)氧化性的HNO3的物質(zhì)的量為n(HNO3)=n(NO)+n(NO2),故原硝酸中HNO3的物質(zhì)的量n(HNO3)=n(NaOH)+n(NO)+n(NO2)=(aV×10-3+0.5) mol,則c(HNO3)= mol·L-1。(3)通入氧氣的目的是將0.26 mol NO和0.24 mol NO2全部轉(zhuǎn)化為HNO3。根據(jù)得失電子守恒:4n(O2)=3n(NO)+n(NO2)=3×0.26 mol+0.24 mol=1.02 mol,則n(O2)=0.255 mol。
18.氮的氧化物(NOx)是大氣污染物之一,工業(yè)上在一定溫度和催化劑條件下用NH3將NOx還原生成N2。在實驗室利用如圖裝置探究NO2能否被NH3還原。
(1)A裝置中盛放濃氨水的儀器名稱是　　　　　　,D裝置中盛放無水氯化鈣的儀器名稱是　　　　　　。
(2)試劑甲是　　　　　　,D中無水氯化鈣的作用是　　　　　　。
(3)E裝置中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(4)在一定溫度和催化劑條件下,若NO2能夠被NH3還原,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　, 還可以在空氣中使用具有堿性的Na2CO3溶液來吸收NO2,相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(5)此實驗裝置存在一個明顯的缺陷是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)分液漏斗　球形干燥管
(2)堿石灰　干燥NO2氣體
(3)Cu+4H++2N===Cu2++2NO2↑+2H2O
(4)8NH3+6NO27N2+12H2O　4NO2+2Na2CO3+O2===4NaNO3+2CO2
(5)缺少尾氣處理裝置
解析　裝置A中,濃氨水和生石灰反應(yīng)生成氨氣;裝置B用于干燥氨氣,氨氣是堿性氣體,故試劑甲應(yīng)是堿石灰;裝置E中濃硝酸和銅片反應(yīng)生成二氧化氮;裝置D中裝有無水氯化鈣,是為了干燥二氧化氮;裝置C中,氨氣和二氧化氮在一定溫度和催化劑條件下反應(yīng)生成氮氣和水。(3)裝置E中濃硝酸和銅片反應(yīng)生成二氧化氮、硝酸銅和水,離子方程式為Cu+4H++2N===Cu2++2NO2↑+2H2O。(4)氨氣和二氧化氮在一定溫度和催化劑條件下反應(yīng)生成氮氣和水,反應(yīng)的化學(xué)方程式為8NH3+6NO27N2+12H2O;NO2和Na2CO3溶液在空氣中反應(yīng)生成NaNO3和CO2,反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NO2+2Na2CO3+O2===4NaNO3+2CO2。(5)NO2是有毒氣體,NH3污染環(huán)境,故在此實驗裝置中還缺少尾氣處理裝置。
19.疊氮化鈉(NaN3)是一種重要的化工產(chǎn)品,可用于合成抗生素頭孢菌素藥物和用作汽車安全氣囊的氣源。實驗室可通過以下流程制備疊氮化鈉并測定其純度。請回答以下問題:
Ⅰ.制備氨基鈉(反應(yīng)原理為2Na+2NH32NaNH2+H2)實驗裝置如圖甲。
已知:氨基鈉極易水解且易被空氣中的氧氣氧化。
(1)儀器a的名稱為　　　　　　。實驗開始時,應(yīng)先打開分液漏斗使?jié)獍彼稳?目的是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)B裝置中的藥品可選用　　　　(填字母)。
A.P2O5 B.堿石灰
C.無水硫酸銅 D.無水氯化鈣
Ⅱ.制備NaN3。
(3)將Ⅰ中制備的NaNH2與N2O在210~220 ℃的條件下反應(yīng)生成NaN3、NaOH和氨氣,化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
Ⅲ.測定NaN3的純度。
精確稱量0.150 0 g NaN3樣品,設(shè)計如圖乙所示裝置,連接好裝置后使錐形瓶傾斜,使小試管中的NaN3樣品與M溶液接觸,測量產(chǎn)生的氣體體積從而測定其純度(不考慮溶劑的揮發(fā))。
已知:2NaN3~3N2(其他產(chǎn)物略),反應(yīng)中放出大量的熱。
(4)對量氣管讀數(shù)時,反應(yīng)前后都需要進行的操作是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　。
(5)常溫下測得產(chǎn)生氣體的體積為54.00 mL(N2的密度為1.400 g·),計算NaN3樣品的純度為　　　　　(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。
答案　(1)圓底燒瓶　將裝置內(nèi)的空氣排盡,防止Na、氨基鈉變質(zhì)　(2)B　(3)2NaNH2+N2ONaN3+NaOH+NH3　(4)調(diào)節(jié)量氣管使兩側(cè)的液面相平　(5)78.0%
解析　(2)氨氣是堿性氣體,不能使用酸性干燥劑,且氨氣可以與無水氯化鈣反應(yīng),故B裝置中的藥品可選用堿石灰。(4)對量氣管讀數(shù)時,需要調(diào)節(jié)量氣管使兩側(cè)的液面相平,確保氣體壓強與外界大氣壓相等。(5)根據(jù)題意可知,生成N2的質(zhì)量為1.400 g·×0.054 L=0.075 6 g,根據(jù)關(guān)系式:2NaN3~3N2,NaN3的質(zhì)量為 g=0.117 g,則NaN3樣品的純度為×100%=78.0%。提升課時2　含氮物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化　硝酸與金屬反應(yīng)的相關(guān)計算
學(xué)習目標　1.能從物質(zhì)類別、氮元素化合價的角度認識含氮化合物的相互轉(zhuǎn)化。2.掌握硝酸與金屬反應(yīng)的相關(guān)計算。
一、含氮化合物的轉(zhuǎn)化
工業(yè)制硝酸的原理如圖,根據(jù)示例完成下表:
序號 反應(yīng)物中含氮物質(zhì)的類別、氮元素化合價的變化情況 化學(xué)方程式 含氮物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的類型(氧化反應(yīng)、還原反應(yīng))
① [示例] 單質(zhì),0→-3 N2+3H22NH3 還原反應(yīng)
② 　　　　　　　　　　　　, 　　　　　
③ 　　　　　　　　　　　　, 　　　　　 2NO+O2=== 　　　　　　　
④ 　　　　　　　　　　　　, 　　　　　
【探究歸納】　氮及其化合物的轉(zhuǎn)化
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系中,不能一步實現(xiàn)的是 (　　)
A.① B.②
C.③ D.④
2.工業(yè)上以氮氣為主要原料制備硝酸,其轉(zhuǎn)化過程如下所示,其中氮元素只被還原的一步是 (　　)
N2NH3NONO2HNO3
A.① B.②
C.③ D.④
3.利用氮元素的價類二維圖可以設(shè)計氮及其化合物之間的轉(zhuǎn)化路徑,下列說法不正確的是 (　　)
A.工業(yè)固氮的常用方法是由N2和H2合成NH3
B.可利用Cu與硝酸的反應(yīng),將N元素轉(zhuǎn)化為NO或NO2
C.由氮氣轉(zhuǎn)化為含氮化合物的反應(yīng)中,必須提供氧化劑
D.實驗室可利用氫氧化鈣固體與NH4Cl固體混合加熱制備NH3
二、硝酸與金屬反應(yīng)的計算
1.反應(yīng)規(guī)律
M+HNO3→M(NO3)n+還原產(chǎn)物+H2O,其中還原產(chǎn)物:NO2或NO或N2O或N。
2.思維模型
3.計算方法(假設(shè)還原產(chǎn)物只有NO2和NO)
(1)得失電子守恒:硝酸與金屬的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng),硝酸中氮原子得到電子的物質(zhì)的量等于金屬失去電子的物質(zhì)的量,如金屬失電子的物質(zhì)的量=n(NO2)+3n(NO)。
(2)原子守恒:硝酸與金屬反應(yīng)時,一部分硝酸起酸的作用,以N的形式存在于溶液中,另一部分硝酸作為氧化劑轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物NOx,N和NOx中氮原子的總物質(zhì)的量等于反應(yīng)消耗的硝酸中氮原子的物質(zhì)的量,如n消耗(HNO3)=xn[M(NO3)x]+n(NO2)+n(NO)。
(3)電荷守恒:硝酸過量時,反應(yīng)后溶液中(不考慮OH-)有c(N)=c(H+)+xc(Mx+)(Mx+代表金屬離子)。若向反應(yīng)后的溶液中加入NaOH溶液恰好使Mx+沉淀完全,此時溶質(zhì)為NaNO3,則存在:n(Na+)=n(N)=n剩余(HNO3)+xn[M(NO3)x]=n總(HNO3)-n(NO)-n(NO2)。
(4)離子方程式運用:金屬與硫酸、硝酸的混合酸反應(yīng)時,
如銅與稀硝酸反應(yīng),依據(jù)離子方程式3Cu+8H++2N===3Cu2++2NO↑+4H2O反應(yīng)比例,先作過量判斷,然后根據(jù)完全反應(yīng)的金屬或H+或N進行相關(guān)計算,且要符合電荷守恒。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.將3.84 g Cu和一定量的濃HNO3反應(yīng),當Cu反應(yīng)完全時,共收集到氣體2.24 L NO2和NO(標準狀況,不考慮NO2轉(zhuǎn)化為N2O4),則反應(yīng)中消耗HNO3的物質(zhì)的量為 (　　)
A.0.1 mol B.0.24 mol
C.0.16 mol D.0.22 mol
2.將Mg、Cu組成的m g混合物投入適量稀HNO3中恰好完全反應(yīng),固體完全溶解時收集到0.896 L(標準狀況)NO氣體,向反應(yīng)后的溶液中加入60 mL 2 mol·L-1的NaOH溶液時,金屬離子恰好沉淀完全,則形成的沉淀的質(zhì)量為 (　　)
A.(m+2.28) g B.(m+2.04) g
C.(m+3.32) g D.(m+4.34) g
3.足量的銅和含有2.4×10-3 mol硝酸的某濃硝酸完全反應(yīng),共收集到標準狀況下氣體22.4 mL。參加反應(yīng)的銅的質(zhì)量是 (　　)
A.3.84×10-2 g B.4.48×10-2 g
C.4.83×10-2 g D.5.76×10-2 g
:課后完成　第五章　提升課時2
階段重點突破練(二)(共66張PPT)
第二節(jié)　氮及其化合物
提升課時 含氮物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化　硝酸與金屬反應(yīng)的相關(guān)計算
2
第五章
化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素
1.能從物質(zhì)類別、氮元素化合價的角度認識含氮化合物的相互轉(zhuǎn)化。
2.掌握硝酸與金屬反應(yīng)的相關(guān)計算。
學(xué)習目標
一、含氮化合物的轉(zhuǎn)化
二、硝酸與金屬反應(yīng)的計算
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓(xùn)練
一、含氮化合物的轉(zhuǎn)化
對點訓(xùn)練
工業(yè)制硝酸的原理如圖,根據(jù)示例完成下表:
序號 反應(yīng)物中含氮物質(zhì)的類別、氮元素化合價的變化情況 化學(xué)方程式 含氮物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的類型(氧化反應(yīng)、還原反應(yīng))
② ________,________
③ ________,________ 2NO+O2===__________
④ _______,___________
氫化物
-3→+2
4NH3+5O2 4NO+6H2O
氧化反應(yīng)
氧化物
+2→+4
2NO2
氧化反應(yīng)
氧化物
+4→+5、+2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
氧化反應(yīng)、
還原反應(yīng)
【探究歸納】　氮及其化合物的轉(zhuǎn)化
1.如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系中,不能一步實現(xiàn)的是 (　　)
A.① B.② C.③ D.④
D
2.工業(yè)上以氮氣為主要原料制備硝酸,其轉(zhuǎn)化過程如下所示,其中氮元素只被還原的一步是 (　　)
A.① B.② C.③ D.④
解析　氮元素只被還原,表明含氮物質(zhì)作氧化劑,氮元素化合價降低。①N2→ NH3,N元素的化合價降低,①符合題意;②NH3→NO,N元素的化合價升高,②不合題意;③NO→NO2,N元素的化合價升高,③不合題意;④NO2→HNO3,N元素的化合價一部分升高,一部分降低,④不合題意。
A
3.利用氮元素的價類二維圖可以設(shè)計氮及其化合物之間的轉(zhuǎn)化路徑,下列說法不正確的是 (　　)
A.工業(yè)固氮的常用方法是由N2和H2合成NH3
B.可利用Cu與硝酸的反應(yīng),將N元素轉(zhuǎn)化為NO或NO2
C.由氮氣轉(zhuǎn)化為含氮化合物的反應(yīng)中,必須提供氧化劑
D.實驗室可利用氫氧化鈣固體與NH4Cl固體混合加熱制備NH3
C
解析　A項,氮的固定是將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程,工業(yè)固氮的常用方法是由N2和H2合成NH3;B項,銅與稀硝酸反應(yīng)生成NO,銅與濃硝酸反應(yīng)生成NO2;C項,氮氣生成氨氣的過程中需要還原劑;D項,實驗室可利用氫氧化鈣固體與NH4Cl固體混合加熱制備NH3。
二、硝酸與金屬反應(yīng)的計算
對點訓(xùn)練
1.反應(yīng)規(guī)律
M+HNO3→M(NO3)n+還原產(chǎn)物+H2O,其中還原產(chǎn)物:NO2或NO或N2O或N。
2.思維模型
3.計算方法(假設(shè)還原產(chǎn)物只有NO2和NO)
(1)得失電子守恒:硝酸與金屬的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng),硝酸中氮原子得到電子的物質(zhì)的量等于金屬失去電子的物質(zhì)的量,如金屬失電子的物質(zhì)的量=n(NO2)+3n(NO)。
(2)原子守恒:硝酸與金屬反應(yīng)時,一部分硝酸起酸的作用,以N的形式存在于溶液中,另一部分硝酸作為氧化劑轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物NOx,N和NOx中氮原子的總物質(zhì)的量等于反應(yīng)消耗的硝酸中氮原子的物質(zhì)的量,如n消耗(HNO3)=xn[M(NO3)x]+n(NO2)+n(NO)。
(3)電荷守恒:硝酸過量時,反應(yīng)后溶液中(不考慮OH-)有c(N)=c(H+)+xc(Mx+)(Mx+代表金屬離子)。若向反應(yīng)后的溶液中加入NaOH溶液恰好使Mx+沉淀完全,此時溶質(zhì)為NaNO3,則存在:n(Na+)=n(N)=n剩余(HNO3)+xn[M(NO3)x]=n總(HNO3)-n(NO)-n(NO2)。
(4)離子方程式運用:金屬與硫酸、硝酸的混合酸反應(yīng)時,
如銅與稀硝酸反應(yīng),依據(jù)離子方程式3Cu+8H++2N===3Cu2++2NO↑+4H2O反應(yīng)比例,先作過量判斷,然后根據(jù)完全反應(yīng)的金屬或H+或N進行相關(guān)計算,且要符合電荷守恒。
1.將3.84 g Cu和一定量的濃HNO3反應(yīng),當Cu反應(yīng)完全時,共收集到氣體2.24 L NO2和NO(標準狀況,不考慮NO2轉(zhuǎn)化為N2O4),則反應(yīng)中消耗HNO3的物質(zhì)的量為 (　　)
A.0.1 mol B.0.24 mol C.0.16 mol D.0.22 mol
D
解析　銅與硝酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Cu(NO3)2、NO和NO2,根據(jù)銅原子守恒n[Cu(NO3)2] = n(Cu)==0.06 mol,NO和NO2的物質(zhì)的量共為n== 0.1 mol,根據(jù)氮原子守恒:n消耗(HNO3)=2n[Cu(NO3)2]+n(NO)+n(NO2) =2×0.06 mol +0.1 mol =0.22 mol。
2.將Mg、Cu組成的m g混合物投入適量稀HNO3中恰好完全反應(yīng),固體完全溶解時收集到0.896 L(標準狀況)NO氣體,向反應(yīng)后的溶液中加入60 mL 2 mol·L-1的NaOH溶液時,金屬離子恰好沉淀完全,則形成的沉淀的質(zhì)量為 (　　)
A.(m+2.28) g B.(m+2.04) g
C.(m+3.32) g D.(m+4.34) g
解析　當金屬離子恰好沉淀完全時,m(沉淀)=m(金屬)+m(OH-),n(OH-)=n(NaOH)= 60×10-3 L ×2 mol·L-1=0.12 mol,m(沉淀)=m(金屬)+m(OH-)=m g+0.12 mol×17 g·mol-1 =(m+2.04) g。
B
3.足量的銅和含有2.4×10-3 mol硝酸的某濃硝酸完全反應(yīng),共收集到標準狀況下氣體22.4 mL。參加反應(yīng)的銅的質(zhì)量是 (　　)
A.3.84×10-2 g B.4.48×10-2 g C.4.83×10-2 g D.5.76×10-2 g
B
解析　根據(jù)氮原子守恒,則被還原硝酸的物質(zhì)的量=收集到的氣體的物質(zhì)的量==1×10-3 mol。根據(jù)硝酸(或氮原子)守恒,參加反應(yīng)的硝酸除去被還原的,就是轉(zhuǎn)化為鹽類的硝酸,因此生成硝酸銅的物質(zhì)的量==7×10-4 mol。根據(jù)銅原子守恒,參加反應(yīng)的銅的物質(zhì)的量與生成硝酸銅的物質(zhì)的量相等,則參加反應(yīng)的銅的質(zhì)量=7×10-4 mol×64 g·moL-1=4.48×10-2 g。
課后鞏固訓(xùn)練
A級　合格過關(guān)練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)含氮化合物的轉(zhuǎn)化
1.在指定條件下,下列選項所示的物質(zhì)間轉(zhuǎn)化能實現(xiàn)的是(　　)
C
解析　A項,NO不溶于水,也不與水反應(yīng),A不能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化;B項,稀HNO3與Cu反應(yīng)得到硝酸銅、水和NO,得不到NO2,B不能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化;C項,NO有氧化性,CO有還原性,在高溫、催化劑條件下二者可發(fā)生氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無毒的N2和CO2,C能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化;D項,NO2→NO,N元素的化合價降低,發(fā)生的是還原反應(yīng),O3有強氧化性,不能作還原劑將NO2還原,D不能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。
2.氮元素是空氣中含量最多的元素,在自然界中的分布十分廣泛,在生物體內(nèi)亦有極大作用。一定條件下,含氮元素的物質(zhì)可發(fā)生如圖所示的循環(huán)轉(zhuǎn)化。下列說法正確的是 (　　)
A.圖中屬于“氮的固定”的是k和l
B.表示循環(huán)中發(fā)生非氧化還原反應(yīng)的過程只有a
C.若反應(yīng)h是在NO2與H2O的作用下實現(xiàn),則該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2∶1
D.若反應(yīng)i是在酸性條件下由 N與Fe2+的作用實現(xiàn),則該反應(yīng)的離子方程式為3Fe2++N+4H+===3Fe3++NO↑+2H2O
D
解析　A項,“氮的固定”是指氮由游離態(tài)轉(zhuǎn)化為化合態(tài),圖中屬于“氮的固定”的是k和c;B項,表示循環(huán)中發(fā)生非氧化還原反應(yīng)的過程有a和l;C項,若反應(yīng)h是在NO2與H2O的作用下實現(xiàn),反應(yīng)為3NO2+H2O===2HNO3+NO,則該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶2;D項,若反應(yīng)i是在酸性條件下由 N與Fe2+的作用實現(xiàn),則產(chǎn)物為NO、Fe3+和水,離子方程式為3Fe2++N+4H+===3Fe3++NO↑+2H2O。
3.如圖是某元素的價類二維圖,其中A為正鹽,X是一種強堿,通常條件下Z是無色液體,E的相對分子質(zhì)量比D大16,各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.A作肥料時不適合與草木灰混合施用
B.可用向上排空氣法收集B
C.C一般用排水法收集
D.D→E的反應(yīng)可用于檢驗D
B
解析　由A和強堿(X)反應(yīng)生成相應(yīng)的氫化物可知,A為銨鹽,強堿與銨鹽在加熱條件下反應(yīng)生成氨氣,所以B為NH3;氨氣和氧氣反應(yīng)生成氮氣和水,C為N2;氮氣可被氧氣氧化為NO,所以D為NO;NO可被氧氣氧化為NO2,E為NO2;二氧化氮和水反應(yīng)生成硝酸,F為HNO3;G為硝酸鹽;Y為O2,Z為H2O。A項,銨態(tài)氮肥和草木灰不能混合施用;B項,B為NH3,NH3的密度小于空氣,不能采用向上排空氣法收集;C項,C為N2,N2的密度與空氣太接近,用排空氣法收集不能得到純凈的氣體,而N2不溶于水,所以一般用排水法收集;D項,NO與O2反應(yīng)生成NO2,氣體顏色由無色變?yōu)榧t棕色,可用于檢驗NO。
4.結(jié)合氮及其化合物價類二維圖及氧化還原反應(yīng)的基本規(guī)律,下列分析或預(yù)測正確的是 (　　)
A.N2O3、NO2、N2O5均能與水反應(yīng)生成酸,三者均為酸性氧化物
B.HNO3、HNO2、NaNO3、NH3的水溶液均可以導(dǎo)電,四者均屬于電解質(zhì)
C.聯(lián)氨(N2H4)可能被亞硝酸(HNO2)氧化生成氫疊氮酸(HN3)
D.硝酸具有較強的氧化性,可用稀硝酸溶解Au、Ag、Cu
C
解析　A項,N2O3、N2O5屬于酸性氧化物,與水反應(yīng)只生成酸,二氧化氮和水反應(yīng)生成硝酸和NO,所以二氧化氮不是酸性氧化物;B項,HNO3、HNO2、NaNO3均是電解質(zhì),NH3的水溶液可以導(dǎo)電,但是NH3在水中不能電離,不是電解質(zhì);C項,依據(jù)價態(tài)歸中原理,N2H4(氮為-2價)和HNO2(氮是+3價)反應(yīng)可能生成HN3(氮是-價);D項,Au的金屬活動性很弱,與硝酸不反應(yīng),Ag、Cu能與稀硝酸反應(yīng)。
5.研究氮及其化合物的性質(zhì),可以有效改善人類的生存環(huán)境。氮元素化合價物質(zhì)類別關(guān)系圖如下。
回答下列問題:
(1)寫出實驗室制備物質(zhì)A的化學(xué)方程式:
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　。
在催化劑和加熱的條件下,物質(zhì)A生成NO是工業(yè)制硝酸的重要反應(yīng),化學(xué)方程式是　　　　　　　　　　　 　　　。
2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2H2O+2NH3↑
4NH3+5O2 4NO+6H2O
解析　由氮元素化合價物質(zhì)類別關(guān)系圖可知,A為NH3,B為NO2或N2O4,C為HNO3。(1)A為NH3,實驗室用氯化銨和氫氧化鈣共熱制取氨氣,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2H2O+2NH3↑;氨氣催化氧化生成一氧化氮和水,反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NH3+5O2 4NO+6H2O。
(2)在加熱條件下,物質(zhì)C的濃溶液與碳單質(zhì)反應(yīng),寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)實驗室中,檢驗溶液中含有N的操作方法是____________________________
____________________________________________________________________。
(4)物質(zhì)B為紅棕色氣體,寫出該物質(zhì)與水反應(yīng)的離子方程式:
　　　　　　　　　　　　　　, 當反應(yīng)消耗3.36 L(標準狀況)物質(zhì)B時,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為________mol。
C+4HNO3(濃) CO2↑+4NO2↑+2H2O
取少量溶液于試管中,加入氫氧
化鈉濃溶液,微熱,產(chǎn)生能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體證明含有銨根離子
3NO2+H2O===2H++2N+NO
0.1
解析　(2)C為HNO3,碳與濃硝酸加熱條件下反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化氮和水,反應(yīng)的化學(xué)方程式為C+4HNO3(濃) CO2↑+4NO2↑+2H2O。 (3)含銨根離子的溶液能與堿液加熱條件下反應(yīng)生成氨氣,氨氣能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍,因此檢驗溶液中含有N的操作方法是取少量溶液于試管中,加入氫氧化鈉濃溶液,微熱,產(chǎn)生能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體證明含有銨根離子。(4)物質(zhì)B為紅棕色氣體,B為NO2,二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮,反應(yīng)的離子方程式為3NO2+H2O===2H++2N+NO,3.36 L(標準狀況)NO2的物質(zhì)的量為=0.15 mol,由方程式可知,3 mol NO2參與反應(yīng)轉(zhuǎn)移2 mol電子,則0.15 mol NO2參與反應(yīng)轉(zhuǎn)移0.1 mol電子。
(二)硝酸與金屬反應(yīng)的計算
6.鋅和某濃度的HNO3溶液反應(yīng)時,若參加反應(yīng)的鋅與HNO3的物質(zhì)的量之比為2∶5,產(chǎn)物有硝酸鋅、X和水,則X可能是(　　)
A.NO B.N2O C.N2O3 D.NO2
解析　鋅和某濃度的硝酸溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng),參加反應(yīng)的鋅和硝酸的物質(zhì)的量之比為2∶5,假設(shè)鋅為4 mol,生成4 mol硝酸鋅,表現(xiàn)酸性的硝酸的物質(zhì)的量為8 mol,反應(yīng)后Zn被氧化為+2價,設(shè)硝酸還原產(chǎn)物中氮元素為x價,則根據(jù)得失電子守恒可知4 mol×(2-0)=(10-8) mol×(5-x),解得x=+1,即還原產(chǎn)物為N2O,B正確。
B
7.某100 mL混合液中,HNO3和H2SO4的物質(zhì)的量濃度分別是0.4 mol·L-1和0.1 mol·L-1,向該混合液中加入1.92 g銅粉,加熱,待充分反應(yīng)后,所得溶液中Cu2+的物質(zhì)的量濃度(忽略體積變化)為 (　　)
A.0.15 mol·L-1 B.0.225 mol·L-1
C.0.35 mol·L-1 D.0.45 mol·L-1
B
解析　解答本題要從離子反應(yīng)的角度來考慮,H2SO4提供的H+可以和N構(gòu)成強氧化性環(huán)境,繼續(xù)氧化銅單質(zhì)。HNO3、H2SO4混合液中H+總的物質(zhì)的量為0.06 mol,N的物質(zhì)的量為0.04 mol,Cu的物質(zhì)的量為0.03 mol。Cu與稀硝酸發(fā)生反應(yīng):
H+量不足,應(yīng)根據(jù)H+的物質(zhì)的量來計算。
n(Cu2+)=0.06 mol×=0.022 5 mol,c(Cu2+)==0.225 mol·L-1。
8.將12.8 g銅投入到60 mL一定濃度的硝酸中,恰好完全反應(yīng),產(chǎn)生標準狀況下的NO和NO2混合氣體共4.48 L。則下列敘述不正確的是 (　　)
A.Cu失去了0.4 mol電子
B.原硝酸濃度10.0 mol/L
C.NO和NO2物質(zhì)的量之比為1∶1
D.體現(xiàn)酸性的硝酸為0.2 mol
D
解析　12.8 g Cu的物質(zhì)的量為0.2 mol,與硝酸恰好反應(yīng),生成標況下NO和NO2共4.48 L,即0.2 mol,根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒,Cu失去電子=N得到的電子,0.2 mol Cu被氧化失去0.4 mol電子,設(shè)NO的物質(zhì)的量為x mol,NO2的物質(zhì)的量為y mol,故有3x+y=0.4和x+y=0.2,解得x=0.1,y=0.1。A項,根據(jù)上述分析可知,Cu失去了0.4 mol電子;B項,根據(jù)原子守恒,消耗的硝酸的總物質(zhì)的量=起氧化劑作用的硝酸的物質(zhì)的量(還原產(chǎn)物的總物質(zhì)的量)+起酸性作用的硝酸的物質(zhì)的量(生成鹽中的硝酸根的物質(zhì)的量),故有n(HNO3)=n(NO)+n(NO2)+2n[Cu(NO3)2]=(0.1+0.1+2×0.2) mol =0.6 mol,V=60 mL,則原硝酸濃度10.0 mol/L;C項,由以上分析可知NO和NO2物質(zhì)的量之比為1∶1;D項,體現(xiàn)酸性的硝酸的物質(zhì)的量=生成鹽中的硝酸根的物質(zhì)的量=2n[Cu(NO3)2]=2n(Cu)=0.4 mol。
9.將m g Fe、Cu合金投入足量稀硝酸中,固體完全溶解,共收集到2.24 L(標準狀況)NO氣體,向反應(yīng)后的溶液中加入過量的NaOH溶液,下列判斷正確的是 (　　)
A.Fe、Cu和稀硝酸反應(yīng),稀硝酸只表現(xiàn)了氧化性
B.最終所得溶液中溶質(zhì)只有一種
C.整個過程中有0.1 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移
D.理論上沉淀的質(zhì)量為(m+5.1) g
D
解析　A項,Fe、Cu和稀HNO3反應(yīng),稀硝酸既表現(xiàn)了氧化性又表現(xiàn)了酸性;B項,所得溶液中溶質(zhì)有NaNO3和過量的NaOH兩種;C項,NO的物質(zhì)的量為0.1 mol,合金與稀硝酸反應(yīng)中轉(zhuǎn)移0.3 mol電子;D項,最后得到的沉淀是Fe(OH)3和Cu(OH)2,沉淀的質(zhì)量等于合金的質(zhì)量和增加的OH-的質(zhì)量之和,而增加的OH-的物質(zhì)的量也等于整個過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量,即增加的OH-的物質(zhì)的量也是0.3 mol,所以理論上沉淀的質(zhì)量為m g+0.3 mol×17 g/mol=(m+5.1) g。
B級　素養(yǎng)培優(yōu)練
10.固體硝酸鹽加熱分解產(chǎn)物較復(fù)雜,某興趣小組對NH4NO3的熱分解產(chǎn)物提出以下4種猜想。你認為猜想的科學(xué)性不正確的是(　　)
甲:N2、HNO3、H2O 乙:N2O、NO2、H2O
丙:NH3、N2、H2O 丁:N2、NO2、H2O
A.甲和乙 B.乙和丁
C.乙和丙 D.丙和丁
C
解析　硝酸銨熱分解生成產(chǎn)物的判斷,是依據(jù)氧化還原反應(yīng)中電子守恒分析,結(jié)合元素化合價升高和降低數(shù)值相同分析,隨著分解溫度不同有很多種分解方式,在110 ℃時:NH4NO3===NH3↑+HNO3;在185~200 ℃時:NH4NO3===N2O↑+2H2O;在230 ℃以上時:2NH4NO3===2N2↑+O2↑+4H2O;在400 ℃以上時發(fā)生爆炸:4NH4NO3 ===3N2↑+2NO2↑+8H2O。甲:氮元素化合價變化可知符合氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒,正確;乙:若生成N2O,需要-3價氮元素和+5價氮元素歸中反應(yīng)得到,生成N2O、NO2、H2O,不遵循氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒,錯誤;丙:生成NH3、N2、H2O的化合價變化不符合氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒,錯誤;丁:若生成N2、NO2、H2O,變化過程中氮也是化合價變化符合得失電子守恒,正確。
11.NH3是一種重要的化工原料。生活中的合成纖維、塑料、染料的生產(chǎn)會應(yīng)用到氨氣。氨氣還可以制備一系列無機物質(zhì)(如圖)。下列說法正確的是 (　　)
A.NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥
B.NH4Cl和Na2CO3受熱時都易分解
C.NH3具有還原性
D.上述轉(zhuǎn)化關(guān)系中只有2個氧化還原反應(yīng)
C
解析　A項,NH4Cl是常用化肥,而NaHCO3為小蘇打,不能用作化肥;B項,Na2CO3受熱不易分解;C項,NH3能發(fā)生催化氧化反應(yīng),故氨氣具有還原性;D項,上述轉(zhuǎn)化關(guān)系中有3個氧化還原反應(yīng):NH3→NO→NO2→HNO3。
12.下列物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化(其中A、B、C、D含同種元素,Y可以是純凈物,也可以是混合物,某些條件和產(chǎn)物已略去)如圖所示。下列有關(guān)敘述中不正確的是 (　　)
A.若A為硫單質(zhì),則Y可能是H2O2
B.若A為氮氣,則D是硝酸
C.若B為一氧化氮,則A一定是氮氣
D.若B為氧化鈉,則D一定是氫氧化鈉
C
解析　若A為硫單質(zhì),則B為二氧化硫,C為三氧化硫,D為硫酸,二氧化硫具有還原性,H2O2具有氧化性,二者可發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸,A正確;若A為氮氣,則B為一氧化氮,C為二氧化氮,二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮,故D是硝酸,B正確;若B為一氧化氮,氨氣發(fā)生催化氧化可生成一氧化氮,則A可能為氨氣,C錯誤;若B為氧化鈉,則C為過氧化鈉,過氧化鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氧氣,故D一定是氫氧化鈉,D正確。
13.將質(zhì)量為32 g的銅與150 mL的一定濃度的硝酸反應(yīng),銅完全溶解,產(chǎn)生標準狀況下11.2 L的NO和NO2的混合氣體,將生成的混合氣體與一定體積的氧氣一起通入足量NaOH溶液中,氣體恰好被吸收生成NaNO3。下列說法不正確的是 (　　)
A.標準狀況下,通入的O2體積為5.6 L
B.向反應(yīng)后的溶液加NaOH,使銅沉淀完全,需要NaOH的物質(zhì)的量至少為1.0 mol
C.標準狀況下,混合氣體構(gòu)成是5.6 L的NO和5.6 L的NO2
D.硝酸的物質(zhì)的量濃度為10.0 mol·L-1
D
解析　32 g的銅的物質(zhì)的量為0.5 mol;11.2 L的NO和NO2的物質(zhì)的量為0.5 mol,設(shè)混合氣體中NO的物質(zhì)的量為x,NO2的物質(zhì)的量為y,則x+y=0.5 mol,反應(yīng)過程中銅全部被氧化成Cu2+,根據(jù)得失電子守恒有3x+y=(0.5×2) mol,和前式聯(lián)立可得x=0.25 mol,y=0.25 mol;設(shè)氧氣的物質(zhì)的量為z,NO和NO2全部轉(zhuǎn)化為NaNO3,則根據(jù)得失電子守恒有0.5×2=4z,解得z=0.25 mol;根據(jù)元素守恒可知生成的n(NaNO3) =0.5 mol。A項,根據(jù)分析可知通入的O2為0.25 mol,標況下體積為0.25 mol×22.4 L/mol=5.6 L;B項,當硝酸無剩余時消耗的NaOH最少,此時NaOH只與Cu2+反應(yīng)生成Cu(OH)2沉淀,根據(jù)元素守恒可知此時n(NaOH)=2n(Cu2+)=0.5 mol×2=1 mol;C項,根據(jù)分析可知,混合氣體中有0.25 mol NO和0.25 mol NO2,即標準狀況下的5.6 L的NO和5.6 L的NO2;D項,由于不知道和銅反應(yīng)后硝酸是否有剩余,所以無法計算硝酸的濃度。
14.100 mL某混合酸中,c(HNO3)為0.3 mol/L,c(H2SO4)為0.25 mol/L。向其中加入3.2 g銅粉,待充分反應(yīng)后,忽略溶液體積變化,下列說法正確的是 (　　)
A.反應(yīng)后溶液中c(Cu2+)為0.45 mol/L
B.標準狀況下,生成NO的體積為224 mL
C.反應(yīng)中轉(zhuǎn)移0.09 mol電子
D.反應(yīng)后銅有剩余,加足量稀硫酸,銅減少,但仍然有剩余
D
解析　3.2 g銅粉的物質(zhì)的量為n(Cu)==0.05 mol,混合溶液中n(H+)=100 mL ×10-3 L/mL×0.3 mol/L+100 mL×10-3 L/mL×0.25 mol/L×2=0.08 mol,n(N)=
0.03 mol,根據(jù)3Cu+8H++2N===3Cu2++2NO↑+4H2O,H+不足,Cu和N過量,按照H+進行計算,據(jù)此分析。A項,根據(jù)上述分析,H+不足,Cu和N過量,按照H+進行計算,充分反應(yīng)后,溶液中n(Cu2+)=0.03 mol,即c(Cu2+)==0.3 mol/L;B項,根據(jù)上述分析,標準狀況下,產(chǎn)生NO的體積為×2×22.4 L/mol=0.448 L,即產(chǎn)生標準狀況下NO的體積為448 mL;C項,根據(jù)B選項分析,生成NO的物質(zhì)的量為0.02 mol,
即轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.02 mol×(5-2)=0.06 mol;D項,根據(jù)上述分析,反應(yīng)后剩余銅粉的物質(zhì)的量為0.02 mol,剩余n(N)=0.01 mol,加入足量稀硫酸時,0.01 mol N=0.015<0.02 mol,因此加入足量稀硫酸時,銅減少,但仍然有剩余。
15.足量銅與一定量的濃硝酸反應(yīng),得到硝酸銅溶液和二氧化氮、一氧化氮的混合氣體4.48 L (標準狀況),這些氣體與一定體積的氧氣(標準狀況下)混合通入水中,所有的氣體完全被水吸收生成硝酸。若向硝酸銅溶液中加入5 mol·的氫氧化鈉溶液,銅離子恰好完全沉淀,消耗氫氧化鈉溶液60 mL,下列說法錯誤的是(　　)
A.參加反應(yīng)的硝酸是0.5 mol
B.消耗氧氣1.68 L
C.此反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移0.3 mol電子
D.混合氣體中含3.36 L(標準狀況下)二氧化氮
B
解析　反應(yīng)后最終得到NaNO3溶液,反應(yīng)后溶液中n(N)=n(NaOH)=5 mol·L-1 ×0.06 L=0.3 mol,n(NO2)+n(NO)==0.2 mol,由N原子守恒:n(HNO3)= n(NO2)+n(NO)+n反應(yīng)后溶液(N)=0.2 mol+0.3 mol=0.5 mol,A正確;混合氣體與氧氣、水反應(yīng)又得到硝酸,根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒,Cu原子失去的電子數(shù)等于氧氣得到的電子數(shù),所得硝酸銅溶液中加入NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀生成Cu(OH)2,獲得NaNO3溶液,由電荷守恒可知,OH-的物質(zhì)的量等于氧氣得到電子的物質(zhì)的量即反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移0.3 mol電子,故消耗氧氣的物質(zhì)的量為=0.075 mol,則標準狀況下V(O2)=0.075 mol×22.4 L·mol-1=1.68 L,但未給出氣體所處狀況,B錯誤,C正確;設(shè)NO2、NO物質(zhì)的量分別為x mol、y mol,則x+y=0.2,由轉(zhuǎn)移電子守恒有x+3y=0.3,解得x=0.15,y=0.05,則標準狀況下v(NO2)=0.15 mol×22.4 L·mo=3.36 L,D正確。
16.如圖是無機物A~F在一定條件下的轉(zhuǎn)化關(guān)系(部分產(chǎn)物及反應(yīng)條件未標出)。已知:A為氣體,A~F都含有相同的元素。
試回答下列問題。
(1)寫出下列物質(zhì)的化學(xué)式:C　　　　、F　　　　　　。
(2)在①②③④中屬于氮的固定的是　　　 (填序號)。
NO
NH4NO3
④
解析　根據(jù)題中信息及轉(zhuǎn)化關(guān)系,推測A為氮氣、B為氨氣、C為一氧化氮,一氧化氮和氧氣生成二氧化氮,二氧化氮和水生成硝酸,硝酸和氨氣生成硝酸銨,故D為二氧化氮、E為硝酸、F為硝酸銨。(1)C、F分別為NO、NH4NO3;(2)游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮的化合物為氮的固定,①②③④中屬于氮的固定的是④;
(3)D易溶于水。常溫常壓下(Vm=28 L·mol-1),將體積為V mL的試管充滿D后倒扣在水中。
①最終試管中所得E的物質(zhì)的量濃度為(不考慮E的擴散)　　　 mol·L-1。
②為了消除D的污染,可將它與B在催化劑作用下反應(yīng),生成水和一種無污染物質(zhì),該反應(yīng)的化學(xué)方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　。
③若C、D按物質(zhì)的量之比1∶1被Na2CO3溶液吸收,只生成一種鹽,則該反應(yīng)的離子方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　。 為提高吸收速率與效率,最好選用_____裝置(填序號)。
+CO2
B
解析　(3)①二氧化氮易溶于水和水反應(yīng)生成硝酸:3NO2+H2O===2HNO3+NO,常溫常壓下(Vm=28 L·mol-1),將體積為V mL的試管充滿二氧化氮后倒扣在水中,最終試管中會剩余三分之一的NO,液體進入試管的三分之二,所得硝酸的物質(zhì)的量濃度為(不考慮氨氣的擴散) mol·L-1;②氨氣和二氧化氮在催化劑作用下反應(yīng),生成水和一種無污染物質(zhì),根據(jù)質(zhì)量守恒可知,該物質(zhì)為氮氣,該反應(yīng)的化學(xué)方程式是8NH3+6NO2
7N2+12H2O;③NO、NO2中氮的化合價分別為+2、+4,若NO、NO2按物質(zhì)的量之比1∶1被Na2CO3溶液吸收,只生成一種鹽,則結(jié)合化合價變化可知,生成鹽為NaNO2,碳酸根離子轉(zhuǎn)化為二氧化碳氣體,反應(yīng)為NO+NO2+Na2CO3===2NaNO2+CO2,離子反應(yīng)為:NO+NO2+C+CO2。為提高吸收速率與效率,最好選用B,裝置中球泡可以增加接觸面積加快吸收速率;
(4)工業(yè)上可用①②③由B制取E,為了提高原料的利用率并盡量減輕對環(huán)境的污染,C必須循環(huán)使用。若消耗1 mol的B制取E,在該過程中至少消耗的O2的物質(zhì)的量為　　　　　　。
2
解析　(4)工業(yè)上可用①②③由氨氣制取硝酸,反應(yīng)中NO必須循環(huán)使用,則可以認為氮元素完全轉(zhuǎn)化為了硝酸,氮化合價由-3最終變?yōu)?5,結(jié)合電子守恒可知NH3~8e-~2O2,若消耗1mol的氨氣制取硝酸,在該過程中至少消耗的O2的物質(zhì)的量為2 mol。
17.將32.64 g銅與140 mL一定濃度的硝酸反應(yīng),銅完全溶解,產(chǎn)生標準狀況下的一氧化氮和二氧化氮混合氣體共11.2 L。請回答下列問題:
(1)產(chǎn)生一氧化氮的體積為　　　　　　L(標準狀況下)。
(2)待反應(yīng)結(jié)束后,向溶液中加入V mL a mol·L-1氫氧化鈉溶液,恰好使溶液中的
Cu2+全部轉(zhuǎn)化為沉淀,則原硝酸的濃度為　　　　　　　　 mol·L-1(不必化簡)。
(3)欲使銅與硝酸反應(yīng)生成的氣體在氫氧化鈉溶液中全部轉(zhuǎn)化為硝酸鈉,至少需要氧氣　　　　 mol。
5.824
0.255
解析　(1)該過程發(fā)生兩個反應(yīng):3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O, Cu+4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。設(shè)生成的NO和NO2的物質(zhì)的量分別為x、y,則x+y=0.5 mol,1.5x+0.5y =0.51 mol,解得x=0.26 mol,y=0.24 mol,故標準狀況下V(NO)=0.26 mol×22.4 L·moL-1=5.824 L。(2)在反應(yīng)過程中,HNO3一部分表現(xiàn)酸性,另一部分表現(xiàn)氧化性。由溶液中的Cu2+恰好全部轉(zhuǎn)化為沉淀,則表現(xiàn)酸性的HNO3的物質(zhì)的量為n(HNO3)= n(NaOH),表現(xiàn)氧化性的HNO3的物質(zhì)的量為n(HNO3)=n(NO)+n(NO2),故原硝酸中HNO3的物質(zhì)的量n(HNO3)=n(NaOH)+n(NO)+ n(NO2)=(aV×10-3+0.5) mol,則c(HNO3)= mol·L-1。(3)通入氧氣的目的是將0.26 mol NO和0.24 mol NO2全部轉(zhuǎn)化為HNO3。根據(jù)得失電子守恒:4n(O2)= 3n(NO)+n(NO2)=3×0.26 mol+0.24 mol=1.02 mol,則n(O2)=0.255 mol。
18.氮的氧化物(NOx)是大氣污染物之一,工業(yè)上在一定溫度和催化劑條件下用NH3將NOx還原生成N2。在實驗室利用如圖裝置探究NO2能否被NH3還原。
(1)A裝置中盛放濃氨水的儀器名稱是　　　　　　,D裝置中盛放無水氯化鈣的儀器名稱是　　　　　　。
分液漏斗
球形干燥管
(2)試劑甲是　　　　　　,D中無水氯化鈣的作用是　　　　　　。
(3)E裝置中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。
(4)在一定溫度和催化劑條件下,若NO2能夠被NH3還原,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:
　　　　　　　　　　　 　　　　, 還可以在空氣中使用具有堿性的Na2CO3溶液來吸收NO2,相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　。
(5)此實驗裝置存在一個明顯的缺陷是　　　　　　　　　　。
堿石灰
干燥NO2氣體
Cu+4H++2N===Cu2++2NO2↑+2H2O
8NH3+6NO2 7N2+12H2O
4NO2+2Na2CO3+O2===4NaNO3+2CO2
缺少尾氣處理裝置
解析　裝置A中,濃氨水和生石灰反應(yīng)生成氨氣;裝置B用于干燥氨氣,氨氣是堿性氣體,故試劑甲應(yīng)是堿石灰;裝置E中濃硝酸和銅片反應(yīng)生成二氧化氮;裝置D中裝有無水氯化鈣,是為了干燥二氧化氮;裝置C中,氨氣和二氧化氮在一定溫度和催化劑條件下反應(yīng)生成氮氣和水。(3)裝置E中濃硝酸和銅片反應(yīng)生成二氧化氮、硝酸銅和水,離子方程式為Cu+4H++2N===Cu2++2NO2↑+2H2O。(4)氨氣和二氧化氮在一定溫度和催化劑條件下反應(yīng)生成氮氣和水,反應(yīng)的化學(xué)方程式為8NH3+6NO2 7N2+12H2O;NO2和Na2CO3溶液在空氣中反應(yīng)生成NaNO3和CO2,反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NO2+2Na2CO3+O2===4NaNO3+2CO2。(5)NO2是有毒氣體,NH3污染環(huán)境,故在此實驗裝置中還缺少尾氣處理裝置。
19.疊氮化鈉(NaN3)是一種重要的化工產(chǎn)品,可用于合成抗生素頭孢菌素藥物和用作汽車安全氣囊的氣源。實驗室可通過以下流程制備疊氮化鈉并測定其純度。請回答以下問題:
Ⅰ.制備氨基鈉(反應(yīng)原理為2Na+2NH3 2NaNH2+H2)實驗裝置如圖甲。
已知:氨基鈉極易水解且易被空氣中的氧氣氧化。
(1)儀器a的名稱為　　　　　　。實驗開始時,應(yīng)先打開分液漏斗使?jié)獍彼稳?目的是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　。
(2)B裝置中的藥品可選用　　　　(填字母)。
A.P2O5 B.堿石灰
C.無水硫酸銅 D.無水氯化鈣
圓底燒瓶
將裝置內(nèi)的空氣排盡,防止Na、氨基鈉變質(zhì)
B
解析　(2)氨氣是堿性氣體,不能使用酸性干燥劑,且氨氣可以與無水氯化鈣反應(yīng),故B裝置中的藥品可選用堿石灰。
Ⅱ.制備NaN3。
(3)將Ⅰ中制備的NaNH2與N2O在210~220 ℃的條件下反應(yīng)生成NaN3、NaOH和氨氣,化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
2NaNH2+N2O NaN3+NaOH+NH3
Ⅲ.測定NaN3的純度。
精確稱量0.150 0 g NaN3樣品,設(shè)計如圖乙所示裝置,連接好裝置后使錐形瓶傾斜,使小試管中的NaN3樣品與M溶液接觸,測量產(chǎn)生的氣體體積從而測定其純度(不考慮溶劑的揮發(fā))。
已知:2NaN3~3N2(其他產(chǎn)物略),反應(yīng)中放出大量的熱。
(4)對量氣管讀數(shù)時,反應(yīng)前后都需要進行的操作是　　　　　　　　　　　 　。
(5)常溫下測得產(chǎn)生氣體的體積為54.00 mL(N2的密度為1.400 g·),計算NaN3樣品的純度為　　　　　(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。
調(diào)節(jié)量氣管使兩側(cè)的液面相平
78.0%
解析　(4)對量氣管讀數(shù)時,需要調(diào)節(jié)量氣管使兩側(cè)的液面相平,確保氣體壓強與外界大氣壓相等。(5)根據(jù)題意可知,生成N2的質(zhì)量為1.400 g·×0.054 L=0.075 6 g,根據(jù)關(guān)系式:2NaN3~3N2,NaN3的質(zhì)量為 g=0.117 g,則NaN3樣品的純度為×100%=78.0%。

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