人教版2022届高中化学一轮复习 第四单元　第4节　氮及其重要化合物 课件

这是一份人教版2022届高中化学一轮复习 第四单元　第4节　氮及其重要化合物 课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识自主预诊，知识梳理1氮的固定，N2O4，N2O5，关键能力考向突破，答案C，刺激性，氨的化学性质，1与水反应，浓硝酸等内容，欢迎下载使用。
2.氮气(1)物理性质:无色无味气体,密度比空气略小,难溶于水。(2)化学性质:
写出有关反应的化学方程式:①　　　　　　　　　　　　　　; ②　　　　　　　　　　　　　　　　　　; ③　　　　　　　　　　　　　　。 
3Mg+N2 Mg3N2
N2+3H2 2NH3　
N2+O2 2NO
3.氮的氧化物(1)氮有多种价态的氧化物,氮元素从+1~+5价都有对应的氧化物,如N2O、　　、N2O3、NO2(或　　　)、N2O5,其中属于酸性氧化物的是N2O3、　　　。 
(2)NO和NO2的性质比较。
微点拨 (1)氮的氧化物都有毒,其中NO2与N2O4存在平衡: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的方法是向无色气体中通入O2(或空气),无色气体变为红棕色。(3)NO能用排水法收集,不能用排空气法收集;而NO2能用向上排空气法收集,不能用排水法收集。
(4)氮氧化物对环境的污染。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,与水反应生成HNO3和HNO2,随雨雪降到地面形成酸雨。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。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)N2分子的结构稳定,因而氮气不支持任何物质的燃烧。(　　)(2)豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮属于氮的固定,是化学变化。(　　)(3)NO2与水反应生成硝酸,故NO2是酸性氧化物。(　　)(4)制取二氧化氮时,用水或NaOH溶液吸收尾气。(　　)(5)溴蒸气和NO2都是红棕色气体,可用湿润的淀粉KI试纸和NaOH溶液鉴别。(　　)(6)汽车尾气中的氮氧化合物是由化合态氮转化来的。(　　)
答案 (1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
2.(1)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:　　　　　　　　　　　　　　。 (2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。如4NH3+6NO 5N2+6H2O。写出氨气转化NO2生成无毒气体的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　,氧化产物与还原产物的质量之比为　　　　。 
(3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。①NO2被烧碱溶液吸收时,生成两种钠盐,其物质的量之比为1∶1,写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐,该钠盐的化学式是　　　　　　　　。 
答案 (1)2CO+2NO N2+2CO2(2)8NH3+6NO2 7N2+12H2O　4∶3(3)①2NO2+2NaOH==NaNO3+NaNO2+H2O　②NaNO2
考向1　氮及其化合物的性质【典例1】 (2019江苏化学,16)N2O、NO和NO2等氮氧化物是空气污染物,含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。(1)N2O的处理。N2O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物,用特种催化剂能使N2O分解。NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O的化学方程式为　。 (2)NO和NO2的处理。已除去N2O的硝酸尾气可用NaOH溶液吸收,主要反应为
①下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的有　　　　(填字母)。 A.加快通入尾气的速率B.采用气、液逆流的方式吸收尾气C.吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液②吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤,得到NaNO2晶体,该晶体中的主要杂质是　　　　(填化学式);吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是　　　　(填化学式)。 
(3)NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气,可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同,NO转化为N 的转化率随NaClO溶液初始pH(用稀盐酸调节)的变化如下图所示。
①在酸性NaClO溶液中,HClO氧化NO生成Cl-和N ,其离子方程式为　。 ②NaClO溶液的初始pH越小,NO转化率越高。其原因是　　　　　　。 
答案 (1)2NH3+2O2 N2O+3H2O　(2)①BC②NaNO3　NO　(3)①3HClO+2NO+H2O==3Cl-+2N +5H+　②溶液pH越小,溶液中HClO的浓度越大,氧化NO的能力越强
(3)①在酸性条件下,氧化剂HClO+2e-→Cl-,还原剂NO-3e-→N ,根据电子守恒和原子守恒,写出离子方程式:2NO+3HClO+H2O==2N +3Cl-+5H+。②溶液pH越小,c(HClO)越大,氧化NO的能力越强。
归纳总结常见的NOx尾气处理方法(1)碱液吸收法。2NO2+2NaOH==NaNO3+NaNO2+H2ONO2+NO+2NaOH==2NaNO2+H2ONO2、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,氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2),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。
对点演练1(2020吉林德惠实验中学期中)NH3催化还原NO是重要的烟气脱硝技术,其反应过程与能量关系如下图1所示;研究发现在以Fe2O3为主的催化剂上可能发生的反应过程如图2所示。下列说法正确的是(　　)
A.NH3催化还原NO为吸热反应B.过程Ⅰ中NH3断裂非极性键C.过程Ⅱ中NO为氧化剂,Fe2+为还原剂D.脱硝的总反应为:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g)
答案 D　解析 根据图1所示,反应物总能量高于生成物总能量,为放热反应,故NH3催化还原NO为放热反应,A错误;NH3断裂的是N—H极性键,B错误;NO反应生成N2,化合价由+2价变为0价,化合价降低,NO得电子为氧化剂,Fe2+在反应前后没有发生变化,为催化剂,C错误;由图2可知,脱硝的总反应的化学方程式为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g),D正确。
考向2　氮氧化物溶于水的定量计算【典例2】 (2020湖南茶陵县茶陵三中月考)标准状况下,将4.48 L的NO2和NO组成的混合气体通入100 mL的水中,气体体积缩小为2.24 L,假设溶液的体积不变,则下列说法中错误的是(　　)A.所得溶液中溶质的物质的量浓度为1.0 ml·L-1B.剩余气体中氮元素与氧元素的质量比为7∶8C.原混合气体中NO2和NO的体积比为1∶1D.反应过程中转移的电子总数为0.1 ml
解析 标准状况下,4.48 L的NO2和NO组成的混合气体的物质的量为0.2 ml,反应后气体剩余0.1 ml,发生的反应为3NO2+H2O==2HNO3+NO。根据3NO2+H2O==2HNO3+NO可知,气体体积减少的物质的量和硝酸的物质的量相等,则n(HNO3)=0.1 ml,c(HNO3)= =1.0 ml·L-1,A正确;剩余气体都是NO,N元素和O元素的质量比等于其相对原子质量之比为14∶16=7∶8,B正确;根据3NO2+H2O==2HNO3+NO可知,气体体积减少的体积与NO2的体积之比为2∶3,NO2的体积为 ×(4.48 L-2.24 L)=3.36 L,则NO的体积为1.12 L,原混合气体中NO2和NO的体积比为3∶1,C错误;根
据3NO2+H2O==2HNO3+NO可知,NO2既作氧化剂又作还原剂,气体体积减少的物质的量与转移电子的物质的量相等,则转移电子的物质的量为0.1 ml,D正确。
深度指津 氮的氧化物与O2、H2O反应的计算(1)利用关系式求解。氮的氧化物溶于水的过程中所发生的反应有:3NO2+H2O==2HNO3+NO,2NO+O2==2NO2。叠加后得①4NO2+O2+2H2O==4HNO3;②4NO+3O2+2H2O==4HNO3;③NO2+NO+O2+H2O==2HNO3。
若NO2、O2的混合气体通入水中,由①式可知其体积比有:
若NO、NO2、O2的混合气体通入水中,当V(NO)∶V(NO2)∶V(O2)=1∶1∶1时,恰好转化为HNO3,即按③式反应。当V(NO)∶V(NO2)∶V(O2)≠1∶1∶1时,可先将NO2转化为NO,然后再按照NO和O2溶于水的反应进行计算。
(2)依据氮氧原子个数比求解。通过上述方程式的关系,我们不难发现:无论是哪种情况,生成HNO3的NO、NO2、O2中氮氧原子个数比都为2∶5。都等效于硝酸的酸酐N2O5与H2O的反应。在解题时,我们也可以利用这个关系来进行分析判断,并最终得出结论。
(3)利用电子守恒关系求解。从氧化还原反应的电子得失角度分析上述反应,都是氮的氧化物被氧气氧化生成硝酸。
解题时,可以根据氮的氧化物失电子总数=氧气得电子总数的关系来求解。
对点演练2(2020全国专题练习)在标准状况下,将NO2、NO、O2混合并充满容器,然后把容器倒置于水槽中,充分反应后,水充满容器,则容器内HNO3的物质的量浓度的大小范围是(　　)
解析 在标准状况下,将NO2、NO、O2混合并充满容器,然后把容器倒置于水槽中,充分反应后,水充满容器,说明气体完全反应,若混合气体是NO2和O2,且体积比为4∶1,则发生反应:4NO2+O2+2H2O==4HNO3,生成硝酸的物质的量是溶于水的气体物质的量的 ,所得溶液的体积等于溶于水的气体体积,所以所得溶液的物质的量浓度为
知识梳理1.氨的分子结构与物理性质
NH3·H2O NH3↑+H2O
(2)与酸的反应。蘸有浓盐酸、　　　　　　的玻璃棒分别与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近,其现象为　　　　　　　　。 化学方程式分别为　　　 　　　　　　　　　　。 (3)与盐溶液的反应。如过量氨水与AlCl3溶液反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
HCl+NH3==NH4Cl、HNO3+NH3==NH4NO3　
(4)氨气的还原性。
4NH3+5O2 4NO+6H2O
微点拨 (1)NH3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,可在推断题中作为解题突破口。(2)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。
3.氨气的实验室制法
氨气的用途:化工原料,用于制硝酸、铵盐、纯碱、尿素,用作制冷剂。
4.铵盐的性质(1)铵盐的物理性质。绝大多数铵盐都是白色固体,易溶于水。(2)铵盐的化学性质。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)因为NH4HCO3受热易分解,故可用作氮肥。(　　)(2)用生石灰与浓氨水混合制得的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,说明NH3为碱性气体。(　　)(3)检验溶液中是否含有N :取少量试液置于试管中,加入NaOH溶液并加热,用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体。(　　)(4)加热盛有NH4Cl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。(　　)(5)可用蘸浓盐酸的棉棒检验输送氨气的管道是否漏气。(　　)
答案 (1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√
2.(2020甘肃武威模拟)氮元素形成的化合物种类十分丰富。请根据以下工业制硝酸的原理示意图回答含氮化合物相关的问题:
(1)下列有关NH3的说法不正确的是　　　　。 A.工业合成NH3需要在高温高压及催化剂条件下进行B.NH3可用来生产碳铵和尿素等化肥C.NH3可用浓硫酸或无水氯化钙干燥D.NH3受热易分解,须置于冷暗处保存(2)NH3极易溶于水,标准状况下,用充满NH3的烧瓶做喷泉实验,水充满整个烧瓶后所形成溶液的物质的量浓度为　　　　　 ml·L-1。 (3)氨气燃烧生成N2的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
考向1　氨和铵盐的性质及应用【典例1】 (2020辽宁阜新海州高级中学月考)某小组同学欲探究NH3的催化氧化反应,按下图装置进行实验。A、B装置可选用的药品:浓氨水、H2O2溶液、蒸馏水、NaOH固体、MnO2。
(1)NH3催化氧化的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)甲、乙两同学分别按上图装置进行实验。一段时间后,装置G中的溶液都变成蓝色。①甲观察到装置F中有红棕色气体,生成红棕色气体的化学方程式是　　　　　　　　　　。 ②乙观察到装置F中只有白烟生成,白烟的成分是　　　　　　(填化学式)。 ③用离子方程式解释装置G中溶液变成蓝色的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)为帮助乙实现在装置F中也观察到红棕色气体,可在原实验的基础上进行改进:①甲认为可调节K1和K2控制A、B装置中的产气量,应　　　　(填“增加”或“减少”)装置A中的产气量,或　　　　(填“增加”或“减少”)装置B中的产气量。 ②乙认为可在装置E、F间增加装置,该装置可以是　　　　(填字母序号)。 
(4)为实现该反应,也可用下图所示的装置替换题给装置中虚线框部分:
化合物X为　　　　　。NH4HCO3的作用是　　　　　　。 
答案 (1)4NH3+5O2 4NO+6H2O　(2)①2NO+O2==2NO2　②NH4NO3　③3Cu+8H++2N ==3Cu2++2NO↑+4H2O　(3)①增加　减少　②abc　(4)Na2O2　NH4HCO3受热分解放出NH3,同时放出的CO2和H2O分别与Na2O2反应生成O2
解析 (1)氨的催化氧化反应中,氨气被氧气氧化生成一氧化氮,化学方程式为4NH3+5O2 4NO+6H2O。(2)①氨气发生催化氧化反应生成一氧化氮,一氧化氮极易与氧气化合生成二氧化氮:2NO+O2==2NO2,所以装置F中有红棕色气体产生;②乙观察到装置F中只有白烟生成,是由于氨气和硝酸反应NH3+HNO3==NH4NO3,生成了白色的NH4NO3固体;③在装置G中,生成的二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,该反应的化学方程式为3NO2+H2O==2HNO3+NO,金属铜与硝酸发生反应3Cu+8HNO3(稀) ==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,对应的离子方程式为3Cu+8H++2N ==3Cu2++2NO↑+4H2O。
(3)①为了充分氧化氨气,氧气需过量,故需增加氧气的量或减少氨气的量。由气体的干燥装置可知,A为制氧气的装置,B为制取氨气的装置,因此可增加装置A中的产气量或减少装置B中的产气量;②E装置是氨气的催化氧化装置,从装置中出来的气体中有氧气、氨气、一氧化氮和水蒸气,因发生反应4NO+2H2O+3O2==4HNO3,NH3+HNO3==NH4NO3会产生白烟,为避免F中生成硝酸铵,实现在F中看到红棕色的二氧化氮,需除去水蒸气或氨气,需在装置E、F间增加一个装置,该装置可以将氨气或水蒸气除去,a中碱石灰可吸收水蒸气,也可以通过防倒吸的b装置吸收氨气,还可以通过浓硫酸吸收氨气和水蒸气,故选abc。
(4)为实现反应2NO+O2==2NO2,还需要氧气,碳酸氢铵受热分解生成氨气、水和二氧化碳,放出的CO2和H2O可与Na2O2反应生成O2,则X为Na2O2。
方法技巧 N 的检验
对点演练1(2020宁夏吴忠调考)利用Cu-ZSM-5分子筛催化剂,NH3可脱除燃煤烟气中的NO和NO2,生成两种无毒物质,其反应历程如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.X和Y均是N2B.上述历程的总反应为2NH3+NO+NO2 2N2+3H2OC.阶段④中氮元素只被还原D.NH3、N 、H2O中的质子数、电子数均相同
解析 图示反应中可以生成X的反应为[(NH4)2(NO2)]2++NO== [(NH4)(HNO2)]++X+H+,依据原子守恒判断X为N2和H2O,故A错误;由反应历程图可知,氨气、二氧化氮和一氧化氮是反应物,氮气与水是生成物,所以总反应为2NH3+NO+NO2 2N2+3H2O,故B正确;阶段④由[(NH4)(HNO2)]+变成氮气,氮元素的化合价既有升高也有降低,氮元素既被氧化也被还原,故C错误;NH3、N 、H2O中的质子数分别为10、11、10;NH3、N 、H2O中的电子数分别为10、10、10,所以质子数不同,故D错误。
考向2　氨气的制取及实验探究【典例2】 (2020百校联盟摸底)某研究性学习小组设计用如图所示实验装置(夹持仪器省略)制取干燥的氨气并验证NH3具有还原性,请回答下列问题:
(1)实验室制备氨气有多种方法,现欲用NH4Cl与Ca(OH)2反应制取NH3,则甲中的气体发生装置为　　　　(从Ⅱ中选用);用浓氨水与生石灰反应也可制取NH3,反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)装置丙用于收集NH3,应将导管　　　　(填“a”或“b”)延长至接近集气瓶底,装置乙中盛放的试剂为　　　　　　,装置己的作用为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答两点)。 (3)若装置丁中黑色固体变红,则装置戊中现象为　　　　　　　　。 
答案 (1)B　CaO+NH3·H2O==Ca(OH)2+NH3↑(2)b　碱石灰　吸收未反应完的NH3,防止空气中水蒸气进入装置戊中(3)白色固体变为蓝色
解析 (1)铵盐与氢氧化钙反应需要加热,且反应中有水生成,应选装置B;氧化钙与一水合氨反应生成氢氧化钙和氨气。(2)氨气密度比空气小,应用向下排空气法收集,所以将b管延伸至接近集气瓶底;氨气是碱性气体,可用碱石灰干燥;氨气与氧化铜反应时,氨气是过量的,装置己的作用是吸收未反应完的NH3,防止空气中水蒸气进入装置戊中。(3)氨气与氧化铜反应生成铜和水,所以装置戊中的现象为白色固体变为蓝色。
归纳总结 实验室制取氨气的简易方法
对点演练2下列制备NH3并制取氨水的装置正确且能达到实验目的的是(　　)
答案 D　解析 A项,加热固体时试管口应略向下倾斜,错误;B项,带有水蒸气的氨气能与五氧化二磷反应,不能用五氧化二磷干燥氨气,错误;C项,氨气密度小于空气,应用向下排空气法收集,错误;D项,氨气极易溶于水,但不溶于四氯化碳,可通过四氯化碳层再进入水层吸收氨气,可防止倒吸,正确。
知识梳理1.物理性质硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。微点拨 实验室常用浓硝酸的质量分数为69%,物质的量浓度约为16 ml·L-1,95%以上的硝酸称为“发烟硝酸”。
2.化学性质(1)不稳定性。反应的化学方程式为　　　 　　　　　　　　　　　。 
微点拨 (1)市售浓硝酸呈黄色,是因为硝酸分解生成的NO2溶解在硝酸里。(2)硝酸要保存在棕色试剂瓶中,并置于冷暗处,不能用橡胶塞。
4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O　
(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。与金属反应。稀硝酸与铜反应:3Cu+8HNO3(稀) ==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O;浓硝酸与铜反应:Cu+4HNO3(浓) ==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。②与非金属反应。浓硝酸与C的反应:
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。稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。 
微点拨 (1)硝酸浓度越大,其还原产物的价态越高。浓硝酸对应还原产物为NO2,稀硝酸对应还原产物为NO。(2)常温下,铁、铝遇浓硝酸能发生“钝化”,“钝化”并不是不反应,故常温下浓硝酸可以用铁桶盛放。
3.工业制法(1)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO:　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)NO进一步氧化生成NO2:　　　　　　　　　　。 (3)用水吸收NO2生成HNO3:　　 　　　　　　　。 
4NH3+5O2 4NO+6H2O
2NO+O2==2NO2　
3NO2+H2O==2HNO3+NO
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)浓硝酸在光照下久置会变黄。(　　)(2)将铁屑放入稀硝酸中证明Fe比H活泼。(　　)(3)向稀硝酸中滴加Na2SO3溶液:S +2H+==SO2↑+H2O。(　　)(4)将可调高度的铜丝伸入稀硝酸中,溶液变蓝,说明铜与稀硝酸发生置换反应。(　　)(5)稀硝酸可除去试管内壁的银镜。(　　)(6)常温下,将浓硝酸滴加到用砂纸打磨过的铝条上,会产生红棕色气体。(　　)
答案 (1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×
2.在浓硝酸中放入铜片,回答下列问题。(1)反应开始时的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。实验现象为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)若铜有剩余,则反应将要结束时的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)待反应停止后,再加入少量25%的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案 (1)Cu+4HNO3(浓) ==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O　铜片逐渐溶解,溶液逐渐变蓝,有红棕色气体逸出　(2)3Cu+8HNO3(稀) ==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O　(3)加入稀硫酸后,H+与原溶液中的N 形成HNO3溶液,又能与过量的Cu反应
考向1　硝酸的性质及应用【典例1】 (2020福建师大附中期中)某实验小组欲探究浓硝酸的性质。Ⅰ.木炭与浓硝酸反应:(1)甲同学设计了图1装置,认为若有红棕色气体产生就说明木炭与浓硝酸发生了反应。写出木炭与浓硝酸反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)乙同学认为红棕色气体不能作为木炭与浓硝酸反应的证据,其理由是　　　　　　　　　　　　　。 (3)乙同学设计了图2装置实验,木炭能燃烧,并产生红棕色气体。针对该实验现象,乙同学做出如下假设:假设a:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　; 假设b:红热木炭使HNO3分解产生NO2,NO2可能具有助燃性,木炭燃烧;假设c:红热木炭使HNO3分解产生O2,木炭在O2中燃烧;假设d:红热木炭使HNO3分解产生NO2和O2,共同作用使木炭燃烧;……
(4)设计实验证明假设b成立,请将实验方案补充完整。①实验方法:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 实验现象:木炭在该气体中持续燃烧,火焰迅速变亮,集气瓶中气体颜色变浅直至无色,产生的气体能使澄清石灰水变浑浊,且遇空气不变色。②根据实验现象写出木炭与此气体反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　。 
Ⅱ.设计硝酸在不同条件下分解的实验,方案见下表:
(5)分析上述现象,得出使硝酸成功分解的关键是　　　　　　　　。 
答案 (1)C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O　(2)硝酸分解也能产生红棕色NO2气体　(3)红热木炭直接和硝酸蒸气反应　(4)①将红热的木炭伸入盛有NO2气体的集气瓶中　②2NO2+2C N2+2CO2　(5)光照或加热使硝酸蒸气(或硝酸分子)分解
解析 Ⅰ.(1)碳与浓硝酸反应生成二氧化碳、二氧化氮和水,该反应的化学方程式为C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O。(2)浓硝酸不稳定,加热易分解生成二氧化氮,该反应的化学方程式为4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O,所以要想检验浓硝酸和碳反应不能根据是否生成二氧化氮判断,要根据生成CO2判断。(3)乙同学设计了图2装置实验,木炭能燃烧,并产生红棕色气体。图示中在燃烧匙中红热的木炭可能直接与硝酸反应产生二氧化氮气体,也可能是红热木炭使HNO3分解产生红棕色NO2气体。
(4)①设计实验证明红热木炭使HNO3分解产生NO2,NO2可能具有助燃性,从而使木炭燃烧。可将红热的木炭伸入盛有NO2气体的集气瓶中,观察木炭在NO2气体中持续燃烧,火焰迅速变亮,集气瓶中气体颜色变浅直至无色,产生的气体能使澄清石灰水变浑浊,且遇空气不变色,可说明假设b成立;②木炭在NO2气体中燃烧,结合元素守恒分析,产生的气体能使澄清石灰水变浑浊则为二氧化碳,另一种无色气体且遇空气不变色,则为氮气,据此可写出该反应的化学方程式为2NO2+2C N2+2CO2。
Ⅱ.(5)对充满浓硝酸的试管光照8小时,溶液不变黄,浓硝酸几乎不分解;对充有少量浓硝酸的试管光照几分钟后看到液面上方出现红棕色,溶液变黄,说明硝酸已经分解;先点燃ⅰ处酒精灯,溶液沸腾后没有观察到红棕色气体产生,其目的是使硝酸形成蒸气,点燃ⅱ处酒精灯并加热试管中部,很快看到大量红棕色气体产生,说明硝酸分子分解。由此可判断使硝酸成功分解的关键是光照或加热使硝酸蒸气(或硝酸分子)分解。
易错警示 (1)浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红,后褪色,该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性。(2)硝酸能够与绝大多数的金属(除Au、Pt外)反应,但不生成氢气;与变价金属反应时,金属能够被氧化为高价态。(3)分析离子共存的问题时要注意H+和N 共存时相当于稀硝酸,有较强的氧化性。
对点演练1下列有关实验操作、现象、解释或结论都正确的是(　　)
A.①② B.③④C.②③④D.②④
答案 D　解析 过量的铁粉加入稀硝酸生成Fe2+,加入KSCN溶液时颜色不变,故①错误;浓硝酸久置变黄是因为HNO3分解产生的NO2溶于HNO3溶液所致,故②正确;Al箔遇浓硝酸钝化,稀硝酸会使Al箔溶解,故③错误;浓硝酸具有酸性和强氧化性,可使蓝色石蕊试纸先变红色后褪色,故④正确。
考向2　硝酸与金属反应的计算【典例2】 (双选)如图表示铁与不同浓度硝酸反应时,各种还原产物(按物质的量计)的相对含量与硝酸浓度的关系,则下列说法不正确的是(　　)
A.一般来说,硝酸与铁反应的还原产物不是单一的B.用一定量的铁粉与大量的9.75 ml·L-1HNO3溶液反应得到标准状况下气体2.24 L,则参加反应的硝酸的物质的量为0.1 mlC.硝酸的浓度越小,其还原产物中价态越高的成分越多D.当硝酸浓度为9.75 ml·L-1时还原产物是NO、NO2、N2O,且其物质的量之比为5∶3∶1
答案 BC　解析 根据图像可知硝酸的还原产物有多种,因此一般来说,硝酸与铁反应的还原产物不是单一的,A正确;参加反应的硝酸包括被还原的,以及没有被还原的(转化为硝酸盐),因此参加反应的硝酸的物质的量大于0.1 ml,B错误;根据图像可知随着硝酸浓度的升高,NO2的含量增大,这说明硝酸的浓度越大,其还原产物中价态越高的成分越多,C错误;根据图像可知当硝酸浓度为9.75 ml·L-1时还原产物是NO、NO2、N2O,且其物质的量之比为10∶6∶2=5∶3∶1,D正确。
方法技巧 解金属与硝酸反应计算题的一般方法
对点演练2(2020江西南昌新建一中月考)1.52 g铜镁合金完全溶解于50 mL密度为1.40 g·mL-1、质量分数为63%的浓硝酸中,得到NO2和N2O4的混合气体1 120 mL(换算为标准状况),向反应后的溶液中加入1.0 ml·L-1 NaOH溶液,当金属离子全部沉淀时,得到2.54 g沉淀,下列说法不正确的是(　　)A.该合金中铜与镁的物质的量之比是2∶1B.该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是14.0 ml·L-1C.NO2和N2O4的混合气体中,NO2的体积分数是80%D.得到2.54 g沉淀时,加入NaOH溶液的体积是600 mL
深度指津 金属与硝酸反应的相关计算中守恒思想的应用
含氮元素物质之间的转化关系
(1)歧化——同一元素的化合价在同一反应中既升高又降低。如:3NO2+H2O==2HNO3+NO2NO2+2NaOH==NaNO3+NaNO2+H2O(2)归中——同一元素的不同化合价在同一反应中只靠拢。如:6NO+4NH3 5N2+6H2ONO2+NO+2NaOH==2NaNO2+H2O(3)含氮物质的连续氧化。
1.特殊的颜色:NO2——红棕色气体2.特殊的检验:
3.特殊的性质:硝酸具有不稳定性和强氧化性
(5)Cu+4HNO3(浓) ==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O(6)3Cu+8HNO3(稀) ==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
素养解读物质的转化与推断题重点考查几种主要的元素及其化合物之间的转化关系,近年高考在江苏卷中作为必考题型出现,在全国卷中以框图、流程的形式也多次出现,重在考查学生变化观念与平衡思想、证据推理和模型认知等学科核心素养。
案例探究情境:过氧化钡是一种白色或灰白色的粉末,通常含有一氧化钡。在空气中缓慢分解,不溶于水,但能缓慢水解,接触稀酸或含二氧化碳的水会生成过氧化氢,与水化合可生成BaO2·8H2O。熔点为450 ℃,沸点为800 ℃,有强氧化性,有毒,有腐蚀性。
【典例】 (2020北京化学,15)H2O2是一种重要的化学品,其合成方法不断发展。
①I为分解反应,产物除BaO、O2外,还有一种红棕色气体。该反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　。 ②Ⅱ为可逆反应,促进该反应正向进行的措施是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ③Ⅲ中生成H2O2,反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　。 ④减压能够降低蒸馏温度,从H2O2的化学性质角度说明Ⅴ中采用减压蒸馏的原因:　　　　　　　　　。 
(2)电化学制备方法:已知反应2H2O2==2H2O+O2↑能自发进行,反向不能自发进行,通过电解可以实现由H2O和O2为原料制备H2O2,如图为制备装置示意图。
①a极的电极反应式是　　　　　　　　。 ②下列说法正确的是　　　　。 A.该装置可以实现电能转化为化学能B.电极b连接电源负极C.该方法相较于早期制备方法具有原料廉价,对环境友好等优点
解析 (1)①Ⅰ为分解反应,产物除BaO、O2外,还有一种红棕色气体,该气体为NO2。根据氧化还原反应中电子得失守恒配平该反应的化学方程式为2Ba(NO3)2 2BaO+O2↑+4NO2↑;②Ⅱ为BaO与氧气反应生成BaO2,该反应是可逆反应,反应的化学方程式为2BaO(s)+O2(g) 2BaO2(s),正反应为气体体积减小的放热反应,促进该反应正向进行的措施是增大压强、增大氧气的浓度、降低温度等;③Ⅲ中过氧化钡与盐酸反应生成氯化钡和H2O2,反应的化学方程式为BaO2+2HCl==BaCl2+H2O2;④H2O2受热易分解,采用减压能够降低蒸馏温度,防止双氧水分解导致产率降低。
(2)①根据题意分析可知,a极的电极反应式是O2+2H++2e-==H2O2;②2H2O2==2H2O+O2↑能自发进行,反向不能自发进行。图示装置属于电解池,电解池是将电能转化为化学能的装置,故A正确;根据分析,电极b为阳极,电解池阳极与电源正极连接,故B错误;该装置中的总反应为2H2O+O2 2H2O2,则制取H2O2的原料为氧气和水,具有来源广泛,原料廉价,对环境友好等优点,故C正确。
答案 (1)①2Ba(NO3)2 2BaO+O2↑+4NO2↑　②增大压强或增大氧气的浓度或降低温度　③BaO2+2HCl==BaCl2+H2O2　④H2O2受热易分解(2)①O2+2H++2e-==H2O2　②AC
方法规律1.解题策略无论推断题属于哪种形式,均遵循这样的推断思路:迅速浏览、整体扫描、产生印象、寻找“突破口”,突破口由点到面、随时检验,注意联系、大胆假设、全面分析(正推或逆推),验证确认。解题的关键是仔细审题,依据物质的特性或特征转化来确定“突破口”,顺藤摸瓜,进而完成全部未知物的推断。
2.熟悉常见的转化关系(1)直线型转化关系。熟记元素的单质及其化合物间的连续变化。①连续氧化型:
(铝土矿 提纯氧 化铝)
(工业提镁 部分流程)
素养提升1.(2020福建永安一中期中)下列关系图中,A是一种正盐,B是气态氢化物,C是单质,F是强酸。A确定时,当X无论是强酸还是强碱时都有如下转化关系(其他反应产物及反应所需条件均已略去),当X是强碱时,过量的B跟Cl2反应除生成C外,另一产物是盐酸盐。
下列说法中不正确的是(　　)A.当X是强酸时,A、B、C、D、E、F中均含同一种元素,F可能是H2SO4B.当X是强碱时,A、B、C、D、E、F中均含同一种元素,F是HNO3C.B和Cl2的反应是氧化还原反应D.当X是强酸时,C在常温下是气态单质
答案 D　解析 根据图中的转化关系可知,A一定是弱酸的铵盐,当X是强酸时,A、B、C、D、E、F分别是NH4S、H2S、S、SO2、SO3、H2SO4;当X是强碱时,A、B、C、D、E、F分别是NH4S、NH3、N2、NO、NO2、HNO3。由上述分析可知,当X是强酸时,F是H2SO4,故A正确;由上述分析可知,当X是强碱时,F是HNO3,故B正确;无论B是H2S还是NH3,B和Cl2的反应一定是氧化还原反应,故C正确;当X是强酸时,C是硫,在常温下是固态单质,故D错误。
2.(2021年1月广东省适应性测试)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bB.b为红棕色,可转化为cC.密闭体系中,c存在2NO2 N2O4D.d的溶液与Cu反应可生成b或c
解析 由题图可知,a为NH3,经催化氧化可生成NO(b),A说法正确;NO为无色气体,B说法错误;密闭体系中,c存在2NO2 N2O4,C说法正确;Cu与浓硝酸反应生成NO2,与稀硝酸反应生成NO,D说法正确。
解析 根据题意分析可知,A、B、C、D、E分别为S、SO2、SO3、H2SO4、H2SO3。(1)B为SO2,与足量硝酸钡溶液反应会被氧化成硫酸根,从而生成硫酸钡沉淀。(2)H2SO3与H2S反应生成S,该反应的化学方程式为H2SO3+2H2S==3S↓+3H2O。(3)NaOH与H2SO3反应生成Na2SO3,Na2SO3为强碱弱酸盐,Na2SO3水解使溶液呈碱性,则溶液pH>7。
3.(2020河南实验中学月考)下图表示某固态单质A及其化合物之间的转化关系(某些产物和反应条件已略去)。化合物B在常温常压下为气体,B和C的相对分子质量之比为4∶5,化合物D是重要的工业原料。
(1)写出B与足量硝酸钡溶液反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)写出E与A对应元素的氢化物反应生成单质A的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)将5 mL 0.10 ml·L-1的E溶液与10 mL 0.10 ml·L-1的NaOH溶液混合。反应后溶液的pH　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)7,理由用离子方程式表示为　　　　　　　　　　　　。 
4.(2020浙江长兴中学月考)Ⅰ.液氨和二硫化碳在一定条件下反应可以生成甲和乙两种盐。2.55 g乙受热会完全分解生成等物质的量的气体丙和丁共2.24 L(标准状况),丙能使紫色石蕊溶液变蓝,另取少量FeCl3溶液,向其中滴加甲溶液,发现溶液变为红色。试推测回答:(1)化合物甲的化学式为　　　　　　　　,化合物乙的电子式为　　　　　　　　。 (2)请写出乙与足量NaOH溶液共热的离子反应方程式　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)请写出液氨与二硫化碳在一定条件下反应的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
Ⅱ.焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是常用的抗氧化剂,在空气中,受热时均易分解。实验室制备少量Na2S2O5的方法:在不断搅拌下,控制反应温度在40 ℃左右,向Na2CO3过饱和溶液中通入SO2,实验装置如下图所示。
当溶液pH约为4时,停止反应。在20 ℃静置结晶,生成Na2S2O5的化学方程式为2NaHSO3==Na2S2O5+H2O。(1)温度为40 ℃时,SO2与Na2CO3过饱和溶液反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)实验制得的Na2S2O5固体中含有一定量的Na2SO3和Na2SO4,其可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。