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2022届高考化学一轮复习讲义学案第4章 课题15 氮及其重要化合物
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这是一份2022届高考化学一轮复习讲义学案第4章 课题15 氮及其重要化合物，共40页。学案主要包含了氮的固定，氮气，氮的氧化物，氮氧化物对环境的污染及防治等内容，欢迎下载使用。
课题15 氮及其重要化合物
学习任务1 氮及其氧化物
一、氮的固定
将游离态氮转变为化合态氮的过程叫氮的固定。
(1)自然固氮
(2)人工固氮：工业合成氨。
二、氮气
写出有关反应的化学方程式：
①3Mg＋N2Mg3N2；
②N2＋3H22NH3；
③N2＋O22NO。
三、氮的氧化物
氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3和N2O5。
完成下表中NO和NO2的比较：
氮的氧化物
NO
NO2
物理
性质
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶于水
易溶于水
化学
性质
与O2反应
2NO＋O2===2NO2
不反应
与H2O
反应
不反应
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(1)NO能与血红蛋白结合而使人中毒。
(2)NO、NO2均能与NH3反应生成N2：4NH3＋6NO5N2＋6H2O；8NH3＋6NO27N2＋12H2O。
四、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，产生的一种有毒的烟雾。
(2)酸雨：NOx排入大气后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨水降到地面形成酸雨。
(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。
2．常见的NOx尾气处理方法(教材补遗)
(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)，此法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在一定温度下可催化转化为无毒气体(N2和CO2)，此法一般适用于汽车尾气的处理。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(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，在空气中都能稳定存在。( )
(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)溴蒸气和NO2都是红棕色气体，不能用湿润的淀粉KI试纸和NaOH溶液鉴别，可用AgNO3溶液、蒸馏水或CCl4鉴别。( )
解析：(5)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NO2既是氧化剂，又是还原剂。
答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)× (7)√
2．完成下列填空。
(1)[2018·高考全国卷Ⅱ，28(2)①]某小组为探究三草酸合铁酸钾{K3[Fe(C2O4)3]·3H2O}的热分解产物，按如图所示装置进行实验。通入氮气的目的是______________________。
(2)(2018·高考天津卷)NO被H2O2氧化为NO的离子方程式是___________________。
(3)(2017·高考全国卷Ⅲ，26改编)绿矾(FeSO4·xH2O)易被氧化，在测定其结晶水含量或分解产物时，应先向装置中缓缓通入N2，目的是________________________________。
答案：(1)隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置 (2)2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO＋2H2O (3)排出装置中的空气
氮及其氧化物的性质和应用
宏观辨识与微观探析
1．下列有关氮气用途说法不正确的是( )
A．做焊接金属的保护气
B．制硝酸和化肥的原料
C．食品袋中充氮气来防腐
D．与氧气反应制NO从而制硝酸
解析：选D。氮气的化学性质不活泼，能防止金属在高温下被空气中的氧气氧化，A项正确；氮气可用于合成氨，氨可制硝酸和化肥，B项正确；食品袋中充氮气可减缓食品被氧化而变质的速率，C项正确；氮气与氧气的反应很难进行，不宜用氮气与氧气反应制NO从而制备硝酸，D项错误。
2．Murad等三位教授提出NO在人体内有独特的功能，下列关于NO的叙述正确的是( )
①NO可以是某些含低价氮物质氧化的产物
②NO是亚硝酸的酸酐
③NO可以是某些含高价氮物质还原的产物
④NO是无色气体，在空气中可变为红棕色
A．全部 B．①③④
C．②③④ D．①④
解析：选B。NO中氮元素的化合价处于中间价态，它可以是还原产物，如HNO3→NO，也可以是氧化产物，如NH3→NO；HNO2的酸酐是N2O3；NO是无色气体，可被空气中的氧气氧化为红棕色的NO2。
氮的氧化物溶于水或碱溶液的计算
证据推理与模型认知、变化观念
3．同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体，它们是①NO和NO2；②NO2和O2；③NH3和N2。将3支试管均倒置于盛水的水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是( )
A．V1＞V2＞V3
B．V1＞V3＞V2
C．V2＞V3＞V1
D．V3＞V1＞V2
解析：选B。设各种气体的体积都为1体积。①根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO可得，剩余NO的体积V1＝(1＋)体积。②根据4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可得，剩余O2的体积V2＝(1－)体积。③根据NH3极易溶于水、N2难溶于水且N2与水不发生化学反应可得，剩余N2的体积V3＝1体积。由上述分析可知，V1>V3>V2，故B项符合题意。
4．(教材改编题)(1)一个大试管的容积为27 mL，装满二氧化氮和氧气，把它倒扣在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为2 mL。则原混合气体中O2的体积可能是________或________。
(2)一个大试管的容积为24 mL，收集满一氧化氮气体，把它倒扣在盛满水的水槽里再通入氧气，一段时间后，试管里剩余气体体积为2 mL。则通入O2的体积可能是________或________。
解析：(1)NO2、O2混合气体与水反应的计算关系式符合下列化学方程式：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。若剩余的2 mL气体为O2，则参加上述反应的NO2和O2的总体积为27 mL－2 mL＝25 mL，则原混合气体中NO2的体积为25 mL×＝20 mL，O2的体积为27 mL－20 mL＝7 mL。若剩余的2 mL气体为NO，该气体由NO2和O2共同反应后剩余了6 mL的NO2再单独与水反应而得，则按4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3反应的NO2和O2的总体积为27 mL－6 mL＝21 mL，则原混合气体中O2的体积为21 mL×＝4.2 mL。
(2)NO、O2混合气体与水反应的计算关系式符合下列化学方程式：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。若剩余的2 mL 气体为O2，则是24 mL NO按上述化学方程式完全反应后又通入了2 mL O2，则通入O2的体积为24 mL×＋2 mL＝20 mL。若剩余的2 mL气体为NO，则按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3反应的NO体积为24 mL－2 mL＝22 mL，则通入O2的体积为22 mL×＝16.5 mL。
答案：(1)7 mL 4.2 mL (2)20 mL 16.5 mL
氮氧化物溶于水的计算问题
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，总反应的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3(4∶3)。
(2)若NO2和O2通入水中，总反应的化学方程式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3(4∶1)。
5．已知氮的氧化物跟NaOH溶液发生的化学反应如下：
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O；NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。现有m mol NO2和n mol NO组成的混合气体，要用NaOH溶液使其被完全吸收无气体剩余，现有浓度a mol·L－1的NaOH溶液，则需此NaOH溶液的体积为( )
A. L B． L
C. L D． L
解析：选C。生成物不论是硝酸钠还是亚硝酸钠，根据原子守恒可知，氢氧化钠的物质的量就是NO2和NO的物质的量之和，则氢氧化钠的物质的量是(m＋n) mol，则氢氧化钠溶液的体积为 L。
氮氧化物与NaOH溶液反应的有关问题分析
(1)NO2能被NaOH溶液吸收发生转化生成NaNO3和NaNO2。
(2)NO不能被NaOH溶液吸收。
(3)n(NO2)∶n(NO)≥1时，NO2、NO的混合气体能完全被NaOH溶液吸收。
学习任务2 氨 铵盐 肼(N2H4)(教材补遗)
一、氨的分子结构和物理性质
电子式
密度
气味
水溶性
比空气的小
强烈刺激性气味
极易溶于水(1∶700)
二、氨的化学性质
1．与水的反应
NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，氨溶于水得氨水。
(1)氨水中含有的粒子有NH3·H2O、NH3、H2O、NH、OH－、H＋。
(2)一水合氨为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：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：HCl＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。
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：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
4．氨的还原性——氨的催化氧化
化学方程式：4NH3＋5O24NO＋6H2O。
三、氨的实验室制法
实验室制取NH3的简易方法,
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NH3·H2O分解，且OH－浓度的增大也有利于NH3的生成
浓氨水＋
固体CaO
CaO与水反应生成OH－，使溶剂(水)减少；且反应放热，促使NH3·H2O分解。化学方程式：NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2
四、铵盐的性质及NH的检验
1．铵盐的物理性质
铵盐都是白色固体，均易溶于水。
2．铵盐的化学性质
3．NH的检验
未知液有刺激性气味的气体试纸变蓝色原溶液中含有NH。
五、肼(N2H4)(教材补遗)
1．碱性：溶于水形成二元弱碱，碱性比NH3·H2O弱，在水中的电离与NH3·H2O相似，与硫酸反应形成的酸式盐为N2H6(HSO4)2。
2．强还原性：能被氧气、H2O2等氧化，可用作喷气式发动机的推进剂、火箭燃料等。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2019·高考全国卷Ⅱ，9C改编)气态氢化物热稳定性：PH3
(3)氨遇到浓盐酸、浓硫酸都会发生反应，产生白烟。( )
(4)氨水中含氮微粒中数目最多的是NH。( )
(5)铵盐都易溶于水，其水溶液均呈酸性。( )
(6)现有1 mol·L－1的氨水，则该溶液中NH3·H2O的浓度是1 mol·L－1。( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
2．(1)(2017·高考北京卷改编)写出NH3在催化剂作用下还原NO2生成N2和H2O的化学方程式：_________________________________________________________________。
(2)(2017·高考北京卷改编)在有氧条件与催化剂作用下，15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气(N2O)几乎都是15NNO。写出该反应的化学方程式：_____________________。
(3)实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨(N2H4)，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
答案：(1)8NH3＋6NO27N2＋12H2O
(2)415NO＋4NH3＋3O2415NNO＋6H2O
(3)NaClO＋2NH3===N2H4＋NaCl＋H2O
氨、铵盐的性质
宏观辨识与微观探析、科学探究与创新意识
1．(2020·长春高三模拟)探究氨及铵盐性质的过程中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是( )
A．将集有氨的试管倒扣于水槽中，液体迅速充满试管，说明氨极易溶于水
B．向氨水中加入浓氢氧化钠溶液，加热产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，说明氨水中含有NH
C．加热NH4HCO3固体，观察到固体逐渐减少，试管口有液滴产生，说明NH4HCO3具有热不稳定性
D．将红热的Pt丝伸入如图所示的锥形瓶中，瓶口出现少量的红棕色气体，说明氨催化氧化的产物中有NO
解析：选B。B项，因为氨水中存在氨分子，加热，氨逸出，也能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，不能证明是氨水中的铵根离子与氢氧化钠反应产生的氨，错误；D项，4NH3＋5O24NO＋6H2O，2NO＋O2===2NO2，NH3的催化氧化产物为NO，正确。
实验室用铂丝按如图进行氨的催化氧化实验，操作现象总结如下：
(1)空气通入氨水中：其作用是让氨易挥发出来，从而使氧气和氨充分混合。
(2)锥形瓶中气体呈红棕色：这是因为NH3被氧化为NO，NO遇到空气中的O2又迅速被氧化为红棕色的NO2。
(3)通常瓶内有白烟出现：这是由于锥形瓶里有水蒸气存在，水蒸气和NO2反应生成了HNO3：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，HNO3再跟NH3反应生成微小的白色NH4NO3晶体：NH3＋HNO3===NH4NO3。
(4)铂丝总是呈红色：这是因为NH3与O2在铂丝的表面上进行的反应是放热反应，反应放出的热量足以使铂丝继续保持红热状态。
2．(双选)如图，利用培养皿探究氨的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所做的解释正确的是( )
选项
实验现象
解释
A
浓盐酸附近产生白烟
NH3与浓盐酸挥发出的HCl反应产生了NH4Cl固体
B
浓硫酸附近无明显现象
NH3与浓硫酸不发生反应
C
氯化物溶液变浑浊
该溶液可以是MgCl2、FeCl3溶液
D
干燥的红色石蕊试纸不变色，湿润的红色石蕊试纸变蓝
NH3是一种可溶性碱
解析：选AC。NH3能与HCl发生化合反应生成NH4Cl白色固体，NH3也能与H2SO4发生化合反应生成(NH4)2SO4；NH3与氯化物溶液反应生成氢氧化物沉淀，该氯化物可以是氯化铁、氯化镁等；NH3溶于水生成NH3·H2O，NH3·H2O是一种可溶性碱，NH3是氢化物。
氨的制备与性质实验综合
科学探究与创新意识+
3．(2020·舟山高三期中)如图是某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现象的是( )
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
解析：选B。氯气易溶于有机溶剂四氯化碳，烧瓶中的气体压强减小，故能形成喷泉；氢气不溶于水，也不和氢氧化钠反应，烧瓶中的气体压强不会有明显的变化，故不能形成喷泉；用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气，使锥形瓶中的水进入烧瓶中，因氨极易溶于水，所以烧瓶中的气体压强减小，故能形成喷泉；浓硫酸溶于水时放热，促使浓氨水放出氨，氨和氯化氢气体反应，烧瓶中的气体压强减小，故能形成喷泉。
4．(教材改编题)根据如图装置，回答下列问题。
(1)该装置能否制得纯净、干燥的NH3？原因是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)要制得纯净、干燥的NH3，若反应物还是选用一种固体药品，应选择________，其原理是__________________________________________________(结合化学方程式和必要的文字说明)。
(3)在实验室中还可以把浓氨水滴入NaOH固体中制备NH3，下列适宜的装置是________。
其收集装置可以选用________。
尾气处理装置可以选用________。
答案：(1)不能；因为NH4Cl固体受热分解生成NH3和HCl，它们在试管口又重新生成NH4Cl
(2)NH4HCO3[或(NH4)2CO3] NH4HCO3NH3↑＋H2O＋CO2↑[或(NH4)2CO32NH3↑＋H2O＋CO2↑]，生成的H2O和CO2可以被碱石灰吸收，可制得纯净、干燥的NH3
(3)③ AG bd
5．如图为化学教学中所用的喷泉实验装置。
某同学用烧瓶盛装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)＝________。
解析：设烧瓶的容积为V L，则气体的物质的量均为 mol。
(1)若用HCl气体，喷泉完成后，溶液充满整个烧瓶，则溶液的体积为V L，c(HCl)＝＝ mol·L－1。
(2)若用NO2气体，喷泉完成后，溶质为HNO3，
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
mol × mol
则喷泉完成后溶液的体积为V L，
c(HNO3)＝＝ mol·L－1。
(3)、(4)思路同上。
答案：(1) mol·L－1 (2) mol·L－1
(3) mol·L－1 (4) mol·L－1
喷泉实验
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
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，以教材中的装置为发散源可设计如图所示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、使气体发生反应等)来形成喷泉。
设计说明：装置(Ⅰ)向锥形瓶通入少量空气，将少量水压入烧瓶，导致大量氨溶解，形成喷泉。装置(Ⅱ)省去了胶头滴管，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨与水接触，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)中，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。
4．喷泉实验产物的浓度计算
关键是确定所得溶液中溶质的物质的量和溶液的体积，标准状况下的气体进行喷泉实验后所得溶液的物质的量浓度：
(1)若烧瓶内为HCl、NH3、NO2气体或它们与其他不溶于水且不与之反应的气体混合时，溶质的物质的量浓度为 mol·L－1。
(2)若烧瓶内为NO2和O2的混合气体且其体积比为4∶1时，溶质的物质的量浓度即 c(HNO3)＝ mol·L－1。6.如图所示是在实验室进行氨快速制备与性质实验的组合装置，部分固定装置未画出。
(1)在组装好装置后，若要检验A～E装置的气密性，其操作是首先______________，然后用酒精灯微热A，观察到E中有气泡冒出，移开酒精灯，E中导管有一段水柱形成，说明装置气密性良好。
(2)装置B中盛放的试剂是________。
(3)点燃C处酒精灯，关闭止水夹2，打开止水夹1，从分液漏斗放出浓氨水至浸没烧瓶中生石灰后关闭分液漏斗，稍等片刻，装置C中黑色固体逐渐变红，装置E中溶液里出现大量气泡，同时产生________(填现象)；从装置E中逸出液面的气体可以直接排入空气，请写出在装置C中发生反应的化学方程式：____________________________________。
(4)当装置C中固体全部变成红色后，关闭止水夹1，慢慢移开酒精灯，待冷却后，称量装置C中固体质量。若反应前固体质量为16 g，反应后称量固体质量减少2.4 g。通过计算确定该固体产物的成分是___________________________(用化学式表示)。
(5)在关闭止水夹1后，打开止水夹2，残余气体进入装置F中，很快发现装置F中产生白烟，同时装置G中溶液迅速倒吸流入装置F中。写出产生白烟的化学方程式：________________________________________________________________________。
迅速产生倒吸的原因是__________________________________。
解析：(1)检查A～E装置气密性的方法为关闭止水夹2和分液漏斗活塞，打开止水夹1，在E中装入水，然后用酒精灯微热A，观察到E中有气泡冒出，移开酒精灯，E中导管有一段水柱形成，说明装置气密性良好。(2)装置B是对产生的氨进行干燥的装置，氨为碱性气体，所以装置B中为碱性物质，故为碱石灰或生石灰。(3)装置C中黑色固体氧化铜逐渐变红，发生还原反应，而装置E中溶液里出现大量气泡，又从装置E中逸出液面的气体可以直接排入空气，说明排出的气体为N2，故装置C中发生的反应为2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O。装置E中为溶有二氧化硫的氯化钡溶液，未反应的NH3与H2SO3反应生成(NH4)2SO3，(NH4)2SO3与氯化钡反应产生白色沉淀。(4)装置C中物质为氧化铜，反应前固体质量为16 g，即含有氧化铜0.2 mol，若全部被还原为Cu，则冷却后称量应为12.8 g，固体质量减少3.2 g；若全部被还原为Cu2O，固体质量减少1.6 g，但称得固体质量减少2.4 g，即氧化铜被还原为Cu2O和Cu，故固体产物的成分是Cu2O和Cu。(5)氨和氯气直接反应生成氯化铵，产生白烟：3Cl2＋8NH3===N2＋6NH4Cl；盛满氯气的集气瓶中因氨消耗氯气生成部分固体，导致装置F内气压减小，引起溶液倒吸。
答案：(1)关闭止水夹2和分液漏斗活塞，打开止水夹1，在E中装入水
(2)碱石灰(或生石灰)
(3)白色沉淀 2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O
(4)Cu2O和Cu
(5)3Cl2＋8NH3===N2＋6NH4Cl 盛满氯气的集气瓶中因氨消耗氯气生成部分固体，导致装置F内气压减小，引起溶液倒吸
学习任务3 硝酸的性质及应用
一、物理性质：无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
二、化学性质
1．不稳定性
化学方程式：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。
(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。
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。
(2)与非金属反应
浓硝酸与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。稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
3．与有机物反应
(1)硝化反应(与反应)：
。
(2)显色反应：分子中含有苯环的蛋白质与浓硝酸作用时呈黄色。
三、工业制备(教材补遗)
写出下列反应的化学方程式：
(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。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)将铜丝插入稀硝酸中：Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋H2O。( )
(2)常温下，铁、铝在浓硝酸中的钝化为化学变化。( )
(3)可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S。( )
(4)过量的铜与浓硝酸反应，产物中一定有NO。( )
(5)浓硝酸在光照下久置会变黄。( )
(6)浓硝酸中滴加紫色石蕊溶液，最终变为红色。( )
答案：(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
2．用动态观点理解Cu与浓HNO3的反应。
在浓硝酸中放入Cu片：
(1)反应开始时的离子方程式为__________________________________________，
实验现象为__________________________________________________________。
(2)若Cu片有剩余，则反应将要结束时的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(3)待反应停止后，再加入少量的稀硫酸，这时Cu片上又有气泡产生，原因是________________________________________________________________________。
答案：(1)Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O 溶液逐渐变为蓝色，有红棕色气体逸出
(2)3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(3)加入稀硫酸后，氢离子与原溶液中的硝酸根离子构成了强氧化性酸，又能与过量的铜反应
(1)硝酸与金属反应的规律
①HNO3与金属反应一般不能产生H2。
②还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸的还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。
③硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。
(2)涉及HNO3的离子反应常见的易错问题
①忽视NO在酸性条件下的强氧化性。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。
②在书写离子方程式时，忽视HNO3的强氧化性，将氧化还原反应简单地写成复分解反应。
硝酸的性质及应用
科学态度与社会责任
1．硝酸被称“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝酸的性质不相对应的是( )
A．浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色——酸性和强氧化性
B．不能用稀硝酸与锌反应制取氢气——强氧化性
C．要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性
D．能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液的红色褪去——强氧化性
解析：选D。浓硝酸使紫色石蕊溶液变红表现的是酸性，使其褪色表现的是强氧化性，A项正确；硝酸具有强氧化性，与锌反应生成氮的氧化物，不生成氢气，B项正确；浓硝酸见光易分解，应用棕色试剂瓶存放，C项正确；硝酸与NaOH溶液中和后，使溶液中的红色褪色，利用的是酸性，D项错误。
2．硝酸是化学实验室中最常用的试剂之一，下列有关硝酸的说法不正确的是( )
A．浓硝酸和氯水用棕色试剂瓶保存，原理相同
B．将分别蘸有浓硝酸和浓氨水的玻璃棒相互靠近时，有白烟生成
C．常温下铁和铂都不溶于浓硝酸，原理相同
D．浓硝酸溅到皮肤上，皮肤会变黄
解析：选C。A项中HNO3和氯水中HClO见光都易分解，都应避光保存，正确；B项，浓HNO3和浓氨水都具有挥发性，HNO3与NH3化合生成白色固体小颗粒NH4NO3，正确；C项，铁在浓硝酸中钝化，而铂与浓硝酸不反应，原理不同，错误；D项，浓HNO3能使蛋白质显黄色，正确。
3．(全面描述金属与酸反应的现象)某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO而设计了下列实验，装置如图所示(加热装置和固定装置均已略去)。图中K为止水夹(处于关闭状态)，F是一半空的注射器。请回答有关问题：
(1)设计装置A的目的是__________________________________________________。
(2)在完成(1)中的“操作”后，将装置B中铜丝插入稀硝酸并微热，观察到装置B中的现象是__________________________________________________________________；
发生反应的离子方程式为______________________________________________。
(3)装置E和F的作用是_______________________________________________；
为实现此作用，其操作方法是__________________________________________。
(4)装置D的作用是吸收多余的氮氧化物，防止污染空气，兼有________的功能。
答案：(1)利用碳酸钙与稀硝酸反应产生的CO2排尽装置中的空气，防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰
(2)Cu丝表面产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝 3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(3)验证NO的生成 将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色，则说明铜与稀硝酸反应生成了NO
(4)防止倒吸
现象描述答题模板
(1)全面描述现象的程序——“海、陆、空”
“海”——溶液有什么变化；
“陆”——固体有什么变化；
“空”——气体有什么变化。
(2)规范描述现象的答题模板
①颜色：……由……(具体颜色)变为……(具体颜色)；
②气体：溶液中产生……(颜色)的气体，(或)在固体表面产生……(颜色)的气体；
③沉淀：在……(颜色)溶液中产生……(颜色)的沉淀(浑浊)。
金属与硝酸反应的有关计算
证据推理与模型认知、变化观念
4．(2020·哈尔滨高三模拟)在某100 mL的混合液中，硝酸和硫酸的物质的量浓度分别是 0.4 mol/L、0.1 mol/L，向该混合液中加入1.92 g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中铜离子的物质的量浓度(不考虑溶液体积变化)是( )
A．0.15 mol/L B．0.225 mol/L
C．0.30 mol/L D．0.45 mol/L
解析：选B。溶液中同时存在H＋和NO时Cu就能够发生反应。该溶液中H＋实际为0.06 mol，应该根据离子方程式进行计算。设生成Cu2＋的物质的量为x，
3Cu ＋ 8H＋＋ 2NO=== 3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
3 8 2 3
0.03 mol 0.06 mol 0.04 mol x
根据各物质量的关系可知，H＋不足，故应根据H＋进行计算。x＝3×0.06 mol÷8＝0.022 5 mol，因此铜离子浓度为＝0.225 mol/L。
5．(2020·湖北八校联考)将一定量的铜粉加入100 mL某浓度的稀硝酸中充分反应后，容器内剩有m1 g铜粉，此时共收集到NO气体448 mL(标准状况)，然后向上述混合物中加入足量稀硫酸至不再反应为止，容器内剩有铜粉m2 g，则m1－m2为( )
A．5.76 B．2.88
C．1.92 D．0.28
解析：选A。铜与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，而第一次反应产生NO的物质的量为 mol＝0.02 mol，从而可得剩余NO的物质的量为0.02 mol××2＝0.06 mol，故再次加入足量稀硫酸，可形成的稀硝酸的物质的量为0.06 mol，最终NO全部转化为NO，而Cu转化为Cu2＋，根据得失电子守恒可得，再次参与反应的Cu的质量为0.06××64 g＝5.76 g，即m1－m2＝5.76，故选A。
6．(双选)5.6 g Fe全部溶于一定浓度、200 mL的HNO3溶液中，得到标准状况下的气体 2.24 L，测得反应后溶液中NO的浓度为1.25 mol·L－1。若反应前后溶液体积变化可忽略不计，则下列有关判断错误的是( )
A．反应后的溶液中铁元素以Fe2＋形式存在
B．反应后的溶液最多还能溶解2.8 g Fe
C．2.24 L气体是NO、NO2的混合气体
D．原HNO3溶液的浓度为1.75 mol·L－1
解析：选AB。n(Fe)＝＝0.1 mol，反应后的溶液中n(NO)＝0.2 L×1.25 mol·L－1＝0.25 mol，根据Fe元素守恒，所以反应后的溶液中n(Fex＋)∶n(NO)＝1∶2.5，则反应后的溶液中铁元素以Fe3＋和Fe2＋形式存在，A错误；设溶液中含Fe(NO3)3 x mol，则有3x＋(0.1－x)×2＝0.25，解得x＝0.05，结合2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋可知，还能溶解Fe：56 g·mol－1×0.05 mol×＝1.4 g，B错误；Fe与HNO3反应时失去电子：0.05 mol×3＋(0.1－0.05) mol×2＝0.25 mol，结合得失电子守恒和生成n(NOx)＝＝0.1 mol，则2.24 L气体为NO和NO2组成的混合气体，C正确；n(HNO3)＝0.25 mol＋0.1 mol＝0.35 mol，所以c(HNO3)＝＝1.75 mol·L－1，D正确。
金属与硝酸反应的思维模型
学习任务4 氮及其重要化合物的相互转化及应用
氮及其重要化合物的相互转化
[注意] 箭头指出可体现物质的性质，指向可寻找该物质的制备方法。
氮及其化合物的相互转化
变化观念
1．(2020·河南名校模拟)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。当X无论是强酸还是强碱时都有如下转化关系(其他产物及反应所需条件均已略去)，当X是强碱时，过量b跟氯气反应除生成c外，另一产物是盐酸盐。
abcdef
下列说法不正确的是( )
A．当X是强酸时，a、b、c、d、e、f均含有同一种元素，f是硫酸
B．当X是强碱时，a、b、c、d、e、f均含有同一种元素，f是硝酸
C．b和Cl2的反应一定是氧化还原反应
D．当X是强酸时，c常温下是气态单质
解析：选D。a是一种正盐，且与强酸和强碱反应都能生成气态氢化物，则a是(NH4)2S。当X是强酸时，b、c、d、e、f分别是H2S、S、SO2、SO3、H2SO4，A项正确；当X是强碱时，b、c、d、e、f分别是NH3、N2、NO、NO2、HNO3，B项正确；b和Cl2的反应一定是氧化还原反应，因为b转化为c是气态氢化物向单质的转化，一定有化合价的变化，C项正确；当X是强酸时，c显然是硫单质，硫单质常温下是固体，D项错误。
2．一定条件下，含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。
回答下列问题：
(1)氮原子的结构示意图为______________。
(2)图中属于“氮的固定”的是________(填字母，下同)；转化过程中发生非氧化还原反应的是________。
(3)若“反应h”是在NO2与H2O的作用下实现的，则该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为________。
(4)若“反应i”是在酸性条件下由NO与Zn的作用实现的，则该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
解析：(1)N位于第二周期ⅤA族，其原子结构示意图为。
(2)氮的固定是游离态的氮转化为化合态的氮，根据循环图，得出属于氮的固定的是c和k；发生非氧化还原反应，说明在反应前后元素化合价没有发生变化，即属于非氧化还原反应的是a和l。
(3)反应h的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氧化产物是HNO3，还原产物是NO，因此氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶1。
(4)根据信息，Zn＋H＋＋NO―→Zn2＋＋N2O↑＋H2O，Zn的化合价升高2价，由NO到N2O过程中N的化合价降低4价，根据得失电子守恒、电荷守恒以及原子守恒可知，离子方程式为4Zn＋2NO＋10H＋===4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O。
答案：(1) (2)ck al (3)2∶1
(4)4Zn＋2NO＋10H＋===4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O
(1)有关氮及其重要化合物的推断题，常以“产生白烟、红棕色气体、无色气体在空气中变为红棕色、能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色”等特殊现象为突破口。
(2)不同价态的含氮物质间的转化
①歧化——同一元素的化合价在同一反应中既升高又降低。
例如：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。
②归中——同一元素的高价态和低价态生成中间价态。
例如：6NO＋4NH35N2＋6H2O；
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。
③含氮物质的连续氧化
NH3NONO2HNO3；
N2NONO2HNO3。
含氮物质的性质及其实验探究
科学探究与创新意识
3．实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下：
已知实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。
(1)从图中选择制取气体的合适装置：氮气为____________、氢气为______________。
(2)氮气和氢气通过甲装置，甲装置的作用除了将气体混合外，还有_______________、________________。
(3)从氨合成器出来经冷却的气体，连续通入乙装置的水中吸收氨，____________(填“会”或“不会”)发生倒吸，原因是____________________________________。
(4)用乙装置吸收一段时间氨后，再通入空气，同时将经加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内，能使铂丝保持红热的原因是_____________________________，锥形瓶中还可观察到的现象是__________________________________________。
(5)写出乙装置中氨催化氧化的化学方程式：________________________________。
(6)反应结束后锥形瓶内的溶液中含有的离子为H＋、OH－、________、________。
答案：(1)a b
(2)干燥气体 控制氢气和氮气的流速
(3)不会 混合气体中含有大量难溶于水的氮气、氢气
(4)氨的催化氧化反应是一个放热反应 有红棕色气体产生
(5)4NH3＋5O24NO＋6H2O
(6)NH NO
4．(2020·河北中原名校联盟联考)氮化铬(CrN)是一种良好的耐磨材料，实验室可用无水氯化铬(CrCl3)与氨在高温下反应制备，反应原理为CrCl3＋NH3CrN＋3HCl。回答下列问题：
(1)制备无水氯化铬
氯化铬有很强的吸水性，通常以氯化铬晶体(CrCl3·6H2O)的形式存在。直接加热脱水往往得到Cr2O3，有关反应的化学方程式为____________________________________，用氯化铬晶体制备无水氯化铬的方法是____________________________________。
(2)制备氮化铬
某实验小组设计制备氮化铬的装置如图所示(夹持与加热装置省略)：
①装置A中发生反应的化学方程式为________________________________。
②实验开始时，要先打开装置A中活塞，后加热装置C，目的是________________。
③装置B中盛放的试剂是__________，装置D的作用是________________________。
④有同学认为该装置有一个缺陷，该缺陷是________________________________。
(3)氮化铬的纯度测定
制得的CrN中含有Cr2N杂质，取样品14.38 g在空气中充分加热，得固体残渣(Cr2O3)的质量为16.72 g，则样品中CrN的质量分数为____________(结果保留三位有效数字)。
解析：(1)氯化铬易发生水解，故在HCl气氛中加热氯化铬晶体获得无水氯化铬。(3)设CrN和Cr2N的物质的量分别为x mol、y mol，则根据66x＋118y＝14.38，x＋2y＝×2可解得答案。
答案：(1)2CrCl3·6H2OCr2O3＋9H2O＋6HCl↑ 在HCl的气氛中加热
(2)①CaO＋NH3·H2O===Ca(OH)2＋NH3↑
②用生成的氨排尽装置内的空气
③碱石灰 防止空气中的水蒸气进入装置C
④没有尾气吸收装置
(3)91.8%
1．(2019·高考江苏卷)在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
A．NaCl(aq)Cl2(g)FeCl2(s)
B．MgCl2(aq)Mg(OH)2(s)MgO (s)
C．S(s)SO3(g)H2SO4(aq)
D．N2(g)NH3(g)Na2CO3(s)
解析：选B。A项，Cl2与Fe发生反应生成FeCl3，错误；B项，MgCl2与Ca(OH)2发生反应生成Mg(OH)2沉淀，煅烧Mg(OH)2生成MgO固体，正确；C项，S在O2中燃烧只能生成SO2，错误；D项，NH3、CO2和NaCl溶液反应生成NaHCO3，反应的化学方程式为NH3＋CO2＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，错误。
2．(2017·高考北京卷)下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是( )
①
②
③
A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体
B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应
C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物
D．③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应
解析：选D。①中灼热碎玻璃起加热作用，浓硝酸受热分解生成红棕色NO2，硝酸中氮元素化合价降低，必有元素化合价升高，只能为氧元素，因此，还有O2生成，产生的气体为混合气体，A项正确；由①可知，浓硝酸受热分解可生成红棕色气体，所以②中产生的“红棕色气体”不一定是木炭与浓硝酸发生反应产生的，B项正确；③中浓硝酸挥发才能与红热木炭接触，产生的NO2是还原产物，C项正确；红热的木炭还可与空气中的O2反应生成CO2，不一定是木炭与浓硝酸发生反应生成了CO2，D项错误。
3．[2017·高考全国卷Ⅰ，26(1)(2)(3)(4)]凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。
回答下列问题：
(1)a的作用是______________________________________________________。
(2)b中放入少量碎瓷片的目的是_________________________________________。
f的名称是________________。
(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是_______________________________________；打开k2放掉水。重复操作2～3次。
(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。打开k1，加热b，使水蒸气进入e。
①d中保留少量水的目的是____________________________________。
②e中主要反应的离子方程式为_____________________________________，e采用中空双层玻璃瓶的作用是_____________________________________________________。
解析：(1)导管a与大气相通，其作用是避免烧瓶内气压过大，发生危险。(2)加热液体时加入碎瓷片，其作用是防止液体暴沸。冷凝管有直形冷凝管和球形冷凝管等，要指明。(3)停止加热，瓶内水蒸气冷凝，气体压强减小，会引起g中液体倒吸入c中，利用蒸馏水倒吸来洗涤仪器e、f。(4)①止水夹k3处可能漏气，导致测定的N元素质量分数偏低，故d中保留少量水起液封作用，防止氨逸出。②e中发生的主要反应是铵盐与氢氧化钠的反应，需要加热，使氨全部逸出。“中空双层玻璃瓶”考生比较陌生，可以联想平时生活中保温玻璃瓶来分析问题。
答案：(1)避免b中压强过大
(2)防止暴沸 直形冷凝管
(3)c中温度下降，管路中形成负压
(4)①液封，防止氨逸出
②NH＋OH－NH3↑＋H2O 保温使氨完全蒸出
小专题突破4 绿色化学与环境保护
[专题精讲]
1．常见环境污染类型
2．绿色化学
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。绿色化学示意图如下所示：
[专题精练]
1．(2020·重庆七校高三联考)十九大报告指出：建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念……实行最严格的生态环境保护制度，形成绿色发展方式和生活方式。下列有关节约资源和保护环境的说法不正确的是( )
A．回收塑料及钢铁制品可以减少二氧化碳的排放
B．使用地热能、生物质能等非化石能源可减少PM2.5
C．开采使用地下可燃冰，可以增加非化石能源消费比例
D．创新生产工艺，实现电动机车替代燃油机车符合绿色发展方式
解析：选C。回收塑料及钢铁制品可减少二氧化碳的排放，有利于节约资源和保护环境，A项正确；使用地热能、生物质能等非化石能源能减少化石燃料的使用，可减少PM2.5，有利于保护环境，B项正确；可燃冰的主要成分是甲烷，属于化石能源，C项错误；电动机车替代燃油机车可以减少污染物的排放，有利于保护环境，D项正确。
2．“绿色化学”的核心是实现污染物“零排放”。下列最符合“绿色化学”理念的是( )
A．在厂区大量植树绿化，净化污染的空气
B．利用太阳能分解水制氢气
C．将煤液化后使用以提高煤的利用率
D．将化石燃料充分燃烧后再排放
解析：选B。A项，在厂区大量植树绿化，净化污染的空气，虽然有利于环境保护，但不是从源头上杜绝环境污染，故A不选；B项，利用太阳能分解水制氢气，既能充分利用太阳能，又对环境无污染，符合“绿色化学”的核心要求，故B选；C项，将煤液化后使用以提高煤的利用率，没有减少污染物的排放，故C不选；D项，将化石燃料充分燃烧后再排放，燃烧过程中产生副产物，不符合零排放，故D不选。
3．(2020·汕头模拟)“践行绿色发展理念，建设美丽中国”要求工业生产符合绿色化学或环境保护理念。原子利用率是衡量绿色化学的重要指标，下列化工生产工艺是理想的绿色化学工艺的是( )
A．工业上利用石英砂与焦炭制备粗硅
B．利用石灰乳与纯碱水溶液反应制烧碱
C．工业上利用废铜与浓硫酸反应制备胆矾
D．石油化工利用乙烯催化氧化法制备环氧乙烷
解析：选D。A项，工业上利用石英砂与焦炭制备粗硅，反应为2C＋SiO2Si＋2CO↑，生成CO污染气体，且原子利用率不是100%，不符合绿色化学的理念，错误；B项，利用石灰乳与纯碱水溶液反应制烧碱，反应的化学方程式为Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH，原子利用率不是100%，不符合绿色化学的理念，错误；C项，工业上利用废铜与浓硫酸反应制备胆矾过程中，铜和浓硫酸反应生成二氧化硫污染气体，且原子利用率不是100%，错误；D项，石油化工利用乙烯催化氧化法制备环氧乙烷：2CH2—CH2＋O22H2COCH2，原子利用率是100%，符合绿色化学的理念，正确。
4．(双选)下列关于化学与生产、生活的认识正确的是( )
A．绿色食品就是不使用化肥农药，不含任何化学物质的食品
B．合理开发利用可燃冰(固态甲烷水合物)，有助于缓解能源紧缺的状况
C．蔬菜表面洒少许福尔马林，可保鲜和消毒
D．用FeS处理含Cu2＋的废水，可消除水中重金属离子的污染
解析：选BD。A项，绿色食品指产自优良生态环境，按照绿色食品标准生产，实行全程质量控制并获得绿色食品标志使用权的安全、优质食用农产品及相关产品，错误；C项，福尔马林是甲醛的水溶液，有毒，不能用于食品的保鲜和消毒，错误。
小专题突破5 常考气体的实验室制备、净化和收集
[专题精讲]
1．气体制备实验的基本思路
2．重要气体的发生装置
依据制备气体所需的反应物状态和反应条件，可将制备气体的发生装置分为三类：
(1)固体＋固体气体
发生装置：
制备气体：O2、NH3等。
(2)固体(或液体)＋液体气体
发生装置：
制备气体：Cl2、C2H4等。
(3)固体＋液体气体
发生装置：
制备气体：选择合适的药品和装置能制取中学化学中常见的气体，如CO2、H2、H2S、O2等。
3．气体发生装置的改进
(1)“固体＋固体气体”装置的创新
改进的目的：用于加热易熔化的固体物质，这样可以有效地防止固体熔化时造成液体流向试管口，如草酸晶体受热分解制取CO2气体。
(2)“固体(或液体)＋液体气体”装置的创新
图A的改进优点是能控制反应液的温度。
图B的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等，便于液体顺利滴下。
(3)“固体＋液体―→气体”装置的创新
4．气体的除杂方法
(1)除杂试剂选择的依据：主体气体和杂质气体性质上的差异，如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性等。
除杂原则：①不损失主体气体；②不引入新的杂质气体；③在密闭装置内进行；④先除易除去的杂质气体。
(2)气体干燥、净化装置
类型
液态干燥剂
固态干燥剂
固体，加热
装置
常见试剂
浓H2SO4
(酸性、强氧化性)
无水氯化钙(中性)、
碱石灰(碱性)
Cu、CuO、Mg等
例如，当CO2中混有O2杂质时，应选用上述装置中的装置Ⅳ除O2，除杂试剂是Cu粉。
5．气体的收集方法
收集方法
收集气体的类型
收集装置
可收集的气体(举例)
排水法
难溶于水或微溶于水且不与水反应
O2、H2、NO、
CO等
排空
气法
向上排空气法
密度大于空气且不与空气中的成分反应
Cl2、SO2、
NO2、CO2
向下排空气法
密度小于空气且不与空气中的成分反应
H2、NH3
6.集气装置的创新——排液集气装置
装置 Ⅰ：从a管进气b管出水可收集难溶于水的气体，如H2、O2等。若将广口瓶中的液体更换，还可以收集以下气体。
①饱和食盐水——收集Cl2。
②饱和NaHCO3溶液——收集CO2。
③饱和NaHS溶液——收集H2S。
④四氯化碳——收集HCl或NH3。
装置Ⅱ：储气式集气。气体从橡胶管进入，可将水由A瓶排入B瓶，在A瓶中收集到气体。
7．尾气处理的原因、方法及装置
(1)原因：有些气体有毒或可燃，任其扩散到空气中，会污染空气或引发火灾、爆炸等灾害。
(2)方法：一般根据气体的相关性质，使其转化为非气态物质或无毒物质，如酸性有毒气体用碱溶液吸收、可燃性气体用点燃等措施。
(3)装置(详见第1章课题1学习任务3)
[专题精练]
气体的制备与性质探究
科学探究与创新意识
1．(2020·惠州高三模拟)下列制备和收集气体的实验装置合理的是( )
解析：选D。A中被加热试管的管口应略向下倾斜，且收集气体的试管口应放一团棉花；B中NO很容易被空气中的氧气氧化，得不到NO；C中氢气的密度比空气小，应用向下排空气法，所以集气瓶中的进气导管应比出气导管短。
2．用如图所示装置进行实验，下列实验现象描述错误的是[提示：硅酸(H2SiO3)为弱酸，是一种不溶于水的白色固体]( )
选项
试剂甲
试剂乙
试剂丙
丙中的现象
A
稀盐酸
CaCO3
Na2SiO3溶液
有白色沉淀生成
B
浓硫酸
Na2SO3
BaCl2溶液
有白色沉淀生成
C
过氧化氢
MnO2
酸性KI淀粉溶液
溶液变为蓝色
D
浓盐酸
KMnO4
Na2S溶液
有黄色沉淀生成
解析：选B。A项，稀盐酸和碳酸钙反应生成CO2，CO2与硅酸钠溶液反应生成硅酸白色沉淀，正确；B项，浓硫酸与亚硫酸钠反应生成SO2，但SO2与BaCl2溶液不反应，错误；C项，过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解生成氧气，氧气把碘化钾氧化为单质碘，淀粉遇碘显蓝色，正确；D项，浓盐酸与高锰酸钾混合生成氯气，氯气把硫化钠氧化为单质S，产生黄色沉淀，正确。
3．(2020·沈阳高三检测)用如图所示装置和相应试剂能达到实验目的的是( )
选项
实验目的
试剂a
试剂b
试剂c
装置
A
验证非金属性：S>C>Si
稀硫酸
Na2CO3
Na2SiO3溶液
B
制备纯净的氯气
浓盐酸
MnO2
饱和食盐水
C
检验溶液X中含有CO
盐酸
溶液X
澄清石灰水
D
除去Na2SO3中的Na2SO4
氯水
混合物
NaOH溶液
解析：选A。A项，装置②中出现气体，说明硫酸的酸性强于碳酸，装置③中出现白色沉淀，说明碳酸的酸性强于硅酸，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性越强，即非金属性：S>C>Si，正确；B项，MnO2和浓盐酸反应需要加热，此装置中没有加热装置，无法制得Cl2，错误；C项，向装置②中加入盐酸，出现能使澄清石灰水变浑浊的气体，不能说明溶液X中含有CO，也可能含有HCO或SO或HSO，错误；D项，氯水具有强氧化性，能把SO氧化成SO，不能达到实验目的，错误。
与气体制备有关的仪器连接问题
科学探究与创新意识
4．(双选)硫酰氯(SO2Cl2)是重要的化学试剂，其熔点为－54.1 ℃，沸点为69.1 ℃，遇冷水逐渐分解，其制备原理为SO2(g)＋Cl2(g)===SO2Cl2(l) ΔH＝－97.3 kJ·mol－1，现用如图所示装置(夹持仪器已略去)进行实验。
下列说法正确的是( )
A．A的作用是冷凝回流，冷凝水应从a口进b口出
B．乙和丙中分别盛装饱和食盐水和浓硫酸
C．活性炭可加快反应速率
D．B中最好盛装碱石灰，其作用只是为了除去多余的SO2和Cl2
解析：选AC。由于该反应放热会使SO2Cl2挥发损失，所以冷凝管的作用为冷凝回流，冷凝水应从a口进b口出，A项正确；由于SO2Cl2遇冷水逐渐分解，所以制得的氯气应先用饱和食盐水除去挥发出来的HCl气体，再用浓硫酸除去水蒸气，B项错误；从反应原理来看，活性炭不参与反应，而活性炭的特点是表面积大，具有吸附作用，所以其可增大两种反应物的接触面积，使反应速率加快，C项正确；B中盛装碱石灰，既要防止多余的SO2和Cl2逸出污染环境，也要防止空气中的水蒸气进入装置使SO2Cl2水解，D项错误。
5．亚硝酸钠(NaNO2)是一种工业盐，在生产、生活中应用广泛。现用如图所示装置(夹持装置已省略)及药品，探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物的成分。
已知：①NO＋NO2＋2OH－===2NO＋H2O；
②气体液化的温度：NO2(21 ℃)，NO(－152 ℃)。
(1)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，目的是_______________________。
(2)为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序(从左向右连接)：A→_____；组装好仪器后，接下来进行的操作是__________________________________。
解析：(1)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，排尽装置中的空气，防止干扰NO的检验。(2)为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序(从左向右连接)：A是发生装置，C是干燥装置。因为NO2更易液化，先分离NO2，所以接E冷却二氧化氮，NO2分离后再检验NO，再接D通氧气，观察到气体从无色变成红棕色，说明是NO，B是尾气处理装置，吸收反应后剩余的NO和NO2的混合气体，防止污染空气。则装置的连接顺序为A→C→E→D→B；有气体参与或生成的实验必须检查装置的气密性，故组装好仪器后，接下来进行的操作是检查装置的气密性。
答案：(1)排尽装置中的空气，防止干扰NO的检验
(2)C→E→D→B 检查装置的气密性
一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。
1．下列叙述与氮元素的循环无关的是( )
A．工业合成氨的过程是固氮的过程
B．自然界中，氨是动物体特别是蛋白质腐败后的产物
C．为防止粮食、罐头、水果等食品腐烂，常用氮气做保护气
D．电闪雷鸣的雨天，N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
解析：选C。C项中由于N2很不活泼，故做保护气，不参与化学反应，也就不参与氮的循环。
2．“绿色化学”实验已走进课堂，下列做法符合“绿色化学”的是( )
①实验室收集氨采用图甲所示装置 ②实验室做氯气与钠的反应实验时采用图乙所示装置 ③实验室用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨与酸生成铵盐的实验
④实验室采用图丙所示装置进行铜与稀硝酸的反应
A．②③④ B．①②③
C．①②④ D．①③④
解析：选C。①实验室收集氨采用图甲所示装置，在制备的过程中用带有酚酞的水吸收逸出的氨，防止污染环境，符合“绿色化学”的要求；②实验室做氯气与钠的反应实验时采用图乙所示装置，用浸有碱液的棉球可以吸收多余的氯气，防止污染环境，符合“绿色化学”的要求；③实验室用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨与酸生成铵盐的实验，挥发的氯化氢和氨会污染大气，因此不符合“绿色化学”的要求；④实验室采用图丙所示装置进行铜与稀硝酸的反应，生成的氮的氧化物及时收集在气球中，防止污染环境，符合“绿色化学”的要求。综上所述，①②④符合要求。
3．下列有关氨和铵盐的叙述正确的是( )
A．NH3易液化，常用作制冷剂
B．NH4Cl中含有少量的I2可通过加热的方法除去
C．将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒相互靠近，有白烟产生
D．某气体通入紫色石蕊溶液后溶液变红，据此可推断该气体为NH3
解析：选A。液氨汽化时吸收大量的热导致周围环境温度降低，所以液氨可以作制冷剂，故A正确；加热氯化铵会分解为NH3和HCl，遇冷又生成NH4Cl，所以不能用加热的方法除去NH4Cl中的I2，故B错误；将蘸有浓氨水和挥发性酸(如盐酸和硝酸)的玻璃棒相互靠近，有白烟产生，而硫酸不是挥发性的酸，故C错误；氨通入紫色石蕊溶液后溶液应变蓝，而不是变红，故D错误。
4．用下列实验装置和方法进行相应实验，能达到实验目的的是( )
A．用甲装置制干燥的氨
B．用乙装置收集并测量Cu与浓硝酸反应产生的气体及体积
C．用丙装置除去CO2中含有的少量HCl
D．用丁装置吸收NH3，并防止倒吸
解析：选A。B项，Cu与浓HNO3反应生成NO2，NO2会与H2O反应，错误；C项，CO2也可与Na2CO3溶液反应，错误；D项，应将苯换成CCl4，将气体通入CCl4中以防止倒吸，错误。
5．下列与碳、氮、硫、硅等非金属元素及其化合物有关的说法不正确的是( )
A．工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅可得到含杂质的粗硅
B．氮的氧化物是形成光化学烟雾的主要物质，硫的氧化物是形成酸雨的主要物质
C．NO2、CO2和SO2溶于水均可导电，它们都是电解质
D．将SO2通入酸化的 Ba(NO3)2溶液中会出现白色沉淀
解析：选C。NO2、CO2、SO2均为非电解质。
6．(2020·全国名校第二次大联考)下列由相关实验现象推出的结论正确的是( )
A．NH4Cl和NH4HCO3受热都能分解，说明可以用加热NH4Cl和NH4HCO3固体的方法制氨
B．向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀，说明该溶液中一定含有SO
C．Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应
D．NH3遇到浓盐酸产生白烟，说明二者发生反应生成白色固体
解析：选D。NH4Cl受热分解生成氨和氯化氢，冷却后二者又重新结合生成NH4Cl，不能制备氨，A项错误；向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀，在酸性条件下NO具有强氧化性，会把SO氧化成SO，故不能说明原溶液中一定含有SO，也可能含有SO，B项错误；Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生，前者是由于稀硝酸的强氧化性，后者是由于Fe与稀硫酸发生置换反应，C项错误；NH3遇到浓盐酸产生白烟，说明二者发生反应生成白色固体氯化铵，D项正确。
7．铜和铁的合金7.2 g完全溶于稀硝酸，若反应中硝酸被还原只产生NO气体，在反应后的溶液中加入足量的氢氧化钠溶液，最终生成12.3 g沉淀。则在标准状况下产生的NO气体的体积为( )
A．1.12 L B．2.24 L
C．3.36 L D．1.68 L
解析：选B。两种金属单质最终生成氢氧化物时增加的质量实际上是OH－的质量，OH－的物质的量与金属跟硝酸反应时失去的电子的物质的量相等，即n(e－)＝n(OH－)＝(12.3 g－7.2 g)÷17 g/mol＝0.3 mol，根据HNO3NO可知，n(NO)＝0.1 mol，在标准状况下的体积为2.24 L。
二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。
8．(2020·临沂高三统考)下列制取NH3并验证其还原性、收集并进行尾气处理的装置和原理均正确的是( )
解析：选B。氯化铵受热分解生成氨和氯化氢，但在试管口又重新化合生成氯化铵，得不到氨，A项错误；氨具有还原性，氯气具有强氧化性，二者能发生氧化还原反应，又因为氨的密度小于空气的，氯气的密度大于空气的，所以长管通入NH3，短管通入Cl2，可以使其充分反应，装置和原理均正确，B项正确；氨的密度小于空气的，采用向下排空气法收集，即收集时应该是短管进、长管出，C项错误；氨极易溶于水，倒置的漏斗插入水中，不能防倒吸，D项错误。
9．下列关于浓硝酸和浓硫酸的叙述中，正确的是( )
A．常温下都用铜制容器贮存
B．露置在空气中，容器内酸液的质量都减轻
C．常温下都能与铜较快地反应
D．露置在空气中，容器内酸液的浓度都降低
解析：选D。Cu与浓HNO3可在常温下反应，Cu与浓H2SO4需加热才反应，故浓HNO3不能用铜制容器贮存；将二者都露置在空气中，硝酸挥发，浓H2SO4吸收空气中的水分，故酸液的浓度都降低，但酸液的质量变化不同，浓HNO3减轻，浓H2SO4增重。
10．(2020·济宁高三模拟)合成氨及其相关工业中，部分物质间的转化关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A．甲、乙、丙三种物质中都含有氮元素
B．反应Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的氧化剂相同
C．Ⅵ的产物可在上述流程中被再次利用
D．Ⅴ中发生反应：NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl
解析：选B。甲是N2，N2与H2化合生成NH3。反应Ⅴ是侯氏制碱法原理，丁是NaHCO3，NaHCO3受热分解生成Na2CO3。NH3发生催化氧化生成NO，NO与O2反应生成NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3和NH3反应生成NH4NO3，即乙是NO，丙是NO2。甲、乙、丙三种物质中都含有氮元素，A正确；反应Ⅳ中的氧化剂和还原剂均是NO2，B错误；NaHCO3分解生成的CO2可以循环利用，C正确。
11．某同学进行有关铜、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示：
实验1
实验2
①③中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生
⑥中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生
下列说法正确的是( )
A．稀硝酸一定被还原为NO2
B．②中溶液存在：2c(Cu2＋)＋c(H＋)＝c(NO)＋c(OH－)
C．由上述实验得出结论：常温下，Cu既可与稀硝酸反应，也可与稀硫酸反应
D．③⑥中反应的离子方程式：3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
解析：选BD。A项，稀硝酸与铜发生3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O反应，生成硝酸铜溶液为蓝色，试管口NO被空气中的O2氧化生成红棕色的二氧化氮，但硝酸被还原生成NO，故A错误；B项，②中溶液存在电荷守恒：2c(Cu2＋)＋c(H＋)＝c(NO)＋c(OH－)，故B正确；C项，由实验可得出结论：常温下Cu可以和稀硝酸反应，但不能与稀硫酸反应，故C错误；D项，③⑥中反应的离子方程式：3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，故D正确。
三、非选择题
12．(教材改编题)如图是氮元素的几种价态与物质类别的对应关系，回答下列问题：
(1)写出N2的一种用途：_____________________________________________。
(2)从N元素的化合价分析，N2具有氧化性和还原性，各举一例说明(用化学方程式表示)。
氧化性：_____________________________________________________________；
还原性：______________________________________________________________。
(3)HNO3与物质C常用于检验Cl－的存在，则物质C的化学式为________。
(4)实验室制取物质B的化学方程式为_____________________________________。
(5)NO2与水反应生成物质A的化学方程式为_______________________________。
(6)浓硝酸与木炭在加热条件下反应的化学方程式为_________________________。
答案：(1)做保护气、保存粮食(写出一种即可)
(2)N2＋3H22NH3(或N2＋3MgMg3N2) N2＋O22NO
(3)AgNO3
(4)Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O
(5)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(6)4HNO3(浓)＋CCO2↑＋4NO2↑＋2H2O
13．甲、乙两同学用下图所示装置进行实验，探究硝酸与铁反应的产物。
已知：ⅰ.在浓硝酸和活泼金属反应过程中，随着硝酸浓度的降低，其生成的产物有＋4、＋2、－3价等氮的化合物。
ⅱ.FeSO4＋NOFe(NO)SO4(棕色)(ΔH<0)。
ⅲ.NO2和NO都能被KMnO4氧化吸收。
甲的实验操作和现象记录如下：
实验操作
实验现象
打开弹簧夹，通入一段时间CO2，关闭弹簧夹
－
打开分液漏斗活塞，将浓硝酸缓慢滴入烧瓶中，关闭活塞
无明显现象
加热烧瓶，反应开始后停止加热
①A中有红棕色气体产生，一段时间后，气体颜色逐渐变浅；B中溶液呈棕色；C中溶液紫色变浅；
②反应停止后，A中无固体剩余
请回答下列问题：
(1)滴入浓硝酸加热前没有明显现象的原因是_________________________________。
(2)检验是否生成－3价氮的化合物，应进行的实验操作是_____________________。
(3)甲取少量B中溶液，加热，实验现象是__________________________________。
请用平衡移动原理解释原因：_____________________________________________。
甲依据该现象得出的结论是A中有NO生成。
(4)乙认为甲得出A中有NO生成的证据不足。为获取充足的证据，乙仍采用该装置和操作进行对照实验，乙做出的改变是________________________，证明有NO生成的实验现象是_______________________________________________________________________。
解析：(1)常温下，铁遇浓硝酸发生钝化。(2)－3价氮的化合物是NH3或铵盐，而此反应的环境呈酸性，故－3价氮的化合物应是硝酸铵，可利用NH与OH－共热产生NH3的性质检验。(3)B中发生反应FeSO4＋NOFe(NO)SO4(棕色)，加热后，上述平衡逆向移动，无色气体NO逸出，在空气中变为红棕色，而溶液颜色变浅或变为浅绿色。(4)NO2与水反应生成NO，故可把浓硝酸换成稀硝酸，若A中无红棕色气体生成，但B中溶液变为棕色，可证明A中有NO生成。
答案：(1)常温时，铁遇浓硝酸形成致密氧化膜，阻止反应进一步发生(答钝化也可)
(2)取少量反应后A中溶液于试管中，向其中加入足量浓NaOH溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，若试纸变蓝，则A中生成NH
(3)棕色溶液颜色变浅(或变为浅绿色)，有无色气体逸出，且在空气中变为红棕色 FeSO4＋NOFe(NO)SO4(棕色) ΔH<0，正反应为放热反应，加热后，平衡向逆反应方向移动
(4)将浓硝酸换成稀硝酸 A中没有红棕色气体生成，B中溶液变为棕色
14．(2020·衡水中学模拟)利用如图装置进行NH3与金属氧化物MxOy反应生成M、N2和H2O，通过测量生成水的质量来测定M的相对原子质量。a中试剂是浓氨水。
(1)仪器a的名称为______，仪器b中装入的试剂可以是__________。
(2)按气流方向正确的装置连接顺序为____________(填字母，装置可重复使用)。
(3)装置C的作用：______________________________。
(4)实验结束时，应首先______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)；这样做的原因是_____________。
Ⅰ.熄灭A装置的酒精灯
Ⅱ.停止从a中滴加液体
(5)若金属氧化物为CuO，反应的化学方程式为______________________________。
(6)若实验中准确称取金属氧化物的质量为m g，完全反应后，测得生成水的质量为n g，则M的相对原子质量为________(用含x、y、m、n的式子表示)。
(7)某同学仔细分析上述装置后认为仍存在缺陷，你认为该如何改进？
________________________________________________________________________。
答案：(1)分液漏斗 NaOH固体(或生石灰或碱石灰)
(2)BDADC (3)尾气处理，吸收未反应的NH3，同时防止空气中的水蒸气进入装置D产生干扰 (4)Ⅰ 使反应产生的水蒸气全部被碱石灰吸收 (5)2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O (6) (7)在吸收尾气的浓硫酸前加安全瓶防倒吸
课题15 氮及其重要化合物
学习任务1 氮及其氧化物
一、氮的固定
将游离态氮转变为化合态氮的过程叫氮的固定。
(1)自然固氮
(2)人工固氮：工业合成氨。
二、氮气
写出有关反应的化学方程式：
①3Mg＋N2Mg3N2；
②N2＋3H22NH3；
③N2＋O22NO。
三、氮的氧化物
氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3和N2O5。
完成下表中NO和NO2的比较：
氮的氧化物
NO
NO2
物理
性质
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶于水
易溶于水
化学
性质
与O2反应
2NO＋O2===2NO2
不反应
与H2O
反应
不反应
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(1)NO能与血红蛋白结合而使人中毒。
(2)NO、NO2均能与NH3反应生成N2：4NH3＋6NO5N2＋6H2O；8NH3＋6NO27N2＋12H2O。
四、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，产生的一种有毒的烟雾。
(2)酸雨：NOx排入大气后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨水降到地面形成酸雨。
(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。
2．常见的NOx尾气处理方法(教材补遗)
(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)，此法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在一定温度下可催化转化为无毒气体(N2和CO2)，此法一般适用于汽车尾气的处理。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(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，在空气中都能稳定存在。( )
(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)溴蒸气和NO2都是红棕色气体，不能用湿润的淀粉KI试纸和NaOH溶液鉴别，可用AgNO3溶液、蒸馏水或CCl4鉴别。( )
解析：(5)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NO2既是氧化剂，又是还原剂。
答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)× (7)√
2．完成下列填空。
(1)[2018·高考全国卷Ⅱ，28(2)①]某小组为探究三草酸合铁酸钾{K3[Fe(C2O4)3]·3H2O}的热分解产物，按如图所示装置进行实验。通入氮气的目的是______________________。
(2)(2018·高考天津卷)NO被H2O2氧化为NO的离子方程式是___________________。
(3)(2017·高考全国卷Ⅲ，26改编)绿矾(FeSO4·xH2O)易被氧化，在测定其结晶水含量或分解产物时，应先向装置中缓缓通入N2，目的是________________________________。
答案：(1)隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置 (2)2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO＋2H2O (3)排出装置中的空气
氮及其氧化物的性质和应用
宏观辨识与微观探析
1．下列有关氮气用途说法不正确的是( )
A．做焊接金属的保护气
B．制硝酸和化肥的原料
C．食品袋中充氮气来防腐
D．与氧气反应制NO从而制硝酸
解析：选D。氮气的化学性质不活泼，能防止金属在高温下被空气中的氧气氧化，A项正确；氮气可用于合成氨，氨可制硝酸和化肥，B项正确；食品袋中充氮气可减缓食品被氧化而变质的速率，C项正确；氮气与氧气的反应很难进行，不宜用氮气与氧气反应制NO从而制备硝酸，D项错误。
2．Murad等三位教授提出NO在人体内有独特的功能，下列关于NO的叙述正确的是( )
①NO可以是某些含低价氮物质氧化的产物
②NO是亚硝酸的酸酐
③NO可以是某些含高价氮物质还原的产物
④NO是无色气体，在空气中可变为红棕色
A．全部 B．①③④
C．②③④ D．①④
解析：选B。NO中氮元素的化合价处于中间价态，它可以是还原产物，如HNO3→NO，也可以是氧化产物，如NH3→NO；HNO2的酸酐是N2O3；NO是无色气体，可被空气中的氧气氧化为红棕色的NO2。
氮的氧化物溶于水或碱溶液的计算
证据推理与模型认知、变化观念
3．同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体，它们是①NO和NO2；②NO2和O2；③NH3和N2。将3支试管均倒置于盛水的水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是( )
A．V1＞V2＞V3
B．V1＞V3＞V2
C．V2＞V3＞V1
D．V3＞V1＞V2
解析：选B。设各种气体的体积都为1体积。①根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO可得，剩余NO的体积V1＝(1＋)体积。②根据4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可得，剩余O2的体积V2＝(1－)体积。③根据NH3极易溶于水、N2难溶于水且N2与水不发生化学反应可得，剩余N2的体积V3＝1体积。由上述分析可知，V1>V3>V2，故B项符合题意。
4．(教材改编题)(1)一个大试管的容积为27 mL，装满二氧化氮和氧气，把它倒扣在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为2 mL。则原混合气体中O2的体积可能是________或________。
(2)一个大试管的容积为24 mL，收集满一氧化氮气体，把它倒扣在盛满水的水槽里再通入氧气，一段时间后，试管里剩余气体体积为2 mL。则通入O2的体积可能是________或________。
解析：(1)NO2、O2混合气体与水反应的计算关系式符合下列化学方程式：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。若剩余的2 mL气体为O2，则参加上述反应的NO2和O2的总体积为27 mL－2 mL＝25 mL，则原混合气体中NO2的体积为25 mL×＝20 mL，O2的体积为27 mL－20 mL＝7 mL。若剩余的2 mL气体为NO，该气体由NO2和O2共同反应后剩余了6 mL的NO2再单独与水反应而得，则按4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3反应的NO2和O2的总体积为27 mL－6 mL＝21 mL，则原混合气体中O2的体积为21 mL×＝4.2 mL。
(2)NO、O2混合气体与水反应的计算关系式符合下列化学方程式：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。若剩余的2 mL 气体为O2，则是24 mL NO按上述化学方程式完全反应后又通入了2 mL O2，则通入O2的体积为24 mL×＋2 mL＝20 mL。若剩余的2 mL气体为NO，则按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3反应的NO体积为24 mL－2 mL＝22 mL，则通入O2的体积为22 mL×＝16.5 mL。
答案：(1)7 mL 4.2 mL (2)20 mL 16.5 mL
氮氧化物溶于水的计算问题
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，总反应的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3(4∶3)。
(2)若NO2和O2通入水中，总反应的化学方程式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3(4∶1)。
5．已知氮的氧化物跟NaOH溶液发生的化学反应如下：
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O；NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。现有m mol NO2和n mol NO组成的混合气体，要用NaOH溶液使其被完全吸收无气体剩余，现有浓度a mol·L－1的NaOH溶液，则需此NaOH溶液的体积为( )
A. L B． L
C. L D． L
解析：选C。生成物不论是硝酸钠还是亚硝酸钠，根据原子守恒可知，氢氧化钠的物质的量就是NO2和NO的物质的量之和，则氢氧化钠的物质的量是(m＋n) mol，则氢氧化钠溶液的体积为 L。
氮氧化物与NaOH溶液反应的有关问题分析
(1)NO2能被NaOH溶液吸收发生转化生成NaNO3和NaNO2。
(2)NO不能被NaOH溶液吸收。
(3)n(NO2)∶n(NO)≥1时，NO2、NO的混合气体能完全被NaOH溶液吸收。
学习任务2 氨 铵盐 肼(N2H4)(教材补遗)
一、氨的分子结构和物理性质
电子式
密度
气味
水溶性
比空气的小
强烈刺激性气味
极易溶于水(1∶700)
二、氨的化学性质
1．与水的反应
NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，氨溶于水得氨水。
(1)氨水中含有的粒子有NH3·H2O、NH3、H2O、NH、OH－、H＋。
(2)一水合氨为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：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：HCl＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。
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：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
4．氨的还原性——氨的催化氧化
化学方程式：4NH3＋5O24NO＋6H2O。
三、氨的实验室制法
实验室制取NH3的简易方法,
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NH3·H2O分解，且OH－浓度的增大也有利于NH3的生成
浓氨水＋
固体CaO
CaO与水反应生成OH－，使溶剂(水)减少；且反应放热，促使NH3·H2O分解。化学方程式：NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2
四、铵盐的性质及NH的检验
1．铵盐的物理性质
铵盐都是白色固体，均易溶于水。
2．铵盐的化学性质
3．NH的检验
未知液有刺激性气味的气体试纸变蓝色原溶液中含有NH。
五、肼(N2H4)(教材补遗)
1．碱性：溶于水形成二元弱碱，碱性比NH3·H2O弱，在水中的电离与NH3·H2O相似，与硫酸反应形成的酸式盐为N2H6(HSO4)2。
2．强还原性：能被氧气、H2O2等氧化，可用作喷气式发动机的推进剂、火箭燃料等。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2019·高考全国卷Ⅱ，9C改编)气态氢化物热稳定性：PH3
(3)氨遇到浓盐酸、浓硫酸都会发生反应，产生白烟。( )
(4)氨水中含氮微粒中数目最多的是NH。( )
(5)铵盐都易溶于水，其水溶液均呈酸性。( )
(6)现有1 mol·L－1的氨水，则该溶液中NH3·H2O的浓度是1 mol·L－1。( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
2．(1)(2017·高考北京卷改编)写出NH3在催化剂作用下还原NO2生成N2和H2O的化学方程式：_________________________________________________________________。
(2)(2017·高考北京卷改编)在有氧条件与催化剂作用下，15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气(N2O)几乎都是15NNO。写出该反应的化学方程式：_____________________。
(3)实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨(N2H4)，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
答案：(1)8NH3＋6NO27N2＋12H2O
(2)415NO＋4NH3＋3O2415NNO＋6H2O
(3)NaClO＋2NH3===N2H4＋NaCl＋H2O
氨、铵盐的性质
宏观辨识与微观探析、科学探究与创新意识
1．(2020·长春高三模拟)探究氨及铵盐性质的过程中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是( )
A．将集有氨的试管倒扣于水槽中，液体迅速充满试管，说明氨极易溶于水
B．向氨水中加入浓氢氧化钠溶液，加热产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，说明氨水中含有NH
C．加热NH4HCO3固体，观察到固体逐渐减少，试管口有液滴产生，说明NH4HCO3具有热不稳定性
D．将红热的Pt丝伸入如图所示的锥形瓶中，瓶口出现少量的红棕色气体，说明氨催化氧化的产物中有NO
解析：选B。B项，因为氨水中存在氨分子，加热，氨逸出，也能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，不能证明是氨水中的铵根离子与氢氧化钠反应产生的氨，错误；D项，4NH3＋5O24NO＋6H2O，2NO＋O2===2NO2，NH3的催化氧化产物为NO，正确。
实验室用铂丝按如图进行氨的催化氧化实验，操作现象总结如下：
(1)空气通入氨水中：其作用是让氨易挥发出来，从而使氧气和氨充分混合。
(2)锥形瓶中气体呈红棕色：这是因为NH3被氧化为NO，NO遇到空气中的O2又迅速被氧化为红棕色的NO2。
(3)通常瓶内有白烟出现：这是由于锥形瓶里有水蒸气存在，水蒸气和NO2反应生成了HNO3：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，HNO3再跟NH3反应生成微小的白色NH4NO3晶体：NH3＋HNO3===NH4NO3。
(4)铂丝总是呈红色：这是因为NH3与O2在铂丝的表面上进行的反应是放热反应，反应放出的热量足以使铂丝继续保持红热状态。
2．(双选)如图，利用培养皿探究氨的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所做的解释正确的是( )
选项
实验现象
解释
A
浓盐酸附近产生白烟
NH3与浓盐酸挥发出的HCl反应产生了NH4Cl固体
B
浓硫酸附近无明显现象
NH3与浓硫酸不发生反应
C
氯化物溶液变浑浊
该溶液可以是MgCl2、FeCl3溶液
D
干燥的红色石蕊试纸不变色，湿润的红色石蕊试纸变蓝
NH3是一种可溶性碱
解析：选AC。NH3能与HCl发生化合反应生成NH4Cl白色固体，NH3也能与H2SO4发生化合反应生成(NH4)2SO4；NH3与氯化物溶液反应生成氢氧化物沉淀，该氯化物可以是氯化铁、氯化镁等；NH3溶于水生成NH3·H2O，NH3·H2O是一种可溶性碱，NH3是氢化物。
氨的制备与性质实验综合
科学探究与创新意识+
3．(2020·舟山高三期中)如图是某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现象的是( )
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
解析：选B。氯气易溶于有机溶剂四氯化碳，烧瓶中的气体压强减小，故能形成喷泉；氢气不溶于水，也不和氢氧化钠反应，烧瓶中的气体压强不会有明显的变化，故不能形成喷泉；用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气，使锥形瓶中的水进入烧瓶中，因氨极易溶于水，所以烧瓶中的气体压强减小，故能形成喷泉；浓硫酸溶于水时放热，促使浓氨水放出氨，氨和氯化氢气体反应，烧瓶中的气体压强减小，故能形成喷泉。
4．(教材改编题)根据如图装置，回答下列问题。
(1)该装置能否制得纯净、干燥的NH3？原因是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)要制得纯净、干燥的NH3，若反应物还是选用一种固体药品，应选择________，其原理是__________________________________________________(结合化学方程式和必要的文字说明)。
(3)在实验室中还可以把浓氨水滴入NaOH固体中制备NH3，下列适宜的装置是________。
其收集装置可以选用________。
尾气处理装置可以选用________。
答案：(1)不能；因为NH4Cl固体受热分解生成NH3和HCl，它们在试管口又重新生成NH4Cl
(2)NH4HCO3[或(NH4)2CO3] NH4HCO3NH3↑＋H2O＋CO2↑[或(NH4)2CO32NH3↑＋H2O＋CO2↑]，生成的H2O和CO2可以被碱石灰吸收，可制得纯净、干燥的NH3
(3)③ AG bd
5．如图为化学教学中所用的喷泉实验装置。
某同学用烧瓶盛装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)＝________。
解析：设烧瓶的容积为V L，则气体的物质的量均为 mol。
(1)若用HCl气体，喷泉完成后，溶液充满整个烧瓶，则溶液的体积为V L，c(HCl)＝＝ mol·L－1。
(2)若用NO2气体，喷泉完成后，溶质为HNO3，
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
mol × mol
则喷泉完成后溶液的体积为V L，
c(HNO3)＝＝ mol·L－1。
(3)、(4)思路同上。
答案：(1) mol·L－1 (2) mol·L－1
(3) mol·L－1 (4) mol·L－1
喷泉实验
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
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，以教材中的装置为发散源可设计如图所示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、使气体发生反应等)来形成喷泉。
设计说明：装置(Ⅰ)向锥形瓶通入少量空气，将少量水压入烧瓶，导致大量氨溶解，形成喷泉。装置(Ⅱ)省去了胶头滴管，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨与水接触，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)中，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。
4．喷泉实验产物的浓度计算
关键是确定所得溶液中溶质的物质的量和溶液的体积，标准状况下的气体进行喷泉实验后所得溶液的物质的量浓度：
(1)若烧瓶内为HCl、NH3、NO2气体或它们与其他不溶于水且不与之反应的气体混合时，溶质的物质的量浓度为 mol·L－1。
(2)若烧瓶内为NO2和O2的混合气体且其体积比为4∶1时，溶质的物质的量浓度即 c(HNO3)＝ mol·L－1。6.如图所示是在实验室进行氨快速制备与性质实验的组合装置，部分固定装置未画出。
(1)在组装好装置后，若要检验A～E装置的气密性，其操作是首先______________，然后用酒精灯微热A，观察到E中有气泡冒出，移开酒精灯，E中导管有一段水柱形成，说明装置气密性良好。
(2)装置B中盛放的试剂是________。
(3)点燃C处酒精灯，关闭止水夹2，打开止水夹1，从分液漏斗放出浓氨水至浸没烧瓶中生石灰后关闭分液漏斗，稍等片刻，装置C中黑色固体逐渐变红，装置E中溶液里出现大量气泡，同时产生________(填现象)；从装置E中逸出液面的气体可以直接排入空气，请写出在装置C中发生反应的化学方程式：____________________________________。
(4)当装置C中固体全部变成红色后，关闭止水夹1，慢慢移开酒精灯，待冷却后，称量装置C中固体质量。若反应前固体质量为16 g，反应后称量固体质量减少2.4 g。通过计算确定该固体产物的成分是___________________________(用化学式表示)。
(5)在关闭止水夹1后，打开止水夹2，残余气体进入装置F中，很快发现装置F中产生白烟，同时装置G中溶液迅速倒吸流入装置F中。写出产生白烟的化学方程式：________________________________________________________________________。
迅速产生倒吸的原因是__________________________________。
解析：(1)检查A～E装置气密性的方法为关闭止水夹2和分液漏斗活塞，打开止水夹1，在E中装入水，然后用酒精灯微热A，观察到E中有气泡冒出，移开酒精灯，E中导管有一段水柱形成，说明装置气密性良好。(2)装置B是对产生的氨进行干燥的装置，氨为碱性气体，所以装置B中为碱性物质，故为碱石灰或生石灰。(3)装置C中黑色固体氧化铜逐渐变红，发生还原反应，而装置E中溶液里出现大量气泡，又从装置E中逸出液面的气体可以直接排入空气，说明排出的气体为N2，故装置C中发生的反应为2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O。装置E中为溶有二氧化硫的氯化钡溶液，未反应的NH3与H2SO3反应生成(NH4)2SO3，(NH4)2SO3与氯化钡反应产生白色沉淀。(4)装置C中物质为氧化铜，反应前固体质量为16 g，即含有氧化铜0.2 mol，若全部被还原为Cu，则冷却后称量应为12.8 g，固体质量减少3.2 g；若全部被还原为Cu2O，固体质量减少1.6 g，但称得固体质量减少2.4 g，即氧化铜被还原为Cu2O和Cu，故固体产物的成分是Cu2O和Cu。(5)氨和氯气直接反应生成氯化铵，产生白烟：3Cl2＋8NH3===N2＋6NH4Cl；盛满氯气的集气瓶中因氨消耗氯气生成部分固体，导致装置F内气压减小，引起溶液倒吸。
答案：(1)关闭止水夹2和分液漏斗活塞，打开止水夹1，在E中装入水
(2)碱石灰(或生石灰)
(3)白色沉淀 2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O
(4)Cu2O和Cu
(5)3Cl2＋8NH3===N2＋6NH4Cl 盛满氯气的集气瓶中因氨消耗氯气生成部分固体，导致装置F内气压减小，引起溶液倒吸
学习任务3 硝酸的性质及应用
一、物理性质：无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
二、化学性质
1．不稳定性
化学方程式：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。
(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。
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。
(2)与非金属反应
浓硝酸与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。稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
3．与有机物反应
(1)硝化反应(与反应)：
。
(2)显色反应：分子中含有苯环的蛋白质与浓硝酸作用时呈黄色。
三、工业制备(教材补遗)
写出下列反应的化学方程式：
(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。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)将铜丝插入稀硝酸中：Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋H2O。( )
(2)常温下，铁、铝在浓硝酸中的钝化为化学变化。( )
(3)可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S。( )
(4)过量的铜与浓硝酸反应，产物中一定有NO。( )
(5)浓硝酸在光照下久置会变黄。( )
(6)浓硝酸中滴加紫色石蕊溶液，最终变为红色。( )
答案：(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
2．用动态观点理解Cu与浓HNO3的反应。
在浓硝酸中放入Cu片：
(1)反应开始时的离子方程式为__________________________________________，
实验现象为__________________________________________________________。
(2)若Cu片有剩余，则反应将要结束时的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(3)待反应停止后，再加入少量的稀硫酸，这时Cu片上又有气泡产生，原因是________________________________________________________________________。
答案：(1)Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O 溶液逐渐变为蓝色，有红棕色气体逸出
(2)3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(3)加入稀硫酸后，氢离子与原溶液中的硝酸根离子构成了强氧化性酸，又能与过量的铜反应
(1)硝酸与金属反应的规律
①HNO3与金属反应一般不能产生H2。
②还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸的还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。
③硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。
(2)涉及HNO3的离子反应常见的易错问题
①忽视NO在酸性条件下的强氧化性。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。
②在书写离子方程式时，忽视HNO3的强氧化性，将氧化还原反应简单地写成复分解反应。
硝酸的性质及应用
科学态度与社会责任
1．硝酸被称“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝酸的性质不相对应的是( )
A．浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色——酸性和强氧化性
B．不能用稀硝酸与锌反应制取氢气——强氧化性
C．要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性
D．能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液的红色褪去——强氧化性
解析：选D。浓硝酸使紫色石蕊溶液变红表现的是酸性，使其褪色表现的是强氧化性，A项正确；硝酸具有强氧化性，与锌反应生成氮的氧化物，不生成氢气，B项正确；浓硝酸见光易分解，应用棕色试剂瓶存放，C项正确；硝酸与NaOH溶液中和后，使溶液中的红色褪色，利用的是酸性，D项错误。
2．硝酸是化学实验室中最常用的试剂之一，下列有关硝酸的说法不正确的是( )
A．浓硝酸和氯水用棕色试剂瓶保存，原理相同
B．将分别蘸有浓硝酸和浓氨水的玻璃棒相互靠近时，有白烟生成
C．常温下铁和铂都不溶于浓硝酸，原理相同
D．浓硝酸溅到皮肤上，皮肤会变黄
解析：选C。A项中HNO3和氯水中HClO见光都易分解，都应避光保存，正确；B项，浓HNO3和浓氨水都具有挥发性，HNO3与NH3化合生成白色固体小颗粒NH4NO3，正确；C项，铁在浓硝酸中钝化，而铂与浓硝酸不反应，原理不同，错误；D项，浓HNO3能使蛋白质显黄色，正确。
3．(全面描述金属与酸反应的现象)某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO而设计了下列实验，装置如图所示(加热装置和固定装置均已略去)。图中K为止水夹(处于关闭状态)，F是一半空的注射器。请回答有关问题：
(1)设计装置A的目的是__________________________________________________。
(2)在完成(1)中的“操作”后，将装置B中铜丝插入稀硝酸并微热，观察到装置B中的现象是__________________________________________________________________；
发生反应的离子方程式为______________________________________________。
(3)装置E和F的作用是_______________________________________________；
为实现此作用，其操作方法是__________________________________________。
(4)装置D的作用是吸收多余的氮氧化物，防止污染空气，兼有________的功能。
答案：(1)利用碳酸钙与稀硝酸反应产生的CO2排尽装置中的空气，防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰
(2)Cu丝表面产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝 3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(3)验证NO的生成 将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色，则说明铜与稀硝酸反应生成了NO
(4)防止倒吸
现象描述答题模板
(1)全面描述现象的程序——“海、陆、空”
“海”——溶液有什么变化；
“陆”——固体有什么变化；
“空”——气体有什么变化。
(2)规范描述现象的答题模板
①颜色：……由……(具体颜色)变为……(具体颜色)；
②气体：溶液中产生……(颜色)的气体，(或)在固体表面产生……(颜色)的气体；
③沉淀：在……(颜色)溶液中产生……(颜色)的沉淀(浑浊)。
金属与硝酸反应的有关计算
证据推理与模型认知、变化观念
4．(2020·哈尔滨高三模拟)在某100 mL的混合液中，硝酸和硫酸的物质的量浓度分别是 0.4 mol/L、0.1 mol/L，向该混合液中加入1.92 g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中铜离子的物质的量浓度(不考虑溶液体积变化)是( )
A．0.15 mol/L B．0.225 mol/L
C．0.30 mol/L D．0.45 mol/L
解析：选B。溶液中同时存在H＋和NO时Cu就能够发生反应。该溶液中H＋实际为0.06 mol，应该根据离子方程式进行计算。设生成Cu2＋的物质的量为x，
3Cu ＋ 8H＋＋ 2NO=== 3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
3 8 2 3
0.03 mol 0.06 mol 0.04 mol x
根据各物质量的关系可知，H＋不足，故应根据H＋进行计算。x＝3×0.06 mol÷8＝0.022 5 mol，因此铜离子浓度为＝0.225 mol/L。
5．(2020·湖北八校联考)将一定量的铜粉加入100 mL某浓度的稀硝酸中充分反应后，容器内剩有m1 g铜粉，此时共收集到NO气体448 mL(标准状况)，然后向上述混合物中加入足量稀硫酸至不再反应为止，容器内剩有铜粉m2 g，则m1－m2为( )
A．5.76 B．2.88
C．1.92 D．0.28
解析：选A。铜与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，而第一次反应产生NO的物质的量为 mol＝0.02 mol，从而可得剩余NO的物质的量为0.02 mol××2＝0.06 mol，故再次加入足量稀硫酸，可形成的稀硝酸的物质的量为0.06 mol，最终NO全部转化为NO，而Cu转化为Cu2＋，根据得失电子守恒可得，再次参与反应的Cu的质量为0.06××64 g＝5.76 g，即m1－m2＝5.76，故选A。
6．(双选)5.6 g Fe全部溶于一定浓度、200 mL的HNO3溶液中，得到标准状况下的气体 2.24 L，测得反应后溶液中NO的浓度为1.25 mol·L－1。若反应前后溶液体积变化可忽略不计，则下列有关判断错误的是( )
A．反应后的溶液中铁元素以Fe2＋形式存在
B．反应后的溶液最多还能溶解2.8 g Fe
C．2.24 L气体是NO、NO2的混合气体
D．原HNO3溶液的浓度为1.75 mol·L－1
解析：选AB。n(Fe)＝＝0.1 mol，反应后的溶液中n(NO)＝0.2 L×1.25 mol·L－1＝0.25 mol，根据Fe元素守恒，所以反应后的溶液中n(Fex＋)∶n(NO)＝1∶2.5，则反应后的溶液中铁元素以Fe3＋和Fe2＋形式存在，A错误；设溶液中含Fe(NO3)3 x mol，则有3x＋(0.1－x)×2＝0.25，解得x＝0.05，结合2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋可知，还能溶解Fe：56 g·mol－1×0.05 mol×＝1.4 g，B错误；Fe与HNO3反应时失去电子：0.05 mol×3＋(0.1－0.05) mol×2＝0.25 mol，结合得失电子守恒和生成n(NOx)＝＝0.1 mol，则2.24 L气体为NO和NO2组成的混合气体，C正确；n(HNO3)＝0.25 mol＋0.1 mol＝0.35 mol，所以c(HNO3)＝＝1.75 mol·L－1，D正确。
金属与硝酸反应的思维模型
学习任务4 氮及其重要化合物的相互转化及应用
氮及其重要化合物的相互转化
[注意] 箭头指出可体现物质的性质，指向可寻找该物质的制备方法。
氮及其化合物的相互转化
变化观念
1．(2020·河南名校模拟)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。当X无论是强酸还是强碱时都有如下转化关系(其他产物及反应所需条件均已略去)，当X是强碱时，过量b跟氯气反应除生成c外，另一产物是盐酸盐。
abcdef
下列说法不正确的是( )
A．当X是强酸时，a、b、c、d、e、f均含有同一种元素，f是硫酸
B．当X是强碱时，a、b、c、d、e、f均含有同一种元素，f是硝酸
C．b和Cl2的反应一定是氧化还原反应
D．当X是强酸时，c常温下是气态单质
解析：选D。a是一种正盐，且与强酸和强碱反应都能生成气态氢化物，则a是(NH4)2S。当X是强酸时，b、c、d、e、f分别是H2S、S、SO2、SO3、H2SO4，A项正确；当X是强碱时，b、c、d、e、f分别是NH3、N2、NO、NO2、HNO3，B项正确；b和Cl2的反应一定是氧化还原反应，因为b转化为c是气态氢化物向单质的转化，一定有化合价的变化，C项正确；当X是强酸时，c显然是硫单质，硫单质常温下是固体，D项错误。
2．一定条件下，含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。
回答下列问题：
(1)氮原子的结构示意图为______________。
(2)图中属于“氮的固定”的是________(填字母，下同)；转化过程中发生非氧化还原反应的是________。
(3)若“反应h”是在NO2与H2O的作用下实现的，则该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为________。
(4)若“反应i”是在酸性条件下由NO与Zn的作用实现的，则该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
解析：(1)N位于第二周期ⅤA族，其原子结构示意图为。
(2)氮的固定是游离态的氮转化为化合态的氮，根据循环图，得出属于氮的固定的是c和k；发生非氧化还原反应，说明在反应前后元素化合价没有发生变化，即属于非氧化还原反应的是a和l。
(3)反应h的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，氧化产物是HNO3，还原产物是NO，因此氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶1。
(4)根据信息，Zn＋H＋＋NO―→Zn2＋＋N2O↑＋H2O，Zn的化合价升高2价，由NO到N2O过程中N的化合价降低4价，根据得失电子守恒、电荷守恒以及原子守恒可知，离子方程式为4Zn＋2NO＋10H＋===4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O。
答案：(1) (2)ck al (3)2∶1
(4)4Zn＋2NO＋10H＋===4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O
(1)有关氮及其重要化合物的推断题，常以“产生白烟、红棕色气体、无色气体在空气中变为红棕色、能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色”等特殊现象为突破口。
(2)不同价态的含氮物质间的转化
①歧化——同一元素的化合价在同一反应中既升高又降低。
例如：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。
②归中——同一元素的高价态和低价态生成中间价态。
例如：6NO＋4NH35N2＋6H2O；
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。
③含氮物质的连续氧化
NH3NONO2HNO3；
N2NONO2HNO3。
含氮物质的性质及其实验探究
科学探究与创新意识
3．实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下：
已知实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。
(1)从图中选择制取气体的合适装置：氮气为____________、氢气为______________。
(2)氮气和氢气通过甲装置，甲装置的作用除了将气体混合外，还有_______________、________________。
(3)从氨合成器出来经冷却的气体，连续通入乙装置的水中吸收氨，____________(填“会”或“不会”)发生倒吸，原因是____________________________________。
(4)用乙装置吸收一段时间氨后，再通入空气，同时将经加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内，能使铂丝保持红热的原因是_____________________________，锥形瓶中还可观察到的现象是__________________________________________。
(5)写出乙装置中氨催化氧化的化学方程式：________________________________。
(6)反应结束后锥形瓶内的溶液中含有的离子为H＋、OH－、________、________。
答案：(1)a b
(2)干燥气体 控制氢气和氮气的流速
(3)不会 混合气体中含有大量难溶于水的氮气、氢气
(4)氨的催化氧化反应是一个放热反应 有红棕色气体产生
(5)4NH3＋5O24NO＋6H2O
(6)NH NO
4．(2020·河北中原名校联盟联考)氮化铬(CrN)是一种良好的耐磨材料，实验室可用无水氯化铬(CrCl3)与氨在高温下反应制备，反应原理为CrCl3＋NH3CrN＋3HCl。回答下列问题：
(1)制备无水氯化铬
氯化铬有很强的吸水性，通常以氯化铬晶体(CrCl3·6H2O)的形式存在。直接加热脱水往往得到Cr2O3，有关反应的化学方程式为____________________________________，用氯化铬晶体制备无水氯化铬的方法是____________________________________。
(2)制备氮化铬
某实验小组设计制备氮化铬的装置如图所示(夹持与加热装置省略)：
①装置A中发生反应的化学方程式为________________________________。
②实验开始时，要先打开装置A中活塞，后加热装置C，目的是________________。
③装置B中盛放的试剂是__________，装置D的作用是________________________。
④有同学认为该装置有一个缺陷，该缺陷是________________________________。
(3)氮化铬的纯度测定
制得的CrN中含有Cr2N杂质，取样品14.38 g在空气中充分加热，得固体残渣(Cr2O3)的质量为16.72 g，则样品中CrN的质量分数为____________(结果保留三位有效数字)。
解析：(1)氯化铬易发生水解，故在HCl气氛中加热氯化铬晶体获得无水氯化铬。(3)设CrN和Cr2N的物质的量分别为x mol、y mol，则根据66x＋118y＝14.38，x＋2y＝×2可解得答案。
答案：(1)2CrCl3·6H2OCr2O3＋9H2O＋6HCl↑ 在HCl的气氛中加热
(2)①CaO＋NH3·H2O===Ca(OH)2＋NH3↑
②用生成的氨排尽装置内的空气
③碱石灰 防止空气中的水蒸气进入装置C
④没有尾气吸收装置
(3)91.8%
1．(2019·高考江苏卷)在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
A．NaCl(aq)Cl2(g)FeCl2(s)
B．MgCl2(aq)Mg(OH)2(s)MgO (s)
C．S(s)SO3(g)H2SO4(aq)
D．N2(g)NH3(g)Na2CO3(s)
解析：选B。A项，Cl2与Fe发生反应生成FeCl3，错误；B项，MgCl2与Ca(OH)2发生反应生成Mg(OH)2沉淀，煅烧Mg(OH)2生成MgO固体，正确；C项，S在O2中燃烧只能生成SO2，错误；D项，NH3、CO2和NaCl溶液反应生成NaHCO3，反应的化学方程式为NH3＋CO2＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，错误。
2．(2017·高考北京卷)下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是( )
①
②
③
A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体
B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应
C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物
D．③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应
解析：选D。①中灼热碎玻璃起加热作用，浓硝酸受热分解生成红棕色NO2，硝酸中氮元素化合价降低，必有元素化合价升高，只能为氧元素，因此，还有O2生成，产生的气体为混合气体，A项正确；由①可知，浓硝酸受热分解可生成红棕色气体，所以②中产生的“红棕色气体”不一定是木炭与浓硝酸发生反应产生的，B项正确；③中浓硝酸挥发才能与红热木炭接触，产生的NO2是还原产物，C项正确；红热的木炭还可与空气中的O2反应生成CO2，不一定是木炭与浓硝酸发生反应生成了CO2，D项错误。
3．[2017·高考全国卷Ⅰ，26(1)(2)(3)(4)]凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。
回答下列问题：
(1)a的作用是______________________________________________________。
(2)b中放入少量碎瓷片的目的是_________________________________________。
f的名称是________________。
(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是_______________________________________；打开k2放掉水。重复操作2～3次。
(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。打开k1，加热b，使水蒸气进入e。
①d中保留少量水的目的是____________________________________。
②e中主要反应的离子方程式为_____________________________________，e采用中空双层玻璃瓶的作用是_____________________________________________________。
解析：(1)导管a与大气相通，其作用是避免烧瓶内气压过大，发生危险。(2)加热液体时加入碎瓷片，其作用是防止液体暴沸。冷凝管有直形冷凝管和球形冷凝管等，要指明。(3)停止加热，瓶内水蒸气冷凝，气体压强减小，会引起g中液体倒吸入c中，利用蒸馏水倒吸来洗涤仪器e、f。(4)①止水夹k3处可能漏气，导致测定的N元素质量分数偏低，故d中保留少量水起液封作用，防止氨逸出。②e中发生的主要反应是铵盐与氢氧化钠的反应，需要加热，使氨全部逸出。“中空双层玻璃瓶”考生比较陌生，可以联想平时生活中保温玻璃瓶来分析问题。
答案：(1)避免b中压强过大
(2)防止暴沸 直形冷凝管
(3)c中温度下降，管路中形成负压
(4)①液封，防止氨逸出
②NH＋OH－NH3↑＋H2O 保温使氨完全蒸出
小专题突破4 绿色化学与环境保护
[专题精讲]
1．常见环境污染类型
2．绿色化学
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。绿色化学示意图如下所示：
[专题精练]
1．(2020·重庆七校高三联考)十九大报告指出：建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念……实行最严格的生态环境保护制度，形成绿色发展方式和生活方式。下列有关节约资源和保护环境的说法不正确的是( )
A．回收塑料及钢铁制品可以减少二氧化碳的排放
B．使用地热能、生物质能等非化石能源可减少PM2.5
C．开采使用地下可燃冰，可以增加非化石能源消费比例
D．创新生产工艺，实现电动机车替代燃油机车符合绿色发展方式
解析：选C。回收塑料及钢铁制品可减少二氧化碳的排放，有利于节约资源和保护环境，A项正确；使用地热能、生物质能等非化石能源能减少化石燃料的使用，可减少PM2.5，有利于保护环境，B项正确；可燃冰的主要成分是甲烷，属于化石能源，C项错误；电动机车替代燃油机车可以减少污染物的排放，有利于保护环境，D项正确。
2．“绿色化学”的核心是实现污染物“零排放”。下列最符合“绿色化学”理念的是( )
A．在厂区大量植树绿化，净化污染的空气
B．利用太阳能分解水制氢气
C．将煤液化后使用以提高煤的利用率
D．将化石燃料充分燃烧后再排放
解析：选B。A项，在厂区大量植树绿化，净化污染的空气，虽然有利于环境保护，但不是从源头上杜绝环境污染，故A不选；B项，利用太阳能分解水制氢气，既能充分利用太阳能，又对环境无污染，符合“绿色化学”的核心要求，故B选；C项，将煤液化后使用以提高煤的利用率，没有减少污染物的排放，故C不选；D项，将化石燃料充分燃烧后再排放，燃烧过程中产生副产物，不符合零排放，故D不选。
3．(2020·汕头模拟)“践行绿色发展理念，建设美丽中国”要求工业生产符合绿色化学或环境保护理念。原子利用率是衡量绿色化学的重要指标，下列化工生产工艺是理想的绿色化学工艺的是( )
A．工业上利用石英砂与焦炭制备粗硅
B．利用石灰乳与纯碱水溶液反应制烧碱
C．工业上利用废铜与浓硫酸反应制备胆矾
D．石油化工利用乙烯催化氧化法制备环氧乙烷
解析：选D。A项，工业上利用石英砂与焦炭制备粗硅，反应为2C＋SiO2Si＋2CO↑，生成CO污染气体，且原子利用率不是100%，不符合绿色化学的理念，错误；B项，利用石灰乳与纯碱水溶液反应制烧碱，反应的化学方程式为Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH，原子利用率不是100%，不符合绿色化学的理念，错误；C项，工业上利用废铜与浓硫酸反应制备胆矾过程中，铜和浓硫酸反应生成二氧化硫污染气体，且原子利用率不是100%，错误；D项，石油化工利用乙烯催化氧化法制备环氧乙烷：2CH2—CH2＋O22H2COCH2，原子利用率是100%，符合绿色化学的理念，正确。
4．(双选)下列关于化学与生产、生活的认识正确的是( )
A．绿色食品就是不使用化肥农药，不含任何化学物质的食品
B．合理开发利用可燃冰(固态甲烷水合物)，有助于缓解能源紧缺的状况
C．蔬菜表面洒少许福尔马林，可保鲜和消毒
D．用FeS处理含Cu2＋的废水，可消除水中重金属离子的污染
解析：选BD。A项，绿色食品指产自优良生态环境，按照绿色食品标准生产，实行全程质量控制并获得绿色食品标志使用权的安全、优质食用农产品及相关产品，错误；C项，福尔马林是甲醛的水溶液，有毒，不能用于食品的保鲜和消毒，错误。
小专题突破5 常考气体的实验室制备、净化和收集
[专题精讲]
1．气体制备实验的基本思路
2．重要气体的发生装置
依据制备气体所需的反应物状态和反应条件，可将制备气体的发生装置分为三类：
(1)固体＋固体气体
发生装置：
制备气体：O2、NH3等。
(2)固体(或液体)＋液体气体
发生装置：
制备气体：Cl2、C2H4等。
(3)固体＋液体气体
发生装置：
制备气体：选择合适的药品和装置能制取中学化学中常见的气体，如CO2、H2、H2S、O2等。
3．气体发生装置的改进
(1)“固体＋固体气体”装置的创新
改进的目的：用于加热易熔化的固体物质，这样可以有效地防止固体熔化时造成液体流向试管口，如草酸晶体受热分解制取CO2气体。
(2)“固体(或液体)＋液体气体”装置的创新
图A的改进优点是能控制反应液的温度。
图B的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等，便于液体顺利滴下。
(3)“固体＋液体―→气体”装置的创新
4．气体的除杂方法
(1)除杂试剂选择的依据：主体气体和杂质气体性质上的差异，如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性等。
除杂原则：①不损失主体气体；②不引入新的杂质气体；③在密闭装置内进行；④先除易除去的杂质气体。
(2)气体干燥、净化装置
类型
液态干燥剂
固态干燥剂
固体，加热
装置
常见试剂
浓H2SO4
(酸性、强氧化性)
无水氯化钙(中性)、
碱石灰(碱性)
Cu、CuO、Mg等
例如，当CO2中混有O2杂质时，应选用上述装置中的装置Ⅳ除O2，除杂试剂是Cu粉。
5．气体的收集方法
收集方法
收集气体的类型
收集装置
可收集的气体(举例)
排水法
难溶于水或微溶于水且不与水反应
O2、H2、NO、
CO等
排空
气法
向上排空气法
密度大于空气且不与空气中的成分反应
Cl2、SO2、
NO2、CO2
向下排空气法
密度小于空气且不与空气中的成分反应
H2、NH3
6.集气装置的创新——排液集气装置
装置 Ⅰ：从a管进气b管出水可收集难溶于水的气体，如H2、O2等。若将广口瓶中的液体更换，还可以收集以下气体。
①饱和食盐水——收集Cl2。
②饱和NaHCO3溶液——收集CO2。
③饱和NaHS溶液——收集H2S。
④四氯化碳——收集HCl或NH3。
装置Ⅱ：储气式集气。气体从橡胶管进入，可将水由A瓶排入B瓶，在A瓶中收集到气体。
7．尾气处理的原因、方法及装置
(1)原因：有些气体有毒或可燃，任其扩散到空气中，会污染空气或引发火灾、爆炸等灾害。
(2)方法：一般根据气体的相关性质，使其转化为非气态物质或无毒物质，如酸性有毒气体用碱溶液吸收、可燃性气体用点燃等措施。
(3)装置(详见第1章课题1学习任务3)
[专题精练]
气体的制备与性质探究
科学探究与创新意识
1．(2020·惠州高三模拟)下列制备和收集气体的实验装置合理的是( )
解析：选D。A中被加热试管的管口应略向下倾斜，且收集气体的试管口应放一团棉花；B中NO很容易被空气中的氧气氧化，得不到NO；C中氢气的密度比空气小，应用向下排空气法，所以集气瓶中的进气导管应比出气导管短。
2．用如图所示装置进行实验，下列实验现象描述错误的是[提示：硅酸(H2SiO3)为弱酸，是一种不溶于水的白色固体]( )
选项
试剂甲
试剂乙
试剂丙
丙中的现象
A
稀盐酸
CaCO3
Na2SiO3溶液
有白色沉淀生成
B
浓硫酸
Na2SO3
BaCl2溶液
有白色沉淀生成
C
过氧化氢
MnO2
酸性KI淀粉溶液
溶液变为蓝色
D
浓盐酸
KMnO4
Na2S溶液
有黄色沉淀生成
解析：选B。A项，稀盐酸和碳酸钙反应生成CO2，CO2与硅酸钠溶液反应生成硅酸白色沉淀，正确；B项，浓硫酸与亚硫酸钠反应生成SO2，但SO2与BaCl2溶液不反应，错误；C项，过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解生成氧气，氧气把碘化钾氧化为单质碘，淀粉遇碘显蓝色，正确；D项，浓盐酸与高锰酸钾混合生成氯气，氯气把硫化钠氧化为单质S，产生黄色沉淀，正确。
3．(2020·沈阳高三检测)用如图所示装置和相应试剂能达到实验目的的是( )
选项
实验目的
试剂a
试剂b
试剂c
装置
A
验证非金属性：S>C>Si
稀硫酸
Na2CO3
Na2SiO3溶液
B
制备纯净的氯气
浓盐酸
MnO2
饱和食盐水
C
检验溶液X中含有CO
盐酸
溶液X
澄清石灰水
D
除去Na2SO3中的Na2SO4
氯水
混合物
NaOH溶液
解析：选A。A项，装置②中出现气体，说明硫酸的酸性强于碳酸，装置③中出现白色沉淀，说明碳酸的酸性强于硅酸，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性越强，即非金属性：S>C>Si，正确；B项，MnO2和浓盐酸反应需要加热，此装置中没有加热装置，无法制得Cl2，错误；C项，向装置②中加入盐酸，出现能使澄清石灰水变浑浊的气体，不能说明溶液X中含有CO，也可能含有HCO或SO或HSO，错误；D项，氯水具有强氧化性，能把SO氧化成SO，不能达到实验目的，错误。
与气体制备有关的仪器连接问题
科学探究与创新意识
4．(双选)硫酰氯(SO2Cl2)是重要的化学试剂，其熔点为－54.1 ℃，沸点为69.1 ℃，遇冷水逐渐分解，其制备原理为SO2(g)＋Cl2(g)===SO2Cl2(l) ΔH＝－97.3 kJ·mol－1，现用如图所示装置(夹持仪器已略去)进行实验。
下列说法正确的是( )
A．A的作用是冷凝回流，冷凝水应从a口进b口出
B．乙和丙中分别盛装饱和食盐水和浓硫酸
C．活性炭可加快反应速率
D．B中最好盛装碱石灰，其作用只是为了除去多余的SO2和Cl2
解析：选AC。由于该反应放热会使SO2Cl2挥发损失，所以冷凝管的作用为冷凝回流，冷凝水应从a口进b口出，A项正确；由于SO2Cl2遇冷水逐渐分解，所以制得的氯气应先用饱和食盐水除去挥发出来的HCl气体，再用浓硫酸除去水蒸气，B项错误；从反应原理来看，活性炭不参与反应，而活性炭的特点是表面积大，具有吸附作用，所以其可增大两种反应物的接触面积，使反应速率加快，C项正确；B中盛装碱石灰，既要防止多余的SO2和Cl2逸出污染环境，也要防止空气中的水蒸气进入装置使SO2Cl2水解，D项错误。
5．亚硝酸钠(NaNO2)是一种工业盐，在生产、生活中应用广泛。现用如图所示装置(夹持装置已省略)及药品，探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物的成分。
已知：①NO＋NO2＋2OH－===2NO＋H2O；
②气体液化的温度：NO2(21 ℃)，NO(－152 ℃)。
(1)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，目的是_______________________。
(2)为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序(从左向右连接)：A→_____；组装好仪器后，接下来进行的操作是__________________________________。
解析：(1)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，排尽装置中的空气，防止干扰NO的检验。(2)为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序(从左向右连接)：A是发生装置，C是干燥装置。因为NO2更易液化，先分离NO2，所以接E冷却二氧化氮，NO2分离后再检验NO，再接D通氧气，观察到气体从无色变成红棕色，说明是NO，B是尾气处理装置，吸收反应后剩余的NO和NO2的混合气体，防止污染空气。则装置的连接顺序为A→C→E→D→B；有气体参与或生成的实验必须检查装置的气密性，故组装好仪器后，接下来进行的操作是检查装置的气密性。
答案：(1)排尽装置中的空气，防止干扰NO的检验
(2)C→E→D→B 检查装置的气密性
一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。
1．下列叙述与氮元素的循环无关的是( )
A．工业合成氨的过程是固氮的过程
B．自然界中，氨是动物体特别是蛋白质腐败后的产物
C．为防止粮食、罐头、水果等食品腐烂，常用氮气做保护气
D．电闪雷鸣的雨天，N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
解析：选C。C项中由于N2很不活泼，故做保护气，不参与化学反应，也就不参与氮的循环。
2．“绿色化学”实验已走进课堂，下列做法符合“绿色化学”的是( )
①实验室收集氨采用图甲所示装置 ②实验室做氯气与钠的反应实验时采用图乙所示装置 ③实验室用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨与酸生成铵盐的实验
④实验室采用图丙所示装置进行铜与稀硝酸的反应
A．②③④ B．①②③
C．①②④ D．①③④
解析：选C。①实验室收集氨采用图甲所示装置，在制备的过程中用带有酚酞的水吸收逸出的氨，防止污染环境，符合“绿色化学”的要求；②实验室做氯气与钠的反应实验时采用图乙所示装置，用浸有碱液的棉球可以吸收多余的氯气，防止污染环境，符合“绿色化学”的要求；③实验室用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨与酸生成铵盐的实验，挥发的氯化氢和氨会污染大气，因此不符合“绿色化学”的要求；④实验室采用图丙所示装置进行铜与稀硝酸的反应，生成的氮的氧化物及时收集在气球中，防止污染环境，符合“绿色化学”的要求。综上所述，①②④符合要求。
3．下列有关氨和铵盐的叙述正确的是( )
A．NH3易液化，常用作制冷剂
B．NH4Cl中含有少量的I2可通过加热的方法除去
C．将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒相互靠近，有白烟产生
D．某气体通入紫色石蕊溶液后溶液变红，据此可推断该气体为NH3
解析：选A。液氨汽化时吸收大量的热导致周围环境温度降低，所以液氨可以作制冷剂，故A正确；加热氯化铵会分解为NH3和HCl，遇冷又生成NH4Cl，所以不能用加热的方法除去NH4Cl中的I2，故B错误；将蘸有浓氨水和挥发性酸(如盐酸和硝酸)的玻璃棒相互靠近，有白烟产生，而硫酸不是挥发性的酸，故C错误；氨通入紫色石蕊溶液后溶液应变蓝，而不是变红，故D错误。
4．用下列实验装置和方法进行相应实验，能达到实验目的的是( )
A．用甲装置制干燥的氨
B．用乙装置收集并测量Cu与浓硝酸反应产生的气体及体积
C．用丙装置除去CO2中含有的少量HCl
D．用丁装置吸收NH3，并防止倒吸
解析：选A。B项，Cu与浓HNO3反应生成NO2，NO2会与H2O反应，错误；C项，CO2也可与Na2CO3溶液反应，错误；D项，应将苯换成CCl4，将气体通入CCl4中以防止倒吸，错误。
5．下列与碳、氮、硫、硅等非金属元素及其化合物有关的说法不正确的是( )
A．工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅可得到含杂质的粗硅
B．氮的氧化物是形成光化学烟雾的主要物质，硫的氧化物是形成酸雨的主要物质
C．NO2、CO2和SO2溶于水均可导电，它们都是电解质
D．将SO2通入酸化的 Ba(NO3)2溶液中会出现白色沉淀
解析：选C。NO2、CO2、SO2均为非电解质。
6．(2020·全国名校第二次大联考)下列由相关实验现象推出的结论正确的是( )
A．NH4Cl和NH4HCO3受热都能分解，说明可以用加热NH4Cl和NH4HCO3固体的方法制氨
B．向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀，说明该溶液中一定含有SO
C．Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应
D．NH3遇到浓盐酸产生白烟，说明二者发生反应生成白色固体
解析：选D。NH4Cl受热分解生成氨和氯化氢，冷却后二者又重新结合生成NH4Cl，不能制备氨，A项错误；向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀，在酸性条件下NO具有强氧化性，会把SO氧化成SO，故不能说明原溶液中一定含有SO，也可能含有SO，B项错误；Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生，前者是由于稀硝酸的强氧化性，后者是由于Fe与稀硫酸发生置换反应，C项错误；NH3遇到浓盐酸产生白烟，说明二者发生反应生成白色固体氯化铵，D项正确。
7．铜和铁的合金7.2 g完全溶于稀硝酸，若反应中硝酸被还原只产生NO气体，在反应后的溶液中加入足量的氢氧化钠溶液，最终生成12.3 g沉淀。则在标准状况下产生的NO气体的体积为( )
A．1.12 L B．2.24 L
C．3.36 L D．1.68 L
解析：选B。两种金属单质最终生成氢氧化物时增加的质量实际上是OH－的质量，OH－的物质的量与金属跟硝酸反应时失去的电子的物质的量相等，即n(e－)＝n(OH－)＝(12.3 g－7.2 g)÷17 g/mol＝0.3 mol，根据HNO3NO可知，n(NO)＝0.1 mol，在标准状况下的体积为2.24 L。
二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。
8．(2020·临沂高三统考)下列制取NH3并验证其还原性、收集并进行尾气处理的装置和原理均正确的是( )
解析：选B。氯化铵受热分解生成氨和氯化氢，但在试管口又重新化合生成氯化铵，得不到氨，A项错误；氨具有还原性，氯气具有强氧化性，二者能发生氧化还原反应，又因为氨的密度小于空气的，氯气的密度大于空气的，所以长管通入NH3，短管通入Cl2，可以使其充分反应，装置和原理均正确，B项正确；氨的密度小于空气的，采用向下排空气法收集，即收集时应该是短管进、长管出，C项错误；氨极易溶于水，倒置的漏斗插入水中，不能防倒吸，D项错误。
9．下列关于浓硝酸和浓硫酸的叙述中，正确的是( )
A．常温下都用铜制容器贮存
B．露置在空气中，容器内酸液的质量都减轻
C．常温下都能与铜较快地反应
D．露置在空气中，容器内酸液的浓度都降低
解析：选D。Cu与浓HNO3可在常温下反应，Cu与浓H2SO4需加热才反应，故浓HNO3不能用铜制容器贮存；将二者都露置在空气中，硝酸挥发，浓H2SO4吸收空气中的水分，故酸液的浓度都降低，但酸液的质量变化不同，浓HNO3减轻，浓H2SO4增重。
10．(2020·济宁高三模拟)合成氨及其相关工业中，部分物质间的转化关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A．甲、乙、丙三种物质中都含有氮元素
B．反应Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的氧化剂相同
C．Ⅵ的产物可在上述流程中被再次利用
D．Ⅴ中发生反应：NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl
解析：选B。甲是N2，N2与H2化合生成NH3。反应Ⅴ是侯氏制碱法原理，丁是NaHCO3，NaHCO3受热分解生成Na2CO3。NH3发生催化氧化生成NO，NO与O2反应生成NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3和NH3反应生成NH4NO3，即乙是NO，丙是NO2。甲、乙、丙三种物质中都含有氮元素，A正确；反应Ⅳ中的氧化剂和还原剂均是NO2，B错误；NaHCO3分解生成的CO2可以循环利用，C正确。
11．某同学进行有关铜、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示：
实验1
实验2
①③中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生
⑥中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生
下列说法正确的是( )
A．稀硝酸一定被还原为NO2
B．②中溶液存在：2c(Cu2＋)＋c(H＋)＝c(NO)＋c(OH－)
C．由上述实验得出结论：常温下，Cu既可与稀硝酸反应，也可与稀硫酸反应
D．③⑥中反应的离子方程式：3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
解析：选BD。A项，稀硝酸与铜发生3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O反应，生成硝酸铜溶液为蓝色，试管口NO被空气中的O2氧化生成红棕色的二氧化氮，但硝酸被还原生成NO，故A错误；B项，②中溶液存在电荷守恒：2c(Cu2＋)＋c(H＋)＝c(NO)＋c(OH－)，故B正确；C项，由实验可得出结论：常温下Cu可以和稀硝酸反应，但不能与稀硫酸反应，故C错误；D项，③⑥中反应的离子方程式：3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，故D正确。
三、非选择题
12．(教材改编题)如图是氮元素的几种价态与物质类别的对应关系，回答下列问题：
(1)写出N2的一种用途：_____________________________________________。
(2)从N元素的化合价分析，N2具有氧化性和还原性，各举一例说明(用化学方程式表示)。
氧化性：_____________________________________________________________；
还原性：______________________________________________________________。
(3)HNO3与物质C常用于检验Cl－的存在，则物质C的化学式为________。
(4)实验室制取物质B的化学方程式为_____________________________________。
(5)NO2与水反应生成物质A的化学方程式为_______________________________。
(6)浓硝酸与木炭在加热条件下反应的化学方程式为_________________________。
答案：(1)做保护气、保存粮食(写出一种即可)
(2)N2＋3H22NH3(或N2＋3MgMg3N2) N2＋O22NO
(3)AgNO3
(4)Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O
(5)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(6)4HNO3(浓)＋CCO2↑＋4NO2↑＋2H2O
13．甲、乙两同学用下图所示装置进行实验，探究硝酸与铁反应的产物。
已知：ⅰ.在浓硝酸和活泼金属反应过程中，随着硝酸浓度的降低，其生成的产物有＋4、＋2、－3价等氮的化合物。
ⅱ.FeSO4＋NOFe(NO)SO4(棕色)(ΔH<0)。
ⅲ.NO2和NO都能被KMnO4氧化吸收。
甲的实验操作和现象记录如下：
实验操作
实验现象
打开弹簧夹，通入一段时间CO2，关闭弹簧夹
－
打开分液漏斗活塞，将浓硝酸缓慢滴入烧瓶中，关闭活塞
无明显现象
加热烧瓶，反应开始后停止加热
①A中有红棕色气体产生，一段时间后，气体颜色逐渐变浅；B中溶液呈棕色；C中溶液紫色变浅；
②反应停止后，A中无固体剩余
请回答下列问题：
(1)滴入浓硝酸加热前没有明显现象的原因是_________________________________。
(2)检验是否生成－3价氮的化合物，应进行的实验操作是_____________________。
(3)甲取少量B中溶液，加热，实验现象是__________________________________。
请用平衡移动原理解释原因：_____________________________________________。
甲依据该现象得出的结论是A中有NO生成。
(4)乙认为甲得出A中有NO生成的证据不足。为获取充足的证据，乙仍采用该装置和操作进行对照实验，乙做出的改变是________________________，证明有NO生成的实验现象是_______________________________________________________________________。
解析：(1)常温下，铁遇浓硝酸发生钝化。(2)－3价氮的化合物是NH3或铵盐，而此反应的环境呈酸性，故－3价氮的化合物应是硝酸铵，可利用NH与OH－共热产生NH3的性质检验。(3)B中发生反应FeSO4＋NOFe(NO)SO4(棕色)，加热后，上述平衡逆向移动，无色气体NO逸出，在空气中变为红棕色，而溶液颜色变浅或变为浅绿色。(4)NO2与水反应生成NO，故可把浓硝酸换成稀硝酸，若A中无红棕色气体生成，但B中溶液变为棕色，可证明A中有NO生成。
答案：(1)常温时，铁遇浓硝酸形成致密氧化膜，阻止反应进一步发生(答钝化也可)
(2)取少量反应后A中溶液于试管中，向其中加入足量浓NaOH溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，若试纸变蓝，则A中生成NH
(3)棕色溶液颜色变浅(或变为浅绿色)，有无色气体逸出，且在空气中变为红棕色 FeSO4＋NOFe(NO)SO4(棕色) ΔH<0，正反应为放热反应，加热后，平衡向逆反应方向移动
(4)将浓硝酸换成稀硝酸 A中没有红棕色气体生成，B中溶液变为棕色
14．(2020·衡水中学模拟)利用如图装置进行NH3与金属氧化物MxOy反应生成M、N2和H2O，通过测量生成水的质量来测定M的相对原子质量。a中试剂是浓氨水。
(1)仪器a的名称为______，仪器b中装入的试剂可以是__________。
(2)按气流方向正确的装置连接顺序为____________(填字母，装置可重复使用)。
(3)装置C的作用：______________________________。
(4)实验结束时，应首先______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)；这样做的原因是_____________。
Ⅰ.熄灭A装置的酒精灯
Ⅱ.停止从a中滴加液体
(5)若金属氧化物为CuO，反应的化学方程式为______________________________。
(6)若实验中准确称取金属氧化物的质量为m g，完全反应后，测得生成水的质量为n g，则M的相对原子质量为________(用含x、y、m、n的式子表示)。
(7)某同学仔细分析上述装置后认为仍存在缺陷，你认为该如何改进？
________________________________________________________________________。
答案：(1)分液漏斗 NaOH固体(或生石灰或碱石灰)
(2)BDADC (3)尾气处理，吸收未反应的NH3，同时防止空气中的水蒸气进入装置D产生干扰 (4)Ⅰ 使反应产生的水蒸气全部被碱石灰吸收 (5)2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O (6) (7)在吸收尾气的浓硫酸前加安全瓶防倒吸
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