还剩27页未读，
继续阅读
成套系列资料，整套一键下载
专题十 氮及其化合物-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案
展开
这是一份专题十 氮及其化合物-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案，共30页。学案主要包含了归纳总结，拓展训练，解题思路，基础巩固，能力提升，答案与解析等内容，欢迎下载使用。
专题十 氮及其化合物
考点1 氮及氮的氧化物
考法1 氮及氮的氧化物的性质和应用
命题角度1 氮气的性质及应用
例1. 中国科学院科研团队研究表明,在常温常压和可见光下,基于LDH(一种固体催化剂)合成NH3的原理示意图如图所示。下列说法错误的是
A.氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶1
B.该过程中涉及极性键和非极性键的断裂与生成
C.基于LDH合成NH3的过程属于氮的固定
D.工业中,氨经一系列反应可以得到硝酸
【解析】该反应的化学方程式为2N2+6H2O4NH3+3O2,氮气是氧化剂,水是还原剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3,A错误;该过程中,既有极性键的断裂(O—H)与生成(N—H),也有非极性键的断裂()与生成(OO),B正确;基于LDH合成NH3的过程是将氮气转化为氨气的过程,属于氮的固定,C正确;工业中,氨经催化氧化得到NO,NO被氧化为NO2,NO2与水反应可得到硝酸,D正确。
【答案】 A
命题角度2 结合环保问题考查氮及其化合物的性质(热点角度)
例2. 氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题:
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择图中的 ,反应的化学方程式为
。
②欲收集一瓶干燥的氨气,选择图中的装置,其连接顺序为发生装置➝ (按气流方向,用小写字母表示)。
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤
实验现象
解释原因
打开K1,推动注射器活塞,使X中的气体缓慢通入Y管中
①Y管中
②反应的化学方程式
将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温
Y管中有少量水珠
生成的气态水凝聚
打开K2
③
④
【解析】(1)①观察装置知,A装置适合加热固体制备气体,B装置适合加热液体与固体制备气体或加热液体制备气体。实验室通过氯化铵和消石灰共热制备氨气,可以选择A装置作发生装置,化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O。实验室还可以通过加热浓氨水制备氨气,故也可以选择B装置作发生装置,化学方程式为NH3·H2ONH3↑+H2O。②实验室用碱石灰干燥氨气,用向下排空气法收集氨气,用水吸收尾气中的氨气并注意防倒吸。故选择C、D、F装置,注意连接球形干燥管时应大口进气,小口出气。所以,连接顺序为a、d、c、f、e、i或b、d、c、f、e、i。(2)NO2呈红棕色,氨气与二氧化氮发生反应:8NH3+6NO27N2+12H2O,故观察到Y管中红棕色气体慢慢变浅。NH3与NO2反应后生成的气态水凝聚,反应后气体分子数减少,装置内压强减小,故打开K2,NaOH溶液会产生倒吸现象。
【答案】 (1)①A 2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O
(或B NH3·H2ONH3↑+H2O) ②d c f e i
(2)①红棕色气体慢慢变浅 ②8NH3+6NO27N2+12H2O ③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少,Y管中压强小于外压
考点2 氨及铵盐
考法2 氨的制备和性质探究
命题角度1 结合物质制备装置考查氨的实验室制法
例3. 某化学学习小组在实验室模拟工业制备硫氰化钾(KSCN)。实验装置如图所示(部分夹持装置已略)。
已知:①CS2不溶于水,比水重;NH3不溶于CS2。②三颈烧瓶内盛有CS2、水和催化剂。
实验步骤如下:
(1)制备NH4SCN:CS2+2NH3NH4SCN+H2S(该反应比较缓慢)
①实验前,经检验装置的气密性良好。三颈烧瓶的下层CS2液体必须浸没导气管口,目的是 。
②实验开始时打开K1,加热A,使A中产生的气体缓缓通入D中,至CS2消失。则A中反应的化学方程式是 ;
C的作用是 。
(2)制备KSCN溶液:熄灭A处的酒精灯,关闭K1,打开K2,再缓缓滴加适量的KOH溶液,发生反应:NH4SCN+KOHKSCN+NH3↑+H2O。
小组讨论后认为:实验中滴加相同浓度的K2CO3溶液比KOH溶液更好,理由是 。
(3)制备硫氰化钾晶体:先滤去三颈烧瓶中的固体催化剂,再减压蒸发浓缩,冷却结晶, ,干燥,得到硫氰化钾晶体。
(4)测定晶体中KSCN的含量:称取10.0 g样品配成1 000 mL溶液,量取20.00 mL于锥形瓶中,加入适量稀硝酸,再加入几滴Fe(NO3)3溶液作指示剂,用0.100 0 mol/L AgNO3标准溶液滴定,达到滴定终点时消耗AgNO3标准溶液20.00 mL。
①滴定时发生的反应:SCN-+Ag+AgSCN↓。则判断达到滴定终点时的方法是 。
②晶体中KSCN的质量分数为 。
【解析】(1)①导气管口在下层液体CS2中,可以使反应物充分接触,防倒吸;②实验室用氯化铵与氢氧化钙来制备氨气,其化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,C是为了观察气泡产生的速率,以便控制A中的加热温度。(2)K2CO3碱性弱于KOH,且与NH4SCN反应产生更多气体(K2CO3+2NH4SCN2KSCN+2NH3↑+CO2↑+H2O),有利于溶液中残留的H2S逸出。(3)实验室制备硫氰化钾晶体的操作:减压蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥。(4)①Fe3+与SCN-发生络合反应,显红色,因此当最后一滴AgNO3溶液滴入时,红色恰好褪去,且半分钟内颜色不恢复;②n(KSCN)=n(AgNO3)=0.100 0 mol/L×20.00×10-3 L×1 000 mL20.00 mL=0.1 mol,m(KSCN)=97 g/mol×0.1 mol=9.7 g,故KSCN的质量分数为9.7 g10.0 g×100%=97.0%。
【答案】(1)①使反应物充分接触,防倒吸 ②2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O 观察气泡产生的速率,以便控制加热温度 (2)K2CO3碱性弱于KOH,且与NH4SCN反应能产生更多气体,有利于溶液中残留的H2S逸出 (3)过滤,洗涤 (4)①当滴入最后一滴AgNO3溶液时,红色恰好褪去,且半分钟内颜色不恢复 ②97.0%
命题角度2 火箭燃料——联氨的结构与性质(热点角度)
例4. 联氨(又称肼,N2H4,无色液体)是一种应用广泛的化工原料,可用作火箭燃料。回答下列问题:
(1)联氨分子的电子式为 ,其中氮的化合价为 。
(2)实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨,反应的化学方程式为 。
(3)联氨为二元弱碱,在水中的电离方式与氨相似。联氨第一步电离反应的平衡常数值为 (已知:N2H4+H+N2H5+的K=8.7×107;Kw=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为 。
(4)联氨是一种常用的还原剂。向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液,观察到的现象是 。
联氨可用于处理高压锅炉水中的氧,防止锅炉被腐蚀。理论上1 kg的联氨可除去水中溶解的O2 kg;与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,联氨的优点是
。
【解析】(1)N2H4中原子间以共价键结合,其电子式为H∶∶∶H。N2H4中H为+1价,由化合物中各元素化合价代数和为0,可确定N为-2价。(2)反应中NaClO和NH3分别作氧化剂和还原剂,根据得失电子守恒和原子守恒可写出并配平相应的化学方程式。(3)N2H4的第一步电离的离子方程式为N2H4+H2ON2H5++OH-,则电离常数Kb=c(N2H5+)·c(OH-)c(N2H4)=c(N2H5+)·c(OH-)·c(H+)c(N2H4)·c(H+)=c(N2H5+)·Kwc(N2H4)·c(H+)=K·Kw=8.7×107×1.0×10-14=8.7×10-7。联氨是二元弱碱,其与硫酸形成的酸式盐为 N2H6(HSO4)2。(4)联氨具有还原性,能将AgBr中的Ag+还原为Ag,可看到固体逐渐变黑,联氨被氧化为N2,可看到溶液中有气泡产生。1 mol联氨在反应中失去4 mol 电子,而1 mol O2能得到4 mol电子,且联氨与O2的相对分子质量相等,故参加反应的联氨与O2的物质的量和质量均相等,故1 kg的联氨可除去水中溶解的O2的质量为1 kg。使用联氨处理水中溶解的O2,消耗联氨的质量小,且产物为N2和H2O,对环境无污染,而用Na2SO3处理水中溶解的O2时,Na2SO3被氧化为Na2SO4,产生新杂质。
【答案】(1)H∶∶∶H -2 (2)2NH3+NaClO N2H4+NaCl+H2O (3)8.7×10-7 N2H6(HSO4)2 (4)固体逐渐变黑,并有气泡产生 1 N2H4的用量少,不产生其他杂质(还原产物为N2和H2O,而Na2SO3产生Na2SO4)
【归纳总结】
类比NH3的性质类推N2H4的性质
1.碱性:二元弱碱,碱性比NH3·H2O的弱。
(1)电离:在水中的电离方式与氨相似,分两步进行:N2H4+H2ON2H5++OH-,N2H5++H2O N2H62++OH-。
(2)水解:N2H5++H2ON2H4·H2O+H+,N2H62++2H2ON2H4·2H2O+2H+。
(3)与硫酸反应,2N2H4+H2SO4(N2H5)2 SO4,N2H4+2H2SO4(过量)N2H6(HSO4)2(酸式盐)。
2.强还原性:(1)水合肼在碱性溶液中能将银、镍等金属离子还原成金属单质,如Ag++N2H4·H2OAg↓+NH4++12N2↑+H2O;(2)能被氧气、H2O2等氧化,可用作喷气式发动机推进剂、火箭燃料等。
命题角度3 利用现代传感技术认识喷泉原理(预测角度)
例5. 现用传感技术测定喷泉实验中的压强变化来认识喷泉实验的原理。下列说法正确的是
A.制取氨气时烧瓶中的X固体常用CaO或CaCl2
B.将湿润的蓝色石蕊试纸置于三颈烧瓶口c处,试纸变红,说明NH3已收集满
C.关闭a,用单孔塞(插有吸入水的胶头滴管)塞紧三颈烧瓶口c,打开b,挤压胶头滴管完成喷泉实验,电脑绘制三颈烧瓶内压强变化曲线如图2所示,则C点时喷泉最剧烈
D.工业上,若出现液氨泄漏,喷洒NaHCO3溶液比喷洒稀盐酸效果好
【解析】CaO能与水反应,使c(OH-)增大,同时放出大量的热,有利于氨气的逸出,而CaCl2虽然具有吸水性,但易与产生的氨气反应生成CaCl2·8NH3,不能用于制备或干燥氨气,A错误;红色石蕊试液遇碱显蓝色,所以检验三颈烧瓶集满NH3的方法是将湿润的红色石蕊试纸靠近三颈烧瓶口c,试纸变蓝,证明NH3已收集满,B错误;三颈烧瓶内气体压强与外界大气压差值越大,喷泉越剧烈,C点压强最小、外界大气压不变,所以大气压和C点压强差值最大,则喷泉最剧烈,C正确;稀盐酸显酸性,碳酸氢钠溶液显碱性,氨水溶液显碱性,因此在酸性溶液中吸收氨气的效率高于在碱性溶液中吸收氨气的效率,D错误。
【答案】 C
考点3 硝酸
考法3 金属与硝酸反应的性质探究与计算
命题角度1 硝酸与金属反应的实验探究
例6. 在通风橱中进行下列实验:
步骤
现象
Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色
Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止
Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡
下列说法不正确的是
A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式:2NO+O22NO2
B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应
C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀HNO3 的氧化性强于浓HNO3
D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化
【解析】稀硝酸与铁反应可生成NO,NO在空气中被氧化为NO2,A项正确。浓硝酸能使铁钝化,B项正确。Ⅱ中铁钝化,反应停止,不能比较稀硝酸与浓硝酸氧化性的强弱,C项错误。构成原电池后可以根据电流的方向判断正、负极,从而判断Fe是否被氧化,D项正确。
【答案】 C
【拓展训练】1. 将11.2 g铜粉和镁粉的混合物分成两等份,其中一份加入200 mL的稀硝酸并加热,固体和硝酸恰好完全反应,并产生标准状况下2.24 L NO;将另一份在空气中充分加热,最后得到m g固体。下列有关说法正确的是( )
①c(HNO3)=2.0 mol·L-1 ②c(HNO3)=0.5 mol·L-1
③m=8.0 ④m=7.2
A.①④ B.①③ C.②④ D.②③
命题角度2 HNO2及其盐的性质(预测角度)
例7. 信息1:亚硝酸(HNO2)是一种弱酸,既具有氧化性又具有还原性;亚硝酸不稳定,易分解为硝酸、水和NO。信息2:亚硝酸钠又名“工业盐”,常被大量用作高分子材料的发泡剂和偶氮染料的原料等,该物质有毒,但其颜色、形状、味道和食盐相似,很容易因误食而中毒;亚硝酸银为难溶于水的白色沉淀。
根据上述信息,回答下列问题:
(1)甲组同学取一份可能是NaCl或NaNO2的样品,用蒸馏水溶解,通过下列实验操作可鉴别样品成分。在待检验溶液中滴加AgNO3溶液的现象是 ,倒出上清液,在沉淀中加入硝酸,振荡,沉淀溶解,则该样品为 (写化学式),沉淀溶解的离子方程式为 。
(2)乙组同学利用如图所示装置检验可能是NaCl或NaNO2的样品。
①A装置中盛装稀硫酸的仪器名称是 ,打开该仪器的活塞,使稀硫酸缓缓滴下,若样品为NaNO2,则在B装置中可观察到的现象为 ,检验B装置中有NO的操作及产生的现象是 。
②C装置中盛有的试剂名称是 ,作用是
。
(3)设计实验证明。
①亚硝酸为弱酸:
。
②亚硝酸具有还原性:
。
【解析】(1)AgCl和AgNO2均为白色难溶于水的物质,故加入AgNO3溶液后出现白色沉淀。AgCl难溶于硝酸,而AgNO2与硝酸反应可生成HNO2,该物质不稳定,又分解生成硝酸、水和NO。(2)①根据装置图中盛装稀硫酸的仪器的结构及作用可知其为分液漏斗。A装置和B装置中残留的空气与A装置中生成的NO反应生成NO2。由于B装置中主要含NO,故其内气体颜色较淡,打开止水夹,鼓入空气,NO完全转化为NO2,使B装置内NO2浓度增大,红棕色变深。②氮的氧化物有毒,可用碱液(如NaOH溶液)吸收。(3)①检验HNO2的弱酸性,可检验其强碱盐的pH,也可以直接检验其一定浓度稀溶液的pH等。②检验HNO2的还原性需要用到氧化剂,故在酸性KMnO4溶液中加入过量NaNO2溶液,KMnO4被还原,从而使溶液褪色。
【答案】(1)产生白色沉淀 NaNO2 3AgNO2+2H+3Ag++2NO↑+NO3-+H2O (2)①分液漏斗 出现较淡的红棕色气体 打开止水夹,鼓入空气,红棕色变深 ②NaOH溶液(合理即可) 吸收尾气 (3)①取NaNO2溶液,用pH试纸检验,对照标准比色卡知pH>7(其他合理答案也可) ②在酸性KMnO4溶液中加入过量NaNO2溶液,溶液褪色(其他合理答案也可)
【归纳总结】
类比硝酸的性质学习亚硝酸的性质
1.亚硝酸的性质
(1)亚硝酸中,N为+3价,既有氧化性,又有还原性,在水溶液中能将I-氧化为单质碘:2HNO2+2I-+2H+I2+2NO↑+2H2O。
(2)亚硝酸是一种弱酸,不稳定,易分解成HNO3、H2O和NO,即3HNO2HNO3+2NO↑+H2O。
2.HNO2的制备
(1)将等物质的量的NO2和NO的混合物溶解在冰水中:NO+NO2+H2O2HNO2。
(2)将强酸加入亚硝酸盐的冷溶液中:NaNO2+HClNaCl+HNO2。
素材16 PH3、H3PO2、H3PO4等物质的性质及其应用
【拓展训练】2.NaH2PO2·H2O易溶于水,水溶液呈中性,具有强还原性,可用于化学镀银、镍、铜等。一种以泥磷(含P4和少量CaO、Fe2O3、Al2O3、CaCl2等)为原料制备NaH2PO2·H2O的工艺流程如图所示。
已知:P4与Ca(OH)2、NaOH的反应主要有
Ⅰ.3Ca(OH)2+2P4+6H2O3Ca(H2PO2)2+2PH3↑
Ⅱ.3NaOH+P4+3H2O3NaH2PO2+PH3↑
(1)已知H3PO2是一元中强酸,NaH2PO2是 (填“正盐”或“酸式盐”)。
(2)尾气中的PH3被NaClO溶液吸收可生成NaH2PO2和NaCl,离子方程式为 ,从吸收液中获得NaH2PO2·H2O的操作为 、 、过滤、洗涤和干燥。
(3)用NiCl2、NaH2PO2溶液化学镀Ni,同时生成H3PO4和氯化物的化学方程式为 。
(4)“滤渣2”的主要成分为 (填化学式)。
(5)“过滤2”的滤液需要用Ag2SO4悬浊液和Ba(OH)2溶液除去其中Cl-,加入的Ag2SO4悬浊液不宜过量太多,其主要原因是 。
素材17 As及其化合物的性质及应用
【拓展训练】3. 砷及其化合物在半导体、农药制造等方面用途非常广泛。回答下列问题:
(1)AsH3的电子式为 ;将AsH3通入AgNO3溶液中可生成Ag、As2O3和HNO3,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
(2)改变0.1 mol·L-1三元弱酸H3AsO4溶液的pH,溶液中的H3AsO4、H2AsO4-、HAsO42-以及AsO43-的物质的量分布分数随pH的变化如图1所示:
图1 图2
①lg Ka1(H3AsO4)= ,用甲基橙作指示剂(pH变色范围为3.1~4.4),用NaOH溶液滴定H3AsO4发生的主要反应的离子方程式为 。
②反应H2AsO4-+AsO43-2HAsO42-的lg K= 。
(3)反应2As2S3(s)4AsS(g)+S2(g)达到平衡时气体总压的对数值lg(p/kPa)与温度的关系如图2所示:
①对应温度下,B点的反应速率v(正) v(逆)(填“>”“<”或“=”)。
②A点处,AsS(g)的分压为 kPa,该反应的Kp= (Kp为以分压表示的平衡常数)。
模型2 基于核心素养下的新情境命题模型——工艺流程题
例8. 硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如图所示。
回答下列问题:
(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为
。
(2)“滤渣1”的主要成分有 。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子,可选用的化学试剂是 。
(3)根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2OH++B(OH)4-,Ka=5.81×10-10,可判断H3BO3是 酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是
。
(4)在“沉镁”中生成 Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为
,母液经加热后可返回 工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是 。
【解题思路】
【解析】 (1)硫酸铵溶液中存在平衡:NH4++H2ONH3·H2O+H+,硼酸镁能与水解出的H+反应,促进平衡向右移动,生成的一水合氨浓度增大,因溶液中存在平衡NH3·H2ONH3+H2O,一水合氨浓度增大,促进NH3·H2O分解产生NH3。用NH4HCO3溶液吸收氨气,发生的反应为NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3。(2)二氧化硅、氧化铁、氧化铝不溶于硫酸铵溶液,滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe3+的试剂可选用KSCN。(3)由题给硼酸的解离反应方程式知,硼酸是一元弱酸。“过滤2”之前,调节pH≈3.5目的是将硼元素转化为硼酸,促进硼酸析出。(4)“沉镁”中,碳酸铵溶液与硫酸镁溶液发生相互促进的水解反应生成碱式碳酸镁:2MgSO4+2(NH4)2CO3+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2(NH4)2SO4+CO2↑或者反应生成碱式碳酸镁和碳酸氢盐。母液含硫酸铵,可以将母液返回“溶浸”工序循环使用,体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁,联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁,也可以联系碱式碳酸铜分解生成氧化铜、水和二氧化碳,可知采用的方法是高温焙烧法,MgCO3·Mg(OH)22MgO+H2O+CO2↑。
【答案】(1)NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3
(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN
(3)一元弱 转化为H3BO3,促进析出
(4)2Mg2++3CO32-+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2HCO3-
(或2Mg2++2CO32-+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑) 溶浸 高温焙烧
例9. 重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示。
回答下列问题:
(1)步骤①的主要反应为
FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为 。该步骤不能使用陶瓷容器,原因是 。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是 ,滤渣2的主要成分是 及含硅杂质。
(3)步骤④调滤液2的pH使之变 (填“大”或“小”),原因是
(用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到 (填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a.80 ℃ b.60 ℃ c.40 ℃ d.10 ℃
步骤⑤的反应类型是 。
(5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2 kg,产率为 。
【解析】(1)1 mol FeO·Cr2O3参与反应共失去7 mol电子,而1 mol NaNO3参与反应得到2 mol电子,根据得失电子守恒,二者的系数比为2∶7。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反应,所以该步骤不能使用陶瓷容器。(2)步骤①中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣1,所以滤渣1中含量最多的金属元素是Fe。结合流程图可知,滤渣2的主要成分是氢氧化铝及含硅杂质。(3)滤液2中存在平衡:2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O,氢离子浓度越大(pH越小),越有利于平衡正向移动,所以步骤④应调节滤液2的pH使之变小。(4)根据题图可知,温度越低K2Cr2O7的溶解度越小,析出的重铬酸钾固体越多,故d项正确。步骤⑤中发生的反应为Na2Cr2O7+2KCl K2Cr2O7↓+2NaCl,其属于复分解反应。(5)该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为m1×103g×40%152 g·mol-1,根据铬元素守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0=m1×103g×40%152 g·mol-1×294 g·mol-1×10-3 kg·g-1=147m1190 kg,所以产品的产率为m2m0×100%=190m2147m1×100%。
【答案】(1)2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应 (2)Fe Al(OH)3 (3)小 2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O (4)d 复分解反应 (5)190m2147m1×100%
【拓展训练】4. 磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
已知:磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。
溶解度:Ca5(PO4)3(OH)
。
(2)磷精矿粉酸浸时发生反应:
2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+10H2SO410CaSO4·0.5H2O+6H3PO4
①该反应体现出酸性关系:H3PO4 H2SO4(填“>”或“<”)。
②结合元素周期律解释①中结论:P和S电子层数相同,
。
(3)酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。写出生
成HF的化学方程式: 。
(4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80 ℃后脱除率变化的原因: 。
(5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO42-残留,原因是
;加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是 。
(6)取a g所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用b mol·L-1 NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液c mL。精制磷酸中H3PO4的质量分数是 。
(已知:H3PO4摩尔质量为98 g·mol-1)
【拓展训练】5. 以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为:
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2~2.9
2.8~3.1
22~28
60~65
1~2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
回答下列问题:
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO2+,反应的离子方程式为 ,同时V2O4转化成VO2+。“废渣1”的主要成分是 。
(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+变成VO2+,则需要氧化剂KClO3至少为 mol。
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O124-形式存在于溶液中。“废渣2”中含有 。
(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为:4ROH+V4O124- R4V4O12+4OH-(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率,淋洗液应该呈 性(填“酸”“碱”或“中”)。
(5)“流出液”中阳离子最多的是 。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式 。
【拓展训练】6. 锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe- LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。
回答下列问题:
(1)LiCoO2中,Co元素的化合价为 。
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式 。
(3)“酸浸”一般在80 ℃下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式 ;可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是
。
(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式 。
(5)充放电过程中,发生LiCoO2和 Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式 。
(6)上述工艺中,“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是 。在整个回收工艺中,可回收到的金属化合物有 (填化学式)。
【基础巩固】
考点1 氮及氮的氧化物
1.光化学烟雾的形成机理如图所示。下列叙述错误的是( )
A.光化学烟雾的分散剂是空气
B.氧原子是产生光化学烟雾的催化剂
C.PAN()属于有机物
D.光化学烟雾的形成与氮氧化物和碳氢化合物大量排放有关
2.如图是某元素的价类二维图,其中A为正盐,X是一种强碱,通常条件下Z是无色液体,E的相对分子质量比D大16,各物质的转化关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.A作肥料时不适合与草木灰混合使用
B.同主族元素的氢化物中B的沸点最低
C.C一般用排水法收集
D.DE的反应可用于检验D
3.下列实验方案能达到实验目的的是( )
选项
实验目的
实验方案
A
鉴别NO2、溴蒸气
用湿润的淀粉-碘化钾试纸放在集气瓶口,若试纸变蓝则该气体为溴蒸气
B
验证I-还原性强于Cl-
向NaI溶液中依次滴入少量新制氯水和苯,振荡、静置,上层溶液呈紫红色
C
检验Fe(NO3)2晶体是否已氧化变质
将Fe(NO3)2晶体样品溶于稀硫酸后,滴加KSCN溶液,观察溶液是否变成红色
D
检验SO2的漂白性
将SO2通入酸性高锰酸钾溶液中,观察溶液是否褪色
4.实验室可用如图装置制取少量氮气。下列说法正确的是( )
A.②中盛放的是五氧化二磷
B.实验开始时先点燃③中的酒精灯,再点燃①中的酒精灯
C.③中硬质玻璃管中的反应为2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O
D.实验结束时先熄灭①③中的酒精灯,再将导管从水槽中拿出
5.某学校化学学习小组为探究二氧化氮的性质,按如图所示装置进行实验。
请回答下列问题:
(1)装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是 ,该装置中发生反应的化学方程式为 。
(2)实验过程中,装置乙、丙中出现的现象分别是 ,
;装置丙中的试管内发生反应的离子方程式为 。
(3)取下装置丙中的试管C,向其中滴加FeSO4溶液,溶液变为 色,为了证明铁元素在该反应中的产物,可以再向溶液中滴加KSCN溶液,溶液变为 色。
考点2 氨及铵盐
6.下列有关氨气的制备、干燥、收集和尾气处理错误的是( )
A.图甲:实验室制氨气 B.图乙:干燥氨气
C.图丙:收集氨气 D.图丁:尾气处理
7.汽车尾气中的氮氧化物(NOx)与大气中的NH3发生如下作用,形成一种雾霾。
NOxN2O5HNO3烟(一种雾霾)
有关该雾霾的叙述错误的是( )
A.该雾霾中含硝酸铵固体 B.反应②是非氧化还原反应
C.NH3是形成该雾霾的催化剂 D.NH3可能来自过度使用氮肥
8.氨气是一种重要化合物,在工农业生产、生活中有着重要应用。
(1)氨的催化氧化是工业生产硝酸的重要步骤。某化学课外活动小组设计了如图装置模拟该实验过程(部分固定装置略去)。
①装置A的分液漏斗中盛放浓氨水,则圆底烧瓶中盛放的药品应该是 (填化学式)。
②装置C中反应的化学方程式为 ;反应后,装置E中除存在较多的H+外,还可能存在的一种阳离子是 ,试设计实验证明这种离子的存在:
。
(2)下列哪个装置可以同时起到装置D和E的作用 (填标号)。
(3)若将氯气和氨气在集气瓶中混合,会出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结,另一种生成物是空气的主要成分之一,请写出该反应的化学方程式: 。该反应生成的还原产物的化学键类型是 。
考点3 硝酸
9.把8.0 g铁粉投入40 mL某HNO3溶液中,充分反应后剩余固体2.4 g,产生NO2和NO的混合气体0.12 mol。若不考虑N2O4的存在,则原HNO3溶液的物质的量浓度是( )
A.6.0 mol·L-1 B.7.0 mol·L-1 C.8.0 mol·L-1 D.9.0 mol·L-1
10.向含Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的某种稀溶液中逐渐加入铁粉,c(Fe2+)的变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.n(Fe)=0~1 mol时:Fe+NO3-+4H+Fe3++NO↑+2H2O
B.n(Fe)=1~2 mol时:Fe+2Fe3+3Fe2+
C.n(Fe)=2~3 mol时:Fe+Cu2+Fe2++Cu
D.原溶液中三种溶质浓度相等
11.某实验小组同学把小块木炭在酒精灯上烧至红热,迅速投入热的浓硝酸中,发生剧烈反应,同时有大量红棕色气体产生,液面上木炭迅速燃烧发出亮光。经查阅资料可知浓硝酸分解产生NO2和O2。为了探究“液面上木炭迅速燃烧发出亮光”的原因,该小组同学用如图所示装置完成如表所示实验:
序号
实验Ⅰ
实验Ⅱ
集气瓶中所盛气体
O2
加热浓硝酸产生的气体
现象
木炭迅速燃烧发出亮光
木炭迅速燃烧发出亮光
下列说法正确的是( )
A.浓硝酸分解产生的V(NO2)∶V(O2)=1∶1
B.红棕色气体的产生表明木炭与浓硝酸发生了反应
C.能使液面上木炭迅速燃烧发出亮光的主要气体是氧气
D.以上实验不能确定使液面上木炭迅速燃烧发出亮光的主要气体一定是NO2
12.NaNO2因外观和食盐相似,又有咸味,容易使人误食中毒。已知NaNO2能发生反应:2NaNO2+4HI2NO↑+I2+2NaI+2H2O。
(1)上述反应中氧化剂是 ,氧化产物是 (填化学式)。
(2)鉴别NaNO2、NaCl可选用的物质有①水、②淀粉-碘化钾试纸、③淀粉、④白酒、⑤食醋。根据上述反应,你认为必须选用的物质有 (填序号)。
(3)某厂废液中,含有2%~5%的NaNO2,直接排放会造成污染,下列试剂能使NaNO2转化为N2的是 (填标号)。
A.NaCl B.NH4Cl C.HNO3 D.浓H2SO4
(4)已知反应10Al+6NaNO3+4NaOH10NaAlO2+3N2↑+2H2O。若该反应过程中转移5 mol e-,则生成标准状况下N2的体积为 L。
【能力提升】
一、选择题(每小题6分,共24分)
1.对比分析下列实验所得结论正确的是( )
A.由①中收集的气体能使带火星木条复燃可推断NO2能助燃
B.②中产生红棕色气体可以证明浓硝酸有不稳定性
C.③的气体产物中检测出有CO2,由此证明C能将硝酸还原
D.①、②、③中产生的气体通入足量水中后都无污染性气体产生
2.以Pt-g-C3N4为催化剂,用光催化氧化法脱除NO的过程如图所示。该脱除过程中,下列说法不正确的是( )
A.该过程中太阳能转化为化学能
B.Pt端发生的是氧化反应
C.过程①发生的反应为H2O2-2e-O2↑+2H+
D.过程③的化学方程式为2NO2+H2O22HNO3
3.下列实验中根据现象得出的结论错误的是( )
选项
实验过程
现象
结论
A
将充有NO2的密闭烧瓶放入热水中
烧瓶内气体颜色变深
由NO2生成N2O4的反应的ΔH<0
B
向某溶液中加入铜和浓H2SO4
有红棕色气体产生
原溶液中含有NO3-
C
加热盛有少量NH4HCO3固体的试管,并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸
石蕊试纸变蓝
NH4HCO3显碱性
D
向浓度均为0.1 mol·L-1的MgCl2、CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水
先出现蓝色沉淀
Ksp（Mg(OH)2）>Ksp（Cu(OH)2）
4.汽车尾气的治理是减轻空气污染的有效途径。科学家研究发现TiO2的混凝土或沥青可以适度消除汽车尾气中的氮氧化物,其原理如图所示。下列关于“消除”过程的叙述错误的是( )
A.部分光能转变为化学能
B.消除总反应为4NOx+(5-2x)O2+2H2O4HNO3
C.使用纳米TiO2,产生的光生电子和光生空穴更多,NOx消除效率更高
D.1 mol O2-比1 mol·OH多9NA个电子(NA为阿伏加德罗常数)
二、非选择题(共49分)
5.（6分）磷及其化合物的用途非常广泛。完成下列填空:
(1)画出磷的原子结构示意图: 。
(2)工业上制磷的反应为2Ca3(PO4)2++6SiO2+10C6CaSiO3+P4↑+10CO↑。该反应的氧化产物是 (填化学式);CaSiO3中共价键的类型为 。
(3)次磷酸钠的结构为Na+（）-。
①次磷酸钠的化学式为 ,P的化合价为 。
②次磷酸钠为 (填“正”或“酸式”)盐。
6.（新情境、新素材）（15分）肼又称联氨,是重要的化工原料和火箭燃料,与强氧化剂作用能生成氮气,能强烈吸水生成水合肼。水合肼的沸点为118.5 ℃,熔点为-40 ℃,溶于水和乙醇,不溶于氯仿和乙醚,有类似于氨的刺鼻气味,遇空气发烟,具有强碱性。某探究小组利用反应CO(NH2)2+2NaOH+NaClONa2CO3+N2H4·H2O+NaCl制取水合肼。
实验一:制备NaClO溶液,实验装置如图1所示(夹持装置已略)。
图1
(1)装置Ⅰ中发生反应的离子方程式为 。
(2)装置Ⅱ中竖直的长玻璃管的作用是
。
(3)装置Ⅱ中使用冰水浴的主要目的是防止生成NaClO3,若控制不当会形成NaCl、NaClO、NaClO3、NaOH的共存体系,则下列判断正确的是 (填标号)。
a.n(NaCl)∶n(NaClO)∶n(NaClO3)可能为11∶6∶1
b.标准状况下通入2.24 L Cl2,反应转移的电子数可能为0.2NA(NA为阿伏加德罗常数的值)
实验二:制取N2H4·H2O,实验装置如图2所示。
图2
步骤1:将实验一所得的混合液放入分液漏斗中,缓慢滴入盛有尿素的烧瓶中,急速升温。
步骤2:升温至一定温度后开始回流,待溶液回流5 min后开始收集馏分。
步骤3:烧瓶底部的固体充分反应后,将馏分倒入烧瓶中,再次蒸馏,重复两次。
(4)直形冷凝管中的冷却水必须“下进上出”的原因是 (任写一点)。
(5)急速升温的原因是温度过低时反应速率慢,水合肼会被NaClO氧化为一种性质稳定的气体,造成产物水合肼的产率降低,写出该反应的化学方程式: 。
(6)称取馏分5.000 g,加水配成250 mL溶液。取25.00 mL溶液于锥形瓶中,加入几滴淀粉溶液,用0.200 0 mol·L-1的I2标准溶液滴定。滴定反应中氧化产物和还原产物分别为N2和I-,写出滴定终点的判断方法: ;若消耗的I2标准溶液的平均体积为20.00 mL,则馏分中水合肼(N2H4·H2O)的质量分数为 (保留三位有效数字);滴定操作中,若盛放碘的标准溶液的滴定管没有润洗,则测得的馏分中水合肼(N2H4·H2O)的质量分数会 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
7.（新素材）（14分）工业上采用酸性高浓度含砷废水(砷主要以亚砷酸H3AsO3形式存在)提取中药药剂As2O3,工艺流程如图1所示:
图1
回答下列问题:
(1)已知砷元素与N在同一主族,As比N多两个电子层,则砷元素的原子序数为 ,“沉砷”中所用Na2S的电子式为 。
(2)已知:As2S3与过量的S2-存在反应As2S3(s)+3S2-(aq)2AsS33-(aq);沉砷中FeSO4的作用是 。
(3)焙烧过程生成的氧化铁中可能混有四氧化三铁,证明四氧化三铁存在的试剂是 (写名称)。
(4)调节pH=1时,由Na3AsO4制备As2O3的离子方程式为 。
(5)一定条件下,用雄黄(As4S4)制备As2O3的转化关系如图2所示。若反应中,1 mol As4S4(其中As为+2价)参加反应时,转移28 mol e-,则物质a为 (填化学式)。
图2 图3
(6)某原电池装置如图3所示,电池总反应为AsO43-+2I-+H2OAsO33-+I2+2OH-。当P烧杯中溶液由无色变成蓝色时,正极上的电极反应式为 。一段时间后灵敏电流计指针不发生偏转。欲使指针偏转方向与起始时相反,可采取的措施是 (举一例)。
8.（新素材）（14分）三氯氧磷(POCl3)常用作半导体掺杂剂及光导纤维原料,实验室制备POCl3并测定产品含量的实验过程如下:
Ⅰ.制备POCl3。
采用氧气氧化液态PCl3法制取POCl3,实验装置(加热及夹持仪器略)如图所示:
已知:①Ag++SCN-AgSCN↓;Ksp(AgCl)>Ksp(AgSCN);磷酸银溶于硝酸。
②PCl3和POCl3的相关信息如表所示:
物质
熔点/℃
沸点/℃
相对分子质量
其他
PCl3
-93.6
76.1
137.5
两者互溶,均为无色液体,遇水均剧烈反应生成含氧酸和氯化氢
POCl3
1.18
105.5
153.5
(1)POCl3遇水反应的化学方程式为 。
(2)装置B的作用除干燥O2外,还有 。干燥管的作用是 。
(3)反应温度要控制在60~65 ℃,原因是
。
Ⅱ.测定POCl3产品的质量分数。
实验步骤:
①制备POCl3实验结束后,待三颈烧瓶中的液体冷却至室温,准确称取30.7 g POCl3产品,置于盛有60.00 mL蒸馏水的水解瓶中摇动至完全水解,将水解液配成100.00 mL溶液。
②取10.00 mL溶液于锥形瓶中,加入10.00 mL 3.2 mol·L-1 AgNO3标准溶液。
③加入少许硝基苯用力摇动,使沉淀表面被有机物覆盖。
④以X为指示剂,用0.2 mol·L-1 KSCN溶液滴定过量的AgNO3溶液,达到滴定终点时共用去10.00 mL KSCN溶液。
(4)步骤③中加入硝基苯的作用是
。
若无此操作,所测产品中氯元素的质量分数将会 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(5)步骤④中X为 , 产品中POCl3的质量分数为 。
【答案与解析】
【拓展训练】
1.B 标准状况下2.24 L NO的物质的量为2.24 L22.4 L·mol-1=0.1 mol,生成0.1 mol NO转移电子的物质的量为0.1 mol×(5-2)=0.3 mol;固体和硝酸恰好完全反应,生成硝酸铜和硝酸镁,铜元素和镁元素均为+2价,根据得失电子守恒可知金属的总物质的量为0.3mol2=0.15 mol,根据氮原子守恒,可知200 mL的稀硝酸中含有硝酸的物质的量为0.15 mol×2+0.1 mol=0.4 mol,该硝酸溶液的浓度为0.4mol0.2 L=2.0 mol·L-1,故①正确、②错误;铜粉、镁粉在空气中充分加热生成CuO、MgO,所得固体中含有氧元素的物质的量与金属的物质的量相等,则所得固体的质量为11.2 g2+16 g·mol-1×0.15 mol=8.0 g,故③正确、④错误;根据以上分析可知,B正确。
2.(1)正盐 (2)PH3+2ClO-+OH-H2PO2-+2Cl-+H2O 蒸发浓缩 冷却结晶 (3)2NiCl2+NaH2PO2+2H2O2Ni↓+H3PO4+NaCl+3HCl (4)CaCO3、Al(OH)3 (5)过量的Ag+会氧化H2PO2-
【解析】 (1)H3PO2是一元中强酸,在水溶液中部分电离生成氢离子和酸根离子,电离方程式为H3PO2H++H2PO2-,H2PO2-不能再电离,则NaH2PO2为正盐。(2)PH3与NaClO反应可生成NaH2PO2和NaCl,该反应的离子方程式为PH3+2ClO-+OH-H2PO2-+2Cl-+H2O,从吸收液中获得NaH2PO2·H2O,需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥。(3)根据题意,NiCl2中镍元素转化成镍单质,H2PO2-转化为H3PO4,氯化物为NaCl,依据得失电子守恒写出2NiCl2+NaH2PO22Ni↓+H3PO4+NaCl,产物中有H3PO4,说明该溶液呈酸性,左边少氧元素,补H2O,根据原子守恒得2NiCl2+NaH2PO2+2H2O2Ni↓+H3PO4+NaCl+3HCl。(4)“调pH”过程中可除去Ca2+和AlO2-,CO2与碱反应可生成CO32-,CO32-与Ca2+反应生成CaCO3,AlO2-与CO2、H2O反应可生成Al(OH)3,因此“滤渣2”的成分是CaCO3和Al(OH)3。(5)根据题干信息,NaH2PO2具有强还原性,可用于化学镀银,Ag+具有氧化性,因此加入Ag2SO4悬浊液不宜过量太多,否则过量的Ag+会氧化H2PO2-。
3.(1) 6∶1 (2)①-2.2 H3AsO4+OH-H2AsO4-+H2O ②4.5 (3)①> ②0.8 8.192×10-2
【解析】 (1)AsH3的电子式与氨气类似,为;将AsH3通入AgNO3溶液中可生成Ag、As2O3和HNO3,反应的化学方程式为2AsH3+12AgNO3+3H2OAs2O3+12Ag↓+12HNO3,其中As元素化合价升高被氧化,AsH3为还原剂,Ag元素化合价降低被还原,AgNO3为氧化剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为6∶1。(2)①Ka1(H3AsO4)=c(H+)·c(H2AsO4-)c(H3AsO4),根据图1可知,pH=2.2时,c(H2AsO4-)=c(H3AsO4),则Ka1(H3AsO4)=c(H+)=1.0×10-2.2,则lg Ka1(H3AsO4)=-2.2;用甲基橙作指示剂,在其变色范围内,As元素主要以H2AsO4-的形式存在,故甲基橙作指示剂时用NaOH溶液滴定H3AsO4发生的主要反应的离子方程式为H3AsO4+OH-H2AsO4-+H2O。②Ka2(H3AsO4)=c(H+)·c(HAsO42-)c(H2AsO4-),pH=7时,c(H2AsO4-)=c(HAsO42-),则Ka2(H3AsO4)=c(H+)=10-7,Ka3(H3AsO4)=c(H+)·c(AsO43-)c(HAsO42-),pH=11.5时,c(HAsO42-)=c(AsO43-),则Ka3(H3AsO4)=c(H+)=10-11.5,反应H2AsO4-+AsO43-2HAsO42-的K=c(HAsO42-)·c(HAsO42-)c(H2AsO4-)·c(AsO43-)=c(HAsO42-)·c(HAsO42-)c(H2AsO4-)·c(AsO43-)×c(H+)c(H+)=Ka2(H3AsO4)Ka3(H3AsO4)=10-710-11.5=104.5,lg K=4.5。(3)①A点处反应已经达到平衡,B点处气体总压小于平衡时的气体总压,说明B点处生成的气体比平衡时的少,反应向正反应方向进行,故B点的反应速率v(正)>v(逆)。②A点处,lg (p/kPa)=0,则气体总压为1 kPa,AsS(g)在混合气体中的体积分数为45,S2(g)在混合气体中的体积分数为15,则AsS(g)的分压为0.8 kPa,S2(g)的分压为0.2 kPa,Kp=0.84×0.2=8.192×10-2。
4.(1)研磨、加热(1分) (2)①<(1分) ②核电荷数PS,得电子能力P
(6) H3PO4 + 2NaOH Na2HPO4+2H2O
98 g 2 mol
m(H3PO4) 10-3bc mol
m(H3PO4)=4.9×10-2bc g,则精制磷酸中H3PO4的质量分数为4.9×10-2bcgag×100%=4.9bca%。
5.(1)V2O5+2H+2VO2++H2O(2分) SiO2(2分) (2)0.5(2分) (3)Fe(OH)3和Al(OH)3(2分) (4)碱(2分) (5)K+(2分) (6)2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O↑(2分)
【解析】 (1)反应过程中V的化合价不变,所以是复分解反应。注意V2O5在离子方程式中不能拆开;废钒催化剂中,只有二氧化硅不溶于硫酸,成为废渣1的主要成分。(2)3 mol VO2+变为VO2+,共失去3 mol电子,而1 mol ClO3-变为Cl-得到6 mol电子,所以需要0.5 mol 氯酸钾。(3)中和时,Fe3+、Al3+分别转化为难溶的Fe(OH)3和Al(OH)3,成为废渣2的主要成分。(4)为提高洗脱效率,须使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理,碱性越强越有利于平衡逆向移动,所以淋洗液应该呈碱性。(5)经过“离子交换”,钒以R4V4O12形式存在,而铁、铝则在“中和”过程中转化为沉淀,所以“流出液”中最多的阳离子是钾离子。(6)由NH4VO3转化为V2O5,V的化合价未发生变化,该反应为非氧化还原反应,所以该化学方程式为2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O↑。
6.(除标明外,每空2分)(1)+3(1分) (2)2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑ (3)2LiCoO2+3H2SO4+H2O2Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O、2H2O22H2O+O2↑(3分) 有氯气生成,污染较大(1分) (4)CoSO4+2NH4HCO3CoCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑ (5)Li1-xCoO2+LixC6 LiCoO2+6C (6)Li+从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4
【解析】 (1)根据化合物中各元素化合价的代数和为0,可知LiCoO2中Co的化合价为+3。(2)因为正极材料中含铝箔,所以“正极碱浸”时的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑。(3)由题图前、后物质可知“LiCoO2→CoSO4”,LiCoO2作氧化剂、H2O2作还原剂,其化学反应方程式为2LiCoO2+3H2SO4 +H2O2Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O,另外还存在H2O2受热分解生成H2O和O2的化学反应。若用盐酸代替硫酸和H2O2的混合液,LiCoO2氧化盐酸生成氯气,污染空气。(4)“沉钴”时发生“CoSO4 →CoCO3”的转化,HCO3-在转化为CoCO3的过程中,电离出的H+会与另一部分HCO3-作用生成CO2和水,故总反应的化学方程式为CoSO4+2NH4HCO3CoCO3 ↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O。(5)由题意“充电时阴极反应式为6C+xLi++xe- LixC6”,可知放电时负极反应为LixC6-xe-6C+xLi+,结合题意“充放电过程中,发生LiCoO2和Li1-xCoO2之间的转化”,可知放电时正极材料为Li1-xCoO2,放电时电池产物为LiCoO2,可得放电时电池反应为 Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C。(6)由题意可知放电时Li+进入电解质溶液中向正极移动并进入正极材料中,相当于在正极上富集了锂。由题图可知回收到的金属化合物有 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。
【基础巩固】
1.B 光化学烟雾中的O3、醛类、PAN及硝酸分散在空气中,分散剂为空气,A正确;根据题图可知,氧原子是中间体,不是产生光化学烟雾的催化剂,B错误;PAN()中含有碳元素且不属于常见的含碳无机物,其属于有机物,C正确;由题图知光化学烟雾的形成与氮氧化物和碳氢化合物的大量排放有关,D正确。
2.B 正盐A和强碱X反应可生成氢化物B,则B为NH3;B和Y连续反应最终生成E,且E的相对分子质量比D大16,则Y为O2,C为N2,D为NO,E为NO2;NO2和无色液体Z反应得到含氧酸F,则Z为H2O,F为HNO3。铵盐水解使溶液显酸性,草木灰的主要成分为K2CO3,CO32-水解使溶液显碱性,二者混合使用会降低肥效,A项正确;NH3分子之间存在氢键,其沸点比PH3高,B项错误;N2的相对分子质量与空气的平均相对分子质量相差不大,不能用排空气法收集,可利用其难溶于水的性质,用排水法收集,C项正确;NO转化为NO2,颜色由无色变为红棕色,可以检验NO的存在,D项正确。
3.B 溴蒸气和二氧化氮均可使湿润的淀粉-碘化钾试纸变蓝,不能确定气体为二氧化氮还是溴蒸气,故A项错误;向NaI溶液中依次滴入少量新制氯水和苯,振荡、静置,上层溶液呈紫红色说明氯气与碘化钠溶液反应生成氯化钠和单质碘,由还原剂的还原性强于还原产物可知,碘离子的还原性强于氯离子, B项正确;将Fe(NO3)2晶体样品溶于稀硫酸后,NO3-在酸性溶液中具有强氧化性,能够氧化Fe2+,不能检验Fe(NO3)2晶体是否已氧化变质, C项错误;二氧化硫具有还原性,酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性,将SO2通入酸性高锰酸钾溶液中,二氧化硫与酸性高锰酸钾溶液反应,使酸性高锰酸钾溶液褪色,在该反应中,二氧化硫没有表现漂白性,D项错误。
4.C 含水蒸气的NH3能与P2O5反应,故A错误;反应开始时,应先点燃①中的酒精灯产生氨气以除去体系内的空气,故B错误;氨气在加热条件下能被氧化铜氧化,③中硬质玻璃管中的反应为2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O,故C正确;实验结束时,应先将导管从水槽中拿出,否则会引起倒吸,故D错误。
5.(除标明外,每空2分)(1)分液漏斗 Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O (2)气体变为红棕色 蒸馏水中有气泡产生 3NO2+H2O2H++2NO3-+NO (3)黄(1分) 红(1分)
【解析】 (1)根据仪器A的结构特点可知,A为分液漏斗;装置甲中发生反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。(2)装置乙中收集的是NO2,故装置乙中出现的现象是气体变为红棕色,装置丙中NO2会与水反应生成NO,故装置丙中的现象为蒸馏水中有气泡产生,发生反应的离子方程式为3NO2+H2O2H++2NO3-+NO。(3)试管C中生成的HNO3,能将Fe2+氧化成Fe3+,导致溶液显黄色,Fe3+遇SCN-显红色。
6.D 实验室制氨气常利用加热NH4Cl固体与Ca(OH)2固体的方法,反应原理为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,A项正确;碱石灰与氨气不反应,可用碱石灰干燥氨气,B项正确;氨气的密度比空气的小,可用向下排空气法进行收集,C项正确;氨气极易溶于水,为防倒吸,倒置漏斗不能插入液面以下,D项错误。
7.C HNO3遇NH3生成NH4NO3,因此该雾霾中含硝酸铵固体,A项正确;反应②为N2O5+H2O2HNO3,为非氧化还原反应,B项正确;氨气是形成该雾霾的反应物,而不是催化剂,C项错误;氮肥中的NH4+可转化为氨气,故大气中的NH3可能来自过度使用氮肥,D项正确。
8.(每空2分)(1)①Na2O2(其他合理答案也可) ②4NH3+5O2 4NO+6H2O NH4+ 取装置E中少许溶液放入一支洁净试管中,滴加氢氧化钠溶液,加热,产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,证明溶液中含有NH4+ (2)b (3)3Cl2+8NH36NH4Cl+N2 离子键、共价键
【解析】 (1)①过氧化钠和水发生反应2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑,提供氨催化氧化所需的氧气,同时放出大量热,使浓氨水中的氨气逸出。②氨催化氧化的产物是一氧化氮和水,是工业生产硝酸中获得一氧化氮的反应,化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O;过量的NH3在装置E中生成NH4+,铵根离子的检验是取装置E中少许溶液放入一支洁净试管中,加入强碱后加热能够产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。(2)装置D和E的作用是既防倒吸,又吸收二氧化氮,使二氧化氮和水反应制取硝酸。装置a中的导管没有伸入液体中,二氧化氮不能被充分吸收,且不安全;装置b中水的密度比四氯化碳的小且水和四氯化碳不互溶,所以水浮在四氯化碳的上层,四氯化碳不与二氧化氮反应,也不溶解二氧化氮,故该装置既能够吸收二氧化氮制硝酸,又能够防倒吸;装置c中二氧化氮能被充分吸收,但会产生倒吸;装置d无法进行尾气吸收,故选装置b。(3)“氯气和氨气相遇,出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结,另一种生成物是空气的主要成分之一”,故生成物为氯化铵和氮气,化学方程式为3Cl2+8NH36NH4Cl+N2。氯元素从氯气中的0价,变为NH4Cl中的-1价,所以NH4Cl为还原产物,故还原产物中含有离子键、共价键。
9.C 把8.0 g铁粉投入某HNO3溶液中,充分反应后剩余固体2.4 g,说明生成硝酸亚铁,硝酸完全反应,参加反应的Fe的质量=8.0 g-2.4 g=5.6 g,其物质的量=5.6 g56 g·mol-1=0.1 mol,故n（Fe(NO3)2）=0.1 mol,反应中硝酸起氧化剂、酸性作用,起酸性作用的硝酸转化为硝酸亚铁,起氧化作用的硝酸转化为NO和NO2,根据氮原子守恒可知n(HNO3)=2n（Fe(NO3)2）+n(NO+NO2)=0.1 mol×2+0.12 mol=0.32 mol,所以原HNO3溶液的物质的量浓度=0.32mol0.04 L=8.0 mol·L-1。
10.D Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的稀溶液中粒子氧化性强弱为HNO3>Fe3+>Cu2+。铁先和氧化性强的粒子反应,n(Fe)为0~1 mol时,铁和稀硝酸反应,化学方程式为Fe+4HNO3Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,当加入1 mol铁时生成1 mol铁离子,消耗4 mol HNO3,亚铁离子的浓度不变, A项正确;铁和稀硝酸反应结束后,铁离子与Fe发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+,此时加入的1 mol铁会和2 mol铁离子反应生成3 mol亚铁离子,B项正确;n(Fe)为2~3 mol时的反应为Fe+Cu2+Fe2++Cu,此时加入的1 mol铁会和1 mol铜离子反应生成1 mol Fe2+,C项正确;根据以上分析可知,溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的浓度之比为1∶1∶4, D项错误。
11.D 浓硝酸分解的化学方程式为4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O,则V(NO2)∶V(O2)=4∶1, A项错误;红棕色气体为NO2,它的产生不能表明木炭与浓硝酸发生了反应,也可能是浓硝酸分解产生的, B项错误;实验Ⅱ中浓硝酸受热分解产生的气体为二氧化氮和氧气,木炭在此混合气体中能迅速燃烧发出亮光,可能是氧气助燃的作用,也可能是二氧化氮具有的助燃作用, C项错误、D项正确。
12.(除标明外,每空2分)(1)NaNO2(1分) I2(1分) (2)②⑤ (3)B (4)11.2
【解析】 (1)由反应2NaNO2+4HI2NO↑+I2+2NaI+2H2O可知,氮元素的化合价降低,则NaNO2是氧化剂;碘元素化合价升高,则氧化产物为I2。(2)水、淀粉、白酒与NaNO2都不反应,所以无明显现象;KI与NaNO2必须在酸性条件下才能反应得到I2,食醋会电离出氢离子,故必须选用的物质有②⑤。(3)NaNO2N2,NaNO2被还原,必须加还原剂,故选NH4Cl。(4)在反应10Al+6NaNO3+4NaOH10NaAlO2+3N2↑+2H2O中溶解10 mol Al转移30 mol电子,同时生成3 mol N2。若反应过程中转移5 mol e-,则生成标准状况下N2的体积为5 mol×3mol30mol×22.4 L/mol=11.2 L。
【能力提升】
1.A ①中发生反应4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O,收集的气体中O2的体积分数为20%,与空气中O2的体积分数(约21%)接近,而空气不能使带火星的木条复燃,由此可推断NO2能助燃,A项正确;浓硝酸与红热的木炭反应可生成NO2,不能证明浓硝酸具有不稳定性,B项错误;红热的木炭与试管中的氧气反应也能生成二氧化碳,C项错误;①、②、③中生成的NO2溶于水后生成HNO3和NO,NO属于污染性气体,D项错误。
2.C 由题图可知,以Pt-g-C3N4为催化剂,在光催化条件下,NO发生氧化反应最终生成HNO3,在此过程中,太阳能转化为化学能,A项正确;由题图可知,Pt端发生失电子的氧化反应,B项正确;过程①,O2在g-C3N4端被还原为H2O2,C项错误;过程③,NO2和H2O2发生氧化还原反应生成HNO3,化学方程式为2NO2+H2O22HNO3,D项正确。
3.C 将充有NO2的密闭烧瓶放入热水中,温度影响平衡2NO2N2O4的移动,则根据现象可知由NO2生成N2O4的反应的ΔH<0,故A正确;向某溶液中加入Cu和浓H2SO4,有红棕色气体产生,该气体为二氧化氮,则说明原溶液中含有NO3-,故B正确;碳酸氢铵受热分解可生成氨气,则在试管口放置湿润的红色石蕊试纸,石蕊试纸变蓝,说明有NH3生成,不能说明NH4HCO3显碱性,故C错误;向浓度均为0.1 mol·L-1的MgCl2、CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先出现蓝色沉淀,说明氢氧化铜的溶度积较小,即Ksp（Mg(OH)2）>Ksp（Cu(OH)2）,故D正确。
4.D 由题图可知,在TiO2的催化作用下,紫外线提供能量,发生化学反应,即将部分光能转化为化学能,A正确;根据题图分析可知,消除总反应为4NOx+(5-2x)O2+2H2O4HNO3,B正确;纳米TiO2与紫外线接触面积更大,将产生更多的光生电子和光生空穴,从而消除更多的NOx,C正确;1 mol O2-含有17 mol电子,1 mol·OH含有9 mol电子,即1 mol O2-比1 mol ·OH多8NA个电子,D错误。
5.(1) (1分) (2)CO(1分) 极性键(1分) (3)①NaH2PO2(1分) +1(1分) ②正(1分)
【解析】 (1)P为15号元素,最外层电子数为5。(2)根据题给反应中元素化合价变化可知CO为氧化产物;CaSiO3为离子化合物,共价键存在于Si与O之间,为极性键。(3)①由次磷酸钠的结构可确定其化学式为NaH2PO2;根据化合物中各元素化合价代数和为0可知磷元素的化合价为+1。②结合次磷酸钠的结构可确定次磷酸的结构式为,次磷酸只能电离出羟基中的H,为一元酸,故次磷酸钠为正盐。
6.(1)2MnO4-+16H++10Cl-5Cl2↑ +2Mn2++8H2O(2分) (2)平衡压强,防止压强过大引起仪器炸裂(2分) (3)a(2分) (4)采用“逆流”原理,使冷却水与蒸气能够充分接触,冷凝效果更好;若“上进下出”,冷却水不易充满冷凝管,冷凝效果差;若“上进下出”,因温差大易使冷凝管破裂(答出其中一条即可)(2分) (5)N2H4·H2O+2NaClO2NaCl+ N2↑+ 3H2O(2分) (6)当滴入最后一滴I2标准溶液时,溶液由无色变为蓝色且半分钟内颜色不变化(2分) 20.0%(2分) 偏大(1分)
【解析】 (1)根据题图1可知,装置Ⅰ中反应的离子方程式为2MnO4-+16H++10Cl- 5Cl2↑+2Mn2++8H2O。(2)竖直的长玻璃管与大气相通,可以起到平衡压强的作用,防止压强过大引起仪器炸裂。(3)根据得失电子守恒可知a正确;根据“极端假设法”, 0.1 mol Cl2完全反应转移的电子数应介于0.1NA~0.53NA之间,不可能为0.2NA,b错误。(4)若“上进下出”,冷却水不易充满冷凝管,不仅冷凝效果差,还会因温差大而易使冷凝管破裂;若“下进上出”,属于“逆流”原理的应用,冷却水与蒸气能够充分接触,冷凝效果更好。(5)根据题意和相关信息,可以得出相应的化学方程式。(6)根据关系式2I2~N2H4·H2O,可以得出馏分中水合肼的质量分数=0.200 0 mol·L-1×20.00×10-3 L×0.5×250 mL25.00 mL×50 g·mol-1÷5.000 g×100%=20.0%;若盛放碘标准溶液的滴定管没有润洗,则会造成碘标准溶液浓度偏小,测定时消耗碘标准溶液的体积偏大,测得的馏分中水合肼(N2H4·H2O)的质量分数偏大。
7.(除标明外,每空2分)(1)33(1分) Na+（∶S····∶）2-Na+(1分) (2)与过量的S2-结合生成FeS沉淀,防止As2S3与S2-结合生成AsS33-(或与S2-结合生成FeS沉淀,使平衡左移,提高沉砷效果) (3)稀硫酸、铁氰化钾(或稀硫酸、高锰酸钾) (4)2AsO43-+2SO2+2H+As2O3↓+2SO42-+H2O (5)SO2 (6)AsO43-+H2O+2e-AsO33-+2OH- 向Q烧杯加入Na3AsO3固体(或加入NaOH,合理即可)
【解析】 (1)已知砷元素与N位于同一主族,As比N多两个电子层,即As为第四周期第ⅤA族元素。第二周期有8种元素,第三周期有8种元素,第四周期有18种元素,故第四周期0族元素的原子序数为2+8+8+18=36,故砷元素的原子序数为36-3=33。硫化钠为离子化合物,电子式为Na+（∶S····∶）2-Na+。(2)亚铁离子与过量的S2-结合生成FeS沉淀,防止As2S3与S2-结合生成AsS33-,即使平衡As2S3(s)+3S2-(aq)2AsS33-(aq)逆向移动,提高沉砷效果。(3)四氧化三铁中含有+2价Fe,具有还原性,可先用稀硫酸溶解,再在酸性条件下,滴加高锰酸钾溶液,溶液褪色,则可证明四氧化三铁存在,即可用稀硫酸、高锰酸钾检验。(4)调节pH=1时,由Na3AsO4制备As2O3的离子方程式为2AsO43-+2SO2+2H+As2O3↓+2SO42-+H2O。(5)As4S4中As为+2价、S为-2价,且生成As2O3,1 mol As4S4参加反应时,转移28 mol e-,则S的化合价升高6,生成物中S的化合价为+4,应为SO2。(6)P烧杯中溶液由无色变成蓝色,说明P烧杯Pt电极为负极,则Q烧杯中Pt电极为正极,发生还原反应,电极反应式为AsO43-+H2O+2e-AsO33-+2OH-;一段时间后灵敏电流计指针不发生偏转,说明达到平衡状态,加入NaOH溶液,反应逆向进行,此时Q烧杯中Pt电极为负极,电子应由Q烧杯的Pt电极流出,即指针偏转方向与起始时相反。
8.(除标明外,每空2分)(1)POCl3+3H2OH3PO4+3HCl (2)平衡压强、观察O2的流速 防止空气中的水蒸气进入三颈烧瓶 (3)温度过低,反应速率太慢;温度过高,PCl3易挥发,利用率低 (4)防止在滴加KSCN溶液时,将AgCl沉淀转化为AgSCN沉淀 偏小(1分) (5)Fe(NO3)3(1分) 50%
【解析】 (1)根据POCl3遇水剧烈反应生成含氧酸和氯化氢可知,POCl3遇水反应的化学方程式为POCl3+3H2OH3PO4+3HCl。(2)装置A为O2的发生装置,制得的O2中含有水蒸气,由于PCl3和POCl3遇水均剧烈反应生成含氧酸和氯化氢,因此装置B的主要作用是干燥O2,另外该装置与大气相通,可以起到平衡压强的作用,还可以观察O2的流速。干燥管的作用是防止空气中的水蒸气进入三颈烧瓶。(3)反应温度要控制在60~65 ℃,如果温度过低,反应速率太慢;如果温度过高,PCl3易挥发,利用率低。(4)氯元素含量测定的原理是Ag++Cl-AgCl↓、Ag++SCN-AgSCN↓,n(Cl-)=n(AgNO3)-n(KSCN)。已知Ksp(AgCl)>Ksp(AgSCN),用KSCN溶液滴定过量的AgNO3溶液时,AgCl容易转化为AgSCN,加入硝基苯使AgCl沉淀表面被有机物覆盖,防止在滴加KSCN溶液时,AgCl沉淀转化为AgSCN沉淀。若不加入硝基苯,则消耗的KSCN溶液体积偏大,会导致所测产品中氯元素的质量分数偏小。(5)步骤④中X为指示剂,X的作用是指示Ag+和SCN-的反应达到滴定终点,根据SCN-遇Fe3+显红色,知X为Fe(NO3)3。根据滴定原理,10.00 mL溶液中POCl3水解生成的n(Cl-)=n(AgNO3)-n(KSCN)=3.2 mol·L-1×0.01 L-0.2 mol·L-1×0.01 L=0.03 mol。根据POCl3~3HCl,30.7 g POCl3产品中n(POCl3)=13×0.03 mol×10=0.1 mol,故产品中POCl3的质量分数为153.5 g·mol-1×0.1 mol÷30.7 g×100%=50%。
专题十 氮及其化合物
考点1 氮及氮的氧化物
考法1 氮及氮的氧化物的性质和应用
命题角度1 氮气的性质及应用
例1. 中国科学院科研团队研究表明,在常温常压和可见光下,基于LDH(一种固体催化剂)合成NH3的原理示意图如图所示。下列说法错误的是
A.氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶1
B.该过程中涉及极性键和非极性键的断裂与生成
C.基于LDH合成NH3的过程属于氮的固定
D.工业中,氨经一系列反应可以得到硝酸
【解析】该反应的化学方程式为2N2+6H2O4NH3+3O2,氮气是氧化剂,水是还原剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3,A错误;该过程中,既有极性键的断裂(O—H)与生成(N—H),也有非极性键的断裂()与生成(OO),B正确;基于LDH合成NH3的过程是将氮气转化为氨气的过程,属于氮的固定,C正确;工业中,氨经催化氧化得到NO,NO被氧化为NO2,NO2与水反应可得到硝酸,D正确。
【答案】 A
命题角度2 结合环保问题考查氮及其化合物的性质(热点角度)
例2. 氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题:
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择图中的 ,反应的化学方程式为
。
②欲收集一瓶干燥的氨气,选择图中的装置,其连接顺序为发生装置➝ (按气流方向,用小写字母表示)。
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤
实验现象
解释原因
打开K1,推动注射器活塞,使X中的气体缓慢通入Y管中
①Y管中
②反应的化学方程式
将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温
Y管中有少量水珠
生成的气态水凝聚
打开K2
③
④
【解析】(1)①观察装置知,A装置适合加热固体制备气体,B装置适合加热液体与固体制备气体或加热液体制备气体。实验室通过氯化铵和消石灰共热制备氨气,可以选择A装置作发生装置,化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O。实验室还可以通过加热浓氨水制备氨气,故也可以选择B装置作发生装置,化学方程式为NH3·H2ONH3↑+H2O。②实验室用碱石灰干燥氨气,用向下排空气法收集氨气,用水吸收尾气中的氨气并注意防倒吸。故选择C、D、F装置,注意连接球形干燥管时应大口进气,小口出气。所以,连接顺序为a、d、c、f、e、i或b、d、c、f、e、i。(2)NO2呈红棕色,氨气与二氧化氮发生反应:8NH3+6NO27N2+12H2O,故观察到Y管中红棕色气体慢慢变浅。NH3与NO2反应后生成的气态水凝聚,反应后气体分子数减少,装置内压强减小,故打开K2,NaOH溶液会产生倒吸现象。
【答案】 (1)①A 2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O
(或B NH3·H2ONH3↑+H2O) ②d c f e i
(2)①红棕色气体慢慢变浅 ②8NH3+6NO27N2+12H2O ③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少,Y管中压强小于外压
考点2 氨及铵盐
考法2 氨的制备和性质探究
命题角度1 结合物质制备装置考查氨的实验室制法
例3. 某化学学习小组在实验室模拟工业制备硫氰化钾(KSCN)。实验装置如图所示(部分夹持装置已略)。
已知:①CS2不溶于水,比水重;NH3不溶于CS2。②三颈烧瓶内盛有CS2、水和催化剂。
实验步骤如下:
(1)制备NH4SCN:CS2+2NH3NH4SCN+H2S(该反应比较缓慢)
①实验前,经检验装置的气密性良好。三颈烧瓶的下层CS2液体必须浸没导气管口,目的是 。
②实验开始时打开K1,加热A,使A中产生的气体缓缓通入D中,至CS2消失。则A中反应的化学方程式是 ;
C的作用是 。
(2)制备KSCN溶液:熄灭A处的酒精灯,关闭K1,打开K2,再缓缓滴加适量的KOH溶液,发生反应:NH4SCN+KOHKSCN+NH3↑+H2O。
小组讨论后认为:实验中滴加相同浓度的K2CO3溶液比KOH溶液更好,理由是 。
(3)制备硫氰化钾晶体:先滤去三颈烧瓶中的固体催化剂,再减压蒸发浓缩,冷却结晶, ,干燥,得到硫氰化钾晶体。
(4)测定晶体中KSCN的含量:称取10.0 g样品配成1 000 mL溶液,量取20.00 mL于锥形瓶中,加入适量稀硝酸,再加入几滴Fe(NO3)3溶液作指示剂,用0.100 0 mol/L AgNO3标准溶液滴定,达到滴定终点时消耗AgNO3标准溶液20.00 mL。
①滴定时发生的反应:SCN-+Ag+AgSCN↓。则判断达到滴定终点时的方法是 。
②晶体中KSCN的质量分数为 。
【解析】(1)①导气管口在下层液体CS2中,可以使反应物充分接触,防倒吸;②实验室用氯化铵与氢氧化钙来制备氨气,其化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,C是为了观察气泡产生的速率,以便控制A中的加热温度。(2)K2CO3碱性弱于KOH,且与NH4SCN反应产生更多气体(K2CO3+2NH4SCN2KSCN+2NH3↑+CO2↑+H2O),有利于溶液中残留的H2S逸出。(3)实验室制备硫氰化钾晶体的操作:减压蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥。(4)①Fe3+与SCN-发生络合反应,显红色,因此当最后一滴AgNO3溶液滴入时,红色恰好褪去,且半分钟内颜色不恢复;②n(KSCN)=n(AgNO3)=0.100 0 mol/L×20.00×10-3 L×1 000 mL20.00 mL=0.1 mol,m(KSCN)=97 g/mol×0.1 mol=9.7 g,故KSCN的质量分数为9.7 g10.0 g×100%=97.0%。
【答案】(1)①使反应物充分接触,防倒吸 ②2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O 观察气泡产生的速率,以便控制加热温度 (2)K2CO3碱性弱于KOH,且与NH4SCN反应能产生更多气体,有利于溶液中残留的H2S逸出 (3)过滤,洗涤 (4)①当滴入最后一滴AgNO3溶液时,红色恰好褪去,且半分钟内颜色不恢复 ②97.0%
命题角度2 火箭燃料——联氨的结构与性质(热点角度)
例4. 联氨(又称肼,N2H4,无色液体)是一种应用广泛的化工原料,可用作火箭燃料。回答下列问题:
(1)联氨分子的电子式为 ,其中氮的化合价为 。
(2)实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨,反应的化学方程式为 。
(3)联氨为二元弱碱,在水中的电离方式与氨相似。联氨第一步电离反应的平衡常数值为 (已知:N2H4+H+N2H5+的K=8.7×107;Kw=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为 。
(4)联氨是一种常用的还原剂。向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液,观察到的现象是 。
联氨可用于处理高压锅炉水中的氧,防止锅炉被腐蚀。理论上1 kg的联氨可除去水中溶解的O2 kg;与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,联氨的优点是
。
【解析】(1)N2H4中原子间以共价键结合,其电子式为H∶∶∶H。N2H4中H为+1价,由化合物中各元素化合价代数和为0,可确定N为-2价。(2)反应中NaClO和NH3分别作氧化剂和还原剂,根据得失电子守恒和原子守恒可写出并配平相应的化学方程式。(3)N2H4的第一步电离的离子方程式为N2H4+H2ON2H5++OH-,则电离常数Kb=c(N2H5+)·c(OH-)c(N2H4)=c(N2H5+)·c(OH-)·c(H+)c(N2H4)·c(H+)=c(N2H5+)·Kwc(N2H4)·c(H+)=K·Kw=8.7×107×1.0×10-14=8.7×10-7。联氨是二元弱碱,其与硫酸形成的酸式盐为 N2H6(HSO4)2。(4)联氨具有还原性,能将AgBr中的Ag+还原为Ag,可看到固体逐渐变黑,联氨被氧化为N2,可看到溶液中有气泡产生。1 mol联氨在反应中失去4 mol 电子,而1 mol O2能得到4 mol电子,且联氨与O2的相对分子质量相等,故参加反应的联氨与O2的物质的量和质量均相等,故1 kg的联氨可除去水中溶解的O2的质量为1 kg。使用联氨处理水中溶解的O2,消耗联氨的质量小,且产物为N2和H2O,对环境无污染,而用Na2SO3处理水中溶解的O2时,Na2SO3被氧化为Na2SO4,产生新杂质。
【答案】(1)H∶∶∶H -2 (2)2NH3+NaClO N2H4+NaCl+H2O (3)8.7×10-7 N2H6(HSO4)2 (4)固体逐渐变黑,并有气泡产生 1 N2H4的用量少,不产生其他杂质(还原产物为N2和H2O,而Na2SO3产生Na2SO4)
【归纳总结】
类比NH3的性质类推N2H4的性质
1.碱性:二元弱碱,碱性比NH3·H2O的弱。
(1)电离:在水中的电离方式与氨相似,分两步进行:N2H4+H2ON2H5++OH-,N2H5++H2O N2H62++OH-。
(2)水解:N2H5++H2ON2H4·H2O+H+,N2H62++2H2ON2H4·2H2O+2H+。
(3)与硫酸反应,2N2H4+H2SO4(N2H5)2 SO4,N2H4+2H2SO4(过量)N2H6(HSO4)2(酸式盐)。
2.强还原性:(1)水合肼在碱性溶液中能将银、镍等金属离子还原成金属单质,如Ag++N2H4·H2OAg↓+NH4++12N2↑+H2O;(2)能被氧气、H2O2等氧化,可用作喷气式发动机推进剂、火箭燃料等。
命题角度3 利用现代传感技术认识喷泉原理(预测角度)
例5. 现用传感技术测定喷泉实验中的压强变化来认识喷泉实验的原理。下列说法正确的是
A.制取氨气时烧瓶中的X固体常用CaO或CaCl2
B.将湿润的蓝色石蕊试纸置于三颈烧瓶口c处,试纸变红,说明NH3已收集满
C.关闭a,用单孔塞(插有吸入水的胶头滴管)塞紧三颈烧瓶口c,打开b,挤压胶头滴管完成喷泉实验,电脑绘制三颈烧瓶内压强变化曲线如图2所示,则C点时喷泉最剧烈
D.工业上,若出现液氨泄漏,喷洒NaHCO3溶液比喷洒稀盐酸效果好
【解析】CaO能与水反应,使c(OH-)增大,同时放出大量的热,有利于氨气的逸出,而CaCl2虽然具有吸水性,但易与产生的氨气反应生成CaCl2·8NH3,不能用于制备或干燥氨气,A错误;红色石蕊试液遇碱显蓝色,所以检验三颈烧瓶集满NH3的方法是将湿润的红色石蕊试纸靠近三颈烧瓶口c,试纸变蓝,证明NH3已收集满,B错误;三颈烧瓶内气体压强与外界大气压差值越大,喷泉越剧烈,C点压强最小、外界大气压不变,所以大气压和C点压强差值最大,则喷泉最剧烈,C正确;稀盐酸显酸性,碳酸氢钠溶液显碱性,氨水溶液显碱性,因此在酸性溶液中吸收氨气的效率高于在碱性溶液中吸收氨气的效率,D错误。
【答案】 C
考点3 硝酸
考法3 金属与硝酸反应的性质探究与计算
命题角度1 硝酸与金属反应的实验探究
例6. 在通风橱中进行下列实验:
步骤
现象
Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色
Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止
Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡
下列说法不正确的是
A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式:2NO+O22NO2
B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应
C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀HNO3 的氧化性强于浓HNO3
D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化
【解析】稀硝酸与铁反应可生成NO,NO在空气中被氧化为NO2,A项正确。浓硝酸能使铁钝化,B项正确。Ⅱ中铁钝化,反应停止,不能比较稀硝酸与浓硝酸氧化性的强弱,C项错误。构成原电池后可以根据电流的方向判断正、负极,从而判断Fe是否被氧化,D项正确。
【答案】 C
【拓展训练】1. 将11.2 g铜粉和镁粉的混合物分成两等份,其中一份加入200 mL的稀硝酸并加热,固体和硝酸恰好完全反应,并产生标准状况下2.24 L NO;将另一份在空气中充分加热,最后得到m g固体。下列有关说法正确的是( )
①c(HNO3)=2.0 mol·L-1 ②c(HNO3)=0.5 mol·L-1
③m=8.0 ④m=7.2
A.①④ B.①③ C.②④ D.②③
命题角度2 HNO2及其盐的性质(预测角度)
例7. 信息1:亚硝酸(HNO2)是一种弱酸,既具有氧化性又具有还原性;亚硝酸不稳定,易分解为硝酸、水和NO。信息2:亚硝酸钠又名“工业盐”,常被大量用作高分子材料的发泡剂和偶氮染料的原料等,该物质有毒,但其颜色、形状、味道和食盐相似,很容易因误食而中毒;亚硝酸银为难溶于水的白色沉淀。
根据上述信息,回答下列问题:
(1)甲组同学取一份可能是NaCl或NaNO2的样品,用蒸馏水溶解,通过下列实验操作可鉴别样品成分。在待检验溶液中滴加AgNO3溶液的现象是 ,倒出上清液,在沉淀中加入硝酸,振荡,沉淀溶解,则该样品为 (写化学式),沉淀溶解的离子方程式为 。
(2)乙组同学利用如图所示装置检验可能是NaCl或NaNO2的样品。
①A装置中盛装稀硫酸的仪器名称是 ,打开该仪器的活塞,使稀硫酸缓缓滴下,若样品为NaNO2,则在B装置中可观察到的现象为 ,检验B装置中有NO的操作及产生的现象是 。
②C装置中盛有的试剂名称是 ,作用是
。
(3)设计实验证明。
①亚硝酸为弱酸:
。
②亚硝酸具有还原性:
。
【解析】(1)AgCl和AgNO2均为白色难溶于水的物质,故加入AgNO3溶液后出现白色沉淀。AgCl难溶于硝酸,而AgNO2与硝酸反应可生成HNO2,该物质不稳定,又分解生成硝酸、水和NO。(2)①根据装置图中盛装稀硫酸的仪器的结构及作用可知其为分液漏斗。A装置和B装置中残留的空气与A装置中生成的NO反应生成NO2。由于B装置中主要含NO,故其内气体颜色较淡,打开止水夹,鼓入空气,NO完全转化为NO2,使B装置内NO2浓度增大,红棕色变深。②氮的氧化物有毒,可用碱液(如NaOH溶液)吸收。(3)①检验HNO2的弱酸性,可检验其强碱盐的pH,也可以直接检验其一定浓度稀溶液的pH等。②检验HNO2的还原性需要用到氧化剂,故在酸性KMnO4溶液中加入过量NaNO2溶液,KMnO4被还原,从而使溶液褪色。
【答案】(1)产生白色沉淀 NaNO2 3AgNO2+2H+3Ag++2NO↑+NO3-+H2O (2)①分液漏斗 出现较淡的红棕色气体 打开止水夹,鼓入空气,红棕色变深 ②NaOH溶液(合理即可) 吸收尾气 (3)①取NaNO2溶液,用pH试纸检验,对照标准比色卡知pH>7(其他合理答案也可) ②在酸性KMnO4溶液中加入过量NaNO2溶液,溶液褪色(其他合理答案也可)
【归纳总结】
类比硝酸的性质学习亚硝酸的性质
1.亚硝酸的性质
(1)亚硝酸中,N为+3价,既有氧化性,又有还原性,在水溶液中能将I-氧化为单质碘:2HNO2+2I-+2H+I2+2NO↑+2H2O。
(2)亚硝酸是一种弱酸,不稳定,易分解成HNO3、H2O和NO,即3HNO2HNO3+2NO↑+H2O。
2.HNO2的制备
(1)将等物质的量的NO2和NO的混合物溶解在冰水中:NO+NO2+H2O2HNO2。
(2)将强酸加入亚硝酸盐的冷溶液中:NaNO2+HClNaCl+HNO2。
素材16 PH3、H3PO2、H3PO4等物质的性质及其应用
【拓展训练】2.NaH2PO2·H2O易溶于水,水溶液呈中性,具有强还原性,可用于化学镀银、镍、铜等。一种以泥磷(含P4和少量CaO、Fe2O3、Al2O3、CaCl2等)为原料制备NaH2PO2·H2O的工艺流程如图所示。
已知:P4与Ca(OH)2、NaOH的反应主要有
Ⅰ.3Ca(OH)2+2P4+6H2O3Ca(H2PO2)2+2PH3↑
Ⅱ.3NaOH+P4+3H2O3NaH2PO2+PH3↑
(1)已知H3PO2是一元中强酸,NaH2PO2是 (填“正盐”或“酸式盐”)。
(2)尾气中的PH3被NaClO溶液吸收可生成NaH2PO2和NaCl,离子方程式为 ,从吸收液中获得NaH2PO2·H2O的操作为 、 、过滤、洗涤和干燥。
(3)用NiCl2、NaH2PO2溶液化学镀Ni,同时生成H3PO4和氯化物的化学方程式为 。
(4)“滤渣2”的主要成分为 (填化学式)。
(5)“过滤2”的滤液需要用Ag2SO4悬浊液和Ba(OH)2溶液除去其中Cl-,加入的Ag2SO4悬浊液不宜过量太多,其主要原因是 。
素材17 As及其化合物的性质及应用
【拓展训练】3. 砷及其化合物在半导体、农药制造等方面用途非常广泛。回答下列问题:
(1)AsH3的电子式为 ;将AsH3通入AgNO3溶液中可生成Ag、As2O3和HNO3,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
(2)改变0.1 mol·L-1三元弱酸H3AsO4溶液的pH,溶液中的H3AsO4、H2AsO4-、HAsO42-以及AsO43-的物质的量分布分数随pH的变化如图1所示:
图1 图2
①lg Ka1(H3AsO4)= ,用甲基橙作指示剂(pH变色范围为3.1~4.4),用NaOH溶液滴定H3AsO4发生的主要反应的离子方程式为 。
②反应H2AsO4-+AsO43-2HAsO42-的lg K= 。
(3)反应2As2S3(s)4AsS(g)+S2(g)达到平衡时气体总压的对数值lg(p/kPa)与温度的关系如图2所示:
①对应温度下,B点的反应速率v(正) v(逆)(填“>”“<”或“=”)。
②A点处,AsS(g)的分压为 kPa,该反应的Kp= (Kp为以分压表示的平衡常数)。
模型2 基于核心素养下的新情境命题模型——工艺流程题
例8. 硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如图所示。
回答下列问题:
(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为
。
(2)“滤渣1”的主要成分有 。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子,可选用的化学试剂是 。
(3)根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2OH++B(OH)4-,Ka=5.81×10-10,可判断H3BO3是 酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是
。
(4)在“沉镁”中生成 Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为
,母液经加热后可返回 工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是 。
【解题思路】
【解析】 (1)硫酸铵溶液中存在平衡:NH4++H2ONH3·H2O+H+,硼酸镁能与水解出的H+反应,促进平衡向右移动,生成的一水合氨浓度增大,因溶液中存在平衡NH3·H2ONH3+H2O,一水合氨浓度增大,促进NH3·H2O分解产生NH3。用NH4HCO3溶液吸收氨气,发生的反应为NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3。(2)二氧化硅、氧化铁、氧化铝不溶于硫酸铵溶液,滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe3+的试剂可选用KSCN。(3)由题给硼酸的解离反应方程式知,硼酸是一元弱酸。“过滤2”之前,调节pH≈3.5目的是将硼元素转化为硼酸,促进硼酸析出。(4)“沉镁”中,碳酸铵溶液与硫酸镁溶液发生相互促进的水解反应生成碱式碳酸镁:2MgSO4+2(NH4)2CO3+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2(NH4)2SO4+CO2↑或者反应生成碱式碳酸镁和碳酸氢盐。母液含硫酸铵,可以将母液返回“溶浸”工序循环使用,体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁,联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁,也可以联系碱式碳酸铜分解生成氧化铜、水和二氧化碳,可知采用的方法是高温焙烧法,MgCO3·Mg(OH)22MgO+H2O+CO2↑。
【答案】(1)NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3
(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN
(3)一元弱 转化为H3BO3,促进析出
(4)2Mg2++3CO32-+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2HCO3-
(或2Mg2++2CO32-+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑) 溶浸 高温焙烧
例9. 重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示。
回答下列问题:
(1)步骤①的主要反应为
FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为 。该步骤不能使用陶瓷容器,原因是 。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是 ,滤渣2的主要成分是 及含硅杂质。
(3)步骤④调滤液2的pH使之变 (填“大”或“小”),原因是
(用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到 (填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a.80 ℃ b.60 ℃ c.40 ℃ d.10 ℃
步骤⑤的反应类型是 。
(5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2 kg,产率为 。
【解析】(1)1 mol FeO·Cr2O3参与反应共失去7 mol电子,而1 mol NaNO3参与反应得到2 mol电子,根据得失电子守恒,二者的系数比为2∶7。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反应,所以该步骤不能使用陶瓷容器。(2)步骤①中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣1,所以滤渣1中含量最多的金属元素是Fe。结合流程图可知,滤渣2的主要成分是氢氧化铝及含硅杂质。(3)滤液2中存在平衡:2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O,氢离子浓度越大(pH越小),越有利于平衡正向移动,所以步骤④应调节滤液2的pH使之变小。(4)根据题图可知,温度越低K2Cr2O7的溶解度越小,析出的重铬酸钾固体越多,故d项正确。步骤⑤中发生的反应为Na2Cr2O7+2KCl K2Cr2O7↓+2NaCl,其属于复分解反应。(5)该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为m1×103g×40%152 g·mol-1,根据铬元素守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0=m1×103g×40%152 g·mol-1×294 g·mol-1×10-3 kg·g-1=147m1190 kg,所以产品的产率为m2m0×100%=190m2147m1×100%。
【答案】(1)2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应 (2)Fe Al(OH)3 (3)小 2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O (4)d 复分解反应 (5)190m2147m1×100%
【拓展训练】4. 磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
已知:磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。
溶解度:Ca5(PO4)3(OH)
。
(2)磷精矿粉酸浸时发生反应:
2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+10H2SO410CaSO4·0.5H2O+6H3PO4
①该反应体现出酸性关系:H3PO4 H2SO4(填“>”或“<”)。
②结合元素周期律解释①中结论:P和S电子层数相同,
。
(3)酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。写出生
成HF的化学方程式: 。
(4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80 ℃后脱除率变化的原因: 。
(5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO42-残留,原因是
;加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是 。
(6)取a g所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用b mol·L-1 NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液c mL。精制磷酸中H3PO4的质量分数是 。
(已知:H3PO4摩尔质量为98 g·mol-1)
【拓展训练】5. 以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为:
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2~2.9
2.8~3.1
22~28
60~65
1~2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
回答下列问题:
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO2+,反应的离子方程式为 ,同时V2O4转化成VO2+。“废渣1”的主要成分是 。
(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+变成VO2+,则需要氧化剂KClO3至少为 mol。
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O124-形式存在于溶液中。“废渣2”中含有 。
(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为:4ROH+V4O124- R4V4O12+4OH-(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率,淋洗液应该呈 性(填“酸”“碱”或“中”)。
(5)“流出液”中阳离子最多的是 。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式 。
【拓展训练】6. 锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe- LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。
回答下列问题:
(1)LiCoO2中,Co元素的化合价为 。
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式 。
(3)“酸浸”一般在80 ℃下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式 ;可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是
。
(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式 。
(5)充放电过程中,发生LiCoO2和 Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式 。
(6)上述工艺中,“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是 。在整个回收工艺中,可回收到的金属化合物有 (填化学式)。
【基础巩固】
考点1 氮及氮的氧化物
1.光化学烟雾的形成机理如图所示。下列叙述错误的是( )
A.光化学烟雾的分散剂是空气
B.氧原子是产生光化学烟雾的催化剂
C.PAN()属于有机物
D.光化学烟雾的形成与氮氧化物和碳氢化合物大量排放有关
2.如图是某元素的价类二维图,其中A为正盐,X是一种强碱,通常条件下Z是无色液体,E的相对分子质量比D大16,各物质的转化关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.A作肥料时不适合与草木灰混合使用
B.同主族元素的氢化物中B的沸点最低
C.C一般用排水法收集
D.DE的反应可用于检验D
3.下列实验方案能达到实验目的的是( )
选项
实验目的
实验方案
A
鉴别NO2、溴蒸气
用湿润的淀粉-碘化钾试纸放在集气瓶口,若试纸变蓝则该气体为溴蒸气
B
验证I-还原性强于Cl-
向NaI溶液中依次滴入少量新制氯水和苯,振荡、静置,上层溶液呈紫红色
C
检验Fe(NO3)2晶体是否已氧化变质
将Fe(NO3)2晶体样品溶于稀硫酸后,滴加KSCN溶液,观察溶液是否变成红色
D
检验SO2的漂白性
将SO2通入酸性高锰酸钾溶液中,观察溶液是否褪色
4.实验室可用如图装置制取少量氮气。下列说法正确的是( )
A.②中盛放的是五氧化二磷
B.实验开始时先点燃③中的酒精灯,再点燃①中的酒精灯
C.③中硬质玻璃管中的反应为2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O
D.实验结束时先熄灭①③中的酒精灯,再将导管从水槽中拿出
5.某学校化学学习小组为探究二氧化氮的性质,按如图所示装置进行实验。
请回答下列问题:
(1)装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是 ,该装置中发生反应的化学方程式为 。
(2)实验过程中,装置乙、丙中出现的现象分别是 ,
;装置丙中的试管内发生反应的离子方程式为 。
(3)取下装置丙中的试管C,向其中滴加FeSO4溶液,溶液变为 色,为了证明铁元素在该反应中的产物,可以再向溶液中滴加KSCN溶液,溶液变为 色。
考点2 氨及铵盐
6.下列有关氨气的制备、干燥、收集和尾气处理错误的是( )
A.图甲:实验室制氨气 B.图乙:干燥氨气
C.图丙:收集氨气 D.图丁:尾气处理
7.汽车尾气中的氮氧化物(NOx)与大气中的NH3发生如下作用,形成一种雾霾。
NOxN2O5HNO3烟(一种雾霾)
有关该雾霾的叙述错误的是( )
A.该雾霾中含硝酸铵固体 B.反应②是非氧化还原反应
C.NH3是形成该雾霾的催化剂 D.NH3可能来自过度使用氮肥
8.氨气是一种重要化合物,在工农业生产、生活中有着重要应用。
(1)氨的催化氧化是工业生产硝酸的重要步骤。某化学课外活动小组设计了如图装置模拟该实验过程(部分固定装置略去)。
①装置A的分液漏斗中盛放浓氨水,则圆底烧瓶中盛放的药品应该是 (填化学式)。
②装置C中反应的化学方程式为 ;反应后,装置E中除存在较多的H+外,还可能存在的一种阳离子是 ,试设计实验证明这种离子的存在:
。
(2)下列哪个装置可以同时起到装置D和E的作用 (填标号)。
(3)若将氯气和氨气在集气瓶中混合,会出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结,另一种生成物是空气的主要成分之一,请写出该反应的化学方程式: 。该反应生成的还原产物的化学键类型是 。
考点3 硝酸
9.把8.0 g铁粉投入40 mL某HNO3溶液中,充分反应后剩余固体2.4 g,产生NO2和NO的混合气体0.12 mol。若不考虑N2O4的存在,则原HNO3溶液的物质的量浓度是( )
A.6.0 mol·L-1 B.7.0 mol·L-1 C.8.0 mol·L-1 D.9.0 mol·L-1
10.向含Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的某种稀溶液中逐渐加入铁粉,c(Fe2+)的变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.n(Fe)=0~1 mol时:Fe+NO3-+4H+Fe3++NO↑+2H2O
B.n(Fe)=1~2 mol时:Fe+2Fe3+3Fe2+
C.n(Fe)=2~3 mol时:Fe+Cu2+Fe2++Cu
D.原溶液中三种溶质浓度相等
11.某实验小组同学把小块木炭在酒精灯上烧至红热,迅速投入热的浓硝酸中,发生剧烈反应,同时有大量红棕色气体产生,液面上木炭迅速燃烧发出亮光。经查阅资料可知浓硝酸分解产生NO2和O2。为了探究“液面上木炭迅速燃烧发出亮光”的原因,该小组同学用如图所示装置完成如表所示实验:
序号
实验Ⅰ
实验Ⅱ
集气瓶中所盛气体
O2
加热浓硝酸产生的气体
现象
木炭迅速燃烧发出亮光
木炭迅速燃烧发出亮光
下列说法正确的是( )
A.浓硝酸分解产生的V(NO2)∶V(O2)=1∶1
B.红棕色气体的产生表明木炭与浓硝酸发生了反应
C.能使液面上木炭迅速燃烧发出亮光的主要气体是氧气
D.以上实验不能确定使液面上木炭迅速燃烧发出亮光的主要气体一定是NO2
12.NaNO2因外观和食盐相似,又有咸味,容易使人误食中毒。已知NaNO2能发生反应:2NaNO2+4HI2NO↑+I2+2NaI+2H2O。
(1)上述反应中氧化剂是 ,氧化产物是 (填化学式)。
(2)鉴别NaNO2、NaCl可选用的物质有①水、②淀粉-碘化钾试纸、③淀粉、④白酒、⑤食醋。根据上述反应,你认为必须选用的物质有 (填序号)。
(3)某厂废液中,含有2%~5%的NaNO2,直接排放会造成污染,下列试剂能使NaNO2转化为N2的是 (填标号)。
A.NaCl B.NH4Cl C.HNO3 D.浓H2SO4
(4)已知反应10Al+6NaNO3+4NaOH10NaAlO2+3N2↑+2H2O。若该反应过程中转移5 mol e-,则生成标准状况下N2的体积为 L。
【能力提升】
一、选择题(每小题6分,共24分)
1.对比分析下列实验所得结论正确的是( )
A.由①中收集的气体能使带火星木条复燃可推断NO2能助燃
B.②中产生红棕色气体可以证明浓硝酸有不稳定性
C.③的气体产物中检测出有CO2,由此证明C能将硝酸还原
D.①、②、③中产生的气体通入足量水中后都无污染性气体产生
2.以Pt-g-C3N4为催化剂,用光催化氧化法脱除NO的过程如图所示。该脱除过程中,下列说法不正确的是( )
A.该过程中太阳能转化为化学能
B.Pt端发生的是氧化反应
C.过程①发生的反应为H2O2-2e-O2↑+2H+
D.过程③的化学方程式为2NO2+H2O22HNO3
3.下列实验中根据现象得出的结论错误的是( )
选项
实验过程
现象
结论
A
将充有NO2的密闭烧瓶放入热水中
烧瓶内气体颜色变深
由NO2生成N2O4的反应的ΔH<0
B
向某溶液中加入铜和浓H2SO4
有红棕色气体产生
原溶液中含有NO3-
C
加热盛有少量NH4HCO3固体的试管,并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸
石蕊试纸变蓝
NH4HCO3显碱性
D
向浓度均为0.1 mol·L-1的MgCl2、CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水
先出现蓝色沉淀
Ksp（Mg(OH)2）>Ksp（Cu(OH)2）
4.汽车尾气的治理是减轻空气污染的有效途径。科学家研究发现TiO2的混凝土或沥青可以适度消除汽车尾气中的氮氧化物,其原理如图所示。下列关于“消除”过程的叙述错误的是( )
A.部分光能转变为化学能
B.消除总反应为4NOx+(5-2x)O2+2H2O4HNO3
C.使用纳米TiO2,产生的光生电子和光生空穴更多,NOx消除效率更高
D.1 mol O2-比1 mol·OH多9NA个电子(NA为阿伏加德罗常数)
二、非选择题(共49分)
5.（6分）磷及其化合物的用途非常广泛。完成下列填空:
(1)画出磷的原子结构示意图: 。
(2)工业上制磷的反应为2Ca3(PO4)2++6SiO2+10C6CaSiO3+P4↑+10CO↑。该反应的氧化产物是 (填化学式);CaSiO3中共价键的类型为 。
(3)次磷酸钠的结构为Na+（）-。
①次磷酸钠的化学式为 ,P的化合价为 。
②次磷酸钠为 (填“正”或“酸式”)盐。
6.（新情境、新素材）（15分）肼又称联氨,是重要的化工原料和火箭燃料,与强氧化剂作用能生成氮气,能强烈吸水生成水合肼。水合肼的沸点为118.5 ℃,熔点为-40 ℃,溶于水和乙醇,不溶于氯仿和乙醚,有类似于氨的刺鼻气味,遇空气发烟,具有强碱性。某探究小组利用反应CO(NH2)2+2NaOH+NaClONa2CO3+N2H4·H2O+NaCl制取水合肼。
实验一:制备NaClO溶液,实验装置如图1所示(夹持装置已略)。
图1
(1)装置Ⅰ中发生反应的离子方程式为 。
(2)装置Ⅱ中竖直的长玻璃管的作用是
。
(3)装置Ⅱ中使用冰水浴的主要目的是防止生成NaClO3,若控制不当会形成NaCl、NaClO、NaClO3、NaOH的共存体系,则下列判断正确的是 (填标号)。
a.n(NaCl)∶n(NaClO)∶n(NaClO3)可能为11∶6∶1
b.标准状况下通入2.24 L Cl2,反应转移的电子数可能为0.2NA(NA为阿伏加德罗常数的值)
实验二:制取N2H4·H2O,实验装置如图2所示。
图2
步骤1:将实验一所得的混合液放入分液漏斗中,缓慢滴入盛有尿素的烧瓶中,急速升温。
步骤2:升温至一定温度后开始回流,待溶液回流5 min后开始收集馏分。
步骤3:烧瓶底部的固体充分反应后,将馏分倒入烧瓶中,再次蒸馏,重复两次。
(4)直形冷凝管中的冷却水必须“下进上出”的原因是 (任写一点)。
(5)急速升温的原因是温度过低时反应速率慢,水合肼会被NaClO氧化为一种性质稳定的气体,造成产物水合肼的产率降低,写出该反应的化学方程式: 。
(6)称取馏分5.000 g,加水配成250 mL溶液。取25.00 mL溶液于锥形瓶中,加入几滴淀粉溶液,用0.200 0 mol·L-1的I2标准溶液滴定。滴定反应中氧化产物和还原产物分别为N2和I-,写出滴定终点的判断方法: ;若消耗的I2标准溶液的平均体积为20.00 mL,则馏分中水合肼(N2H4·H2O)的质量分数为 (保留三位有效数字);滴定操作中,若盛放碘的标准溶液的滴定管没有润洗,则测得的馏分中水合肼(N2H4·H2O)的质量分数会 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
7.（新素材）（14分）工业上采用酸性高浓度含砷废水(砷主要以亚砷酸H3AsO3形式存在)提取中药药剂As2O3,工艺流程如图1所示:
图1
回答下列问题:
(1)已知砷元素与N在同一主族,As比N多两个电子层,则砷元素的原子序数为 ,“沉砷”中所用Na2S的电子式为 。
(2)已知:As2S3与过量的S2-存在反应As2S3(s)+3S2-(aq)2AsS33-(aq);沉砷中FeSO4的作用是 。
(3)焙烧过程生成的氧化铁中可能混有四氧化三铁,证明四氧化三铁存在的试剂是 (写名称)。
(4)调节pH=1时,由Na3AsO4制备As2O3的离子方程式为 。
(5)一定条件下,用雄黄(As4S4)制备As2O3的转化关系如图2所示。若反应中,1 mol As4S4(其中As为+2价)参加反应时,转移28 mol e-,则物质a为 (填化学式)。
图2 图3
(6)某原电池装置如图3所示,电池总反应为AsO43-+2I-+H2OAsO33-+I2+2OH-。当P烧杯中溶液由无色变成蓝色时,正极上的电极反应式为 。一段时间后灵敏电流计指针不发生偏转。欲使指针偏转方向与起始时相反,可采取的措施是 (举一例)。
8.（新素材）（14分）三氯氧磷(POCl3)常用作半导体掺杂剂及光导纤维原料,实验室制备POCl3并测定产品含量的实验过程如下:
Ⅰ.制备POCl3。
采用氧气氧化液态PCl3法制取POCl3,实验装置(加热及夹持仪器略)如图所示:
已知:①Ag++SCN-AgSCN↓;Ksp(AgCl)>Ksp(AgSCN);磷酸银溶于硝酸。
②PCl3和POCl3的相关信息如表所示:
物质
熔点/℃
沸点/℃
相对分子质量
其他
PCl3
-93.6
76.1
137.5
两者互溶,均为无色液体,遇水均剧烈反应生成含氧酸和氯化氢
POCl3
1.18
105.5
153.5
(1)POCl3遇水反应的化学方程式为 。
(2)装置B的作用除干燥O2外,还有 。干燥管的作用是 。
(3)反应温度要控制在60~65 ℃,原因是
。
Ⅱ.测定POCl3产品的质量分数。
实验步骤:
①制备POCl3实验结束后,待三颈烧瓶中的液体冷却至室温,准确称取30.7 g POCl3产品,置于盛有60.00 mL蒸馏水的水解瓶中摇动至完全水解,将水解液配成100.00 mL溶液。
②取10.00 mL溶液于锥形瓶中,加入10.00 mL 3.2 mol·L-1 AgNO3标准溶液。
③加入少许硝基苯用力摇动,使沉淀表面被有机物覆盖。
④以X为指示剂,用0.2 mol·L-1 KSCN溶液滴定过量的AgNO3溶液,达到滴定终点时共用去10.00 mL KSCN溶液。
(4)步骤③中加入硝基苯的作用是
。
若无此操作,所测产品中氯元素的质量分数将会 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(5)步骤④中X为 , 产品中POCl3的质量分数为 。
【答案与解析】
【拓展训练】
1.B 标准状况下2.24 L NO的物质的量为2.24 L22.4 L·mol-1=0.1 mol,生成0.1 mol NO转移电子的物质的量为0.1 mol×(5-2)=0.3 mol;固体和硝酸恰好完全反应,生成硝酸铜和硝酸镁,铜元素和镁元素均为+2价,根据得失电子守恒可知金属的总物质的量为0.3mol2=0.15 mol,根据氮原子守恒,可知200 mL的稀硝酸中含有硝酸的物质的量为0.15 mol×2+0.1 mol=0.4 mol,该硝酸溶液的浓度为0.4mol0.2 L=2.0 mol·L-1,故①正确、②错误;铜粉、镁粉在空气中充分加热生成CuO、MgO,所得固体中含有氧元素的物质的量与金属的物质的量相等,则所得固体的质量为11.2 g2+16 g·mol-1×0.15 mol=8.0 g,故③正确、④错误;根据以上分析可知,B正确。
2.(1)正盐 (2)PH3+2ClO-+OH-H2PO2-+2Cl-+H2O 蒸发浓缩 冷却结晶 (3)2NiCl2+NaH2PO2+2H2O2Ni↓+H3PO4+NaCl+3HCl (4)CaCO3、Al(OH)3 (5)过量的Ag+会氧化H2PO2-
【解析】 (1)H3PO2是一元中强酸,在水溶液中部分电离生成氢离子和酸根离子,电离方程式为H3PO2H++H2PO2-,H2PO2-不能再电离,则NaH2PO2为正盐。(2)PH3与NaClO反应可生成NaH2PO2和NaCl,该反应的离子方程式为PH3+2ClO-+OH-H2PO2-+2Cl-+H2O,从吸收液中获得NaH2PO2·H2O,需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥。(3)根据题意,NiCl2中镍元素转化成镍单质,H2PO2-转化为H3PO4,氯化物为NaCl,依据得失电子守恒写出2NiCl2+NaH2PO22Ni↓+H3PO4+NaCl,产物中有H3PO4,说明该溶液呈酸性,左边少氧元素,补H2O,根据原子守恒得2NiCl2+NaH2PO2+2H2O2Ni↓+H3PO4+NaCl+3HCl。(4)“调pH”过程中可除去Ca2+和AlO2-,CO2与碱反应可生成CO32-,CO32-与Ca2+反应生成CaCO3,AlO2-与CO2、H2O反应可生成Al(OH)3,因此“滤渣2”的成分是CaCO3和Al(OH)3。(5)根据题干信息,NaH2PO2具有强还原性,可用于化学镀银,Ag+具有氧化性,因此加入Ag2SO4悬浊液不宜过量太多,否则过量的Ag+会氧化H2PO2-。
3.(1) 6∶1 (2)①-2.2 H3AsO4+OH-H2AsO4-+H2O ②4.5 (3)①> ②0.8 8.192×10-2
【解析】 (1)AsH3的电子式与氨气类似,为;将AsH3通入AgNO3溶液中可生成Ag、As2O3和HNO3,反应的化学方程式为2AsH3+12AgNO3+3H2OAs2O3+12Ag↓+12HNO3,其中As元素化合价升高被氧化,AsH3为还原剂,Ag元素化合价降低被还原,AgNO3为氧化剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为6∶1。(2)①Ka1(H3AsO4)=c(H+)·c(H2AsO4-)c(H3AsO4),根据图1可知,pH=2.2时,c(H2AsO4-)=c(H3AsO4),则Ka1(H3AsO4)=c(H+)=1.0×10-2.2,则lg Ka1(H3AsO4)=-2.2;用甲基橙作指示剂,在其变色范围内,As元素主要以H2AsO4-的形式存在,故甲基橙作指示剂时用NaOH溶液滴定H3AsO4发生的主要反应的离子方程式为H3AsO4+OH-H2AsO4-+H2O。②Ka2(H3AsO4)=c(H+)·c(HAsO42-)c(H2AsO4-),pH=7时,c(H2AsO4-)=c(HAsO42-),则Ka2(H3AsO4)=c(H+)=10-7,Ka3(H3AsO4)=c(H+)·c(AsO43-)c(HAsO42-),pH=11.5时,c(HAsO42-)=c(AsO43-),则Ka3(H3AsO4)=c(H+)=10-11.5,反应H2AsO4-+AsO43-2HAsO42-的K=c(HAsO42-)·c(HAsO42-)c(H2AsO4-)·c(AsO43-)=c(HAsO42-)·c(HAsO42-)c(H2AsO4-)·c(AsO43-)×c(H+)c(H+)=Ka2(H3AsO4)Ka3(H3AsO4)=10-710-11.5=104.5,lg K=4.5。(3)①A点处反应已经达到平衡,B点处气体总压小于平衡时的气体总压,说明B点处生成的气体比平衡时的少,反应向正反应方向进行,故B点的反应速率v(正)>v(逆)。②A点处,lg (p/kPa)=0,则气体总压为1 kPa,AsS(g)在混合气体中的体积分数为45,S2(g)在混合气体中的体积分数为15,则AsS(g)的分压为0.8 kPa,S2(g)的分压为0.2 kPa,Kp=0.84×0.2=8.192×10-2。
4.(1)研磨、加热(1分) (2)①<(1分) ②核电荷数P
(6) H3PO4 + 2NaOH Na2HPO4+2H2O
98 g 2 mol
m(H3PO4) 10-3bc mol
m(H3PO4)=4.9×10-2bc g,则精制磷酸中H3PO4的质量分数为4.9×10-2bcgag×100%=4.9bca%。
5.(1)V2O5+2H+2VO2++H2O(2分) SiO2(2分) (2)0.5(2分) (3)Fe(OH)3和Al(OH)3(2分) (4)碱(2分) (5)K+(2分) (6)2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O↑(2分)
【解析】 (1)反应过程中V的化合价不变,所以是复分解反应。注意V2O5在离子方程式中不能拆开;废钒催化剂中,只有二氧化硅不溶于硫酸,成为废渣1的主要成分。(2)3 mol VO2+变为VO2+,共失去3 mol电子,而1 mol ClO3-变为Cl-得到6 mol电子,所以需要0.5 mol 氯酸钾。(3)中和时,Fe3+、Al3+分别转化为难溶的Fe(OH)3和Al(OH)3,成为废渣2的主要成分。(4)为提高洗脱效率,须使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理,碱性越强越有利于平衡逆向移动,所以淋洗液应该呈碱性。(5)经过“离子交换”,钒以R4V4O12形式存在,而铁、铝则在“中和”过程中转化为沉淀,所以“流出液”中最多的阳离子是钾离子。(6)由NH4VO3转化为V2O5,V的化合价未发生变化,该反应为非氧化还原反应,所以该化学方程式为2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O↑。
6.(除标明外,每空2分)(1)+3(1分) (2)2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑ (3)2LiCoO2+3H2SO4+H2O2Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O、2H2O22H2O+O2↑(3分) 有氯气生成,污染较大(1分) (4)CoSO4+2NH4HCO3CoCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑ (5)Li1-xCoO2+LixC6 LiCoO2+6C (6)Li+从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4
【解析】 (1)根据化合物中各元素化合价的代数和为0,可知LiCoO2中Co的化合价为+3。(2)因为正极材料中含铝箔,所以“正极碱浸”时的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑。(3)由题图前、后物质可知“LiCoO2→CoSO4”,LiCoO2作氧化剂、H2O2作还原剂,其化学反应方程式为2LiCoO2+3H2SO4 +H2O2Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O,另外还存在H2O2受热分解生成H2O和O2的化学反应。若用盐酸代替硫酸和H2O2的混合液,LiCoO2氧化盐酸生成氯气,污染空气。(4)“沉钴”时发生“CoSO4 →CoCO3”的转化,HCO3-在转化为CoCO3的过程中,电离出的H+会与另一部分HCO3-作用生成CO2和水,故总反应的化学方程式为CoSO4+2NH4HCO3CoCO3 ↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O。(5)由题意“充电时阴极反应式为6C+xLi++xe- LixC6”,可知放电时负极反应为LixC6-xe-6C+xLi+,结合题意“充放电过程中,发生LiCoO2和Li1-xCoO2之间的转化”,可知放电时正极材料为Li1-xCoO2,放电时电池产物为LiCoO2,可得放电时电池反应为 Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C。(6)由题意可知放电时Li+进入电解质溶液中向正极移动并进入正极材料中,相当于在正极上富集了锂。由题图可知回收到的金属化合物有 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。
【基础巩固】
1.B 光化学烟雾中的O3、醛类、PAN及硝酸分散在空气中,分散剂为空气,A正确;根据题图可知,氧原子是中间体,不是产生光化学烟雾的催化剂,B错误;PAN()中含有碳元素且不属于常见的含碳无机物,其属于有机物,C正确;由题图知光化学烟雾的形成与氮氧化物和碳氢化合物的大量排放有关,D正确。
2.B 正盐A和强碱X反应可生成氢化物B,则B为NH3;B和Y连续反应最终生成E,且E的相对分子质量比D大16,则Y为O2,C为N2,D为NO,E为NO2;NO2和无色液体Z反应得到含氧酸F,则Z为H2O,F为HNO3。铵盐水解使溶液显酸性,草木灰的主要成分为K2CO3,CO32-水解使溶液显碱性,二者混合使用会降低肥效,A项正确;NH3分子之间存在氢键,其沸点比PH3高,B项错误;N2的相对分子质量与空气的平均相对分子质量相差不大,不能用排空气法收集,可利用其难溶于水的性质,用排水法收集,C项正确;NO转化为NO2,颜色由无色变为红棕色,可以检验NO的存在,D项正确。
3.B 溴蒸气和二氧化氮均可使湿润的淀粉-碘化钾试纸变蓝,不能确定气体为二氧化氮还是溴蒸气,故A项错误;向NaI溶液中依次滴入少量新制氯水和苯,振荡、静置,上层溶液呈紫红色说明氯气与碘化钠溶液反应生成氯化钠和单质碘,由还原剂的还原性强于还原产物可知,碘离子的还原性强于氯离子, B项正确;将Fe(NO3)2晶体样品溶于稀硫酸后,NO3-在酸性溶液中具有强氧化性,能够氧化Fe2+,不能检验Fe(NO3)2晶体是否已氧化变质, C项错误;二氧化硫具有还原性,酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性,将SO2通入酸性高锰酸钾溶液中,二氧化硫与酸性高锰酸钾溶液反应,使酸性高锰酸钾溶液褪色,在该反应中,二氧化硫没有表现漂白性,D项错误。
4.C 含水蒸气的NH3能与P2O5反应,故A错误;反应开始时,应先点燃①中的酒精灯产生氨气以除去体系内的空气,故B错误;氨气在加热条件下能被氧化铜氧化,③中硬质玻璃管中的反应为2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O,故C正确;实验结束时,应先将导管从水槽中拿出,否则会引起倒吸,故D错误。
5.(除标明外,每空2分)(1)分液漏斗 Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O (2)气体变为红棕色 蒸馏水中有气泡产生 3NO2+H2O2H++2NO3-+NO (3)黄(1分) 红(1分)
【解析】 (1)根据仪器A的结构特点可知,A为分液漏斗;装置甲中发生反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。(2)装置乙中收集的是NO2,故装置乙中出现的现象是气体变为红棕色,装置丙中NO2会与水反应生成NO,故装置丙中的现象为蒸馏水中有气泡产生,发生反应的离子方程式为3NO2+H2O2H++2NO3-+NO。(3)试管C中生成的HNO3,能将Fe2+氧化成Fe3+,导致溶液显黄色,Fe3+遇SCN-显红色。
6.D 实验室制氨气常利用加热NH4Cl固体与Ca(OH)2固体的方法,反应原理为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,A项正确;碱石灰与氨气不反应,可用碱石灰干燥氨气,B项正确;氨气的密度比空气的小,可用向下排空气法进行收集,C项正确;氨气极易溶于水,为防倒吸,倒置漏斗不能插入液面以下,D项错误。
7.C HNO3遇NH3生成NH4NO3,因此该雾霾中含硝酸铵固体,A项正确;反应②为N2O5+H2O2HNO3,为非氧化还原反应,B项正确;氨气是形成该雾霾的反应物,而不是催化剂,C项错误;氮肥中的NH4+可转化为氨气,故大气中的NH3可能来自过度使用氮肥,D项正确。
8.(每空2分)(1)①Na2O2(其他合理答案也可) ②4NH3+5O2 4NO+6H2O NH4+ 取装置E中少许溶液放入一支洁净试管中,滴加氢氧化钠溶液,加热,产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,证明溶液中含有NH4+ (2)b (3)3Cl2+8NH36NH4Cl+N2 离子键、共价键
【解析】 (1)①过氧化钠和水发生反应2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑,提供氨催化氧化所需的氧气,同时放出大量热,使浓氨水中的氨气逸出。②氨催化氧化的产物是一氧化氮和水,是工业生产硝酸中获得一氧化氮的反应,化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O;过量的NH3在装置E中生成NH4+,铵根离子的检验是取装置E中少许溶液放入一支洁净试管中,加入强碱后加热能够产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。(2)装置D和E的作用是既防倒吸,又吸收二氧化氮,使二氧化氮和水反应制取硝酸。装置a中的导管没有伸入液体中,二氧化氮不能被充分吸收,且不安全;装置b中水的密度比四氯化碳的小且水和四氯化碳不互溶,所以水浮在四氯化碳的上层,四氯化碳不与二氧化氮反应,也不溶解二氧化氮,故该装置既能够吸收二氧化氮制硝酸,又能够防倒吸;装置c中二氧化氮能被充分吸收,但会产生倒吸;装置d无法进行尾气吸收,故选装置b。(3)“氯气和氨气相遇,出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结,另一种生成物是空气的主要成分之一”,故生成物为氯化铵和氮气,化学方程式为3Cl2+8NH36NH4Cl+N2。氯元素从氯气中的0价,变为NH4Cl中的-1价,所以NH4Cl为还原产物,故还原产物中含有离子键、共价键。
9.C 把8.0 g铁粉投入某HNO3溶液中,充分反应后剩余固体2.4 g,说明生成硝酸亚铁,硝酸完全反应,参加反应的Fe的质量=8.0 g-2.4 g=5.6 g,其物质的量=5.6 g56 g·mol-1=0.1 mol,故n（Fe(NO3)2）=0.1 mol,反应中硝酸起氧化剂、酸性作用,起酸性作用的硝酸转化为硝酸亚铁,起氧化作用的硝酸转化为NO和NO2,根据氮原子守恒可知n(HNO3)=2n（Fe(NO3)2）+n(NO+NO2)=0.1 mol×2+0.12 mol=0.32 mol,所以原HNO3溶液的物质的量浓度=0.32mol0.04 L=8.0 mol·L-1。
10.D Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的稀溶液中粒子氧化性强弱为HNO3>Fe3+>Cu2+。铁先和氧化性强的粒子反应,n(Fe)为0~1 mol时,铁和稀硝酸反应,化学方程式为Fe+4HNO3Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,当加入1 mol铁时生成1 mol铁离子,消耗4 mol HNO3,亚铁离子的浓度不变, A项正确;铁和稀硝酸反应结束后,铁离子与Fe发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+,此时加入的1 mol铁会和2 mol铁离子反应生成3 mol亚铁离子,B项正确;n(Fe)为2~3 mol时的反应为Fe+Cu2+Fe2++Cu,此时加入的1 mol铁会和1 mol铜离子反应生成1 mol Fe2+,C项正确;根据以上分析可知,溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的浓度之比为1∶1∶4, D项错误。
11.D 浓硝酸分解的化学方程式为4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O,则V(NO2)∶V(O2)=4∶1, A项错误;红棕色气体为NO2,它的产生不能表明木炭与浓硝酸发生了反应,也可能是浓硝酸分解产生的, B项错误;实验Ⅱ中浓硝酸受热分解产生的气体为二氧化氮和氧气,木炭在此混合气体中能迅速燃烧发出亮光,可能是氧气助燃的作用,也可能是二氧化氮具有的助燃作用, C项错误、D项正确。
12.(除标明外,每空2分)(1)NaNO2(1分) I2(1分) (2)②⑤ (3)B (4)11.2
【解析】 (1)由反应2NaNO2+4HI2NO↑+I2+2NaI+2H2O可知,氮元素的化合价降低,则NaNO2是氧化剂;碘元素化合价升高,则氧化产物为I2。(2)水、淀粉、白酒与NaNO2都不反应,所以无明显现象;KI与NaNO2必须在酸性条件下才能反应得到I2,食醋会电离出氢离子,故必须选用的物质有②⑤。(3)NaNO2N2,NaNO2被还原,必须加还原剂,故选NH4Cl。(4)在反应10Al+6NaNO3+4NaOH10NaAlO2+3N2↑+2H2O中溶解10 mol Al转移30 mol电子,同时生成3 mol N2。若反应过程中转移5 mol e-,则生成标准状况下N2的体积为5 mol×3mol30mol×22.4 L/mol=11.2 L。
【能力提升】
1.A ①中发生反应4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O,收集的气体中O2的体积分数为20%,与空气中O2的体积分数(约21%)接近,而空气不能使带火星的木条复燃,由此可推断NO2能助燃,A项正确;浓硝酸与红热的木炭反应可生成NO2,不能证明浓硝酸具有不稳定性,B项错误;红热的木炭与试管中的氧气反应也能生成二氧化碳,C项错误;①、②、③中生成的NO2溶于水后生成HNO3和NO,NO属于污染性气体,D项错误。
2.C 由题图可知,以Pt-g-C3N4为催化剂,在光催化条件下,NO发生氧化反应最终生成HNO3,在此过程中,太阳能转化为化学能,A项正确;由题图可知,Pt端发生失电子的氧化反应,B项正确;过程①,O2在g-C3N4端被还原为H2O2,C项错误;过程③,NO2和H2O2发生氧化还原反应生成HNO3,化学方程式为2NO2+H2O22HNO3,D项正确。
3.C 将充有NO2的密闭烧瓶放入热水中,温度影响平衡2NO2N2O4的移动,则根据现象可知由NO2生成N2O4的反应的ΔH<0,故A正确;向某溶液中加入Cu和浓H2SO4,有红棕色气体产生,该气体为二氧化氮,则说明原溶液中含有NO3-,故B正确;碳酸氢铵受热分解可生成氨气,则在试管口放置湿润的红色石蕊试纸,石蕊试纸变蓝,说明有NH3生成,不能说明NH4HCO3显碱性,故C错误;向浓度均为0.1 mol·L-1的MgCl2、CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先出现蓝色沉淀,说明氢氧化铜的溶度积较小,即Ksp（Mg(OH)2）>Ksp（Cu(OH)2）,故D正确。
4.D 由题图可知,在TiO2的催化作用下,紫外线提供能量,发生化学反应,即将部分光能转化为化学能,A正确;根据题图分析可知,消除总反应为4NOx+(5-2x)O2+2H2O4HNO3,B正确;纳米TiO2与紫外线接触面积更大,将产生更多的光生电子和光生空穴,从而消除更多的NOx,C正确;1 mol O2-含有17 mol电子,1 mol·OH含有9 mol电子,即1 mol O2-比1 mol ·OH多8NA个电子,D错误。
5.(1) (1分) (2)CO(1分) 极性键(1分) (3)①NaH2PO2(1分) +1(1分) ②正(1分)
【解析】 (1)P为15号元素,最外层电子数为5。(2)根据题给反应中元素化合价变化可知CO为氧化产物;CaSiO3为离子化合物,共价键存在于Si与O之间,为极性键。(3)①由次磷酸钠的结构可确定其化学式为NaH2PO2;根据化合物中各元素化合价代数和为0可知磷元素的化合价为+1。②结合次磷酸钠的结构可确定次磷酸的结构式为,次磷酸只能电离出羟基中的H,为一元酸,故次磷酸钠为正盐。
6.(1)2MnO4-+16H++10Cl-5Cl2↑ +2Mn2++8H2O(2分) (2)平衡压强,防止压强过大引起仪器炸裂(2分) (3)a(2分) (4)采用“逆流”原理,使冷却水与蒸气能够充分接触,冷凝效果更好;若“上进下出”,冷却水不易充满冷凝管,冷凝效果差;若“上进下出”,因温差大易使冷凝管破裂(答出其中一条即可)(2分) (5)N2H4·H2O+2NaClO2NaCl+ N2↑+ 3H2O(2分) (6)当滴入最后一滴I2标准溶液时,溶液由无色变为蓝色且半分钟内颜色不变化(2分) 20.0%(2分) 偏大(1分)
【解析】 (1)根据题图1可知,装置Ⅰ中反应的离子方程式为2MnO4-+16H++10Cl- 5Cl2↑+2Mn2++8H2O。(2)竖直的长玻璃管与大气相通,可以起到平衡压强的作用,防止压强过大引起仪器炸裂。(3)根据得失电子守恒可知a正确;根据“极端假设法”, 0.1 mol Cl2完全反应转移的电子数应介于0.1NA~0.53NA之间,不可能为0.2NA,b错误。(4)若“上进下出”,冷却水不易充满冷凝管,不仅冷凝效果差,还会因温差大而易使冷凝管破裂;若“下进上出”,属于“逆流”原理的应用,冷却水与蒸气能够充分接触,冷凝效果更好。(5)根据题意和相关信息,可以得出相应的化学方程式。(6)根据关系式2I2~N2H4·H2O,可以得出馏分中水合肼的质量分数=0.200 0 mol·L-1×20.00×10-3 L×0.5×250 mL25.00 mL×50 g·mol-1÷5.000 g×100%=20.0%;若盛放碘标准溶液的滴定管没有润洗,则会造成碘标准溶液浓度偏小,测定时消耗碘标准溶液的体积偏大,测得的馏分中水合肼(N2H4·H2O)的质量分数偏大。
7.(除标明外,每空2分)(1)33(1分) Na+（∶S····∶）2-Na+(1分) (2)与过量的S2-结合生成FeS沉淀,防止As2S3与S2-结合生成AsS33-(或与S2-结合生成FeS沉淀,使平衡左移,提高沉砷效果) (3)稀硫酸、铁氰化钾(或稀硫酸、高锰酸钾) (4)2AsO43-+2SO2+2H+As2O3↓+2SO42-+H2O (5)SO2 (6)AsO43-+H2O+2e-AsO33-+2OH- 向Q烧杯加入Na3AsO3固体(或加入NaOH,合理即可)
【解析】 (1)已知砷元素与N位于同一主族,As比N多两个电子层,即As为第四周期第ⅤA族元素。第二周期有8种元素,第三周期有8种元素,第四周期有18种元素,故第四周期0族元素的原子序数为2+8+8+18=36,故砷元素的原子序数为36-3=33。硫化钠为离子化合物,电子式为Na+（∶S····∶）2-Na+。(2)亚铁离子与过量的S2-结合生成FeS沉淀,防止As2S3与S2-结合生成AsS33-,即使平衡As2S3(s)+3S2-(aq)2AsS33-(aq)逆向移动,提高沉砷效果。(3)四氧化三铁中含有+2价Fe,具有还原性,可先用稀硫酸溶解,再在酸性条件下,滴加高锰酸钾溶液,溶液褪色,则可证明四氧化三铁存在,即可用稀硫酸、高锰酸钾检验。(4)调节pH=1时,由Na3AsO4制备As2O3的离子方程式为2AsO43-+2SO2+2H+As2O3↓+2SO42-+H2O。(5)As4S4中As为+2价、S为-2价,且生成As2O3,1 mol As4S4参加反应时,转移28 mol e-,则S的化合价升高6,生成物中S的化合价为+4,应为SO2。(6)P烧杯中溶液由无色变成蓝色,说明P烧杯Pt电极为负极,则Q烧杯中Pt电极为正极,发生还原反应,电极反应式为AsO43-+H2O+2e-AsO33-+2OH-;一段时间后灵敏电流计指针不发生偏转,说明达到平衡状态,加入NaOH溶液,反应逆向进行,此时Q烧杯中Pt电极为负极,电子应由Q烧杯的Pt电极流出,即指针偏转方向与起始时相反。
8.(除标明外,每空2分)(1)POCl3+3H2OH3PO4+3HCl (2)平衡压强、观察O2的流速 防止空气中的水蒸气进入三颈烧瓶 (3)温度过低,反应速率太慢;温度过高,PCl3易挥发,利用率低 (4)防止在滴加KSCN溶液时,将AgCl沉淀转化为AgSCN沉淀 偏小(1分) (5)Fe(NO3)3(1分) 50%
【解析】 (1)根据POCl3遇水剧烈反应生成含氧酸和氯化氢可知,POCl3遇水反应的化学方程式为POCl3+3H2OH3PO4+3HCl。(2)装置A为O2的发生装置,制得的O2中含有水蒸气,由于PCl3和POCl3遇水均剧烈反应生成含氧酸和氯化氢,因此装置B的主要作用是干燥O2,另外该装置与大气相通,可以起到平衡压强的作用,还可以观察O2的流速。干燥管的作用是防止空气中的水蒸气进入三颈烧瓶。(3)反应温度要控制在60~65 ℃,如果温度过低,反应速率太慢;如果温度过高,PCl3易挥发,利用率低。(4)氯元素含量测定的原理是Ag++Cl-AgCl↓、Ag++SCN-AgSCN↓,n(Cl-)=n(AgNO3)-n(KSCN)。已知Ksp(AgCl)>Ksp(AgSCN),用KSCN溶液滴定过量的AgNO3溶液时,AgCl容易转化为AgSCN,加入硝基苯使AgCl沉淀表面被有机物覆盖,防止在滴加KSCN溶液时,AgCl沉淀转化为AgSCN沉淀。若不加入硝基苯,则消耗的KSCN溶液体积偏大,会导致所测产品中氯元素的质量分数偏小。(5)步骤④中X为指示剂,X的作用是指示Ag+和SCN-的反应达到滴定终点,根据SCN-遇Fe3+显红色,知X为Fe(NO3)3。根据滴定原理,10.00 mL溶液中POCl3水解生成的n(Cl-)=n(AgNO3)-n(KSCN)=3.2 mol·L-1×0.01 L-0.2 mol·L-1×0.01 L=0.03 mol。根据POCl3~3HCl,30.7 g POCl3产品中n(POCl3)=13×0.03 mol×10=0.1 mol,故产品中POCl3的质量分数为153.5 g·mol-1×0.1 mol÷30.7 g×100%=50%。
相关学案
专题五 钠、镁、铝及其化合物-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案： 这是一份专题五 钠、镁、铝及其化合物-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案，共35页。学案主要包含了拓展训练，基础巩固，能力提升，答案与解析等内容，欢迎下载使用。
专题十三 原电池-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案： 这是一份专题十三 原电池-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案，共22页。学案主要包含了拓展训练，解题思路，基础巩固，能力提升，答案与解析等内容，欢迎下载使用。
专题十九 烃-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案： 这是一份专题十九 烃-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案，共16页。学案主要包含了解题思路，归纳总结，拓展训练，基础巩固，能力提升，答案与解析等内容，欢迎下载使用。
