练案[12]　第四章　第12讲　氮及其重要化合物

[练案12]

第12讲　氮及其重要化合物

A组　基础必做题

1．(2022·河北衡水高三检测)如图是某元素的价类二维图。其中X是一种强碱，G为正盐，通常条件下Z是无色液体，D的相对分子质量比C小16，各物质转化关系如图所示。下列说法正确的是(　D　)

A．A的水溶液显碱性

B．D为一种红棕色气体

C．B和F能发生复分解反应生成盐

D．F在一定条件下可直接与Y反应生成D

[解析]　D的相对分子质量比C小16，Y可能为氧气；Z是无色液体，可能为水；X为强碱，强碱与铵盐加热反应生成氨气，F可为氨气；氨气和氧气发生反应生成氮气，E为氮气；氮气与氧气反应生成一氧化氮，D为一氧化氮；一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，C为二氧化氮；二氧化氮与水反应生成硝酸，B为硝酸。A项，硝酸与强碱X反应生成的A为硝酸盐，属于强酸强碱盐，溶液不水解显中性，错误；B项，D为一氧化氮，是一种无色气体，错误；C项，B为硝酸，F为氨气，硝酸和氨气直接化合生成硝酸铵，属于化合反应，错误；D项，F为氨气，Y为氧气，氨气和氧气在一定条件下反应可以生成一氧化氮和水，正确。

2．一定温度下，探究铜与稀硝酸反应的过程如下：

下列说法不正确的是(　B　)

A．过程Ⅰ中生成无色气体的离子方程式是3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O

B．步骤Ⅲ反应速率比Ⅰ快的原因是NO2溶于水，使c(HNO3)增大

C．由实验可知，NO2对该反应具有催化作用

D．当活塞不再移动时，再抽入空气，铜可以继续溶解

[解析]　A项，过程Ⅰ中铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，正确；B项，步骤Ⅲ中硝酸的浓度没有Ⅰ中大，因为部分硝酸转化成了一氧化氮，因此反应速率比Ⅰ快的原因不可能是c(HNO3)增大，错误；C项，由实验可知，步骤Ⅲ反应速率比Ⅰ快，说明NO2对该反应具有催化作用，正确；D项，当活塞不再移动时，再抽入空气，一氧化氮、氧气与H2O反应生成硝酸，能够与铜继续反应，正确。

3．(2022·天津和平区模拟)利用固体表面催化工艺进行NO分解的过程如图所示。下列说法不正确的是(　C　)

A．该分解过程是2NON2＋O2

B．实验室制取NO可以用铜与稀硝酸反应

C．过程②释放能量，过程③吸收能量

D．标准状况下，NO分解生成5.6 L N2转移电子数约为6.02×1023

[解析]　A．由图可知，NO分解生成N2和O2，化学方程式为2NON2＋O2，故A正确；B．实验室常用铜与稀硝酸反应制取NO，硝酸具有强氧化性，能和较不活泼的金属Cu反应生成硝酸铜、NO和水，离子方程式为3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，故B正确；C．过程②是断裂化学键的过程，吸收能量；过程③是形成化学键的过程，释放能量，故C错误；D．依据方程式：2NON2＋O2，生成1 mol氮气转移4 mol电子，则标准状况下生成5.6 L N2转移电子数为×4×6.02×1023 mol－1＝6.02×1023，故D正确。

4．(2022·黑龙江大庆实验中学开学考试)电化学固氮可以在常温常压下实现氮气的还原合成氨，某课题组提出一种全新的电化学固氮机理——表面氢化机理示意图如下，则有关说法错误的是(　B　)

A．在表面氢化机理中，第一步是H＋的还原反应

B．在表面*H原子与催化剂的协同作用下，N2与表面*H原子反应生成*N2H4中间体

C．电化学固氮法较传统工业合成氨将空气中的游离氮固定，具有能耗小、环境友好的优点

D．若竞争反应(析氢反应)的活化能显著低于固氮反应，则析氢反应的速率要远远高于固氮反应

[解析]　H＋反应得电子，该过程为还原反应，A项正确；根据图示分析可知，1个N2与2个*H反应不可能生成1个*N2H4，质量不守恒，B项错误；传统工业合成氨需要在高温、高压下实现，电化学固氮在常温常压下就可实现，C项正确；活化能的大小可以反映化学反应发生的难易程度，活化能越高，反应越难进行，活化能越低，反应越易进行，则反应速率越快，D项正确。

5．(2022·吉林四平双辽第二中学期末)某兴趣小组研究金属与硝酸的反应，进行如下实验：

回答下列问题：

(1)Ⅰ中的无色气体是__NO(或一氧化氮)__。

(2)写出Ⅱ中生成H2的离子方程式：__Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑__。

(3)研究Ⅱ中的氧化剂：

①甲同学认为该浓度的硝酸中H＋的氧化性大于NO，所以NO没有发生反应。乙同学依据Ⅰ和Ⅱ证明了甲的说法不正确，其实验证据是__硝酸浓度相同，铜的还原性弱于铁，但Ⅰ中溶液变蓝且无氢气放出__。

②乙同学通过分析，推测出NO也能被还原，依据是__铁粉过量，但是溶液中0.01 mol H＋仅被还原了约5.4×10－4 mol，据此可以推测＋5价的N也被还原__。

进而他通过实验证实该溶液中含有NH，其实验操作是__取Ⅱ中反应后的溶液，加入足量NaOH溶液并加热，产生有刺激性气味并能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体__。

③根据实验，金属与硝酸反应时，影响硝酸还原产物的因素有__金属的种类(或还原剂的还原性或金属的还原性等)__；试推测还可能有哪些因素影响__温度(或硝酸的浓度等)__(列举1条)。

6．甲、乙、丙三位同学分别用如下三套实验装置及化学药品(其中碱石灰为固体氢氧化钠和生石灰的混合物)制取氨气。请你参与探究，并回答下列问题：

(1)三位同学利用上述装置制取氨气，反应的化学方程式为__2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O__。

(2)三位同学用上述装置制取氨气时，其中有一位同学没有收集到氨气(实验操作都正确)，你认为没有收集到氨气的同学是__乙__(填“甲”“乙”或“丙”)。

(3)为确定试管内是否已收集满氨气，应将湿润的红色石蕊试纸置于收集气体的试管口处，若观察到__试纸变蓝__，则说明氨气已收集满。

(4)三位同学都认为他们的实验装置还可用于加热碳酸氢铵固体来制取纯净的氨气，你判断能够达到实验目的的同学是__丙__(填“甲”“乙”或“丙”)。

[解析]　(1)根据装置图可知三位同学利用题述装置制取氨气反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。(2)氨气是碱性气体，能与硫酸反应，所以没有收集到氨气的同学是乙。(3)氨气是碱性气体，因此为确定试管内是否已收集满氨气，应将湿润的红色石蕊试纸置于收集气体的试管口处，若观察到试纸变蓝，则说明氨气已收集满。(4)碳酸氢铵受热分解生成氨气、水和CO2，所以要制备氨气需要除去CO2和H2O，需要利用碱石灰，因此能够达到实验目的的同学是丙。

B组　能力提升题

7．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：

下列说法正确的是(　D　)

A．①中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生，稀硝酸被还原为NO2

B．②中溶液存在：c(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．③中反应的化学方程式：3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4===4CuSO4＋2NO↑＋4H2O

[解析]　①中发生反应：3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，生成硝酸铜，溶液变为蓝色，试管口处NO被氧化生成红棕色的NO2，稀硝酸被还原为NO，选项A错误；根据电荷守恒，存在：2c(Cu2＋)＋c(H＋)＝c(NO)＋c(OH－)，选项B错误；硫酸提供了氢离子，硝酸根离子在酸性环境下，具有强氧化性，与铜继续反应，常温下，Cu不与稀硫酸反应，选项C错误：实验③中反应的化学方程式为3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4===4CuSO4＋2NO↑＋4H2O，选项D正确。

8．(2022·广东茂名模拟)某实验小组利用如图装置制备NH3并探究其性质。下列说法正确的是(　C　)

A．①中固体可换为NH4Cl

B．②中药品为P2O5

C．反应一段时间后，③中黑色固体变为红色

D．反应一段时间后，④中锥形瓶收集到液氨

[解析]　①中氯化铵和氢氧化钙在加热条件下反应生成氨气，②为干燥装置，可为碱石灰等，③中在加热条件下，氨气与CuO发生氧化还原反应可生成氮气、水和铜，④可收集氨水，以此解答该题。A．NH4Cl受热分解生成NH3和HCl气体，遇冷重新反应生成NH4Cl，无法制取NH3，故A错误；B．P2O5会与H2O、NH3反应生成(NH4)3PO4，不能用P2O5干燥氨气，故B错误；C．NH3具有还原性，可将黑色氧化铜还原成红色的铜单质，则反应一段时间后，③中黑色固体变为红色，故C正确；D．液氨的沸点为－33.5 ℃，无法在冰中液化，氨气与氧化铜反应后生成水，过量的氨气可溶于水，故收集到的是氨水，故D错误。

9．(2021·全国乙，8,6分)在实验室采用如图装置制备气体，合理的是(　C　)

　 [解析]　A项，利用加热Ca(OH)2和NH4Cl固体混合物制取NH3，由于NH3密度比空气小，不能使用向上排空气法收集，错误；B项，浓盐酸是液体，错误；C项，MnO2与KClO3加热制取O2符合题意，正确；D项，浓硫酸是液体，错误。

10．(2022·河南郑州期中)在如图所示的装置中，烧瓶中充满干燥气体a，将滴管中的液体b挤入烧瓶内，轻轻振荡烧瓶，然后打开弹簧夹f，烧杯中的液体d呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶。则a和b分别是(　D　)

　 [解析]　NO2与水反应生成HNO3和NO，液体不能充满烧瓶，A项错误；SO2和NaHSO3溶液不反应，而且SO2在NaHSO3溶液中溶解度极小，不能形成喷泉，B项错误；Cl2不溶于饱和食盐水，不能形成喷泉，C项错误；NH3既能与盐酸反应生成NH4Cl，又极易溶于水，NH3反应后存在压强差，烧杯中液体d呈喷泉状喷出且几乎充满烧瓶，D项正确。

11．较活泼金属与硝酸反应，产物复杂。如一定浓度的硝酸与镁反应，可同时得到NO、NO2、N2三种气体。某同学欲用如图所示仪器组装装置来直接验证有NO、NO2生成并制取氮化镁。(假设实验中每步转化均是完全的)

已知：①NO2沸点是21.1 ℃，熔点是－11 ℃；NO的沸点是－151 ℃、熔点是－164 ℃；②氮化镁遇水会发生水解。

回答下列问题：

(1)为达到上述实验目的，所选用的仪器的正确连接方式是__a__(填序号)。

a．A→D→C→F→B→F→E b．A→C→D→F→B→F→E

c．A→F→C→D→F→B→E d．A→F→D→C→F→B→E

(2)确定还原产物中有NO2的现象是__D中有红棕色液体生成__，实验中两次使用装置F，第二次使用装置F的作用是__防止E中水蒸气进入B中，造成产物不纯__。

(3)实验前需先打开开关K，向装置内通CO2气体，其目的是__排出装置内空气，防止干扰实验__，当__E中产生白色沉淀__时停止通入CO2。

(4)实验过程中，发现在D中产生预期现象的同时，C中溶液颜色慢慢褪去，试写出C中反应的离子方程式：__5NO＋3MnO＋4H＋===3Mn2＋＋5NO＋2H2O__。

(5)在A中反应开始时，某同学马上点燃B处的酒精灯，实验结束后通过测定发现B处的产品纯度不高，原因是__CO2＋2Mg2MgO＋C__(用化学方程式回答)。

(6)验证B处有氮化镁生成的方法是__取B中固体少量于试管中，向其中加入少量水，若产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则B中有氮化镁生成__。

[解析]　(1)根据题意“一定浓度的硝酸与镁反应，可同时得到NO、NO2、N2”，若有NO2生成则气体呈红棕色，根据已知①中NO2、NO的熔沸点，在装置D中可将NO2冷凝为液态，可观察到装置D中有红棕色液体生成；利用NO具有还原性，用装置C中酸性KMnO4溶液验证NO；根据已知②中Mg3N2遇水会发生水解，与Mg反应的N2必须是干燥的，气体在进入装置B之前必须用浓硫酸干燥，且要防止H2O(g)进入制备Mg3N2的装置；装置的连接顺序为A→D→C→F→B→F→E。(2)根据上述分析，确定还原产物中有NO2的现象是装置D中有红棕液体生成，Mg3N2遇水会发生水解，实验中两次使用装置F，第一次使用装置F的作用是干燥N2，第二次使用装置F的作用是防止E中H2O(g)进入B中，使Mg3N2不纯。(3)由于NO能与O2反应生成NO2，会影响NO2、NO的验证，实验开始前要排出装置中的空气，所以实验前先打开开关K，向装置内通CO2气体，其目的是排出装置内空气，防止干扰实验。当观察到装置E的Ba(OH)2溶液中产生白色沉淀时，表明装置中空气已经排尽，停止通入CO2。(4)装置D中观察到有红棕色液体出现，装置C中溶液颜色慢慢褪去，说明酸性KMnO4溶液将NO氧化成NO，同时MnO被还原成Mn2＋，反应可写成NO＋MnO―→NO＋Mn2＋，氮元素的化合价由＋2价升至＋5价，锰元素的化合价由＋7价降至＋2价，根据得失电子守恒可写出5NO＋3MnO―→5NO＋3Mn2＋，结合原子守恒、电荷守恒，写出离子方程式为5NO＋3MnO＋4H＋===5NO＋3Mn2＋＋2H2O。(5)在A中反应开始时，马上点燃B处的酒精灯，Mg与CO2发生置换反应生成MgO和C，导致实验结束后B处制得的Mg3N2纯度不高，Mg与CO2反应的化学方程式为2Mg＋CO22MgO＋C。(6)Mg3N2遇水发生水解生成Mg(OH)2和NH3，检验有Mg3N2生成只要检验B处固体中加水产生NH3即可。

12．在稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中，加入铜粉。

(1)若将50 mL 4 mol·L－1稀硝酸和200 mL 0.5 mol·L－1稀硫酸混合后，加入19.2 g铜粉，微热，充分反应。

①若忽略溶液体积变化，溶液中铜离子物质的量浓度为__0.6__mol·L－1。②若使铜粉全部溶解，还需加入0.5 mol·L－1 H2SO4__400__mL。

(2)若c(SO)＋c(NO)＝a mol·L－1。取200 mL该混合酸，则能溶解铜的最大物质的量为__0.12a__mol(用含a的式子表示)。

[解析]　(1)①50 mL 4 mol·L－1稀硝酸和200 mL 0.5 mol·L－1稀硫酸混合后，溶液中n(NO)＝50×10－3 L×4 mol·L－1＝0.2 mol，n(SO)＝200×10－3 L×0.5 mol·L－1＝0.1 mol，n(H＋)＝0.2 mol＋0.1 mol×2＝0.4 mol，加入19.2 g铜粉的物质的量为0.3 mol，微热，发生的反应为3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。因为n(Cu)∶n(NO)∶n(H＋)＝0.3∶0.2∶0.4＝3∶2∶4，不等于化学计量数之比3∶2∶8，可以判断铜和硝酸根离子都过量，应按n(H＋)计算，所以：c(Cu2＋)＝＝0.6 mol·L－1。②若使铜粉全部溶解，由上面数据分析可知，还需要加入H＋ 0.4 mol，所以还需加入0.5 mol·L－1 H2SO4，＝0.4 L＝400 mL。(2)若c(SO)＋c(NO)＝a mol·L－1。取200 mL该混合酸，n(SO)＋n(NO)＝0.2a mol，n(H＋)＝2n(SO)＋n(NO)，由反应的离子方程式可知，当n(H＋)∶n(NO)＝8∶2＝4∶1时，溶解的铜最多，联立上面三个式子可求出n(NO)＝0.08a mol，所以能溶解铜的最大物质的量为×0.08a mol＝0.12a mol。