2024届高考化学一轮复习专题4第19讲氮与社会可持续发展基础学案

这是一份2024届高考化学一轮复习专题4第19讲氮与社会可持续发展基础学案，共31页。

氮及其氧化物 硝酸
1．氮及其氧化物
(1)自然界中氮的存在和氮的固定
(2)N2的性质及应用
N2是一种无色、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水，熔点、沸点比O2的低。N2的电子式为:N⋮⋮N:，结构式为N≡N。分子结构稳定，化学性质稳定，可用作保护气。
①与Mg反应：N2＋3Mgeq \(=====,\s\up9(点燃))Mg3N2，N2表现氧化性。
②与H2反应：N2＋3H2eq \(,\s\up9(高温、高压),\s\d8(催化剂))2NH3，N2表现氧化性。
③与O2反应：N2＋O2eq \(===========,\s\up9(放电或高温))2NO，N2表现还原性。
(3)氮的氧化物
①氮有多种价态氧化物，氮元素从＋1价至＋5价都有相应的氧化物，依次为N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中属于酸性氧化物的有N2O3和N2O5。
②NO、NO2的性质比较
①NO不能单独被NaOH溶液吸收；NO2可以被NaOH溶液吸收，其反应为2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。NO2与NO按物质的量比1∶1混合与NaOH反应可被完全吸收：NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。
②在催化剂、加热条件下，NOx与NH3反应生成N2与H2O，此方法可用于处理汽车尾气中的NOx。
2．硝酸的性质
纯净的硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，与H2O以任意比互溶。
(1)不稳定性
①反应：4HNO3eq \(======,\s\up9(△),\s\d8(或光照))2H2O＋4NO2↑＋O2↑。
②现象：市售浓硝酸呈黄色的原因是HNO3分解生成的NO2溶于硝酸中。
③保存：浓硝酸保存在棕色带有玻璃塞的试剂瓶中，置于阴凉处。
(2)强氧化性
①与不活泼金属(Au、Pt、Ti除外)反应
稀硝酸与铜反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
浓硝酸与铜反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
②常温下，浓硝酸使Fe、Al钝化，金属表面形成一层致密的氧化物保护膜，加热时浓硝酸与Fe、Al发生反应。
③与非金属反应
浓硝酸与C的反应：C＋4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up9(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
④与还原性化合物反应
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋、FeO等还原性物质。稀硝酸与SO2、Fe2＋反应的离子方程式分别为3SO2＋2NOeq \\al(－,3)＋2H2O===3SOeq \\al(2－,4)＋2NO↑＋
4H＋、3Fe2＋＋NOeq \\al(－,3)＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
①硝酸与金属反应时，HNO3的还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。对于Cu与少量浓硝酸反应时，还原产物有NO2、N2O4、NO。
②王水：浓硝酸和浓盐酸按体积比为1∶3混合而成，可溶解Au、Pt等。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)N2―→NH3和NH3―→NO两步转化均为氮的固定。( )
(2)NO、NO2均可用排水法收集。( )
(3)NO2与H2O反应生成HNO3，故NO2为酸性氧化物。( )
(4)Zn与浓硝酸反应生成NO2，Zn与稀硝酸反应生成H2。( )
(5)含4 ml HNO3的浓硝酸与足量Cu充分反应，生成2 ml NO2。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2．写出下列反应的方程式。
(1)“雷雨发庄稼”的原理：________________________________________
_________________________________________________(写化学方程式)。
(2)浓HNO3与足量铜反应：开始____________________________________
_______________________________________________________________，
后期____________________________________________________________
________________________________________________(写离子方程式)。
[答案] (1)N2＋O2eq \(=====,\s\up9(放电))2NO,2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(2)Cu＋4H＋＋2NOeq \\al(－,3)===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O 3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===
3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
氮及其重要化合物间的转化与性质探究
1．下列关于氮及其化合物的说法正确的是( )
A．氮的固定一定是有氮气参加的化学反应
B．N2化学性质稳定，故液氮常用于医疗手术
C．NO和NO2均可以用向上排空气法收集
D．无水CaCl2或碱石灰均可以用于干燥氨气
A [A.将游离态的氮转化为化合态的氮的过程叫氮的固定，一定是有氮气参与的化学反应，A正确；B.液氮气化时会吸收大量热，可以用于低温麻醉，故液氮常用于医疗手术，B错误；C.NO会与空气中的O2发生反应，2NO＋O2===2NO2，故不能用排空气法收集，C错误；D.氨气会与CaCl2发生反应，化学方程式为CaCl2＋8NH3===CaCl2·8NH3，因此不能用CaCl2干燥NH3，D错误。]
2．(2022·南通一模)氮及其化合物在生产生活中具有广泛应用。氮气经过一系列的变化可以合成氨、氮的氧化物、硝酸等重要的化工原料；NO能被FeSO4溶液吸收生成配合物[Fe(NO)(H2O)5]SO4，减少环境污染。下列化学反应表示正确的是( )
A．向硫酸铜溶液中通入少量氨气：Cu2＋＋2OH－===Cu(OH)2↓
B．向稀硝酸中加入过量铁粉：3Fe＋8HNO3===3Feeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NO3))2＋2NO↑＋4H2O
C．氨气的燃烧热：4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1526 kJ·ml－1
D．硫酸铵溶液和氢氧化钡溶液反应：NHeq \\al(＋,4)＋SOeq \\al(2－,4)＋Ba2＋＋OH－===BaSO4↓＋NH3·H2O
B [A.向硫酸铜中通入少量氨气产生蓝色沉淀，离子方程式为Cu2＋＋2NH3＋2H2O===Cu(OH)2↓＋2NHeq \\al(＋,4)，A错误；B.铁粉过量，硝酸将Fe氧化为硝酸铁，硝酸铁和过量的铁反应生成硝酸亚铁，稀硝酸被还原为NO，反应的化学方程式为3Fe＋8HNO3===3Feeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NO3))2＋2NO↑＋4H2O，B正确；C.氨气的物质的量必须为1 ml，水为液态，C错误；D.硫酸铵溶液和氢氧化钡溶液反应时铵根离子和硫酸根离子、氢氧根离子和钡离子均按2∶1参与反应，反应的离子方程式为2NHeq \\al(＋,4)＋SOeq \\al(2－,4)＋Ba2＋＋2OH－===BaSO4↓＋2NH3·H2O，D错误。]
3．下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是( )
A．①② B．③④
C．②③④ D．②④
D [①中，过量的Fe又把Fe3＋还原为Fe2＋，错误；③中，Al与稀硝酸可以发生反应，不发生钝化，错误。]
4．(2022·常州一模)科学研究发现在不同金属催化剂的作用下，密闭容器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮(NOeq \\al(－,3))，以达到消除污染的目的，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．铱(Ir)的表面发生反应：H2＋N2Oeq \(=====,\s\up9(Ir))N2＋H2O
B．若导电基体上只有单原子Pt，含氮污染物也能被消除
C．导电基体上的Pt颗粒增多不利于降低溶液中的含氮量
D．导电基体上消除含氮污染物的总反应为2H＋＋4H2＋2NOeq \\al(－,3)eq \(=========,\s\up9(单原子Pt),\s\d8(单原子Cu))N2O＋5H2O
B [A.根据图示可知，H2与N2O在铱(Ir)的催化作用下发生氧化还原反应，生成N2和H2O，A正确；B.在导电基体Pt与Cu协同催化作用下，将溶液中的NOeq \\al(－,3)转化为N2O气体，又在铱的催化作用下将H2和N2O转化成无污染的N2，若只有单原子Pt，含氮污染物不能被消除，B错误；C.NOeq \\al(－,3)在Pt颗粒上得电子变为NHeq \\al(＋,4)，不利于降低溶液中的含氮量，C正确；D.导电基体上H2、NOeq \\al(－,3)为反应物，NO为中间产物，N2O为产物，D正确。]
硝酸与金属反应的有关计算
守恒思想突破HNO3与金属反应的计算
(1)原子守恒法
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NOeq \\al(－,3)的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物。这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。
(2)得失电子守恒法
HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。
(3)电荷守恒法
HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH－)有：
c(NOeq \\al(－,3))＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。
5．将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2 L。请回答下列问题：
(1)NO的体积为______ L，NO2的体积为___________________________ L。
(2)参加反应的HNO3的物质的量是________。
(3)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a ml·L－1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为_______ml·L－1。
[解析] (1)根据得失电子守恒可知
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(32.64,64)×2 ml＝3nNO＋nNO2,nNO＋nNO2＝\f(11.2,22.4) ml))
可求n(NO)＝0.26 ml，n(NO2)＝0.24 ml。
(2)根据原子(N)守恒可知：n(HNO3)＝n(NO)＋n(NO2)＋2n(Cu2＋)＝1.52 ml。
(3)根据电荷守恒可知：反应后剩余的HNO3
n(HNO3)＝n(H＋)＝aV×10－3 ml－0.51×2 ml
可求原有HNO3：n＝(1.52＋aV×10－3－0.51×2)ml＝(aV×10－3＋0.5)ml。
[答案] (1)5.824 5.376 (2)1.52 ml (3)eq \f(aV×10－3＋0.5,0.14)
氨和铵盐
1．氨的性质
(1)氨的物理性质
无色、有刺激性气味的气体，密度比空气的小，易液化，液氨常作制冷剂，极易溶于水(常温常压下，体积比约为1∶700)，可由喷泉实验证明。
(2)氨的化学性质
①与水的反应——氨水
氨溶于水呈碱性，用方程式表示为
NH3＋H2ONH3·H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－。
②氨气与酸的反应
蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为产生白烟，将浓盐酸改为浓硝酸，也会出现相同的现象。化学方程式分别为HCl(浓)＋NH3===NH4Cl，HNO3(浓)＋NH3===NH4NO3。但改为浓H2SO4时没有白烟。
③NH3的还原性——氨的催化氧化
化学方程式为4NH3＋5O2eq \(======,\s\up9(催化剂),\s\d8(△))4NO＋6H2O。
该反应是工业制HNO3的基础。
①NH3与酸反应的实质是NH3＋H＋===NHeq \\al(＋,4)，形成配位键，该反应不是中和反应。
②氨水与酸的反应为NH3·H2O＋H＋===NHeq \\al(＋,4)＋H2O，该反应为中和反应。
2．氨水的组成与性质
(1)组成：氨水的粒子成分：H2O、NH3·H2O、OH－、NHeq \\al(＋,4)、NH3、H＋，以溶解的NH3总量为溶质进行浓度计算。
(2)性质
①不稳定性：NH3·H2Oeq \(=====,\s\up9(△))NH3↑＋H2O。
②碱的通性
a．氨水使酚酞试剂变红，使紫色石蕊试液变蓝。
b．中和反应：与盐酸反应的离子方程式为NH3·H2O＋H＋===NHeq \\al(＋,4)＋H2O。
c．与盐反应：与AlCl3反应的离子方程式为3NH3·H2O＋Al3＋===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)。
3．铵盐的性质
铵盐是农业上常用的化肥，如(NH4)2SO4、NH4HCO3等，均属于离子化合物，绝大多数铵盐易溶于水。
(1)不稳定性——受热易分解
①NH4Cl受热分解：NH4Cleq \(=====,\s\up9(△))NH3↑＋HCl↑。
②NH4HCO3受热分解：NH4HCO3eq \(=====,\s\up9(△))NH3↑＋H2O＋CO2↑。
(2)与碱反应：铵盐都可与碱溶液反应生成NH3·H2O(弱碱)，加热生成NH3和H2O。
写出铵盐与强碱溶液反应的离子方程式：
①稀溶液不加热：NHeq \\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O。
②浓溶液或稀溶液加热：NHeq \\al(＋,4)＋OH－eq \(=====,\s\up9(△))NH3↑＋H2O。
(3)“水解”——铵盐溶于水易水解，离子方程式：
NHeq \\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋，溶液水解呈酸性。
①铵盐受热易分解，但受热分解不一定生成NH3，如NH4NO3分解不一定生成NH3，因为高温分解生成HNO3氧化NH3。
②铵盐(NHeq \\al(＋,4))的检验：
铵盐(NHeq \\al(＋,4))eq \(――→,\s\up9(强碱),\s\d8(△))eq \x(无色气体NH3)eq \(――――→,\s\up9(湿润红色),\s\d8(石蕊试纸))eq \x(试纸变蓝)。
③铵态氮肥不能与碱性物质(如草木灰等)混合施用。
4．氨气的实验室制法
(1)NH4Cl与Ca(OH)2共热制NH3
①不能用NH4NO3代替NH4Cl，因为NH4NO3受热易爆炸。
②Ca(OH)2不能用KOH或NaOH代替，因两者易吸湿，易结块，不利于产生NH3，且高温下腐蚀试管。
③不能只用NH4Cl固体加热制取NH3，因为NH4Cl受热分解生成的NH3和HCl遇冷又化合成NH4Cl。
(2)浓氨水加热法：NH3·H2Oeq \(=====,\s\up9(△))NH3↑＋H2O。
(3)浓氨水中加固体碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等)，NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)NH3的水溶液导电且呈碱性，故NH3为电解质且属于弱碱。( )
(2)1 ml/L的氨水中c(NH3)＋c(NH3·H2O)＝1 ml/L。 ( )
(3)NH4Cl呈酸性的理由是NHeq \\al(＋,4)＋H2O===NH3·H2O＋H＋。( )
(4)向某无色溶液中加入稀NaOH溶液，把湿润的红色石蕊试纸放在试管口，试纸不变蓝，则原溶液中不含NHeq \\al(＋,4)。( )
(5)(NH4)2SO4受热可以分解生成H2SO4和NH3。( )
(6)NH4Cl受热分解生成NH3，可在实验室直接加热NH4Cl制NH3。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
氨与铵盐的性质
1．“封管实验”具有简易、方便、节约、绿色等优点，下列关于两个“封管实验”(夹持装置未画出)的说法错误的是( )
A．实验①中，适当加热后，可观察到“封管”上端内壁上有固体附着
B．实验②中，加热时“封管”内溶液变为无色，冷却后又变为浅红色
C．两个“封管实验”中都发生了化学反应
D．实验②中NH3体现出的性质与NH3的喷泉实验(NH3、滴有酚酞的水溶液)完全不同
D [A.加热时氯化铵分解生成氨气和氯化氢，在“封管”上方温度降低氨气和氯化氢化合生成氯化铵晶体，A正确；B.加热时氨气逸出，“封管”内溶液变为无色，冷却后氨气溶解，氨气与水反应生成NH3·H2O，NH3·H2O电离生成OH－，溶液显碱性，遇酚酞变红，B正确；C.由选项A、B分析可知，两个“封管实验”中都发生了化学反应，C正确；D.实验②中NH3体现易溶于水、碱性，与NH3的喷泉实验(NH3、滴有酚酞的水溶液)完全相同，D错误。]
2．(2022·扬州二模)硫酸铵是一种常见的化肥，某工厂用石膏、NH3、H2O、CO2制备硫酸铵的工艺流程如下：
下列说法错误的是( )
A．操作1为过滤，操作2为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
B．滤液中的主要阳离子可通过向少量滤液中加NaOH溶液，加热，并用湿润的红色石蕊试纸来检验
C．甲到乙反应的离子方程式为Ca2＋＋2NH3＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2NHeq \\al(＋,4)
D．工艺流程中产生的CO2可循环利用
C [A.操作1后得到滤液和沉淀，则操作1为过滤，操作2为由硫酸铵溶液得到硫酸铵晶体，操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，A正确；B.滤液中的主要阳离子为NHeq \\al(＋,4)，检验方法为向少量滤液中加NaOH溶液，加热，并用湿润的红色石蕊试纸来检验，若试纸变蓝，则含有NHeq \\al(＋,4)，反之，则不含NHeq \\al(＋,4)，B正确；C.书写离子方程式时CaSO4不拆，甲到乙反应的离子方程式为CaSO4＋2NH3＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2NHeq \\al(＋,4)＋SOeq \\al(2－,4) ，C错误；D.碳酸钙煅烧产生的CO2可通入甲循环利用，D正确。]
氨气的制备及性质探究
3．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上图中的________，反应的化学方程式为____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，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。
[解析] (1)①图中给出了两种气体制备装置，一种是固固加热制气装置，一种是固液加热制气装置。如果选择A装置制取氨气，则反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up9(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；如果选择B装置制取氨气，则反应的化学方程式为NH3·H2Oeq \(=====,\s\up9(△))NH3↑＋H2O。②欲收集一瓶干燥的氨气，首先要除去杂质，制备氨气的杂质只有水蒸气，由于氨气溶于水显碱性，因此要选用碱石灰作干燥剂，干燥管的进出口方向为粗进细出，因此先接d后接c；其次要收集氨气，由于氨气的密度小于空气，要从短管进气，因此先接f再接e；最后要进行尾气处理，由于氨气极易溶于水，因此可以选择水吸收尾气，还要注意防倒吸，所以接i。
(2)由题干内容“工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2”，结合实验条件可知反应的化学方程式为8NH3＋6NO2eq \(======,\s\up9(催化剂))7N2＋12H2O，NO2为红棕色气体，发生反应后变成无色气体，因此现象为红棕色逐渐变浅。反应后气体分子数减少，Y管中的压强小于外界压强，因此出现倒吸现象。
[答案] (1)①A 2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up9(△))2NH3↑＋CaCl2＋2H2O(或B NH3·H2Oeq \(=====,\s\up9(△))NH3↑＋H2O) ②dcfei
(2)①红棕色慢慢变浅 ②8NH3＋6NO2eq \(======,\s\up9(催化剂))7N2＋12H2O ③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外界压强
实验制取NH3时的注意事项
(1)干燥NH3不能选用CaCl2作干燥剂，因为CaCl2＋8NH3===CaCl2·8NH3。
(2)NH3被水或溶液吸收时常使用以下防倒吸装置：
含氮化合物的合理使用
1．常见氮肥
2．合理使用化肥
(1)考虑因素：土壤酸碱性、作物营养状况、化肥本身性质。
(2)过量施用化肥的危害
①长期使用化肥的土壤容易酸化、板结。
②部分化肥随着雨水流入河流和湖泊，造成水体富营养化，产生水华等污染。
3．氮氧化物的无害化处理
(1)氮氧化物(NOx)是大气污染物，主要包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)。
(2)主要危害
①NO2会形成酸雨。
②臭氧与空气中的氮氧化物和一些碳氢化合物在紫外线的照射下发生作用后，产生一种有毒的烟雾，人们称它为光化学烟雾。
(3)减少氮氧化物的措施
①以甲醇、液化气代替汽油。
②安装汽车尾气净化器，将NOx转化为中性的、无污染的氮气，尾气中的有害气体NO、CO在净化器中催化剂作用下反应的化学方程式为2NO＋2COeq \(======,\s\up9(催化剂))N2＋2CO2。
③使用以液化天然气或高效燃料电池作为动力的新型环保汽车。
1．施用氮肥能促进作物生长，并能提高作物中蛋白质的含量。下列关于氮肥的说法错误的是( )
A．尿素[CO(NH2)2]是一种氮肥
B．储存碳酸氢铵时，应密封并置于阴凉通风处
C．铵态氮肥不能与碱性物质如草木灰等混合施用
D．氮肥溶于水，其中的氮元素均以铵离子形式存在
D [尿素是一种常用的高效的氮肥，A正确；由于碳酸氢铵在温度较高时易分解，则储存碳酸氢铵时，应密封并置于阴凉通风处，B正确；铵态氮肥水解呈酸性，碳酸钾水解呈酸性，二者混合可发生相互促进水解生成氨气而降低肥效，C正确；氮元素在尿素中以分子形式存在，不是铵离子，D错误。]
2．回答下列关于NO、NO2的问题：
(1)汽车排气管上装有催化转化器可减小尾气对环境的污染，汽车尾气中的有害气体CO和NO反应可转化为无害气体排放，写出相关反应的化学方程式：___________________________________________________________________。
(2)NO和NO2按一定比例混合可以被NaOH溶液完全吸收，写出相关化学方程式_____________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)工业生产中利用氨水吸收SO2和NO2，原理如下图所示：
NO2被吸收过程的离子方程式是__________________________________
______________________________________________________________。
[答案] (1)①2NO＋2COeq \(=======,\s\up9(催化剂))N2＋2CO2
(2)NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
(3)2NO2＋4SOeq \\al(2－,3)===N2＋4SOeq \\al(2－,4)
喷泉实验
1．喷泉实验的原理与常见装置
(1)喷泉实验的原理
因为烧瓶内气体易溶于水或易与水反应，使瓶内压强减小，形成压强差，大气压将烧杯中的水压入烧瓶而形成喷泉。
注意：喷泉实验的两个关键：①气密性良好；②形成足够大的压强差(Δp)。
(2)常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂如表：
(3)常见装置
A B C
D E
装置A引发喷泉的操作方法是打开止水夹，挤压胶头滴管的胶头使液体进入烧瓶，即形成喷泉。装置B中最好采用顶部有孔的烧瓶。装置C引发喷泉的方法是打开止水夹，用热毛巾或双手捂热烧瓶，松开后片刻即形成喷泉现象。
2．喷泉实验产物的浓度计算
(1)HCl、NH3、NO2气体或它们与其他不溶于水的气体混合时，所得溶液的物质的量浓度为eq \f(1,22.4) ml·L－1。
(2)当NO2和O2的混合气体且体积比为4∶1时，c(HNO3)＝eq \f(1,28) ml·L－1。
1．喷泉是一种常见的自然现象，如图是化学教材中常用的喷泉实验装置，在烧瓶中充满干燥气体，胶头滴管及烧杯中分别盛有液体。下列气体和液体的组合中不可能形成喷泉的是( )
A．HCl和H2O
B．O2和H2O
C．NH3和H2O
D．CO2和NaOH溶液
B [在烧瓶中充满干燥气体，胶头滴管及烧杯中分别盛有液体，若形成喷泉，则气体极易溶于液体或气体极易与液体反应。A.HCl极易溶于水，则可形成喷泉，A错误；B.氧气不溶于水，则不能形成喷泉，B正确；C.氨气极易溶于水，可形成喷泉，C错误；D.二氧化碳极易与NaOH溶液反应，可形成喷泉，D错误。]
2．利用如图所示的装置，可以验证NH3和HCl的有关性质。实验前a、b、c活塞均关闭。
(1)若要在烧瓶Ⅱ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅰ中不产生“喷泉”现象，其操作方法是______________________
_________________________________________________。
(2)若先打开a、c活塞，再挤压胶头滴管，在烧瓶中可观察到的现象是_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)通过挤压胶头滴管和控制活塞的开关，在烧瓶Ⅰ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅱ中不产生“喷泉”现象，其操作方法是______________________________
____________________________________________________________________；
若要在该装置中产生双喷泉现象，其操作方法是__________________________
___________________________________________________________________。
[答案] (1)先打开a、b活塞，再挤压胶头滴管(或先挤压胶头滴管，再打开a、b活塞)
(2)烧瓶Ⅱ中导管口处产生白烟
(3)先打开a、c活塞，再挤压胶头滴管(或先打开a活塞，挤压胶头滴管，再打开c活塞)，片刻后，关闭a活塞，然后打开b活塞 先打开a、c活塞，再挤压胶头滴管(或先打开a活塞，挤压胶头滴管，再打开c活塞)，片刻后，打开b活塞
1．(2022·江苏选择性考试，T8)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是( )
A．自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3
B．侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl
C．工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3
D．多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”
A [自然固氮是将N2转化为含氮化合物，不一定是转化为NH3，比如大气固氮是将N2会转化为NO，A错误；侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl，反应的化学方程式为H2O＋NH3＋CO2＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl，B正确；工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3，相关的化学反应方程式为4NH3＋5O2eq \(======,\s\up9(催化剂),\s\d8(△))4NO＋6H2O、2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO、4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，C正确；氮元素在自然界中既有游离态又有化合态，多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”，D正确。]
2．(2021·江苏选择性考试，T7)N2是合成氨工业的重要原料，NH3不仅可制造化肥，还能通过催化氧化生产HNO3；HNO3能溶解Cu、Ag等金属，也能与许多有机化合物发生反应；在高温或放电条件下，N2与O2反应生成NO，NO进一步氧化生成NO2。2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH＝－116.4 kJ·ml－1。大气中过量的NOx和水体中过量的NHeq \\al( ＋ ,4)、NOeq \\al(－,3)均是污染物。通过催化还原的方法，可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2，也可将水体中的NOeq \\al(－,3)转化为N2。在指定条件下，下列选项所示的物质间转化能实现的是( )
A．NO(g)eq \(――→,\s\up9(H2O),\s\d8())HNO3(aq)
B．稀HNO3(aq)eq \(――→,\s\up9(Cu),\s\d8()),NO2(g)
C．NO(g)eq \(―――――――→,\s\up9(CO),\s\d8(高温，催化剂))N2(g)
D．NOeq \\al(－,3)(aq) eq \(――→,\s\up9(O3),\s\d8())N2(g)
C [NO不溶于水也不与水反应，A错误；稀HNO3与Cu反应得到硝酸铜、水和NO，得不到NO2，B错误； NO有氧化性，CO有还原性，在高温、催化剂条件下二者可发生氧化还原反应转化为无毒的N2和CO2，C正确； O3有强氧化性，不能作还原剂将硝酸根离子还原，D错误。]
3．(2020·全国Ⅲ卷，T10)喷泉实验装置如图所示。应用下列各组气体­溶液，能出现喷泉现象的是( )
B [H2S与稀盐酸不反应，且在稀盐酸中的溶解度较小，向圆底烧瓶中挤入少量稀盐酸，不能造成圆底烧瓶内气压明显减小，不能形成喷泉，A项错误；HCl能与稀氨水反应，向圆底烧瓶中挤入少量稀氨水会造成圆底烧瓶内气压明显减小，能形成喷泉，B项正确；NO与稀硫酸不反应，且在稀硫酸中的溶解度非常小，向圆底烧瓶中挤入稀硫酸，不能造成圆底烧瓶内气压明显减小，不能形成喷泉，C项错误；CO2在饱和NaHCO3溶液中的溶解度较小，向圆底烧瓶中挤入饱和NaHCO3溶液，不能造成圆底烧瓶内气压明显减小，不能形成喷泉，D项错误。]
4．(2022·广东选择性考试，T19节选)Cr2O3可用于NH3的催化氧化。设计从NH3出发经过3步反应制备HNO3的路线_____________________________(用“→”表示含氮物质间的转化)；其中一个有颜色变化的反应的化学方程式为_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[答案] NH3eq \(――→,\s\up9(Cr2O3),\s\d8(△))NOeq \(――→,\s\up9(O2))NO2eq \(――→,\s\up9(H2O))HNO3 2NO＋O2===2NO2
一定温度下，探究铜与稀硝酸反应，过程如图所示，下列说法不正确的是( )
A．过程Ⅰ中生成无色气体的离子方程式是3Cu＋2NOeq \\al(－,3)＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
B．过程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
B [过程Ⅰ中铜与稀硝酸反应生成NO气体，离子方程式为3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，A项正确；随着反应的进行，溶液中生成硝酸铜，根据氮原子守恒，过程Ⅲ中硝酸的浓度没有Ⅰ中的大，因此反应速率增大的原因不是硝酸浓度增大，B项错误；过程Ⅲ反应速率比Ⅰ快，结合B项分析及实验过程可知，NO2对反应具有催化作用，C项正确；当活塞不再移动时，再抽入空气，NO与氧气、水反应生成硝酸，能与铜继续反应，D项正确。]
课时分层作业(十九)
氮与社会可持续发展
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，常用氮气作保护气
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
[答案] C
2．硫和氮及其化合物对人类生存和社会发展意义重大，但硫氧化物和氮氧化物造成的环境问题也日益受到关注。下列说法正确的是( )
A．NO2和SO2均为红棕色且有刺激性气味的气体，是酸雨的主要成因
B．汽车尾气中的主要大气污染物为NO、SO2和PM2.5
C．植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料，实现氮的固定
D．工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除
D [A.NO2是红棕色且有刺激性气味的气体，而SO2是无色有刺激性气味的气体，A错误；B.汽车尾气的主要大气污染物为C与N的氧化物，如NOx和CO等，B错误；C.氮的固定是指将游离态的氮元素转化为化合态，且植物可吸收土壤中的铵根离子或硝酸根离子作为肥料，不能直接吸收空气中的氮氧化物，C错误；D.工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除，如加入石灰石或石灰乳均可进行脱硫处理，D正确。]
3．下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是：( )
A．氮元素均被氧化
B．工业合成氨属于人工固氮
C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化
D．碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环
A [A.硝酸盐中氮元素的化合价为＋5价，被细菌分解变成大气中氮单质，氮元素化合价由＋5→0被还原，错误；B.工业合成氨是将N2与H2在一定条件下反应生成NH3，属于人工固氮，正确；C.氮循环中铵盐和蛋白质可相互转化，铵盐属于无机物，蛋白质属于有机物，含氮无机物和含氮有机物可相互转化，正确；D.碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环，如蛋白质的制造需要碳元素，又如N2在放电条件下与O2直接化合生成无色且不溶于水的一氧化氮气体，有氧元素参与，二氧化氮易与水反应生成硝酸(HNO3)和一氧化氮，有氢元素参加，正确。]
4．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SOeq \\al(2－,4)
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
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NOeq \\al(－,3)具有强氧化性，会把SOeq \\al(2－,3)氧化成SOeq \\al(2－,4)，故不能说明原溶液中一定含有SOeq \\al(2－,4)，也可能含有SOeq \\al(2－,3)，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。]
5．实验室可用如图装置制取少量氮气。下列说法不正确的是( )
A．反应过程中，③中硬质玻璃管中固体由黑变红
B．②中盛放的固体是碱石灰
C．实验开始时先点燃③中的酒精灯，再点燃①中的酒精灯
D．实验结束时，先将导管从水槽中拿出，再熄灭①③中的酒精灯
C [实验开始时先点燃①中酒精灯，排除空气，然后再点燃③中酒精灯，C错误。]
6．下列有关实验原理或实验操作正确的是( )
A．用湿润的pH试纸测量某溶液的pH
B．用量筒量取20 mL 0.500 0 ml·L－1 H2SO4溶液于烧杯中，加水80 mL，配制成0.100 0 ml· L－1 H2SO4溶液
C．实验室用图1所示装置制取少量氨气
D．实验室用图2所示装置除去Cl2中的少量HCl
D [A.用水润湿的pH试纸，待测溶液被稀释，则测定pH时试纸不能润湿，错误；B.配制100 mL 0.100 0 ml·L－1 H2SO4溶液需要100 mL容量瓶，应在烧杯中稀释、冷却后转移到容量瓶中定容，错误；C.收集氨气的试管口不能密封，可塞一团棉花，错误；D.HCl极易溶于水，食盐水抑制氯气的溶解，则用图2所示装置除去Cl2中的少量HCl，正确。]
7．某兴趣小组同学用铜与稀硝酸反应制取干燥、纯净的NO气体(装置如图)。下列有关说法错误的是( )
A．装置Ⅰ中蒸馏烧瓶内发生反应的离子方程式为3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
B．浓硫酸用于干燥NO
C．为制得纯净的NO，装置Ⅱ中盛装的液体可为水
D．气压过大时，稀硝酸经X导管滴入蒸馏烧瓶中
D [A.用铜与稀硝酸反应制取干燥、纯净的NO气体，装置Ⅰ是发生装置，发生反应的离子方程式为3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，故A正确；B.浓硫酸不与NO反应，可用于干燥NO，故B正确；C.蒸馏烧瓶内可能有氧气，很容易把生成的NO氧化为NO2，装置Ⅱ中盛装的液体可为水，会发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，可除去NO2，故C正确；D.气压过大时，X导管可以平衡气压，使稀硝酸顺利从分液漏斗中滴入蒸馏烧瓶中，故D错误。]
8．(2022·镇江检测)工业上利用氨氧化获得的高浓度NOx气体(含NO、NO2)制备NaNO2、NaNO3，工艺流程如下：
已知：Na2CO3＋NO＋NO2===2NaNO2＋CO2
(1)中和液所含溶质除NaNO2及少量Na2CO3外，还有________(填化学式)。
(2)中和液进行蒸发Ⅰ操作时，应控制水的蒸发量，避免浓度过大，目的是________。蒸发Ⅰ产生的蒸气中含有少量的NaNO2等有毒物质，不能直接排放，将其冷凝后用于流程中的________(填操作名称)最合理。
(3)母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO3的目的是________。母液Ⅱ需回收利用，下列处理方法合理的是________(填字母)。
a．转入中和液 b．转入结晶Ⅰ操作
c．转入转化液 d．转入结晶Ⅱ操作
(4)若将NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比设为2∶1，则生产1.38吨NaNO2时，Na2CO3的理论用量为________吨(假定Na2CO3恰好完全反应)。
[解析] (1)NO2与碱液反应可生成NaNO3；(2)浓度过大时，NaNO2可能会析出；NaNO2有毒，不能直接排放，回收后可用于流程中的溶碱；(3)NaNO2在酸性条件下易被氧化，加入稀硝酸可提供酸性环境；母液Ⅱ的溶质主要是NaNO3，所以回收利用时应转入转化液，或转入结晶Ⅱ操作，c、d正确；(4)1.38吨NaNO2的物质的量为eq \f(1.38×106 g,69 g/ml)＝2×104ml，则生成的NaNO3物质的量为1×104ml，故Na2CO3的理论用量＝eq \f(1,2)×(2×104＋1×104)ml×106 g/ml＝1.59×106 g＝1.59吨。
[答案] (1)NaNO3 (2)防止NaNO2的析出 溶碱 (3)将NaNO2氧化为NaNO3 cd (4)1.59
9．NOCl是一种重要工业原料，常用于合成洗涤剂和催化剂，常温下是黄色气体，熔点为－64.5 ℃，沸点为－5.5 ℃。
(1)实验室可用如图实验装置利用NO和Cl2制备NOCl：
按从左到右的连接顺序，各玻璃导管接口的序号为________(设备可重复使用)。
(2)装置e中盛装浓盐酸的仪器名称为________；实验时，待装置c中三颈烧瓶内充满黄绿色气体时，再将干燥的NO压于三颈烧瓶中，这样做的目的是________。
(3)若装置d中压强过大，可以观察到的现象是________。
(4)装置c中无水氯化钙的作用是________，该制备装置中需要进行改进的是________。
(5)取少量产品NOCl滴入盛有水的试管中，液面上方有白雾且产生无色气体，该气体在试管口变为红棕色，NOCl与水反应的化学方程式为________。
[解析] (1)a是制备装置，经b干燥后通入c，e制备装置经d除杂，经b干燥进入c；(2)NO不稳定，易被空气氧化，为防止NO被空气氧化，用氯气将装置中空气排尽，所以实验时，待装置c中三颈烧瓶内充满黄绿色气体时，再将干燥的NO压入三颈烧瓶中；(3)若装置d中压强过大，会导致液体逸出，看到的现象是液体沿长颈漏斗上升；(4)NOCl能和水反应，干燥管中盛有的氯化钙用于吸收水蒸气，防止空气中水蒸气进入c装置，使NOCl产率降低。该装置没有尾气处理装置；(5)NOCl与水反应有NO和HCl生成，其反应的化学方程式为3NOCl＋2H2O===HNO3＋3HCl＋2NO↑。
[答案] (1)①②③④⑤③②⑦⑥⑧
(2)恒压滴液漏斗 排尽装置中的空气，避免NO被氧化
(3)长颈漏斗内液面上升
(4)防止水蒸气进入c中降低NOCl的产率 增加尾气处理装置
(5)3NOCl＋2H2O===HNO3＋3HCl＋2NO↑NO
NO2
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶于水
易溶于水
自身转化或
与O2、H2O反应
2NO＋O2===2NO2 不与水反应
2NO2N2O4
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
收集方法
排水法
向上排空气法
对人体、环
境的影响
NO与血红蛋白结合使人中毒，NO、NO2导致光化学烟雾、形成酸雨及破坏臭氧层
实验操作
现象
解释或结论
①
过量的铁粉中加入稀硝酸，充分反应后，滴入KSCN溶液
溶液不
呈红色
稀硝酸不能将Fe氧化为Fe3＋
②
浓硝酸久置或光照
变黄色
HNO3不稳定易分解
③
Al箔插入稀硝酸中
无现象
Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜
④
用玻璃棒蘸取浓硝酸点到蓝色石蕊试纸上
试纸先
变红色
后褪色
浓硝酸具有酸性和强氧化性
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________________
分类
性质特点
注意事项
铵态
氮肥
易溶于水、不稳定、与碱反应
低温保存，深施盖土，避免受热；不可与碱性物质(如草木灰)混合使用
硝态
氮肥
易溶于水，NOeq \\al(－,3)不易被以带负电荷为主的土壤胶粒吸附
在潮湿的土壤中流动性大；湿度大时，硝酸根经微生物作用可还原成气体逸出，导致硝态氮肥的损失，因此硝态氮肥多用于冷凉的旱地
尿素
有机氮肥，白色晶体，是目前固态氮肥中含氮量最高的一种氮肥
尿素是中性肥料，适用于各种土壤和作物。肥效高、易保存、使用方便，长期使用对土壤的破坏作用小
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
气体
溶液
A
H2S
稀盐酸
B
HCl
稀氨水
C
NO
稀H2SO4
D
CO2
饱和NaHCO3溶液