盐城市2024届高三化学二轮专题复习讲义（20）-专题四第五讲 非金属及其化合物（三）

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【复习目标】
1．了解氮元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及应用。
2．了解氮及其化合物的转化关系。
3．了解氮的化合物对环境的影响。
【重点突破】
1．精准理解相关化学反应原理，掌握NOx对环境污染的治理应用。
2．掌握相关氮的化合物的结构、性质、制备、应用。
【真题再现】
例题1．（2018·江苏）NOx（主要指NO和NO2）是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。
（1）用水吸收NOx的相关热化学方程式如下：
2NO2(g)+H2O(l)=== HNO3(aq)+HNO2(aq) ΔH=−116.1 kJ·ml−1
3HNO2(aq) ===HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l) ΔH=75.9 kJ·ml−1
反应3NO2(g)+H2O(l) ===2HNO3(aq)+NO(g)的ΔH= kJ·ml−1。
（2）用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式： 。
（3）用酸性(NH2)2CO水溶液吸收NOx，吸收过程中存在HNO2与(NH2)2CO生成N2和CO2的反应。写出该反应的化学方程式： 。
（4）在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。
①NH3与NO2生成N2的反应中，当生成1 ml N2时，转移的电子数为 ml。
②将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应（装置见图）。
反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图所示，在50～250 ℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是 ；当反应温度高于380 ℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是 。
。
解析：
（1）应用盖斯定律解答。
（2）根据电解原理，阳极发生失电子的氧化反应，阳极反应为HNO2失去电子生成HNO3。
（3）HNO2与（NH2）2CO反应生成N2和CO2，根据得失电子守恒和原子守恒写出方程式。
（4）①NH3与NO2的反应为8NH3+6NO27N2+12H2O，该反应中NH3中-3价的N升至0价，NO2中+4价的N降至0价，生成7mlN2转移24ml电子。
②因为反应时间相同，所以低温时主要考虑温度和催化剂对化学反应速率的影响；高温时NH3与O2发生催化氧化反应生成NO。
答案：（1） −136.2
（2）HNO2−2e−+H2O===3H++NO3−
（3）2HNO2+(NH2)2CO===2N2↑+CO2↑+3H2O
（4）24/7
（5）迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大
（6）催化剂活性下降；NH3与O2反应生成了NO
小结：本题以有效去除NOx为载体，考查盖斯定律的应用、电解原理、指定情境下方程式的书写，氧化还原反应中转移电子数的计算、图像的分析。主要体现的是对化学反应原理的考查，对化学反应原理的准确理解是解题的关键。
例2．（2019江苏）N2O、NO和NO2等氮氧化物是空气污染物，含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。
（1）N2O的处理。N2O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物,用特种催化剂能使N2O分解。NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O的化学方程式为 。
（2）NO和NO2的处理。已除去N2O的硝酸尾气可用NaOH溶液吸收，主要反应为
NO+NO2+2OH-=== 2NO2-+H2O
2NO2+2OH-=== NO2-+NO3-+H2O
①下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的有 （填字母）。
A．加快通入尾气的速率
B．采用气、液逆流的方式吸收尾气
C．吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液
②吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，所得晶体中的主要杂质是 （填化学式）；吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是 （填化学式）。
（3）NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气,可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同，NO转化为NO3-的转化率随NaClO溶液初始pH（用稀盐酸调节）的变化如图所示。
①在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl-和NO3-，其离子方程式为 。
②NaClO溶液的初始pH越小，NO转化率越高。其原因是 。
解析：（1）根据质量守恒和氧化还原反应的化合价升降书写配平。（2）①增大接触面积、延长接触时间有助于提高NO和NO2去除率；增加一种反应物的的浓度有助于去除另一种反应物；②尾气中多余的NO2与NaOH溶液反应会生成NaNO3杂质，尾气中多余的NO与NaOH溶液不反应。（3）①根据氧化还原反应的化合价升降总数相等书写配平，HClO转化为Cl-和化合价降低2，NO转化为NO3-化合价升高3，再根据质量守恒和电荷守恒配平其他物质系数。②溶液pH越小,溶液中HClO的浓度越大,氧化NO的能力越强。
答案：（1）2NH3+2O2 N2O+3H2O
（2）①BC ②NaNO3 NO
（3）①3HClO+2NO+H2O=== 3Cl-+2NO3-+5H+
②溶液pH越小，溶液中HClO的浓度越大，氧化NO的能力越强
小结：（略）
【知能整合】
（1）理清知识主线：eq \(N,\s\up6(－3))H3→eq \(N2,\s\up6(0)) →eq \(N,\s\up6(＋1))2O→eq \(N,\s\up6(＋2))O→eq \(N,\s\up6(＋4))O2→Heq \(N,\s\up6(＋5))O3
（2）形成网络构建
（3）价类二维图的构建
【体系再构】
【随堂反馈】
基础训练
1．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
2．下列制备NH3并制取氨水的装置正确且能达到实验目的的是
3．某实验兴趣小组用如下两种方法制取氮气。

已知：活性炭可用于吸附水中的絮状沉淀。
（1）方法一所发生反应的化学方程式为____________________。
（2）检验方法一反应后所得溶液中是否含有NHeq \\al(＋,4)的实验方法是_______________。
（3）方法二被冰水冷却的U形管中所得物质是________，用冰水冷却的目的是________________________________________________________________。
（4）方法一与方法二相比所具有的优点是_______________________________。
（5）方法一和方法二中均需用到NH4Cl，NH4Cl的溶解度随温度变化的曲线如图所示，工业NH4Cl固体中含有少量的FeCl2，可通过如下实验来提纯：将工业NH4Cl固体溶于水，___________ _____，调节溶液的pH为4～5，向溶液中加入活性炭，将溶液加热浓缩，________________________________________，获得纯净的NH4Cl固体。（实验中可供选择的试剂有：双氧水、KMnO4溶液）
拓展训练
4．联氨（又称联肼，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）①2O2(g)+N2(g)===N2O4(l) △H1
②N2(g)+2H2(g)===N2H4(l) △H2
③O2(g)+2H2(g) ===2H2O(g) △H3
④2 N2H4(l) + N2O4(l)= 3N2(g)+ 4H2O(g) △H4=-1048.9kJ·ml −1
上述反应热效应之间的关系式为△H4=________________，联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为_______________________________________。
（4）联氨为二元弱碱，在水中的电离方程式与氨相似，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 。
（5）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1kg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 。
【随堂反馈】答案
1．B 2．D
3．（1）NH4Cl＋NaNO2eq \(=====,\s\up7(△))NaCl＋N2↑＋2H2O
（2）向试管中加入少量反应后所得溶液，向其中加入足量NaOH浓溶液，加热，若产生能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，则溶液中含有NHeq \\al(＋,4)；若试纸不变蓝，则溶液中不含有NHeq \\al(＋,4)
（3）氨水 将未反应的氨气冷却，增大氨气在水中的溶解度
（4）装置及操作简单、所得氮气纯净、原料的利用率高
（5）加入足量的双氧水 趁热过滤，将溶液冷却到0 ℃，过滤，低温干燥
4．（1） ；-2
（2）NaClO+2NH3===N2H4+NaCl+H2O
（3）△H4=2△H3-2△H2-△H1 反应放热量大、产生大量气体
（4）8.7×10-7 N2H6(HSO4)2
（5）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）
【课后作业】
1．研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关（如下图所示）。下列叙述错误的是

A．雾和霾的分散剂相同B．雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵
C．NH3是形成无机颗粒物的催化剂D．雾霾的形成与过度施用氮肥有关
2．（2022·启东期中）肼(N2H4)又称为联氨，熔、沸点分别为1.4 ℃、113.5 ℃，可用如下方法制备肼：CO(NH2)2＋ClO－＋2OH－===N2H4＋Cl－＋COeq \\al(2－,3)＋H2O。下列有关说法正确的是
A．N2H4中只存在极性键
B．COeq \\al(2－,3)的空间结构为三角锥形
C．CO(NH2)2中C、N、O三种元素第一电离能大小顺序：C＜N＜O
D．肼的相对分子质量与乙烯接近，但沸点远高于乙烯的原因是能形成分子间氢键
3．采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题：
（1）1840年 Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银，得到N2O5，该反应的氧化产物是一种气体，其分子式为___________。
（2）F. Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5（g）分解反应：
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示（t=∞时，N2O5(g)完全分解）：
①已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)+O2(g) ΔH1=−4.4 kJ·ml−1
2NO2(g)===N2O4(g) ΔH 2=−55.3 kJ·ml−1
则反应N2O5(g) ===2NO2(g)+1/2O2(g)的 ΔH =_______ kJ·ml−1。
②研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v=2×10−3×p(N2O5)（kPa·min−1）。t=62min时，测得体系中p(O2) =2.9 kPa，则此时的=________ kPa，v=_______ kPa·min−1。
③若提高反应温度至35℃，则N2O5（g）完全分解后体系压强p∞（35℃）____63.1 kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是 。
④25℃时N2O4（g）2NO2（g）反应的平衡常数Kp=_______kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。
（3）对于反应2N2O5（g）→4NO2（g）+O2（g），提出如下反应历程：
第一步 N2O5NO3+NO2 快速平衡
第二步 NO2+NO3→NO+NO2+O2 慢反应
第三步 NO+NO3→2NO2 快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是____（填标号）。
A．v（第一步的逆反应）>v（第二步反应）B．反应的中间产物只有NO3
C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效D．第三步反应活化能较高
4．（2022·常州期中）燃煤烟气中90%以上的NOx是NO，脱硝技术主要就是指NO的脱除技术。
Ⅰ．络合脱硝法
六氨合钴溶液中的[C(NH3)6]2＋能络合烟气中的NO和O2，形成的两种络合物在溶液中极易发生反应，实现NO的脱除。在吸收液中加入活性炭可有效催化[C(NH3)6]2＋的再生，维持溶液脱除NO的能力，原理下图所示。
（1）写出上述络合脱硝法总反应的离子方程式：________________________。
（2）在不同温度下，将含0.01 ml·L−1 [C(NH3)6]3＋的溶液以一定流速通过装有活性炭的催化器，[C(NH3)6]3＋的转化率随温度升高而增大，其原因可能是____。
Ⅱ．氧化脱硝法
ClO2溶液常用于氧化脱除烟气中的NO、SO2等污染物。
（3）隔膜电解NaClO3制备ClO2的装置如图2所示。制备时先在NaClO3溶液中通入少量ClO2气体，结合电极反应简述ClO2的制备过程：_______________。
图2
（4）ClO2氧化脱硝过程发生的反应如下：
5NO＋2ClO2＋H2O===5NO2＋2HCl
2NO2＋H2O===HNO2＋HNO3
随着ClO2溶液初始浓度的增加，脱硝时从溶液中逸出的NO2却随之增加。研究表明，溶液中的ClO2不能吸收NO2，且在一定程度上阻碍水对NO2的吸收。设计实验验证ClO2对NO2的吸收有抑制作用： ________________________
【课后作业】答案
1．C 2．D
3．（1）O2
（2）①53.1
②30.0 6.0×10－2
③大于 温度提高，体积不变，总压强提高；
NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高。
④13.4
（3）AC
4．（1）2NO＋O2＋2OH－===NOeq \\al(－,2)＋NOeq \\al(－,3)＋H2O
（2）温度升高，反应速率加快，提高[C(NH3)6]3＋的转化率（答案合理即可）
（3）首先在阴极上ClO2发生反应，电极反应式为ClO2＋e－===ClOeq \\al(－,2)，产生的ClOeq \\al(－,2)在溶液中再与ClOeq \\al(－,3)发生反应，即ClOeq \\al(－,3)＋ClOeq \\al(－,2)＋2H＋===2ClO2↑＋H2O，生成的ClO2部分逸出，部分继续循环反应
（4）分别取等体积的蒸馏水和一定浓度的ClO2溶液，在相同时间内以相同的流速向两份溶液中通入NO2，比较逸出NO2的浓度，若通过蒸馏水逸出的NO2的浓度较小，则说明ClO2对NO2的吸收有抑制作用气体
溶液
A．
H2S
稀盐酸
B．
HCl
稀氨水
C．
NO
稀H2SO4
D．
CO2
饱和NaHCO3溶液
t/min
0
40
80
160
260
1300
1700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1