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【同步讲义】高中化学(沪科版2020)必修第一册--3.2.2 铵盐和硝酸 讲义
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3.2.2 铵盐和硝酸
学习聚焦
知识精讲
知识点01 铵盐
1.物理性质:绝大多数铵盐 溶于水。
2.化学性质
(1)受热易分解
如:NH4ClNH3↑+ HCl↑ NH4HCO3NH3↑+ H2O↑+ CO2↑
(2)与碱反应
在稀溶液中不加热生成NH3·H2O:NH4++OH- = NH3·H2O。
在浓溶液中或者加热生成NH3:NH4++OH-NH3↑+H2O。
【注意】①并不是所有的铵盐受热分解都产生NH3。
②NH4Cl在试管中受热分解的现象与碘的升华相似。但二者有本质的差别,前者是NH4Cl分解后又化合成NH4Cl,属于化学变化过程。而后者是物理变化过程。
3.NH4+的检验
加入NaOH溶液并加热,产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变成蓝色,则含有NH4+。
【即学即练1】对于铵盐的描述都正确的是
①都溶于水 ②都是白色晶体 ③都有刺激性气味 ④加热后都有NH3放出
⑤与碱混合后加热都有NH3放出
A. 全部 B. ①②④ C. ①②⑤ D. ③④⑤
【答案】C
知识点02 氮肥
1.氮肥的分类:铵态氮肥、硝态氮肥、有机氮肥。
2.常用的铵态氮肥有氯化铵、硫酸铵(硫铵)、碳酸氢铵(碳铵)等,硝态氮肥有硝酸钾等硝酸盐,有机氮肥主要指尿素[(NH2)2CO]。
3.因为铵盐受热易分解。所以施肥时应将肥料埋在土下并及时灌水,以保证肥效。另外,铵态氮肥不能与草木灰混合施用。
4.尿素:尿素[(NH2)2CO]是一种白色晶体,其中氮的质量分数为47%左右,是目前同体氮肥中含氮量最高的一种。尿素是一种中性肥料,适用于各种土壤和植物,是一种优质,高效的氮肥。
【即学即练2】关于氮肥的说法正确的是
A.尿素属于铵态氮肥 B.植物吸收氮肥属于氮的固定
C.使用碳铵应深施盖土 D.硫铵与草木灰混用肥效增强
【答案】C
知识点03 硝酸
1.物理性质
硝酸是无色易挥发的液体,有刺激性气味。
2.化学性质
(1)不稳定性
反应: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;
浓硝酸与铜反应:Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
②与非金属反应:
浓硝酸与C的反应:C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。
③常温下,浓硝酸使Fe、Al钝化。
④与还原性物质反应,如H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2+、FeO等。
【即学即练3】硝酸被称为“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一组是
A.浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后退色——酸性和强氧化性
B.不能用稀硝酸与锌反应制氢气——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退去——强氧化性
【答案】D
【解析】浓硝酸使紫色石蕊溶液变红表现的是酸性,使其退色表现的是强氧化性,A项正确;硝酸具有强氧化性,与锌反应生成的是氮的氧化物,不是氢气,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,使溶液中的红色退去,利用的是酸性,D项错误。
常见考法
常见考法一 铵盐的性质
【例1】下列关于铵盐的说法正确的是
A.所有铵盐受热均可以分解,其产物中都有氨
B.所有铵盐都易溶于水,所有铵盐中的N均呈-3价
C.氯化铵溶液中加入烧碱浓溶液共热时反应的离子方程式为NH+OH-NH3↑+H2O
D.氯化铵和氯化钠的固体混合物可用升华法分离
【答案】C
【解析】有的铵盐受热分解最终不产生氨,如硝酸铵分解不生成氨气,故A错误。
硝酸铵中硝酸根离子中氮元素是+5价,故B错误。
C是正确的。
用加热法分离NH4Cl和某些固体的混合物,但其过程为先受热分解,再降温化合,而不是升华,故D错误。
必杀技
1.铵盐受热分解都有氨生成,但硝酸铵受热分解最终生成氮气或氮氧化物。
2.分别用试管加热氯化铵和单质碘时,两者都由固体变为气体且在试管口遇冷又凝结为固体。但其本质不同,前者为化学变化,后者为物理变化。
3.检验溶液中含有NH4+时,需要加入浓碱溶液并加热。
【同步练习1】某同学探究氨和铵盐的性质,相关实验操作及现象描述正确的是
A. 加热NH4Cl晶体制备氨气
B. 将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近,观察到白烟
C. 将浓氨水滴到CaO上,会有氨气生成
D. 除去碘中混有的少量氯化铵,可采用升华的方法
【答案】C
【解析】A. NH4Cl受热分解为NH3和HCl,二者遇冷又会化合生成NH4Cl,故 A 错误;
B. 浓氨水具有挥发性,但浓硫酸难挥发,故不会产生白烟,故 B 错误;
C. 浓氨水滴到CaO上,CaO与水反应生成Ca(OH)2,且放出热量,会有氨气生成,C 正确;
D. 碘易升华,NH4Cl受热易分解,不能用升华法除NH4Cl,故 D 错误。
常见考法二 铵盐的检验
【例2】为探究氨及铵盐性质,将NH4Cl晶体装入如图所示T形三通管两端,进行微型实验。下列说法错误的是
A.轻轻挤压任一乳胶头,若蒸馏水中有气泡冒出,则装置气密性良好
B.同时点燃两个酒精灯后,两端湿润的pH试纸均变蓝
C.实验过程中竖直支管上方会出现白烟
D.停止加热后可以交替挤压两边乳胶头,使气体更充分吸收,减少污染
【答案】B
【解析】A.整套装置是密闭体系,若装置气密性良好,轻轻挤压任一乳胶头,则蒸馏水中有气泡冒出,故A正确;
B.pH试纸遇酸变红,遇碱变蓝,氯化铵受热分解生成氨气和HCl,左边氯化钙会吸收氨气,右边NaOH会吸收HCl,因此同时点燃两个酒精灯后,左端pH试纸变红,右边pH试纸变蓝,故B错误;
C.竖直支管上方同时有氨气和HCl,两者相遇变为氯化铵,因此实验过程中竖直支管上方会出现白烟,故C正确;
D.停止加热后,不断交替挤压两边乳胶头,增大压强,将残余的气体全部赶入到蒸馏水中被吸收,减少污染,故D正确。
必杀技
铵盐(NH4+)无色气体(NH3)变蓝
【同步练习2】为了检验某固体物质中是否含有NH4+,一定用不到的试剂或试纸是
A.NaOH溶液 B.浓盐酸 C.稀硫酸 D.红色石蕊试纸
【答案】C
【解析】向样品中滴加NaOH溶液后,生成的氨气既可以用湿润的红色石蕊试纸检验,也可以用蘸浓盐酸的玻璃棒来检验。
常见考法三 氨气的实验室制法
【例3】在实验室制取干燥氨气的过程中,所给装置使用合理的是
A.用装置甲制备氨气 B.用装置乙除去氨气中的少量水蒸气
C.用装置丙收集氨气 D.用装置丁吸收多余的氨气
【答案】D
【解析】A.为防止生成的水蒸气冷凝倒流到试管底部炸裂试管,碱石灰和氯化铵加热制氨气的试管口应略向下倾斜,故A错误;
B.氨气是碱性气体,能与浓硫酸反应,不能用浓硫酸干燥氨气,故B错误;
C.丙图的收集方法为向上排空气法,而氨气密度比空气小,应该用向下排空气法收集,即气体应该短进长出,故C错误;
D.防止氨气污染空气,氨气极易溶于水,可用水吸收,应该有防倒吸措施,丁装置吸收多余的氨气并有防倒吸功能,故D正确。
必杀技
1.制备原理:实验室用铵盐与消石灰混合如热来制取氨气。
2NH4Cl + Ca(OH)2 2NH3↑ + CaCl2 + 2H2O
2.装置:固—固加热型。
3.收集:由于氨气极易溶于水,密度比空气小,故只能用向下排空气法收集。
4.检验:①用湿润的红色石蕊试纸接近瓶口,若变蓝,则是氨气。②用蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口,若产生白烟,则是氨气。
5.干燥:常用碱石灰来干燥氨气,不能用浓硫酸、P2O5等酸性干燥剂,也不能用无水CaCl2来干燥NH3,因为NH3和CaCl2反应生成CaCl2·8NH3。
说明:实验室也可用浓氨水为原料制取氨气,如:把浓氨水滴加到碱石灰上、加热浓氨水等。
【同步练习3】下列有关氨气的制取、收集并验证其部分性质的装置和原理不能达到实验目的的是
A.用甲装置制取少量氨气 B.用乙装置收集氨气
C.用丙装置验证氨气溶于水呈碱性 D.用丁装置验证氨气极易溶于水
【答案】C
常见考法四 硝酸的性质
【例4】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 mol·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________mol·L-1。
(4)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3,至少需要30%的双氧水________g。
【答案】
(1)5.824 5.376 (2)1.52 mol (3) (4)57.8
【解析】(1)n(Cu)==0.51 mol,设混合气体中NO的物质的量为x,NO2的物质的量为y。根据气体的总体积为11.2 L,有:x+y=0.5 mol。根据得失电子守恒,有:3x+y=0.51×2 mol。解方程组得:x=0.26 mol,y=0.24 mol。则:V(NO)=0.26 mol× 22.4 L·mol-1=5.824 L,V(NO2)=11.2 L-5.824 L=5.376 L。
(2)参加反应的HNO3分两部分:一部分没有被还原,显酸性,生成Cu(NO3)2;另一部分被还原成NO2和NO,所以参加反应的HNO3的物质的量为0.51 mol×2+0.5 mol=1.52 mol。
(3)HNO3在反应中一部分变成气体,一部分以NO的形式留在溶液中。变成气体的HNO3的物质的量为0.5 mol。加入NaOH溶液至正好使溶液中Cu2+全部转化为沉淀,则溶液中只有NaNO3,其物质的量为10-3 aV mol,也就是以NO形式留在溶液中的HNO3的物质的量为10-3 aV mol。所以,c(HNO3)=mol·L-1。
(4)由得失电子守恒得:2×n(Cu)=2×n(H2O2),×2=n(H2O2)×2,n(H2O2)=0.51 mol,则m(H2O2)=17.34 g。需30%的双氧水:17.34 g÷30%=57.8 g。
必杀技
1.硝酸与金属的反应:除金、铂等少数金属外,几乎所有金属都能与硝酸反应,金属被氧化成高价态硝酸盐,一般情况下,浓硝酸被还原为NO2,稀硝酸被还原为NO,不管是活泼金属或不活泼金属都不生成H2。
2.硝酸与非金属的反应:如碳、硫等非金属,在加热条件下都易被浓硝酸氧化成相应的氧化物或含氧酸,浓硝酸自身被还原成NO2。
3.与其他还原剂(如HBr、HI、SO2、Na2SO3、Fe2+等)反应。
4.常温下使Fe、Al钝化。
【同步练习4】一定温度下,铜与稀HNO3反应的过程如下:
下列说法错误的是
A.I中生成的无色气体是NO
B.III的反应速率比I快的原因是NO2溶于水,对反应具有催化作用
C.当活塞不再移动时,再抽入空气,铜可以继续溶解
D.将上述1mL无色气体与1mL氧气混合通入水中,恰好能完全被水吸收
【答案】D
【解析】对于选项D,无色气体为NO,与氧气、水反应的化学方程式为4NO+3O2+2H2O = 4HNO3,也就是它们恰好完全反应的体积比为4﹕3﹕2,当1 mL无色气体与1 mL氧气混合通入水中,并不能恰好完全被水吸收,所以D说法是错误的。答案为D。
分层提分
题组A 基础过关练
1.只用一种试剂就能将NH4Cl、(NH4)2SO4、NaCl、Na2SO4四种溶液区分开,这种试剂是
A.NaOH溶液 B.AgNO3溶液
C.Ba(OH)2溶液 D.BaCl2溶液
【答案】C
2.下列说法正确的是
A.某盐溶液与NaOH溶液共热产生使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体,该盐为铵盐
B.某溶液加氯化钡溶液有白色沉淀生成,说明原溶液中一定有SO42-
C.少量浓硫酸沾在皮肤上,立即用氢氧化钠溶液冲洗
D.将pH试纸直接放入某溶液中,测定溶液的pH值
【答案】A
3.磷酸二氢铵(NH4H2PO4)常作干粉灭火器的原料,温度高于100℃会分解。关于NH4H2PO4说法错误的是
A.易溶于水 B.分解时放热
C.与强碱反应能产生氨气 D.可用作复合肥料
【答案】B
4.下列反应中,HNO3既表现氧化性又表现酸性的是
A.C+浓HNO3 B.Cu+浓HNO3
C.CuO+HNO3 D.Fe2O3+HNO3
【答案】B
5.下列离子方程式书写正确的是
A.实验室用氯化铵和熟石灰制取氨:NH4++OH- NH3↑+H2O
B.NaOH浓溶液与NH4Cl溶液混合加热:NH4++OH- NH3·H2O
C.氨水中加盐酸:NH3·H2O+H+ = NH4++H2O
D.氨水中加入氯化铁溶液:Fe3++3OH- = Fe(OH)3↓
【答案】C
【解析】A. 该反应属于固体间的加热反应,不是离子反应,不能书写相应的离子方程式,故 A 错误;
B. 加热条件下NH3·H2O 应分解为NH3和H2O,故 B 错误;
C是正确的。
D. NH3·H2O属于弱电解质,在离子方程式中应写为分子形式,故 D 错误。
6.下列现象不能用于检验NH3的是
A.气体遇浓盐酸产生白烟 B.气体使湿润的蓝色石蕊试纸变红
C.气体遇氯气产生白烟 D.气体通入酚酞溶液中,溶液变红
【答案】B
7.下列有关硝酸的说法不正确的是
A.实验室常用稀硝酸与金属锌反应制备氢气
B.用玻璃棒蘸取浓硝酸,靠近蘸有浓氨水的玻璃棒会冒白烟
C.浓硝酸可与非金属单质例如碳反应,表现出强氧化性
D.氮氧化物是大气污染物,会产生硝酸型酸雨和光化学烟雾等环境问题
【答案】A
8.某同学探究氨气和铵盐的性质,对相关实验操作及现象描述正确的是
A.室温下测定等浓度氨水和NaOH溶液的pH,比较氨水和NaOH碱性强弱
B.向试管中滴加稀NaOH溶液,将湿润红色石蕊试纸置于试管口,若试纸不变蓝,则原溶液中无NH
C.液氨作为清洁能源的反应原理是4NH3+5O24NO+6H2O
D.加热可除去NH4Cl中的少量NaHCO3
【答案】A
【解析】NH3·H2O是弱电解质,NaOH是强电解质,前者部分电离,后者完全电离,故通过室温下测定等浓度氨水和NaOH溶液的pH,可比较氨水和NaOH碱性强弱,A正确;NH3极易溶于水,稀溶液中不加热NH3不能逸出,无法确定是否含NH,B错误;NH3不易燃烧,产生的NO是大气污染物,不能作清洁能源,C错误;NH4Cl受热也会分解,故不可采用加热法除杂,D错误。
9.有关浓硝酸与浓硫酸的对比错误的是
A.在加热条件下都能将碳氧化成二氧化碳
B.常温下都能用铁制或铝制容器盛放
C.长期露置在空气中,溶质质量分数都会变小
D.用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近都会有白烟生成
【答案】D
【解析】对于选项D,浓硝酸有挥发性,用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近都会有白烟生成,而浓硫酸难挥发,不会产生白烟,D说法错误;故选D。
10.对氨的实验室制法、氨气及铵盐的性质进行探究。回答下列问题:
A
a
c
d
e
f
g
h
水
i
浓氨水
氢氧化钠
b
碱石灰
水
B
C
D
E
F
Ⅰ.氨气的制备
(1)若用A装置制备氨气,写出反应的化学方程式 。
欲收集一瓶干燥的氨气,选择上图中的装置(可重复使用),其连接顺序为:a→ (按气流方向,用小写字母表示)。
G
H
Ⅱ.按右图装置进行氨气的性质实验(旋塞1和旋塞2
实验前关闭),G、H是两个等体积的容器。
(2)先打开旋塞1,H瓶中现象是 ,
原因是 。一段时间后,关
闭旋塞1,再打开旋塞2,H瓶中现象是 。
【答案】(1)2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2 +2NH3↑+2H2O
a→c→d→h→g→(d→c或c→d)→i
(2)有白烟,生成了氯化铵固体 石蕊试液倒吸入H瓶,石蕊试液变成了红色
题组B 能力提升练
11. “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
【答案】D
【解析】加热时氯化铵分解生成氨气和氯化氢,在上方氨气和氯化氢化合生成氯化铵晶体,故 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,故 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,故 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,故 D 错误。
12.木炭屑与浓HNO3共热,产生的气体X等分为①和②两份,将两份气体分别按下图进行实验:
则澄清石灰水的变化可能是
A.①不变浑浊,②变乳白色 B.①变为乳白色浑浊,②不变浑浊
C.①、②均变为乳白色浑浊 D.①、②都不变浑浊
【答案】B
13.工业上用洗净的废铜屑作原料来制备硝酸铜,为节约原料和防止环境污染,宜采用的方法是
A.Cu+HNO3(浓) → Cu(NO3)2 B.Cu+HNO3(稀) → Cu(NO3)2
C.Cu→ CuO→ Cu(NO3)2 D.Cu → CuSO4 → Cu(NO3)2
【答案】C
14.为证明稀硝酸与铜反应产物中的气体为NO,设计如图实验(实验过程中活塞2为打开状态),下列说法中不正确的是
A.关闭活塞1,加入稀硝酸至液面a处
B.在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率
C.通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行
D.反应开始后,胶塞下方有无色气体生成,还不能证明该气体为NO
【答案】A
15.明代《徐光启手迹》记载了制备硝酸的方法,其主要流程(部分产物已省略)如下:
下列说法错误的是
A.FeSO4的分解产物X为FeO B.本流程涉及复分解反应
C.HNO3的沸点比H2SO4的低 D.制备使用的铁锅易损坏
【答案】A
【解析】A.据图可知FeSO4分解时生成SO2和SO3,部分S元素被还原,则Fe元素应被氧化,X为Fe2O3,A错误;
B.H2SO4与KNO3在蒸馏条件下生成HNO3和K2SO4,为复分解反应,B正确;
C.H2SO4与KNO3混合后,蒸馏过程中生成HNO3,说明HNO3的沸点比H2SO4的低,C正确;
D.硫酸、硝酸均可以和铁反应,所以制备使用的铁锅易损坏,D正确。
16.在学习了硝酸的强氧化性后,某学习小组进行了浓硝酸和硫单质反应的实验探究。他们根据氧化还原反应原理推测硫的氧化产物,提出三种假设:
Ⅰ.只有H2SO4; Ⅱ.只有SO2; Ⅲ.SO2和H2SO4都有。
为了探究是哪一种情况,他们设计了下列实验流程及步骤:
①实验所得气体折算成标准状况为1.792 L。
②混合气体用水吸收后,测得无含硫、含氮化合物逸出,并将吸收液配成100.00 mL溶液。
③取②中所得溶液20.00 mL,加足量BaCl2溶液得白色沉淀0.466 g。
④再取20.00 mL②中所得溶液,用NaOH溶液中和,恰好用去0.6 mol·L-1 NaOH溶液30.00 mL。
请回答下列问题:
(1)混合气体中NO2气体被水充分吸收的化学方程式为 。
(2)②中配制溶液所用到的玻璃仪器除烧杯、量筒外还有 。
(3)收集到的气体中含有 ,假设 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)成立。
(4)配制的100.00 mL溶液中H+的物质的量浓度是 ,该实验中S与浓HNO3反应的化学方程式为 。
【答案】(1)4NO2+O2+2H2O4HNO3(其他合理答案也可)
(2)玻璃棒、100 mL容量瓶、胶头滴管
(3)SO2 Ⅲ
(4)0.9 mol·L-1 14HNO3(浓)+3S2SO2↑+H2SO4+14NO2↑+6H2O
17.为了测定固体磷铵化肥铵态氮的百分含量,实验室用下列实验装置进行实验:
在A中加入m g磷铵样品,关闭止水夹,向A中加入浓NaOH溶液,反应前后C中浓硫酸增重n g,回答下列问题:
(1)B中应加入 (填物质名称),其作用是 。D的作用是 。
(2)反应停止后打开止水夹,向反应装置中鼓入一定量的空气,其作用是
。
(3)该磷铵化肥中铵态氮的质量分数是 (用含m、n的关系式表示)
【答案】(1)碱石灰;吸收氨气中的水蒸气;D的作用是防止空气中的水蒸气进入C中
(2)赶出残留在A、B中的氨气,确保氨气被完全吸收。
(3)×100%
【解析】(1)定量实验中一个重要问题是精度控制,用吸收法测定生成气态氨的质量,要排除可能存在的各种干扰。本实验中,用湿法制氨气,气体中必定有一定量的水蒸气,也要防止空气中的水蒸气进入体系,影响实验结果,除去氨气中水蒸气的固体物质常见的是碱石灰。D的作用是防止空气进入C中,而引起实验误差。
(2)反应停止后,A和B中将残留一定量的氨气而未被C中浓硫酸吸收,这是引起实验误差的原因之一。所以反应停止后鼓入空气,可以确保氨气被完全吸收。
(3)计算磷铵中铵态氮的质量分数,可以用以下关系式计算:
NH3————N
17 g 14 g
n g x g (x为氮元素的质量)
样品中氮元素的质量=g
该磷铵化肥中铵态氮的质量分数是×100%。
题组C 培优拔尖练
18.当铜的质量一定时,用排水法分别收集铜与足量的浓硝酸和稀硝酸完全反应产生的气体(同温同压)。下列有关叙述中正确的是
A.反应中消耗硝酸的物质的量:前者多,后者少
B.收集到的气体的颜色:前者深,后者浅
C.收集到的气体的体积:前者多,后者少
D.收集到的气体体积两者相等
【答案】AD
【解析】铜与浓硝酸和稀硝酸反应的化学方程式分别为:
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
当排水法收集时,NO2又会与水反应:3NO2+H2O = 2HNO3+NO
19.甲、乙两个研究小组,用以下两种方法由Cu粉制Cu(NO3)2溶液。
(1)甲组用a g Cu粉,在加热条件下,与空气充分反应,然后将生成的CuO全部溶于适量的稀HNO3溶液中,制得Cu(NO3)2溶液。则消耗O2的物质的量是 ,消耗HNO3的物质的量是 。
(2)乙组用a g Cu粉全部溶于一定量的浓HNO3中,测得生成的气体在标准状况下体积为b L (不考虑NO2转化成N2O4)。则消耗的HNO3的物质的量是 mol。
(ⅰ)为消除污染,将生成的气体通入水中并同时通入O2,使生成的气体完全溶于水,计算消耗O2的物质的量;
(ⅱ)若将生成的气体通入NaOH溶液中,气体被完全吸收,产物只有NaNO3、NaNO2和H2O,计算生成NaNO2的物质的量。
【答案】(1) (2)mol,mol。
20.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。
请回答下列问题:
(1)设计装置A的目的是 ,为达到此目的,应进行的操作是 ;A中反应的化学方程式为 ;
(2)在完成(1)中的“操作”后,将装置B中铜丝插入稀硝酸,并微热之,观察到装置B中的现象是 ,B中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 。
【答案】(1)利用生成的CO2将整个装置内的空气赶尽,避免NO和O2反应生成NO2对气体产物的观察产生干扰。打开K,当装置C中产生白色沉淀时,关闭K。CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2↑ + H2O。
(2)溶液中产生气泡,溶液变为蓝色。3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O。
(3)验证无色气体为NO;将注射器F中的空气推入E中,或将E中的无色气体吸入到注射器中。
(4)吸收多余的氮氧化物,防止污染空气,兼有防止溶液倒吸的功能。
21.某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱,按下图装置进行试验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO,由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。
可选药品:浓硝酸、3 mol/L稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳。
已知:氢氧化钠溶液不与NO反应,能与NO2反应:2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
(1)实验应避免有害气体排放到空气中,装置③、④、⑥中盛放的药品依次是__________;
(2)滴加浓硝酸之前的操作是:检验装置的气密性,加入药品,打开弹簧夹后,继续进行的操作是_____________________________;
(3)装置①中发生反应的离子方程式是___________________________________;
(4)装置②的作用是___________________________________________________,
发生反应的化学方程式是______________________________________________;
(5)该小组得出结论依据的实验现象是_____________________________________;
(6)实验结束后,同学们发现装置①中溶液呈绿色,而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致,而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个试验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是________(填字母)。
a.加热该绿色溶液,观察颜色变化
b.加水稀释绿色溶液,观察颜色变化
c.向该绿色溶液中通入氮气,观察颜色变化
d.向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体,观察颜色变化
【答案】 (1)3 mol/L稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液
(2)通入CO2一段时间,关闭弹簧夹,将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内
(3)Cu+4H++2NO===Cu2++2NO2↑+2H2O
(4)将NO2转化为NO 3NO2+H2O===2HNO3+NO
(5)装置③中液面上方气体仍为无色,装置④中液面上方气体由无色变为红棕色
(6)acd
【解析】 (1)根据装置的特点和实验目的,NO不溶于水,装置⑤是收集NO,所以装置③中应该盛放稀硝酸,达到验证稀HNO3不能氧化NO的目的,装置⑥中盛放NaOH溶液吸收NO2,防止污染空气,装置④中应该盛放浓硝酸,达到验证浓HNO3能氧化NO的目的;
(2)由于装置中残存的空气能氧化NO,对实验产生干扰,所以滴加浓HNO3之前需要通入一段时间CO2赶走装置中的空气,同时也需将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内防止反应产生的NO气体逸出;
(3)装置①中Cu与浓HNO3反应的离子方程式为Cu+4H++2NO=== Cu2++2NO2↑+2H2O;
(4)装置②中盛放H2O,使NO2与H2O反应生成NO,3NO2+H2O===2HNO3+NO;
(5)NO通过稀HNO3溶液后,若无红棕色NO2产生,说明稀HNO3不能氧化NO,所以盛放稀HNO3装置的液面上方没有颜色变化即可说明;装置④中盛放的是浓HNO3,若浓HNO3能氧化NO,则装置④液面的上方会产生红棕色气体;
(6)要证明是Cu(NO3)2浓度过高或是溶解了NO2导致装置①中溶液呈绿色,一是可设计将溶解的NO2赶走(a、c方案)再观察颜色变化,二是增大溶液中NO2浓度(d方案),通过观察颜色变化可以判断。
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