鲁科版高考化学一轮复习第4章第20讲氮的循环教学课时学案

这是一份鲁科版高考化学一轮复习第4章第20讲氮的循环教学课时学案，共28页。
氮的固定 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\up11(点燃))Mg3N2，N2表现氧化性。
②与H2反应：N2＋3H2eq \(,\s\up11(高温、高压),\s\d8(催化剂))2NH3，N2表现氧化性。
③与O2反应：N2＋O2eq \(==========,\s\up11(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。
③氮固定涉及的转化：NH3N2―→NONO2―→HNO3。
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。95%以上浓HNO3在空气中易挥发出HNO3(g)产生“发烟”现象，称为发烟硝酸。
(1)不稳定性
①反应：4HNO3eq \(=====,\s\up11(△),\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\up11(△))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\up11(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．部分含氮物质的分类与相应氮元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是( )
A．a可经催化氧化生成b
B．b为红棕色，可转化为c
C．密闭体系中，c存在2NO2N2O4
D．d的溶液与Cu反应可生成b或c
B [根据图，a为NH3，b为NO，NH3可经催化氧化生成NO，A说法正确；b为NO，为无色气体，与氧气反应可转化为c，即NO2，B说法错误；＋4价的含氮氧化物有NO2、N2O4，密闭体系中，c存在2NO2N2O4，C说法正确；d为硝酸，Cu与稀硝酸溶液反应生成NO，与浓硝酸反应生成NO2，D说法正确。]
2．空气中的氮气可通过人工固氮获得氨气，氨气是重要的化工原料，通过氨氧化法可制得硝酸，反应过程如图：
硝酸是一种强氧化性酸，制硝酸工业产生的尾气中含有氮氧化物(有毒)，应处理后才能排放。下列说法不正确的是( )
A．常温下，浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中
B．BaSO3固体能溶于稀硝酸，生成Ba(NO3)2，放出SO2气体
C．工业上，当转化①的反应达到平衡时，需不断地从混合气体中分离出NH3，将未反应的原料气送回合成塔以提高原料的利用率
D．转化④中，当V(NO2)∶V(O2)＝1∶1时，理论上NO2全部转化为HNO3
BD [B项，BaSO3被HNO3氧化生成BaSO4，不能生成SO2，错误；D项，当V(NO2)∶V(O2)＝4∶1时，理论上NO2全部转化为HNO3，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与稀硝酸可以反应，不发生钝化，错误。]
4．对比分析下列实验所得结论正确的是 ( )
① ② ③
A．由①中收集的气体能使带火星的木条复燃可推断NO2能助燃
B．②中产生红棕色气体可以证明浓硝酸具有不稳定性
C．③中气体产物中有CO2能证明C能将浓硝酸还原
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
A [①中发生反应4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up11(△))4NO2↑＋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；浓硝酸能与红热的木炭反应生成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；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。]
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)
氨的转化与生成
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＋H2ONH3·H2ONHeq \\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\up11(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\up11(△))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\up11(△))NH3↑＋HCl↑。
②NH4HCO3受热分解：NH4HCO3eq \(=====,\s\up11(△))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\up11(△))NH3↑＋H2O。
(3)“水解”——铵盐溶于水易水解，离子方程式：
NHeq \\al(＋,4)＋H2ONH3·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\up11(强碱),\s\d8(△))eq \x(\a\al(无色气体,NH3))eq \(――――――→,\s\up11(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\up11(△))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．探究氨气及铵盐性质的过程中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是( )
A．将集满氨气的试管倒扣于水槽中，液体迅速充满试管，说明氨气极易溶于水
B．将pH＝11的氨水稀释1 000倍，测得pH>8，说明NH3·H2O为弱碱
C．加热NH4HCO3固体，观察到固体逐渐减少，试管口有液滴产生，说明NH4HCO3受热不稳定
D. 将红热的铂丝伸入如图所示的锥形瓶中，瓶口出现少量红棕色气体，说明氨气的氧化产物为NO2
D [氨气极易溶于水生成氨水，所以将集满氨气的试管倒扣于水槽中，液体迅速充满试管，故A正确；常温下，pH＝11的氨水中c(OH－)＝10－3 ml·L－1，稀释1 000倍，测得pH>8，c(OH－)>10－6 ml·L－1，说明稀释时电离平衡正向移动，所以NH3·H2O为弱碱，故B正确；碳酸氢铵加热分解为氨气、二氧化碳和水，故C正确；氨气的催化氧化产物为NO，NO在锥形瓶口与氧气反应生成NO2，所以瓶口出现少量红棕色气体，故D错误。]
2．下列说法中正确的是( )
A．所有铵盐受热均可以分解，产物均有NH3
B．所有铵盐都易溶于水，所有铵盐中的氮均呈－3价
C．NH4Cl溶液中加入NaOH浓溶液共热时反应的离子方程式为NHeq \\al(＋,4)＋OH－eq \(=====,\s\up11(△))NH3↑＋H2O
D．NH4Cl和NaCl的固体混合物可用升华法分离
C [A.NH4NO3受热分解不一定能得到NH3，错误；B.NH4NO3中氮有－3、＋5两种化合价，错误；D.NH4Cl受热分解生成NH3和HCl，冷却NH3与HCl又生成NH4Cl，不是升华，错误。]
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\up11(△))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\up11(△))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\up11(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\up11(△))2NH3↑＋CaCl2＋2H2O(或B NH3·H2Oeq \(=====,\s\up11(△))NH3↑＋H2O) ②dcfei (2)①红棕色慢慢变浅 ②8NH3＋6NO2eq \(=====,\s\up11(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：
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)当是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．探究NO2、O2混合气体的喷泉实验。
(1)请在G装置中的虚线上描出导管实线图。
(2)G装置中浓硫酸有三种作用：混合NO2、O2；干燥NO2、O2；_______________________________________________________________。
(3)将G装置上面的圆底烧瓶收集满气体进行喷泉实验，若混合气体全部被吸收，则所得溶液物质的量浓度为________ml·L－1(保留两位有效数字)。
[解析] (1)O2、NO2密度比空气大，故应进气管短，出气管长。(2)观察气泡的生成速率，控制混合气体的比例。 (3)烧瓶中充满溶液，反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3恰好发生，HNO3的物质的量是恰好完全反应的NO2和O2(体积比为4∶1)总物质的量的eq \f(4,5)，溶液体积等于恰好完全反应的NO2和O2的总体积，设烧瓶中恰好完全反应的NO2和O2的总体积为V，则溶液浓度为eq \f(\f(V,22.4 L·ml－1)×\f(4,5),V)＝eq \f(1,22.4)×eq \f(4,5) ml·L－1，即c(HNO3)≈0.036 ml·L－1。
[答案] (1)(进气管短，出气管长)
(2)观察气泡的生成速率，控制混合气体的比例
(3)0.036
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．(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。]
2．(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\up11(Cr2O3),\s\d8(△))NOeq \(――→,\s\up11(O2))NO2eq \(――→,\s\up11(H2O))HNO3 2NO＋O2===2NO2
3．(2022·海南等级考，T17)磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4]常用于干粉灭火剂。某研究小组用磷酸吸收氨气制备(NH4)2HPO4，装置如图所示(夹持和搅拌装置已省略)。
回答问题：
(1)实验室用NH4Cl(s)和Ca(OH)2(s)制备氨气的化学方程式为_______________________________________________________________。
(2)现有浓H3PO4质量分数为85%，密度为1.7 g/mL。若实验需100 mL 1.7 ml/L的H3PO4溶液，则需浓H3PO4________mL(保留一位小数)。
(3)装置中活塞K2的作用为_________________________。
实验过程中，当出现______________________________现象时，应及时关闭K1，打开K2。
(4)当溶液pH为8.0～9.0时，停止通NH3，即可制得(NH4)2HPO4溶液。若继续通入NH3，当pH>10.0时，溶液中OH－、________和________(填离子符号)浓度明显增加。
(5)若本实验不选用pH传感器，还可选用________作指示剂，当溶液颜色由________变为________时，停止通NH3。
[解析] (2)V×1.7 g/mL×85%＝0.1 L×1.7 ml/L×98 g/ml
V≈11.5 mL
(5)恰好生成(NH4)2HPO4时pH为8.0～9.0，该pH范围在酚酞的变色范围内，可以酚酞作为指示剂。
[答案] (1)2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up11(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
(2)11.5
(3)反应过程中及时排出过多的NH3 锥形瓶中H3PO4溶液冒气泡
(4)POeq \\al(3－,4) NHeq \\al(＋,4) (5)酚酞 无色 浅红色
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(二十) 氮的循环
一、选择题(每小题只有一个选项符合题目要求)
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．如图是氮元素形成物质的价类二维图及氮循环的部分信息：
下列说法正确的是( )
①可通过雷电作用将b转化为c，这是一种固氮方式
②可通过加氧化剂将e转化为f
③a→c→d→f这几个反应中，均发生了N元素被氧化的反应
④g只具有氧化性，还可能与碱发生反应
⑤将f转化为d必须选用合适的还原剂才能实现
⑥h可与f反应生成i
A．①③⑤⑥ B．②③④
C．①③⑥ D．①④⑤
C [根据价类图可知，a为NH3，b为N2，c为NO，d为NO2或N2O4，e为N2O5，f为HNO3，g为HNO2，h为NH3·H2O，i为铵盐或硝酸盐。]
3．如图所示是NH3的两个性质实验，下列有关说法中正确的是( )
A．两个实验均表现了NH3易溶于水
B．两个实验均表现了NH3易挥发
C．两个实验均表现了NH3是碱性气体
D．两个实验均表现了NH3是还原性气体
C [实验一是氨气的喷泉实验，喷泉实验证明氨气极易溶于水，溶于水形成一水合氨弱碱溶液，滴加酚酞溶液变红色，证明氨气是碱性气体；实验二中浓氨水挥发出的氨气分子和浓盐酸挥发出的氯化氢分子结合生成氯化铵固体小颗粒，证明浓氨水易挥发，氨气遇到氯化氢发生反应生成氯化铵，证明氨气是碱性气体。]
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。]
二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求)
5．氮元素是空气中含量最多的元素，在自然界中的分布十分广泛，在生物体内亦有极大作用。一定条件下，含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。下列说法正确的是 ( )
A．图中属于“氮的固定”的是k和c
B．表示循环中发生非氧化还原反应的过程只有a
C．若反应h是在NO2与H2O的作用下实现，则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1
D．若反应i是在酸性条件下由NOeq \\al(－,3)与Fe2＋的作用实现，则该反应的离子方程式为3Fe2＋＋NOeq \\al(－,3)＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O
AD [氮的固定是指氮由游离态转化为化合态，图中属于“氮的固定”的是k和c，A正确；表示循环中发生非氧化还原反应的过程有a和l，B不正确；若反应h是在NO2与H2O的作用下实现，反应为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，C不正确；若反应i是在酸性条件下由NOeq \\al(－,3)与Fe2＋的作用实现，则产物为NO、Fe3＋和H2O，离子方程式为3Fe2＋＋NOeq \\al(－,3)＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O，D正确。]
6．某学习小组设计实验探究NO与铜粉的反应并检验NO，实验装置如图所示(夹持装置略)。实验开始前，向装置中通入一段时间的N2，排尽装置内的空气。
已知：在溶液中FeSO4＋NO[Fe(NO)]SO4(棕色)，该反应可用于检验NO。
下列说法中不正确的是( )
A．装置F、I中的试剂依次为水、硫酸亚铁溶液
B．若观察到装置H中红色粉末变黑色，则NO与Cu发生了反应
C．实验结束后，先熄灭酒精灯，再关闭分液漏斗的活塞
D．装置J收集的气体中一定不含NO
D [稀硝酸与铜反应生成一氧化氮，一氧化氮能够被氧气氧化，因此实验前需要通入氮气，排尽装置中的空气，硝酸具有挥发性，生成的一氧化氮中混有少量硝酸蒸气，可以通过水吸收后再干燥，干燥的一氧化氮在装置H中与铜反应，未反应的NO可以利用硫酸亚铁溶液检验。装置F、I中的试剂依次为水、硫酸亚铁溶液，A项正确；若观察到装置H中红色粉末变为黑色，则NO与Cu发生了反应，B项正确；实验结束后，为了防止倒吸，需要先熄灭酒精灯，再关闭分液漏斗的活塞，C项正确；由于FeSO4＋NO[Fe(NO)]SO4(棕色)为可逆反应，装置J收集的气体中可能含有NO，D项错误。]
7．用如图所示装置探究Cl2和NO2在NaOH溶液中的反应，若通入适当比例的Cl2和NO2，即发生反应Cl2＋2NO2＋4NaOH===2NaNO3＋2NaCl＋2H2O。
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
下列叙述正确的是( )
A．实验室中用二氧化锰与浓盐酸共热制备氯气
B．装置Ⅰ中盛放的试剂是浓硫酸，作用是干燥氯气
C．装置Ⅲ的作用是便于控制通入NO2的量
D．若制备的NO2中含有NO，应将混合气体通入水中以除去NO
AC [该实验不需要保证氯气是干燥的，所以装置Ⅰ中盛放的试剂是饱和NaCl溶液，作用是除去氯气中的杂质HCl气体，B错误；若制备的NO2中含有NO，将混合气体通入水中，会发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，最后导致气体完全变质，D错误。]
三、非选择题
8．(2022·日照模拟)已知在溶液中制备水合碳酸镧[La2(CO3)3·xH2O]时，若碱性太强，会生成受热易分解的La(OH)CO3。
用如图装置模拟制备水合碳酸镧：
(1)实验开始时，应先打开仪器________(填“A”或“B”)的活塞。
(2)装置接口的连接顺序为_____________________________________(填接口标号)。
(3)反应中生成水合碳酸镧的化学方程式为____________________________。
[解析] (1)装置Y用于制备NH3，装置W用于制备CO2，实验时先向LaCl3溶液中通入氨气使溶液呈碱性，有利于CO2的吸收，故要先打开仪器A的活塞。(2)装置W制备的二氧化碳中含有氯化氢，要通过装置X除去，装置Y制备的NH3极易溶于水，因此通入装置Z时要防倒吸，故装置接口的连接顺序应为f→b→a→d，e←c。(3)装置Z中LaCl3与NH3、CO2、H2O反应生成La2(CO3)3·xH2O和NH4Cl。
[答案] (1)A (2)f→b→a→d，e←c (3)2LaCl3＋6NH3＋3CO2＋(x＋3)H2O===La2(CO3)3·xH2O↓＋6NH4Cl
9．(2022·青岛模拟)某化学兴趣小组拟采用如图所示装置(部分夹持装置略去)制取氨基钾(KNH2)。已知氨基钾很容易与空气中的水和二氧化碳反应。
(1)A装置装药品前应检验气密性，操作是_____________________________。
浓氨水与生石灰混合能迅速产生氨气，主要利用生石灰吸水且遇水放热升温减小氨气溶解度，以及__________________________________(从平衡角度回答)。
(2)整套装置的连接顺序为a－________(装置不重复使用)。
(3)实验开始时应先打开分液漏斗的活塞，再点燃酒精灯，目的是______________________________________________________________。
药品M为________(填字母标号)。
a．无水氯化钙 b．碱石灰
c．五氧化二磷 d．硅胶
(4)D中硬质玻璃管内发生反应的化学方程式为__________________________。
(5)B装置的作用是___________________________。
[解析] (1)可利用微热法检验A装置气密性。浓氨水与生石灰混合能迅速产生氨气，是因为NH3·H2O＋CaO===Ca(OH)2＋NH3↑，生成的Ca(OH)2增大氨水中氢氧根离子的浓度，NH3＋H2ONH3·H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－平衡向逆反应方向移动。(2)整套装置的连接顺序为A(氨气的发生装置)→E(氨气的干燥装置)→D(KNH2的制备装置)→C(防倒吸装置)→B(NH3尾气吸收装置)，故仪器接口的连接顺序为a－hi－fg－de－b。(3)制备氨基钾时，要防止金属钾和装置内空气发生反应，实验开始时先打开分液漏斗的活塞，利用产生的氨气排除装置内的空气后，再点燃酒精灯，使金属钾和氨气发生反应。药品M用于干燥氨气，可选择碱石灰、硅胶，无水氯化钙能与氨气形成CaCl2·8NH3，五氧化二磷为酸性干燥剂，都不能用于干燥氨气。
[答案] (1)关闭分液漏斗活塞，将导气管插入水中，微热烧瓶，导气管口有气泡冒出，停止加热，导气管中倒吸一段水柱，一段时间后水柱高度保持不变，则证明A装置气密性良好 生成的Ca(OH)2增大氨水中氢氧根离子的浓度，使一水合氨的电离平衡逆向移动
(2)hi－fg－de－b
(3)利用产生的氨气排除装置内的空气，防止金属钾被氧化 bd
(4)2K＋2NH3eq \(=====,\s\up11(△))2KNH2＋H2
(5)吸收多余的NH3，并防止空气中的CO2和水蒸气进入D中
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
2NO2N2O4
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________________________________________________________________
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