考点17 氮元素单质及其重要化合物-2024年高考化学试题分类汇编

这是一份考点17 氮元素单质及其重要化合物-2024年高考化学试题分类汇编，共8页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、选择题
1.(2024·湖北选择考·10)碱金属的液氨溶液含有的蓝色溶剂化电子[e(NH3)n]-是强还原剂。锂与液氨反应的装置如图(夹持装置略)。下列说法错误的是( )
A.碱石灰有利于NH3逸出
B.锂片必须打磨出新鲜表面
C.干燥管中均可选用P2O5
D.双口烧瓶中发生的变化是Li+nNH3Li++[e(NH3)n]-
【解析】选C。本题利用Li和液氨反应:Li+n NH3Li++[e(NH3)n]-制备[e(NH3)n]-;碱石灰可以吸收浓氨水中的水分,同时吸水过程大量放热,使浓氨水受热分解产生氨气,生成的氨气进入干燥装置后进入反应装置进行反应;最后的球形干燥管中可装P2O5,除掉过量的氨气,同时防止空气的水进入双口烧瓶中引起副反应。
碱石灰为生石灰和氢氧化钠的混合物,可以吸收浓氨水中的水分,同时吸水过程大量放热,有利于NH3逸出,A正确;金属锂活性较大,容易与空气中的氧气反应在表面形成一层氧化物薄膜,从而会阻碍Li和液氨的接触,所以必须打磨出新鲜表面,B正确;采用浓氨水制取的氨气中含有水蒸气,而H2O能与Li反应,因此第一个干燥管目的是干燥氨气,盛放的是碱石灰等碱性干燥剂,P2O5为酸性干燥剂,能与氨气反应,不能用P2O5干燥,而装置末端的干燥管的作用是防止外界的水分进入双口烧瓶中,且要吸收过量的氨气防止污染空气,可以盛放P2O5,C错误;进入双口烧瓶中的NH3冷却为液氨与金属锂发生反应生成[e(NH3)n]-,反应为Li+nNH3Li++[e(NH3)n]-,D正确。
2.(2024·全国甲卷·10)四瓶无色溶液NH4NO3、Na2CO3、Ba(OH)2、AlCl3,它们之间的反应关系如图所示。其中a、b、c、d代表四种溶液,e和g为无色气体,f为白色沉淀。下列叙述正确的是( )
A.a呈弱碱性
B.f可溶于过量的b中
C.c中通入过量的e可得到无色溶液
D.b和d反应生成的沉淀不溶于稀硝酸
【解析】选B。由题意及关系图可知,a与b反应需要加热,且产生的e为无色气体,则a和b分别为NH4NO3和Ba(OH)2中的一种,产生的气体e为NH3;又由于b和c反应生成白色沉淀f,NH4NO3不会与其他三种溶液产生沉淀,故b为Ba(OH)2,a为NH4NO3;又由于c既能与b产生沉淀f,又能与d反应产生沉淀f,故c为AlCl3,d为Na2CO3,生成的白色沉淀为Al(OH)3,无色气体g为CO2。综上所述,a为NH4NO3溶液,b为Ba(OH)2溶液,c为AlCl3溶液,d为Na2CO3溶液,e为NH3,f为Al(OH)3,g为CO2。A.由分析可知,a为NH4NO3溶液,为强酸弱碱盐的溶液,NH4+水解显酸性,故a显弱酸性,A项错误;B.由分析可知,f为Al(OH)3,b为Ba(OH)2溶液,Al(OH)3为两性氢氧化物,可溶于强碱,故f可溶于过量的b中,B项正确;C.由分析可知,c为AlCl3溶液,e为NH3,AlCl3溶液中通入NH3会生成Al(OH)3沉淀,Al(OH)3不溶于弱碱,继续通入NH3不能得到无色溶液,C项错误;D.由分析可知,b为Ba(OH)2,d为Na2CO3,二者反应生成BaCO3沉淀,可溶于稀硝酸,D项错误。故选B。
3.(2024·安徽选择考·6)地球上的生物氮循环涉及多种含氮物质,转化关系之一如下图所示(X、Y均为氮氧化物),羟胺(NH2OH)以中间产物的形式参与循环。常温常压下,羟胺易潮解,水溶液呈碱性,与盐酸反应的产物盐酸羟胺([NH3OH]Cl)广泛用于药品、香料等的合成。
已知25 ℃时,Ka(HNO2)=7.2×10-4,Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5,Kb(NH2OH)=8.7×10-9。
NA是阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A.标准状况下,2.24 L X和Y混合气体中氧原子数为0.1NA
B.1 L 0.1 ml·L-1 NaNO2溶液中Na+和NO2-数均为0.1NA
C.3.3 g NH2OH完全转化为NO2-时,转移的电子数为0.6NA
D.2.8 g N2中含有的价电子总数为0.6NA
【解析】选A。NO2-在亚硝酸盐还原酶的作用下转化为X,X在X还原酶的作用下转化为Y,X、Y均为氮氧化物,即X为NO,Y为N2O。标准状况下,2.24 L NO和N2O混合气体物质的量为0.1 ml,氧原子数为0.1NA,故A正确;HNO2为弱酸,因此NO2-能够水解为HNO2,1 L 0.1 ml·L-1 NaNO2溶液中NO2-数目小于0.1NA,故B错误;NH2OH完全转化为NO2-时,N的化合价由-1上升到+3,3.3 g NH2OH物质的量为0.1 ml,转移的电子数为0.4NA,故C错误;2.8 g N2物质的量为0.1 ml,N的价电子数等于最外层电子数等于5,2.8 g N2含有的价电子总数为NA,故D错误。
4.(2024·江苏选择考·6)催化剂能改变化学反应速率而不改变反应的焓变,常见催化剂有金属及其氧化物、酸和碱等。催化反应广泛存在,如豆科植物固氮、石墨制金刚石、CO2和H2制CH3OCH3(二甲醚)、V2O5催化氧化SO2等。催化剂有选择性,如C2H4与O2反应用Ag催化生成(环氧乙烷)、用CuCl2/PdCl2催化生成CH3CHO。催化作用能消除污染和影响环境,如汽车尾气处理、废水中NO3-电催化生成N2、氯自由基催化O3分解形成臭氧空洞。我国在石油催化领域领先世界,高效、经济、绿色是未来催化剂研究的发展方向。
下列化学反应表示正确的是( )
A.汽车尾气处理:2NO+4CON2+4CO2
B.NO3-电催化为N2的阳极反应:2NO3-+12H++10e-N2↑+6H2O
C.硝酸工业中NH3的氧化反应:4NH3+3O22N2+6H2O
D.CO2和H2催化制二甲醚:2CO2+6H2CH3OCH3+3H2O
【解析】选D。该反应的化学方程式配平错误,汽车尾气处理:2NO+2CON2+2CO2,A错误;NO3-电催化为N2,N元素化合价降低,发生还原反应,应是在阴极发生反应,电极反应式是2NO3-+12H++10e-N2↑+6H2O,B错误;硝酸工业中NH3发生催化氧化生成NO,NO进一步反应得到NO2后再与水反应制得硝酸,该氧化反应:4NH3+5O24NO+6H2O,C错误;CO2和H2催化制二甲醚:2CO2+6H2CH3OCH3+3H2O,D正确。
5.
(2024·湖南选择考·7)某学生按图示方法进行实验,观察到以下实验现象:
①铜丝表面缓慢放出气泡,锥形瓶内气体呈红棕色;
②铜丝表面气泡释放速度逐渐加快,气体颜色逐渐变深;
③一段时间后气体颜色逐渐变浅,至几乎无色;
④锥形瓶中液面下降,长颈漏斗中液面上升,最终铜丝与液面脱离接触,反应停止。
下列说法正确的是( )
A.开始阶段铜丝表面气泡释放速度缓慢,原因是铜丝在稀HNO3中表面钝化
B.锥形瓶内出现了红棕色气体,表明铜和稀HNO3反应生成了NO2
C.红棕色逐渐变浅的主要原因是3NO2+H2O2HNO3+NO
D.铜丝与液面脱离接触,反应停止,原因是硝酸消耗完全
【解析】选C。金属铜与稀硝酸不会发生钝化。开始时气泡释放速度缓慢,可能的原因是铜表面有氧化铜,A错误;由于装置内有空气,铜和稀HNO3反应生成的NO迅速被氧气氧化为红棕色的NO2,产生的NO2浓度逐渐增加,气体颜色逐渐变深,B错误;装置内氧气逐渐被消耗,生成的NO2量逐渐达到最大值,同时装置内的NO2能与溶液中的H2O反应3NO2+H2O2HNO3+NO,气体颜色变浅,C正确;由于该装置为密闭体系,生成的NO无法排出,逐渐将锥形瓶内液体压入长颈漏斗,铜丝与液面脱离接触,反应停止,D错误。
6.(2024·浙江6月选考·4)下列说法不正确的是( )
A.装置①可用于铜与浓硫酸反应并检验气态产物
B.图②标识表示易燃类物质
C.装置③可用于制取并收集氨气
D.装置④可用于从碘水中萃取碘
【解析】选C。A项,铜与浓硫酸反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O,可用装置①制取,气态产物为SO2,可利用SO2的漂白性进行检验,A正确;B项,图②标识表示易燃类物质,B正确;C项,NH3的密度比空气小,应用向下排空气法进行收集,C错误;D项,萃取是利用物质在不同溶剂中溶解性的差异分离混合物,装置④可用于从碘水中萃取碘,D正确。
二、非选择题
7.(2024·北京等级考·16)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。
(1)方法一:早期以硝石(含NaNO3)为氮源制备HNO3,反应的化学方程式为H2SO4(浓)+NaNO3NaHSO4+HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和 。
(2)方法二:以NH3为氮源催化氧化制备HNO3,反应原理分三步进行。
NH3NONO2HNO3
①第Ⅰ步反应的化学方程式为
。
②针对第Ⅱ步反应进行研究:在容积可变的密闭容器中,充入2n ml NO和n ml O2进行反应。在不同压强下(p1、p2),反应达到平衡时,测得NO转化率随温度的变化如图所示。解释y点的容器容积小于x点的容器容积的原因
。
(3)方法三:研究表明可以用电解法以N2为氮源直接制备HNO3,其原理示意图如下。
①电极a表面生成NO3-的电极反应式:
。
②研究发现:N2转化可能的途径为N2NONO3-。电极a表面还发生iii.H2OO2。iii的存在,有利于途径ii,原因是
。
(4)人工固氮是高能耗的过程,结合N2分子结构解释原因 。
方法三为N2的直接利用提供了一种新的思路。
【解析】(1)浓硫酸难挥发,产物HNO3为气体,有利于复分解反应进行,体现了浓硫酸的难挥发性和酸性。(2)①第Ⅰ步反应为氨气的催化氧化,化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O;②2NO+O22NO2,该反应正向气体分子总数减小,同温时,p1条件下NO转化率高于p2,故p1>p2,根据V=nRTp,x、y点转化率相同,则n相同,此时压强对容积的影响大于温度对容积的影响,故y点的容器容积小于x点的容器容积。(3)①由电极a上的物质转化可知,氮元素化合价升高,发生氧化反应,电极a为阳极,电极反应式为N2-10e-+6H2O2NO3-+12H+;②反应iii生成O2,O2将NO氧化成NO2,NO2更易转化成NO3-。(4)N2中存在氮氮三键,键能高,断键时需要较大的能量,故人工固氮是高能耗的过程。
答案:(1)难挥发性
(2)①4NH3+5O24NO+6H2O ②2NO+O22NO2,该反应正向气体分子总数减小,同温时,p1条件下NO转化率高于p2,故p1>p2,x、y点转化率相同,此时压强对容积的影响大于温度对容积的影响
(3)①N2-10e-+6H2O2NO3-+12H+
②反应iii生成O2,O2将NO氧化成NO2,NO2更易转化成NO3-
(4)N2中存在氮氮三键,键能高,断键时需要较大的能量,故人工固氮是高能耗的过程