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课件 高考化学一轮复习第五单元 化工生产中重要非金属元素 第二十讲 含氮化合物的转化及应用
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这是一份课件 高考化学一轮复习第五单元 化工生产中重要非金属元素 第二十讲 含氮化合物的转化及应用，共60页。PPT课件主要包含了夯实必备知识，对点自测，NH3，CuO，提升关键能力，石油和煤，含硫矿物，二氧化硫，汽油的不完全燃烧，NaNO3等内容，欢迎下载使用。
第20讲 含氮化合物的转化及应用
考点一 氮及其化合物间的转化考点二 硫的氧化物、氮氧化物的污染及防治经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
考点一 氮及其化合物间的转化
1. 自然界中氮的循环
2.借助“价—类”二维图,构建氮及其化合物的知识结构,写出图中相关反应的化学方程式。① ; ② ; ③ ; ⑤ ; ⑥ ; ⑩ 。
3NO2+H2O = 2HNO3+NO
3Cu+8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2+4H2O+2NO↑
1.[2024·河北保定部分高中联考] 如图是某元素常见物质的“价—类”二维图,其中d为红棕色气体,f和g均为正盐且焰色试验的火焰为黄色。下列说法不正确的是( )A.e的浓溶液可以用铝槽车运输B.气体a、c均可用浓硫酸干燥C.常温下,将充满d的密闭烧瓶置于冰水中,烧瓶内红棕色变浅D.d可与NaOH溶液反应生成f和g
[解析] 由题干信息,d为红棕色气体氧化物,则d为NO2,说明该图为N元素的“价—类”二维图,从而可知a为NH3、b为N2、c为NO、d为NO2,e为HNO3,f和g均为正盐且焰色试验的火焰为黄色,说明g、f含有Na+,则f为NaNO3、g为NaNO2。e的浓溶液即浓HNO3,由于常温下铝在浓硝酸中发生钝化,故可以用铝槽车运输浓HNO3,A正确;
气体a为NH3,不能用浓硫酸干燥,c为NO,可用浓硫酸干燥,B错误;d为NO2,常温下,反应2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0,将充满d的密闭烧瓶置于冰水中,平衡正向移动,故烧瓶内红棕色变浅,C正确;d为NO2,发生反应2NO2+2NaOH NaNO3+NaNO2+H2O,即NO2可与NaOH溶液反应生成f即NaNO3和g即NaNO2,D正确。
2.中学化学中的一些常见物质有如图所示转化关系。其中A、H为空气中的主要成分,气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,气体D遇到A很快变成红棕色的E,C是黑色金属氧化物,I是紫红色金属单质,X为常见液体(部分反应条件及生成物没有全部列出)。回答下列问题:(1)B的化学式为 ,C的化学式为 , D的化学式为 。 (2)写出B的实验室制法的化学方程式: 。 (3)写出反应①的化学方程式: 。 (4)写出反应②的离子方程式: 。
[解析] A、H为空气中的主要成分,分别为N2、O2中的一种,气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,则B为NH3,A能与氨反应生成D与X,X为常见液体,气体D遇到A很快变成红棕色的E,可推知A为O2,H为N2,D为NO,X为H2O,E为NO2,E与X反应生成F,F为HNO3,I是紫红色金属单质,应为Cu,F与Cu反应得到G、X(水)、D(NO),则G为Cu(NO3)2。C属于金属氧化物,与B(NH3)反应得到X(水)、H(氮气)、I(Cu),根据元素守恒可知C为CuO,据此分析答题。
题组 氮及其化合物间的转化
2.[2024·河北唐山摸底] 氮及其化合物的“价—类”二维图如图所示。下列说法正确的是( )A.X可通过加热氯化铵固体制取B.从物质类别角度分析,P和Z都属于酸性氧化物C.将X转化为Q的过程,属于氮的固定D.浓的Y溶液保存在棕色试剂瓶中,并置于冷暗处
[解析] 根据化合价以及所属物质类别可知,X为NH3,Q为NO,Z为NO2,P为N2O5,Y为HNO3,W为NH3·H2O。直接加热氯化铵固体分解生成的HCl又会和氨气反应生成氯化铵,需加热氯化铵和氢氧化钙的混合物,A错误;Z为NO2,NO2与碱发生氧化还原反应,生成两种盐,不是酸性氧化物,B错误;氮的固定是指将游离态的氮转化为化合态,X转化为Q的过程是一种化合态转化为另一种化合态,不属于氮的固定,C错误;浓硝酸见光易分解,需保存在棕色试剂瓶中,并置于冷暗处,D正确。
3.[2023·广东深圳外国语学校调研] 自然界中氮的部分循环过程如图,有关说法正确的是( )A.过程①和过程②均属于自然固氮B.X转化为Y的反应原子利用率为100%C.G转化为NH3或M均发生氧化还原反应D.若为硫循环,X在空气中点燃可得Y
【规律小结】 氮及其化合物之间的相互转化关系及分析图4-17-13(1)“歧化反应”——同一物质中某元素的化合价在同一反应中既升高又降低。例如,3NO2+H2O = 2HNO3+NO,2NO2+2NaOH = NaNO3+NaNO2+H2O。(2)“归中反应”——不同物质中同一元素的不同化合价在同一反应中只靠拢,不交叉。例如,NO2+NO+2NaOH = 2NaNO2+H2O,6NO+4NH3 5N2+6H2O。
考点二 硫的氧化物、氮氧化物的污染及防治
(1)硫的氧化物的来源、危害及治理(2)硫酸型酸雨的形成过程
1. 硫的氧化物的污染及防治
2. 氮氧化物的污染及防治
(1)氮氧化物的来源及危害
(2)NOx尾气的处理①碱液吸收法2NO2+2NaOH = NaNO3+NaNO2+H2ONO2+NO+2NaOH = 2NaNO2+H2ONO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。
②催化转化法在催化剂、加热条件下,氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。反应方程式为ⅰ. 。 ⅱ. 。 ⅲ. 。 ⅳ. 。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)二氧化硫、氮氧化物的大量排放可能形成酸雨,pH小于7的雨水即为酸雨 ( )(2)汽车尾气中的氮氧化物主要是由于汽油不完全燃烧产生的( )(3)“光化学烟雾”“硝酸型酸雨”的形成都与氮氧化物有关( )
[解析] (2)汽油中不含有氮元素,不完全燃烧生成CO,空气中的氮气和氧气在高温下反应生成氮氧化物,错误。
[解析] (1)二氧化碳溶于水使溶液的pH为5.6,则pH小于5.6的雨水为酸雨,错误。
[解析] (3)以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物是形成“光化学烟雾”“硝酸型酸雨”的一个重要原因,正确。
(4)植物根瘤菌可直接吸收空气中的氮氧化物作肥料,实现氮的固定( )(5)燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放( )
[解析] (5)燃煤中加入CaO可以固硫,把硫元素转变为硫酸钙,减少二氧化硫的排放、减少酸雨的形成,不能减少温室气体的排放,错误。
[解析] (4)植物根瘤菌的固氮是直接将空气中的氮气转化为含氮化合物作为肥料,不是吸收空气中的氮氧化物作为肥料,错误。
(6)化石燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施( )(7)酸雨被称为“天堂的眼泪”,某雨水样品放置一段时间后,pH由4.68变为4.00,是因为雨水中溶解的CO2增多( )
[解析] (6)化石燃料燃烧会生成N、S的氧化物,易形成酸雨,所以化石燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化均可减少N、S氧化物的排放,可减少酸雨产生,正确。
[解析] (7)正常雨水中溶解二氧化硫,酸雨的pH小于5.6,与溶解二氧化硫有关,则某雨水样品放置一段时间后,pH由4.68变为4.00,是因为亚硫酸被氧化为硫酸,错误。
2.汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质,这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。(1)汽车尾气中的CO来自 , NO来自 。 汽车尾气对环境的危害主要有 (至少填两种)。(2)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理,使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式: 。
空气中N2与O2在汽车汽缸内的高温环境下的反应
形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应(任填两种即可)
[解析] (1)汽车汽缸内不断进行着汽油的燃烧反应,当空气不足时,汽油燃烧不完全,会产生CO;当空气过量时,N2和O2在放电或高温条件下反应生成NO。汽车尾气对环境的危害很大,可以形成硝酸型酸雨,导致光化学烟雾,产生温室效应。(2)NO、CO反应后生成的无毒气体为CO2和N2。
题组 氮氧化物对环境的污染和治理
1.下列说法正确的是( )A.“3060”双碳目标的重点是推动温室气体减排,减排气体指的是二氧化硫B.氮氧化物排放会引起光化学污染而与酸雨无关C.开发新能源、燃煤脱硫、安装汽车尾气转化器等措施可以减少酸雨D.二氧化碳是无毒的气体,可以任意排放
[解析] 二氧化碳是造成温室效应的气体,所以减排气体指的是二氧化碳,A错误;氮氧化物与水反应生成硝酸,会形成硝酸型酸雨,B错误;开发新能源、煤的脱硫技术、使汽车尾气转化为无污染的气体等措施均可以减少酸雨,C正确;二氧化碳虽然是无毒气体,但不能任意排放,会造成温室效应,D错误。
3.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 。
[解析] (1)NH3与O2反应生成N2O和H2O。
[解析] (2)①加速通入尾气导致尾气吸收不完全,去除率降低,A错误;气、液逆流的目的是将气体与液体充分接触,提高尾气的去除率,B正确;定期补加适量NaOH溶液,吸收更多的尾气,C正确。②NO2与NaOH反应生成NaNO2和NaNO3,则主要杂质为NaNO3;根据题给方程式可知,n(NO2)∶n(NO)≥1时,可以被NaOH溶液完全吸收,n(NO2)∶n(NO)<1时,多余的NO不能被NaOH溶液吸收,所以尾气中含量较高的氮氧化物是NO。
1. [2022·江苏卷] 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NH3B.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4ClC.工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3D.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”
[解析] 大自然通过闪电释放的能量将空气中的N2转化为NO,或者通过豆科植物的根瘤菌将N2转化为NH3,从而实现自然固氮,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,相关的化学反应为4NH3+5O2 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。
3. [2023·江苏卷] 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.实验室探究稀硝酸与铜反应的气态产物:HNO3(稀) NO NO2B.工业制硝酸过程中的物质转化:N2 NO HNO3C.汽车尾气催化转化器中发生的主要反应:2NO+2CO N2+2CO2D.实验室制备少量NH3的原理:2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O
[解析] Cu与稀硝酸的反应产物之一为NO,NO与氧气发生反应2NO+O2 = 2NO2生成NO2,A正确;工业制硝酸是将氨经一系列反应得到硝酸,并且NO不与水发生化学反应,B错误;汽车尾气催化转化器主要将污染气体NO、CO转化为无污染的气体,故该反应方程式为2NO+2CO N2+2CO2,C正确;实验室利用熟石灰和氯化铵制备少量NH3,化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O,D正确。
1. 关于自然界中氮循环(如图所示)的说法正确的是( )A.②④⑤中氮元素均被氧化B.包含了三种固氮方式C.参与氮循环的都是含氮无机物D.上述过程都是在自然条件下进行的
[解析] ②中氮元素被还原,④⑤中氮元素被氧化,A错误;①属于自然固氮,②属于人工固氮,③属于生物固氮,包含三种固氮方式,B正确;生命体中参与氮循环的含氮化合物,如蛋白质是有机物,C错误;过程②是人工固氮,不是在自然条件下进行的,D错误。
2. [2023·江苏南京师大附中模拟] 氮及其化合物在工农业生产和生命活动中起着重要的作用,一种利用电化学制备NH3的转化历程如图所示。下列说法不正确的是 ( )A.步骤Ⅱ属于氮的固定B.物质X为离子化合物C.LiOH可视为该历程中的催化剂D.由该历程说明N2的氧化性强于O2
[解析] 由图可知:步骤Ⅰ电解熔融的LiOH生成Li、水和氧气,步骤Ⅱ中Li和N2反应生成Li3N,步骤Ⅲ中Li3N和水反应生成LiOH和NH3。步骤Ⅱ中Li和N2反应生成Li3N,氮元素由单质变为化合物,因此属于氮的固定,A正确;由分析可知,物质X为Li3N,是由氮离子和锂离子构成的,是离子化合物,B正确;由图可知:LiOH先消耗后生成,LiOH可视为该历程中的催化剂,C正确;该反应历程中步骤Ⅰ通过电解发生,不能说明N2的氧化性强于O2,D错误。
3. 科学家研究发现含氮化合物和含硫化合物在形成雾霾时与大气中的氨有关,转化关系如图所示:回答下列问题:(1)从物质分类的角度看,图中的物质属于酸性氧化物的有 (写化学式)。
[解析] (1)酸性氧化物是指与碱反应只生成一种盐和水的氧化物,SO2、SO3和N2O5都是酸性氧化物。
N2O5、SO2、SO3
(2)图中物质溶于水溶液呈碱性的是 。 (3)写出SO2转化为SO3的化学方程式: 。 (4)工业上利用氨气制备一氧化氮,反应的化学方程式为 。
[解析] (4)NH3在催化剂作用下被O2氧化生成NO和H2O,结合得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式。
(5)实验室长期保存浓硝酸,需使用棕色试剂瓶,并放置在阴凉处,其原因为 (用化学方程式表示)。 (6)氨气与一氧化氮(NO)在一定条件下反应可生成对空气无污染的物质,该反应的化学方程式为 。
[解析] (6)氨气与一氧化氮(NO)在一定条件下反应可生成对空气无污染的物质,结合原子守恒推知,产物为N2和H2O,结合得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式。
考点一 含氮化合物间的转化
2. [2023·天津红桥区一模] 部分含氮物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列说法正确的是( )A.a的氧化或还原均可实现氮的固定B.b是红棕色气体,b常温下可转化为cC.常温下d的稀溶液可保存在铝制容器中D.e的溶液一定呈中性
[解析] 氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮,氮气中氮元素化合价可升高可降低,A正确;b为NO,是无色气体,B错误;浓硝酸能使铝钝化,可以盛放在铝制容器中,稀硝酸与铝和氧化铝反应,不可以保存在铝制容器中,C错误;e为硝酸盐,其溶液不一定呈中性,如硝酸铵溶液由于铵根离子水解,溶液显酸性,D错误。
3. 如图是某元素M的“价—类”二维图,其中X是一种强碱,A为正盐,通常条件下Z是无色液体,D的相对分子质量比E小16,图中呈现了各物质的转化关系。下列说法正确的是( )A.A中只含有离子键B.B物质可以和Y反应直接转化为EC.D、E均可以用向上排空气法收集D.通过氢氧化钠溶液可以除去D中含有的少量E
[解析] A为正盐,X是一种强碱,二者反应生成氢化物B,则A为铵盐,B为NH3;B连续与Y反应得到氧化物D与氧化物E,E的相对分子质量比D大16,则Y为O2、C为N2、D为NO、E为NO2,通常条件下Z是无色液体,E与Z反应得到含氧酸F,则Z为H2O、F为HNO3,F与X发生酸碱中和反应得到的G为硝酸盐。A为铵盐,属于离子化合物,含有离子键,铵根离子中还含有N—H共价键,故A错误;
B为NH3,Y为O2,E为NO2,氨气与氧气反应不会直接生成NO2,故B错误;D为NO,NO能够与氧气反应,不能用排空气法收集,故C错误;一氧化氮不与NaOH溶液反应,二氧化氮与氢氧化钠溶液反应,NO+NO2+2NaOH = 2NaNO2+H2O,通过氢氧化钠溶液可以除去NO中含有的少量NO2,故D正确。
4. [2023·浙江宁波镇海中学模拟] 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.工业上模拟自然界“雷雨发庄稼”的过程生产HNO3B.自然固氮、人工固氮都是将N2转化为含氮化合物C.氨气是重要的工业原料,可用于制备化肥和纯碱等大宗化学品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”
考点二 氮及其化合物转化的应用
[解析] 自然界 “雷雨发庄稼”的第一步是将空气中的氮气转化为NO,工业生产硝酸的第一步是将氮气和氢气反应生成氨气,氨气经催化氧化得到NO,NO被氧化为NO2,NO2和水反应最后得到硝酸,A项错误;氮的固定是指将N2转化为含氮化合物的过程,其中氮的固定包括自然固氮、人工固氮,B项正确;氨气作为重要的工业原料可以制备化肥和纯碱等大宗化学品,C项正确;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项正确。
5. [2024·河北张家口联考] 含氮元素的物质的循环转化关系如图。下列说法不正确的是 ( )A.b、c、d三个过程的转化可能是由于与同一物质反应B.反应h说明NO2为酸性氧化物C.反应j可能为汽车尾气的处理过程D.有两个反应涉及“氮的固定”
6. 汽车尾气处理装置中,气体在催化剂表面吸附与解吸的过程如图所示,下列说法正确的是( )A.汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2B.反应中NO为氧化剂,N2为氧化产物 C.NO和O2必须在催化剂表面才能反应D.催化转化总反应为2NO+O2+4CO 4CO2+N2
[解析] 汽车尾气的主要污染物有CO、NO等,N2不是污染物,A错误;由图可知,NO、O2、CO在催化剂表面反应生成CO2和N2,NO、O2是氧化剂,N2是还原产物,B错误;NO与空气中O2相遇即可发生反应生成NO2,不需要催化剂,C错误;NO、O2、CO在催化剂表面反应生成CO2和N2,结合守恒规律写出化学方程式:2NO+O2+4CO 4CO2+N2,D正确。
7. 合成氨及其相关工业中,部分物质间的转化关系如图所示。下列说法不正确的是( )A.甲、乙、丙三种物质中都含有氮元素B.反应Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的氧化剂一定相同C.Ⅵ的产物可在上述流程中被再次利用D.Ⅴ中发生反应:NH3+CO2+H2O+NaCl = NaHCO3↓+NH4Cl
[解析] 甲是N2,与H2化合生成NH3;反应Ⅴ是侯氏制碱法原理,丁是NaHCO3,受热分解生成Na2CO3;NH3发生催化氧化生成NO,NO与O2反应生成NO2,NO2溶于水生成HNO3,HNO3和NH3反应生成NH4NO3,即乙是NO,丙是NO2。甲、乙、丙三种物质中都含有氮元素,A正确;反应Ⅳ为3NO2+H2O = 2HNO3+NO,氧化剂和还原剂均是NO2,B错误;NaHCO3分解生成的CO2可以循环利用,C正确。
[解析] 吸收硝酸工业尾气的石灰乳不能用澄清石灰水替换,因为石灰水中溶质太少,不能很好地吸收尾气,故A正确;为使尾气中NOx被充分吸收,尾气与石灰乳采用气液逆流,使得接触面积增大,能充分吸收,故B正确;
9. 工业上常采用NaOH溶液吸收工业尾气中的NO和NO2,其原理如下。反应Ⅰ:NO+NO2+2NaOH = 2NaNO2+H2O反应Ⅱ:2NO2+2NaOH = NaNO2+NaNO3+H2ONaOH溶液浓度越大黏稠度越高。控制其他条件不变,将NO和NO2体积比为1∶1、2∶1的混合气体分别通过体积相同、浓度不同的NaOH溶液后,氮氧化物吸收率变化如图所示。下列说法不正确的是 ( )
10. [2024·湖南长沙周南中学模拟] 某小组的同学欲探究NH3经一系列反应得到HNO3和NH4NO3的过程。NH3的转化过程如图所示。甲、乙两同学分别按下图所示装置进行实验。用于A、B装置中的可选药品:浓氨水、30%H2O2溶液、蒸馏水、NaOH固体、MnO2。
(1)装置A的圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为 。 装置E有多种作用,下列关于装置E的作用或其中所盛液体的说法中,不正确的是 (填字母)。 a.使氨气和氧气充分混合b.控制通入氨气和氧气的体积比c.平衡装置内的压强d.锥形瓶内液体是饱和食盐水
[解析] (1)由题给条件和实验装置图可知,装置A是制备氧气的装置,装置B是制备氨气的装置,装置A的圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为2H2O2 2H2O+O2↑。装置E可以使氨气和氧气充分混合,观察装置E中气泡的速率可以控制通入氨气和氧气的体积比,装置E还可以平衡装置内的压强;因为氨气极易溶于水,所以锥形瓶中液体不能是饱和食盐水,选d。
(2)甲同学先点燃酒精灯,再打开K1、K2、K3、K4,反应一段时间后,成功模拟了反应过程,并将实验中产生的气体持续通入装置H一段时间后,H中的溶液变成蓝色,则其中铜片所参与反应的离子方程式为 。若制得的氨气仅按Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ的顺序完全转化为硝酸,欲使装置H中所得溶液为纯净的CuSO4溶液(忽略Cu2+的水解),理论上所需氨气在标准状况下的体积为 L(假设硝酸与铜反应产生的还原产物全部排出反应装置)。
(3)乙同学为模拟过程Ⅳ的反应,在甲同学操作的基础上对该装置进行了下列各项中的一项操作,使G处圆底烧瓶中产生大量白烟,你认为这项操作是 (填字母)。 a.关闭K3并熄灭酒精灯b.关闭K4并熄灭酒精灯c.关闭K3、K4并熄灭酒精灯
[解析] (3)过程Ⅳ的反应是NH3与HNO3的反应,则应停止供O2,关闭K3,熄灭酒精灯,使氨气进入G发生反应,选a。
第20讲 含氮化合物的转化及应用
考点一 氮及其化合物间的转化考点二 硫的氧化物、氮氧化物的污染及防治经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
考点一 氮及其化合物间的转化
1. 自然界中氮的循环
2.借助“价—类”二维图,构建氮及其化合物的知识结构,写出图中相关反应的化学方程式。① ; ② ; ③ ; ⑤ ; ⑥ ; ⑩ 。
3NO2+H2O = 2HNO3+NO
3Cu+8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2+4H2O+2NO↑
1.[2024·河北保定部分高中联考] 如图是某元素常见物质的“价—类”二维图,其中d为红棕色气体,f和g均为正盐且焰色试验的火焰为黄色。下列说法不正确的是( )A.e的浓溶液可以用铝槽车运输B.气体a、c均可用浓硫酸干燥C.常温下,将充满d的密闭烧瓶置于冰水中,烧瓶内红棕色变浅D.d可与NaOH溶液反应生成f和g
[解析] 由题干信息,d为红棕色气体氧化物,则d为NO2,说明该图为N元素的“价—类”二维图,从而可知a为NH3、b为N2、c为NO、d为NO2,e为HNO3,f和g均为正盐且焰色试验的火焰为黄色,说明g、f含有Na+,则f为NaNO3、g为NaNO2。e的浓溶液即浓HNO3,由于常温下铝在浓硝酸中发生钝化,故可以用铝槽车运输浓HNO3,A正确;
气体a为NH3,不能用浓硫酸干燥,c为NO,可用浓硫酸干燥,B错误;d为NO2,常温下,反应2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0,将充满d的密闭烧瓶置于冰水中,平衡正向移动,故烧瓶内红棕色变浅,C正确;d为NO2,发生反应2NO2+2NaOH NaNO3+NaNO2+H2O,即NO2可与NaOH溶液反应生成f即NaNO3和g即NaNO2,D正确。
2.中学化学中的一些常见物质有如图所示转化关系。其中A、H为空气中的主要成分,气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,气体D遇到A很快变成红棕色的E,C是黑色金属氧化物,I是紫红色金属单质,X为常见液体(部分反应条件及生成物没有全部列出)。回答下列问题:(1)B的化学式为 ,C的化学式为 , D的化学式为 。 (2)写出B的实验室制法的化学方程式: 。 (3)写出反应①的化学方程式: 。 (4)写出反应②的离子方程式: 。
[解析] A、H为空气中的主要成分,分别为N2、O2中的一种,气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,则B为NH3,A能与氨反应生成D与X,X为常见液体,气体D遇到A很快变成红棕色的E,可推知A为O2,H为N2,D为NO,X为H2O,E为NO2,E与X反应生成F,F为HNO3,I是紫红色金属单质,应为Cu,F与Cu反应得到G、X(水)、D(NO),则G为Cu(NO3)2。C属于金属氧化物,与B(NH3)反应得到X(水)、H(氮气)、I(Cu),根据元素守恒可知C为CuO,据此分析答题。
题组 氮及其化合物间的转化
2.[2024·河北唐山摸底] 氮及其化合物的“价—类”二维图如图所示。下列说法正确的是( )A.X可通过加热氯化铵固体制取B.从物质类别角度分析,P和Z都属于酸性氧化物C.将X转化为Q的过程,属于氮的固定D.浓的Y溶液保存在棕色试剂瓶中,并置于冷暗处
[解析] 根据化合价以及所属物质类别可知,X为NH3,Q为NO,Z为NO2,P为N2O5,Y为HNO3,W为NH3·H2O。直接加热氯化铵固体分解生成的HCl又会和氨气反应生成氯化铵,需加热氯化铵和氢氧化钙的混合物,A错误;Z为NO2,NO2与碱发生氧化还原反应,生成两种盐,不是酸性氧化物,B错误;氮的固定是指将游离态的氮转化为化合态,X转化为Q的过程是一种化合态转化为另一种化合态,不属于氮的固定,C错误;浓硝酸见光易分解,需保存在棕色试剂瓶中,并置于冷暗处,D正确。
3.[2023·广东深圳外国语学校调研] 自然界中氮的部分循环过程如图,有关说法正确的是( )A.过程①和过程②均属于自然固氮B.X转化为Y的反应原子利用率为100%C.G转化为NH3或M均发生氧化还原反应D.若为硫循环,X在空气中点燃可得Y
【规律小结】 氮及其化合物之间的相互转化关系及分析图4-17-13(1)“歧化反应”——同一物质中某元素的化合价在同一反应中既升高又降低。例如,3NO2+H2O = 2HNO3+NO,2NO2+2NaOH = NaNO3+NaNO2+H2O。(2)“归中反应”——不同物质中同一元素的不同化合价在同一反应中只靠拢,不交叉。例如,NO2+NO+2NaOH = 2NaNO2+H2O,6NO+4NH3 5N2+6H2O。
考点二 硫的氧化物、氮氧化物的污染及防治
(1)硫的氧化物的来源、危害及治理(2)硫酸型酸雨的形成过程
1. 硫的氧化物的污染及防治
2. 氮氧化物的污染及防治
(1)氮氧化物的来源及危害
(2)NOx尾气的处理①碱液吸收法2NO2+2NaOH = NaNO3+NaNO2+H2ONO2+NO+2NaOH = 2NaNO2+H2ONO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。
②催化转化法在催化剂、加热条件下,氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。反应方程式为ⅰ. 。 ⅱ. 。 ⅲ. 。 ⅳ. 。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)二氧化硫、氮氧化物的大量排放可能形成酸雨,pH小于7的雨水即为酸雨 ( )(2)汽车尾气中的氮氧化物主要是由于汽油不完全燃烧产生的( )(3)“光化学烟雾”“硝酸型酸雨”的形成都与氮氧化物有关( )
[解析] (2)汽油中不含有氮元素,不完全燃烧生成CO,空气中的氮气和氧气在高温下反应生成氮氧化物,错误。
[解析] (1)二氧化碳溶于水使溶液的pH为5.6,则pH小于5.6的雨水为酸雨,错误。
[解析] (3)以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物是形成“光化学烟雾”“硝酸型酸雨”的一个重要原因,正确。
(4)植物根瘤菌可直接吸收空气中的氮氧化物作肥料,实现氮的固定( )(5)燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放( )
[解析] (5)燃煤中加入CaO可以固硫,把硫元素转变为硫酸钙,减少二氧化硫的排放、减少酸雨的形成,不能减少温室气体的排放,错误。
[解析] (4)植物根瘤菌的固氮是直接将空气中的氮气转化为含氮化合物作为肥料,不是吸收空气中的氮氧化物作为肥料,错误。
(6)化石燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施( )(7)酸雨被称为“天堂的眼泪”,某雨水样品放置一段时间后,pH由4.68变为4.00,是因为雨水中溶解的CO2增多( )
[解析] (6)化石燃料燃烧会生成N、S的氧化物,易形成酸雨,所以化石燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化均可减少N、S氧化物的排放,可减少酸雨产生,正确。
[解析] (7)正常雨水中溶解二氧化硫,酸雨的pH小于5.6,与溶解二氧化硫有关,则某雨水样品放置一段时间后,pH由4.68变为4.00,是因为亚硫酸被氧化为硫酸,错误。
2.汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质,这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。(1)汽车尾气中的CO来自 , NO来自 。 汽车尾气对环境的危害主要有 (至少填两种)。(2)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理,使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式: 。
空气中N2与O2在汽车汽缸内的高温环境下的反应
形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应(任填两种即可)
[解析] (1)汽车汽缸内不断进行着汽油的燃烧反应,当空气不足时,汽油燃烧不完全,会产生CO;当空气过量时,N2和O2在放电或高温条件下反应生成NO。汽车尾气对环境的危害很大,可以形成硝酸型酸雨,导致光化学烟雾,产生温室效应。(2)NO、CO反应后生成的无毒气体为CO2和N2。
题组 氮氧化物对环境的污染和治理
1.下列说法正确的是( )A.“3060”双碳目标的重点是推动温室气体减排,减排气体指的是二氧化硫B.氮氧化物排放会引起光化学污染而与酸雨无关C.开发新能源、燃煤脱硫、安装汽车尾气转化器等措施可以减少酸雨D.二氧化碳是无毒的气体,可以任意排放
[解析] 二氧化碳是造成温室效应的气体,所以减排气体指的是二氧化碳,A错误;氮氧化物与水反应生成硝酸,会形成硝酸型酸雨,B错误;开发新能源、煤的脱硫技术、使汽车尾气转化为无污染的气体等措施均可以减少酸雨,C正确;二氧化碳虽然是无毒气体,但不能任意排放,会造成温室效应,D错误。
3.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 。
[解析] (1)NH3与O2反应生成N2O和H2O。
[解析] (2)①加速通入尾气导致尾气吸收不完全,去除率降低,A错误;气、液逆流的目的是将气体与液体充分接触,提高尾气的去除率,B正确;定期补加适量NaOH溶液,吸收更多的尾气,C正确。②NO2与NaOH反应生成NaNO2和NaNO3,则主要杂质为NaNO3;根据题给方程式可知,n(NO2)∶n(NO)≥1时,可以被NaOH溶液完全吸收,n(NO2)∶n(NO)<1时,多余的NO不能被NaOH溶液吸收,所以尾气中含量较高的氮氧化物是NO。
1. [2022·江苏卷] 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NH3B.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4ClC.工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3D.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”
[解析] 大自然通过闪电释放的能量将空气中的N2转化为NO,或者通过豆科植物的根瘤菌将N2转化为NH3,从而实现自然固氮,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,相关的化学反应为4NH3+5O2 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。
3. [2023·江苏卷] 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.实验室探究稀硝酸与铜反应的气态产物:HNO3(稀) NO NO2B.工业制硝酸过程中的物质转化:N2 NO HNO3C.汽车尾气催化转化器中发生的主要反应:2NO+2CO N2+2CO2D.实验室制备少量NH3的原理:2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O
[解析] Cu与稀硝酸的反应产物之一为NO,NO与氧气发生反应2NO+O2 = 2NO2生成NO2,A正确;工业制硝酸是将氨经一系列反应得到硝酸,并且NO不与水发生化学反应,B错误;汽车尾气催化转化器主要将污染气体NO、CO转化为无污染的气体,故该反应方程式为2NO+2CO N2+2CO2,C正确;实验室利用熟石灰和氯化铵制备少量NH3,化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O,D正确。
1. 关于自然界中氮循环(如图所示)的说法正确的是( )A.②④⑤中氮元素均被氧化B.包含了三种固氮方式C.参与氮循环的都是含氮无机物D.上述过程都是在自然条件下进行的
[解析] ②中氮元素被还原,④⑤中氮元素被氧化,A错误;①属于自然固氮,②属于人工固氮,③属于生物固氮,包含三种固氮方式,B正确;生命体中参与氮循环的含氮化合物,如蛋白质是有机物,C错误;过程②是人工固氮,不是在自然条件下进行的,D错误。
2. [2023·江苏南京师大附中模拟] 氮及其化合物在工农业生产和生命活动中起着重要的作用,一种利用电化学制备NH3的转化历程如图所示。下列说法不正确的是 ( )A.步骤Ⅱ属于氮的固定B.物质X为离子化合物C.LiOH可视为该历程中的催化剂D.由该历程说明N2的氧化性强于O2
[解析] 由图可知:步骤Ⅰ电解熔融的LiOH生成Li、水和氧气,步骤Ⅱ中Li和N2反应生成Li3N,步骤Ⅲ中Li3N和水反应生成LiOH和NH3。步骤Ⅱ中Li和N2反应生成Li3N,氮元素由单质变为化合物,因此属于氮的固定,A正确;由分析可知,物质X为Li3N,是由氮离子和锂离子构成的,是离子化合物,B正确;由图可知:LiOH先消耗后生成,LiOH可视为该历程中的催化剂,C正确;该反应历程中步骤Ⅰ通过电解发生,不能说明N2的氧化性强于O2,D错误。
3. 科学家研究发现含氮化合物和含硫化合物在形成雾霾时与大气中的氨有关,转化关系如图所示:回答下列问题:(1)从物质分类的角度看,图中的物质属于酸性氧化物的有 (写化学式)。
[解析] (1)酸性氧化物是指与碱反应只生成一种盐和水的氧化物,SO2、SO3和N2O5都是酸性氧化物。
N2O5、SO2、SO3
(2)图中物质溶于水溶液呈碱性的是 。 (3)写出SO2转化为SO3的化学方程式: 。 (4)工业上利用氨气制备一氧化氮,反应的化学方程式为 。
[解析] (4)NH3在催化剂作用下被O2氧化生成NO和H2O,结合得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式。
(5)实验室长期保存浓硝酸,需使用棕色试剂瓶,并放置在阴凉处,其原因为 (用化学方程式表示)。 (6)氨气与一氧化氮(NO)在一定条件下反应可生成对空气无污染的物质,该反应的化学方程式为 。
[解析] (6)氨气与一氧化氮(NO)在一定条件下反应可生成对空气无污染的物质,结合原子守恒推知,产物为N2和H2O,结合得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式。
考点一 含氮化合物间的转化
2. [2023·天津红桥区一模] 部分含氮物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列说法正确的是( )A.a的氧化或还原均可实现氮的固定B.b是红棕色气体,b常温下可转化为cC.常温下d的稀溶液可保存在铝制容器中D.e的溶液一定呈中性
[解析] 氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮,氮气中氮元素化合价可升高可降低,A正确;b为NO,是无色气体,B错误;浓硝酸能使铝钝化,可以盛放在铝制容器中,稀硝酸与铝和氧化铝反应,不可以保存在铝制容器中,C错误;e为硝酸盐,其溶液不一定呈中性,如硝酸铵溶液由于铵根离子水解,溶液显酸性,D错误。
3. 如图是某元素M的“价—类”二维图,其中X是一种强碱,A为正盐,通常条件下Z是无色液体,D的相对分子质量比E小16,图中呈现了各物质的转化关系。下列说法正确的是( )A.A中只含有离子键B.B物质可以和Y反应直接转化为EC.D、E均可以用向上排空气法收集D.通过氢氧化钠溶液可以除去D中含有的少量E
[解析] A为正盐,X是一种强碱,二者反应生成氢化物B,则A为铵盐,B为NH3;B连续与Y反应得到氧化物D与氧化物E,E的相对分子质量比D大16,则Y为O2、C为N2、D为NO、E为NO2,通常条件下Z是无色液体,E与Z反应得到含氧酸F,则Z为H2O、F为HNO3,F与X发生酸碱中和反应得到的G为硝酸盐。A为铵盐,属于离子化合物,含有离子键,铵根离子中还含有N—H共价键,故A错误;
B为NH3,Y为O2,E为NO2,氨气与氧气反应不会直接生成NO2,故B错误;D为NO,NO能够与氧气反应,不能用排空气法收集,故C错误;一氧化氮不与NaOH溶液反应,二氧化氮与氢氧化钠溶液反应,NO+NO2+2NaOH = 2NaNO2+H2O,通过氢氧化钠溶液可以除去NO中含有的少量NO2,故D正确。
4. [2023·浙江宁波镇海中学模拟] 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.工业上模拟自然界“雷雨发庄稼”的过程生产HNO3B.自然固氮、人工固氮都是将N2转化为含氮化合物C.氨气是重要的工业原料,可用于制备化肥和纯碱等大宗化学品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”
考点二 氮及其化合物转化的应用
[解析] 自然界 “雷雨发庄稼”的第一步是将空气中的氮气转化为NO,工业生产硝酸的第一步是将氮气和氢气反应生成氨气,氨气经催化氧化得到NO,NO被氧化为NO2,NO2和水反应最后得到硝酸,A项错误;氮的固定是指将N2转化为含氮化合物的过程,其中氮的固定包括自然固氮、人工固氮,B项正确;氨气作为重要的工业原料可以制备化肥和纯碱等大宗化学品,C项正确;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项正确。
5. [2024·河北张家口联考] 含氮元素的物质的循环转化关系如图。下列说法不正确的是 ( )A.b、c、d三个过程的转化可能是由于与同一物质反应B.反应h说明NO2为酸性氧化物C.反应j可能为汽车尾气的处理过程D.有两个反应涉及“氮的固定”
6. 汽车尾气处理装置中,气体在催化剂表面吸附与解吸的过程如图所示,下列说法正确的是( )A.汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2B.反应中NO为氧化剂,N2为氧化产物 C.NO和O2必须在催化剂表面才能反应D.催化转化总反应为2NO+O2+4CO 4CO2+N2
[解析] 汽车尾气的主要污染物有CO、NO等,N2不是污染物,A错误;由图可知,NO、O2、CO在催化剂表面反应生成CO2和N2,NO、O2是氧化剂,N2是还原产物,B错误;NO与空气中O2相遇即可发生反应生成NO2,不需要催化剂,C错误;NO、O2、CO在催化剂表面反应生成CO2和N2,结合守恒规律写出化学方程式:2NO+O2+4CO 4CO2+N2,D正确。
7. 合成氨及其相关工业中,部分物质间的转化关系如图所示。下列说法不正确的是( )A.甲、乙、丙三种物质中都含有氮元素B.反应Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的氧化剂一定相同C.Ⅵ的产物可在上述流程中被再次利用D.Ⅴ中发生反应:NH3+CO2+H2O+NaCl = NaHCO3↓+NH4Cl
[解析] 甲是N2,与H2化合生成NH3;反应Ⅴ是侯氏制碱法原理,丁是NaHCO3,受热分解生成Na2CO3;NH3发生催化氧化生成NO,NO与O2反应生成NO2,NO2溶于水生成HNO3,HNO3和NH3反应生成NH4NO3,即乙是NO,丙是NO2。甲、乙、丙三种物质中都含有氮元素,A正确;反应Ⅳ为3NO2+H2O = 2HNO3+NO,氧化剂和还原剂均是NO2,B错误;NaHCO3分解生成的CO2可以循环利用,C正确。
[解析] 吸收硝酸工业尾气的石灰乳不能用澄清石灰水替换,因为石灰水中溶质太少,不能很好地吸收尾气,故A正确;为使尾气中NOx被充分吸收,尾气与石灰乳采用气液逆流,使得接触面积增大,能充分吸收,故B正确;
9. 工业上常采用NaOH溶液吸收工业尾气中的NO和NO2,其原理如下。反应Ⅰ:NO+NO2+2NaOH = 2NaNO2+H2O反应Ⅱ:2NO2+2NaOH = NaNO2+NaNO3+H2ONaOH溶液浓度越大黏稠度越高。控制其他条件不变,将NO和NO2体积比为1∶1、2∶1的混合气体分别通过体积相同、浓度不同的NaOH溶液后,氮氧化物吸收率变化如图所示。下列说法不正确的是 ( )
10. [2024·湖南长沙周南中学模拟] 某小组的同学欲探究NH3经一系列反应得到HNO3和NH4NO3的过程。NH3的转化过程如图所示。甲、乙两同学分别按下图所示装置进行实验。用于A、B装置中的可选药品:浓氨水、30%H2O2溶液、蒸馏水、NaOH固体、MnO2。
(1)装置A的圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为 。 装置E有多种作用,下列关于装置E的作用或其中所盛液体的说法中,不正确的是 (填字母)。 a.使氨气和氧气充分混合b.控制通入氨气和氧气的体积比c.平衡装置内的压强d.锥形瓶内液体是饱和食盐水
[解析] (1)由题给条件和实验装置图可知,装置A是制备氧气的装置,装置B是制备氨气的装置,装置A的圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为2H2O2 2H2O+O2↑。装置E可以使氨气和氧气充分混合,观察装置E中气泡的速率可以控制通入氨气和氧气的体积比,装置E还可以平衡装置内的压强;因为氨气极易溶于水,所以锥形瓶中液体不能是饱和食盐水,选d。
(2)甲同学先点燃酒精灯,再打开K1、K2、K3、K4,反应一段时间后,成功模拟了反应过程,并将实验中产生的气体持续通入装置H一段时间后,H中的溶液变成蓝色,则其中铜片所参与反应的离子方程式为 。若制得的氨气仅按Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ的顺序完全转化为硝酸,欲使装置H中所得溶液为纯净的CuSO4溶液(忽略Cu2+的水解),理论上所需氨气在标准状况下的体积为 L(假设硝酸与铜反应产生的还原产物全部排出反应装置)。
(3)乙同学为模拟过程Ⅳ的反应,在甲同学操作的基础上对该装置进行了下列各项中的一项操作,使G处圆底烧瓶中产生大量白烟,你认为这项操作是 (填字母)。 a.关闭K3并熄灭酒精灯b.关闭K4并熄灭酒精灯c.关闭K3、K4并熄灭酒精灯
[解析] (3)过程Ⅳ的反应是NH3与HNO3的反应,则应停止供O2,关闭K3,熄灭酒精灯,使氨气进入G发生反应,选a。
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