高考化学压轴题之氮及其化合物高考题型整理突破提升附答案.docx
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高考化学压轴题之氮及其化合物高考题型整理突破提升附答案
高考化学压轴题之氮及其化合物(高考题型整理,突破提升)附答案
一、氮及其化合物练习题(含详细答案解析)
1.如图1为实验室制取氨的实验装置。
(1)写出A中所发生反应的化学方程式___。
(2)NH3在一定条件下可与O2反应生成一种无色气体,该气体遇空气迅速变红棕色,请写出相关反应的化学方程式___,___。
(3)在收集氨时试管口棉花的作用是___。
(4)一位学生用制得的氨,按图2装置进行喷泉实验,烧瓶已充满干燥的氨气,引发喷泉实验的操作____。
(5)另一学生积极思考产生喷泉的其他方法,设计了图3装置。
首先在锥形瓶中分别加入足量的下列物质,反应后产生喷泉的是(______)
A.CaCO3粉末和浓盐酸
B.NH4HCO3溶液与稀NaOH溶液
C.HCl和AgNO3溶液
D.HCl和酚酞溶液
该同学又向锥形瓶中加入酒精,水槽中加入冷水后,再加入足量的下列物质,结果也产生了喷泉。
水槽中加入的物质可以是(______)
A.硝酸铵B.食盐C.浓硫酸D.硫酸铜
【答案】2NH4Cl+Ca(OH)2
CaCl2+2NH3↑+2H2ONH3+5O2=4NO+6H2O2NO+O2=2NO2减少与空气的对流,保证试管中能收集满氨气打开橡皮管的夹子,挤压胶头滴管的胶头,使少量的水进入烧瓶AC
【解析】
【分析】
(1)为制取氨气的装置,收集氨气的试管口需要棉花;
(2)气体遇空气能迅速变红棕色,原气体是NO;(6)图3要想产生喷泉,必须生成大量气体;(7)如果放出大量热量,也能增大气体压强,产生喷泉。
【详解】
(1)实验室制氨气2NH4Cl+Ca(OH)2
CaCl2+2NH3
+2H2O。
(2)NH3在一定条件下可与O2反应生成一种无色气体,该气体遇空气迅速变红棕色,该气体是NO,所以NH3+5O2=4NO+6H2O。
(3)NO遇空气迅速变红棕色,所以2NO+O2=2NO2。
(4)收集氨时试管口棉花的作用是减少与空气的对流,保证试管中能收集满氨气。
(5)引发喷泉实验的操作是打开橡皮管的夹子,挤压胶头滴管的胶头,使少量的水进入烧瓶,只要水进入烧瓶,气体溶于水导致压强减小,产生喷泉。
(6)要想产生喷泉,必须生成大量气体,A选项能产生大量二氧化碳。
(7)加入浓硫酸,放出大量热导致压强增大,产生喷泉。
【点睛】
氨气的制取分为工业制法、简易制法、实验室制法,不能混淆;喷泉实验的原理是内外产生压强差。
2.某课外兴趣小组探究利用废铜屑制取CuSO4溶液,设计了以下几种实验方案。
完成下列填空:
(1)方案一:
以铜和浓硫酸反应制备硫酸铜溶液。
方案二:
将废铜屑在空气中灼烧后再投入稀硫酸中。
和方案一相比,方案二的优点是________________________;方案二的实验中,发现容器底部残留少量紫红色固体,再加入稀硫酸依然不溶解,该固体为________。
(2)方案三的实验流程如图所示。
溶解过程中有气体放出,该气体是________。
随着反应的进行,生成气体速率加快,推测可能的原因是________________________________________________________________________________。
(3)设计实验证明你的推测:
______________________________。
方案四的实验流程如图所示。
(4)为了得到较纯净的硫酸铜溶液,硫酸和硝酸的物质的量之比应为________;
(5)对方案四进行补充完善,设计一个既能防止污染,又能实现物料循环的实验方案(用流程图表示)__________________________________。
【答案】不产生污染空气的SO2气体,制取等量的CuSO4溶液,消耗的硫酸量少CuO2反应产生的Cu2+对H2O2分解有催化作用 取H2O2溶液,向其中滴加CuSO4溶液,观察产生气泡的速率是否加快3∶2
【解析】
【详解】
(1)第一个方案中放出的有毒气体二氧化硫会造成空气污染;第二个方案中铜和氧气加热生成氧化铜,氧化铜和硫酸反应产生硫酸铜和水,因此反应过程中没有污染物,且原料的利用率高。
方案二的实验中,发现容器底部残留少量紫红色固体为铜,不溶于稀硫酸;
(2)方案三中H2O2发生还原反应生成O2;随着反应的进行,生成气体速率加快,可能是反应产生的Cu2+对H2O2分解有催化作用;(3)取H2O2溶液,向其中滴加CuSO4溶液,如果产生气泡的速率加快,则证明Cu2+对H2O2分解有催化作用;(4)根据离子方程式:
3Cu+2NO
+8H+===3Cu2++2NO↑+4H2O,反应消耗2mol硝酸,生成3mol硫酸铜,故为了得到较纯净的硫酸铜溶液,硫酸和硝酸的物质的量之比应为3∶2;(5)设计实验方案时,为防止NO污染空气,应通入空气氧化NO为NO2,用水吸收后,生成的HNO3再循环利用:
。
3.在盛有一定量浓硝酸的试管中加入6.4g铜片发生反应。
请回答:
(1)开始阶段,观察到的现象为________________,反应的化学方程式是_____________。
(2)反应结束后,铜片有剩余,再加入少量20%的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,反应的离子方程式是__________________。
(3)若6.4g铜片消耗完时,共产生气体2.8L(标准状况)。
则整个反应过程中所消耗的硝酸的物质的量是_____________。
(4)实验室中硝酸通常保存在棕色试剂瓶中,原因是_____________(用化学方程式表示)。
(5)工业上通常用氨催化氧化法制硝酸,写出氨催化氧化的化学方程式:
_______________。
【答案】铜片逐渐溶解,溶液由无色变为蓝色,产生红棕色的气体Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O0.325mol4HNO3(浓)
4NO2↑+O2↑+2H2O4NH3+5O2
4NO+6H2O
【解析】
【分析】
(1)开始时Cu与浓硝酸反应生成二氧化氮,据此解答;
(2)Cu与稀硝酸反应生成硝酸铜,反应后溶液中氢离子消耗完毕,但硝酸根离子有剩余,若再加入少量20%的稀硫酸,相当于稀硝酸溶液,铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水,据此书写离子方程式;
(3)铜与硝酸反应生成硝酸铜、NO2和NO的混合气体,根据Cu、N原子守恒计算整个反应过程中所消耗的硝酸的物质的量;
(4)浓硝酸见光或受热容易分解,据此书写方程式;
(5)氨催化氧化生成一氧化氮和水,据此书写反应的化学方程式。
【详解】
(1)开始时Cu与浓硝酸反应生成二氧化氮,发生反应为:
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO)3+2NO2↑+2H2O,生成的二氧化氮为红棕色气体,因此现象为铜片逐渐溶解,溶液由无色变为蓝色,产生红棕色的气体,故答案为铜片逐渐溶解,溶液由无色变为蓝色,产生红棕色的气体;Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO)3+2NO2↑+2H2O;
(2)Cu与稀硝酸反应生成硝酸铜,反应后溶液中氢离子消耗完毕,但硝酸根离子有剩余,若再加入少量20%的稀硫酸,相当于稀硝酸溶液,铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水,反应的离子方程式为:
3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O,故答案为3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O;
(3)6.4g铜的物质的量为0.1mol,反应生成硝酸铜,结合硝酸根离子0.2mol,整个反应过程共产生标准状况下气体2.8L,即生成0.125molNO2和NO的混合气体,根据N原子守恒,反应过程中被还原的HNO3的物质的量为0.125mol,则整个反应过程中所消耗的硝酸的物质的量为0.2mol+0.125mol=0.325mol,故答案为0.325mol;
(4)浓硝酸见光或受热容易分解,4HNO3(浓)
4NO2↑+O2↑+2H2O,因此实验室中硝酸通常保存在棕色试剂瓶中,故答案为4HNO3(浓)
4NO2↑+O2↑+2H2O;
(5)氨催化氧化生成一氧化氮和水,反应的化学方程式为4NH3+5O2
4NO+6H2O,故答案为:
4NH3+5O2
4NO+6H2O。
【点睛】
本题考查了铜与硝酸的反应。
解答本题需要注意,浓硝酸和稀硝酸与铜的反应生成物不同。
本题的易错点为(3)中的计算,要注意利用守恒法解答。
4.细菌可以促使铁、氮两种元素进行氧化还原反应,并耦合两种元素的循环。
耦合循环中的部分转化如下图所示。
(1)上图所示氮循环中,属于氮的固定的有________(填字母序号)。
a.N2转化为氨态氮b.硝化过程c.反硝化过程
(2)氮肥是水体中氨态氮的主要来源之一。
①氨气是生产氮肥的主要原料,工业合成氨的化学方程式为________。
②检验氨态氮肥中NH4+的实验方案是________。
(3)硝化过程中,含氮物质发生________(填“氧化”或“还原”)反应。
(4)氨态氮与亚硝态氮可以在氨氧化细菌的作用下转化为氮气。
该反应中,当产生0.02mol氮气时,转移的电子的物质的量为________mol。
(5)土壤中的铁循环可用于水体脱氮(脱氮是指将氮元素从水体中除去),用离子方程式分别说明利用土壤中的铁循环脱除水体中氨态氮和硝态氮的原理:
________、________。
【答案】aN2+3H2
2NH3取少量氮肥溶于适量蒸馏水中,向其中加入浓NaOH溶液,加热,并将湿润的红色石蕊试纸置于试管口,若观察到红色石蕊试纸变蓝,则证明氮肥中含有NH4+氧化0.066Fe3++2NH4+=6Fe2++N2↑+8H+10Fe2++2NO3-+12H+=10Fe3++N2↑+6H2O
【解析】
【分析】
(1)氮的固定是氮元素由游离态变为化合态;
(2)①工业上用氮气和氢气反应生成氨气;②铵根离子与碱反应放出氨气;
(3)硝化过程是铵根离子转化为硝酸根离子;
(4)氨态氮与亚硝态氮可以在氨氧化细菌的作用下转化为氮气,根据得失电子守恒,反应方程式是NH4++NO2-=N2+2H2O;
(5)脱氮是指将氮元素转化为氮气从水体中除去,Fe3+把NH4+氧化为氮气,Fe2+把NO3-还原为氮气。
【详解】
(1)a.N2转化为氨态氮,氮元素由游离态变为化合态,属于氮的固定;b.硝化过程是铵根离子转化为硝酸根离子,不是氮的固定;c.反硝化过程是硝酸根离子转化为氮气,不是氮的固定;选a;
(2)①工业上用氮气和氢气反应生成氨气,反应方程式是N2+3H2
2NH3;
②铵根离子与碱反应放出氨气,检验铵态氮肥中NH4+的实验方法是:
取少量氮肥溶于适量蒸馏水中,向其中加入浓NaOH溶液,加热,并将湿润的红色石蕊试纸置于试管口,若观察到红色石蕊试纸变蓝,则证明氮肥中含有NH4+;
(3)硝化过程中,铵根离子转化为硝酸根离子,氮元素化合价升高,含氮物质发生氧化反应。
(4)氨态氮与亚硝态氮可以在氨氧化细菌的作用下转化为氮气,反应方程式是NH4++NO2-=N2+2H2O,生成1molN2转移3mol电子,当产生0.02mol氮气时,转移的电子的物质的量为0.06mol。
(5)脱氮是指将氮元素转化为氮气从水体中除去,Fe3+把NH4+氧化为氮气,Fe2+把NO3-还原为氮气,反应的离子方程式是6Fe3++2NH4+=6Fe2++N2↑+8H+、10Fe2++2NO3-+12H+=10Fe3++N2↑+6H2O。
5.某港口化学品堆场发生火灾,消防队在未被告知着火可燃物类别的情况下,用水灭火时,发生了剧烈爆炸。
事后有关部门初步认定危化品部分清单:
钾、钠、氯酸钾、烧碱、氯化铵。
试回答:
⑴请你分析用水灭火时,随后发生了剧烈爆炸的原因是_____________________________。
⑵请写出氯化铵中NH4+的检验方法____________________________(简要说明操作步骤)。
⑶钠燃烧产物中可作为消防员呼吸面具供氧剂的是_________________(写化学式)。
⑷硝酸钾受热分解产生KNO2和O2,写出该反应的化学方程式______________________。
【答案】钠、钾能与水发生剧烈的放热反应,并释放出氢气。
氯酸钾受热分解产生氧气,氢气和氧气混合受热发生爆炸将氯化铵溶于水,取少量溶液于试管中,滴入浓氢氧化钠溶液并加热,在试管口上方用湿润的红色石蕊试纸检验,若发现试纸变蓝,则说明该溶液中含有NH4+Na2O22KNO3
2KNO2+O2↑
【解析】
【分析】
钠、钾等物质遇水会发生剧烈反应并产生氢气,而氯酸钾分解会产生氧气,氢氧混合受热后会发生爆炸,后面再根据要求来作答即可。
【详解】
(1)根据分析,钠、钾与水发生剧烈反应并放出氢气,而氯酸钾受热产生氧气,氢气和氧气混合后发生剧烈的爆炸;
(2)铵离子可以通过加水溶解后,加入浓碱并加热的方法来检验,因为高中阶段只有氨气这一种碱性气体;实验操作为:
将氯化铵溶于水,取少量溶液于试管中,滴入浓氢氧化钠溶液并加热,在试管口上方用湿润的红色石蕊试纸检验,若发现试纸变蓝,则说明该溶液中含有NH4+,
(3)过氧化钠可以作呼吸面具中的供氧剂,化学式为Na2O2;
(4)硝酸钾受热分解产生
和
的过程是一个自身氧化还原反应,氮从+5价降低到+3价,得2个电子,氧从-2价升高到0价,失2个电子,据此来写出氧化还原方程式即可:
。
6.NH3、NO、NO2都是常见重要的无机物,是工农业生产、环境保护、生命科学等方面的研究热点。
(1)写出氨在催化剂条件下与氧气反应生成NO的化学方程式_____。
(2)氮氧化物不仅能形成酸雨,还会对环境产生的危害是形成_____。
(3)实验室可用Cu与浓硝酸制取少量NO2,该反应的离子方程式是_____。
(4)为了消除NO对环境的污染,根据氧化还原反应原理,可选用NH3使NO转化为两种无毒气体(其中之一是水蒸气),该反应需要催化剂参加,其化学方程式为_____。
(5)一定质量的Cu与适量浓硝酸恰好完全反应,生成标准状况下NO2和NO气体均为2240mL。
向反应后的溶液中加入NaOH溶液使Cu2+刚好完全沉淀,则生成Cu(OH)2沉淀的质量为_____克。
【答案】4NH3+5O2
4NO+6H2O光化学烟雾Cu+4H++2NO3﹣=Cu2++2NO2↑+2H2O4NH3+6NO
5N2+6H2O19.6
【解析】
【分析】
(1)氨气和氧气在催化剂的条件下反应生成一氧化氮和水;
(2)氮氧化物还可以形成光化学烟雾,破坏臭氧层;
(3)铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,浓硝酸和硝酸铜都能写成离子形式;
(4)氨气使一氧化氮转化为两种无毒气体,其中一种是水蒸气,另外一种为氮气;
(5)根据电子转移守恒计算铜的物质的量,由铜原子守恒可得氢氧化铜的物质的量,在根据m=nM计算。
【详解】
(1)氨气与氧气在催化剂条件下生成NO与水,反应方程式为:
4NH3+5O2
4NO+6H2O,
故答案为:
4NH3+5O2
4NO+6H2O;
(2)氮氧化物还可以形成光化学烟雾、破坏臭氧层等,故答案为:
光化学烟雾;
(3)Cu与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮与水,浓硝酸、硝酸铜都写成离子形式,反应离子方程式为:
Cu+4H++2NO3﹣=Cu2++2NO2↑+2H2O,答案为:
Cu+4H++2NO3﹣=Cu2++2NO2↑+2H2O;
(4)NH3使NO转化为两种无毒气体,其中之一是水蒸气,另外一种为氮气,反应方程式为:
4NH3+6NO
5N2+6H2O,
故答案为:
4NH3+6NO
5N2+6H2O;
(5)n(NO2)=n(NO)=2.24L÷22.4L/mol=0.1mol,根据电子转移守恒,可知n(Cu)=
=0.2mol,由Cu原子守恒可得氢氧化铜的物质的量为0.2mol,生成Cu(OH)2沉淀的质量为0.2mol×98g/mol=19.6g,故答案为:
19.6。
【点睛】
掌握有关硝酸反应的计算,一般用守恒方法,如电子守恒,反应中氮元素得到电子物质的量等于铜失去电子的物质的量,也等于铜离子结合的氢氧根的物质的量,据此计算即可。
7.几种常见物质的转化关系如下图所示,图中每一方格表示有关的一种反应物或生成物,其中A、C为无色气体:
请填写下列空白:
(1)物质X可以是_________,C是_________,F是_________。
(2)反应①的化学方程式是_____________________,反应②的化学方程式是_______________________。
【答案】(NH4)2CO3或NH4HCO3NH3NO22Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O24NH3+5O2
4NO+6H2O
【解析】
【分析】
本题考查无机推断,反应①能与Na2O2反应,熟悉的知识是H2O或CO2与Na2O2的反应,因为A为气体,则A为CO2,D为O2,X与盐酸反应生成CO2,说明X中含有CO32-或HCO3-,X与NaOH共热反应,生成气体C,则C为NH3,即X为(NH4)2CO3或NH4HCO3,B为H2O,反应②是NH3与氧气反应生成NO,NO与O2反应生成NO2,NO2与水反应生成HNO3,据此分析解答。
【详解】
(1)根据上述分析,X为(NH4)2CO3或NH4HCO3,C为NH3,F为NO2;
(2)反应①的方程式为2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2,反应②发生氨的催化氧化,即反应方程式为:
4NH3+5O2
4NO+6H2O。
【点睛】
本题的突破口在与过氧化钠反应,中学阶段学过能与过氧化钠反应的物质是CO2和H2O,根据A为气体,则A为CO2,2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2,即D为O2,X与NaOH共热产生气体,化合物能与NaOH共热产生气体,则气体是NH3,然后进一步进行分析即可。
8.实验室用化合物A模拟工业上制备含氧酸D的过程如图所示,已知D为强酸,请回答下列问题。
(1)若A在常温下为固体,B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体。
①D的化学式是________;
②在工业生产中,B气体的大量排放被雨水吸收后形成了_____而污染了环境。
(2)若A在常温下为气体,C是红棕色的气体。
①A的化学式是_________;C的化学式是_______。
②D的浓溶液在常温下可与铜反应并生成C气体,反应的化学方程式是____,该反应______(填“属于”或“不属于”)氧化还原反应。
【答案】H2SO4酸雨NH3NO2Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O属于
【解析】
【分析】
(1)若B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体,则其为二氧化硫。
①由B可推出C,进而推出D;
②在工业生产中,B气体的大量排放被雨水吸收,生成亚硫酸和硫酸而污染环境。
(2)若C是红棕色的气体,则其为二氧化氮。
①由C可逆推出A。
②由C可推出D为硝酸,浓硝酸在常温下可与铜反应并生成二氧化氮气体,由此可写出反应的化学方程式,并可分析该反应是否为氧化还原反应。
【详解】
(1)若B是能使品红溶液褪色的有刺激气味的无色气体,则B为二氧化硫,C为三氧化硫,D为硫酸。
①D的化学式是H2SO4;答案为:
H2SO4;
②在工业生产中,B气体的大量排放被雨水吸收后形成了酸雨而污染环境。
答案为:
酸雨;
(2)若C是红棕色气体,则C为二氧化氮,B为一氧化氮,A为氨气,D为硝酸。
①A的化学式是NH3;C的化学式是NO2。
答案为:
NH3;NO2;
②由C可推出D为硝酸,浓硝酸在常温下可与铜反应并生成二氧化氮气体,反应的化学方程式是Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,在该反应中,Cu、N两元素的化合价发生了变化,所以该反应属于氧化还原反应。
答案为:
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O;属于。
9.A、B、C、D是四种常见气体单质。
E的相对分子质量比F小16,且F为红棕色。
有关的转化关系如图所示(反应条件与部分反应的生成物略去)。
请回答下列问题:
(1)D的化学式为__,Y的化学式为__,E的化学式为__。
(2)Y与氧化铜反应,每生成1molB消耗3mol氧化铜,该反应的化学方程式为__。
(3)Y与E在一定条件下可反应生成B和Z,这是一个具有实际意义的反应,可消除E对环境的污染,该反应的化学方程式为__。
(4)气体F和气体SO2在通常条件下同时通入盛有BaCl2溶液的洗气瓶中(如图所示),洗气瓶中是否有沉淀生成?
__,理由是__。
【答案】H2NH3NO2NH3+3CuO
N2+3Cu+3H2O6NO+4NH3
5N2+6H2O有二氧化氮与水反应生成硝酸,硝酸可将二氧化硫或亚硫酸氧化成硫酸,硫酸与氯化钡反应可生成硫酸钡沉淀
【解析】
【分析】
A、B、C、D是四种常见气体单质.E的相对分子量比F的小16,且F为红棕色,可推知F为NO2,E为NO,C为O2,B为N2,结合转化关系,气体单质D、A反应得到X,气体单质D与B反应得到Y,X与Y反应冒白烟,应是氨气与HCl反应,可推知D为氢气、A为氯气、X为HCl、Y为氨气,D与C反应生成Z为水,F与Z反应生成G为HNO3,据此解答。
【详解】
A、B、C、D是四种常见气体单质.E的相对分子量比F的小16,且F为红棕色,可推知F为NO2,E为NO,C为O2,B为N2,结合转化关系,气体单质D、A反应得到X,气体单质D与B反应得到Y,X与Y反应冒白烟,应是氨气与HCl反应,可推知D为氢气、A为氯气、X为HCl、Y为氨气,D与C反应生成Z为水,F与Z反应生成G为HNO3;
(1)由上述分析可知,D的化学式为H2,Y的化学式为NH3,E的化学式为NO;
(2)NH3与氧化铜反应,每生成1mol N2消耗3mol氧化铜,还原产物中Cu应是化合价为a,则:
3(2-a)=2×3,解得a=0,故生成Cu,该反应的化学方程式为:
2NH3+3CuO
N2+3Cu+3H2O;
(3)Y和E在一定条件下可反应生成B和Z,这是一个具有实际意义的反应,可消除E对环境的污染,该反应的化学方程式为4NH3+6NO
5N2+6H2O;
(4)二氧化氮与水反应生成硝酸,硝酸可将二氧化硫或亚硫酸氧化成硫酸,硫酸与氯化钡反应可生成硫酸钡沉淀,故气体NO2和气体SO2在通常条件下同时通入盛有BaCl2溶液的洗气瓶中,洗瓶中有沉淀生成。
10.甲、乙、丙、丁是常见的单质,其中甲、乙、丙是摩尔质量依次增加的气体。
A和B以物质的量2︰1通入水中,得到C溶液。
请根据下图的转化关系回答:
(1)用方程式解释A使湿润的红色石蕊试纸变蓝的原因___________________
(2)写出溶液C中加氯水的离子方程式___________________
(3)若A和B按1:
1通入水中反应,写出反应方程式_________________。
【答案】NH3+H2O
NH3·H2O
NH4++OH-SO32-+Cl2+H2O=SO42-+2Cl-+2H+SO2+NH3+H2O=NH4HSO3
【解析】
【分析】
D的混合液中滴加石蕊试液,溶液显红色,说明溶液显酸性