版高考化学鲁科版一轮总复习检测第3章 自然界中的元素 第2节 氮的循环.docx
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版高考化学鲁科版一轮总复习检测第3章自然界中的元素第2节氮的循环
第2节 氮的循环
考纲定位
考情播报
1.掌握氮元素单质及其重要化合物的主要性质和应用。
2.了解氮元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。
3.掌握氨气的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。
4.了解氮及其重要化合物的制备方法。
2016·全国甲卷T26(4)(5)/全国乙卷T8(B)、T10(B)、T26/全国丙卷T27
2015·全国卷ⅠT7、T8(D)、T10(A)/全国卷ⅡT13(B)
2014·全国卷ⅠT8(C)、T27/全国卷ⅡT28
2013·全国卷ⅠT7(B)
2012·全国卷T9(C)
考点1|氮气及其氧化物的性质
[基础知识自查]
1.自然界中氮的存在和氮的固定
2.N2的性质及应用
(1)物理性质:
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。
(2)化学性质
N2的电子式为∶N⋮⋮N∶,结构式为N≡N。
①与H2反应的化学方程式:
N2+3H2
2NH3,N2表现氧化性。
②与Mg反应的化学方程式:
N2+3Mg
Mg3N2,N2表现氧化性。
③与O2反应的化学方程式:
N2+O2
2NO,N2表现还原性。
3.NO、NO2的比较
NO
NO2
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
难溶于水
易溶于水
与O2或与
H2O反应
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
收集方法
排水法
向上排空气法
与人体、环
境的关系
①与血红蛋白结合,使人中毒
②转化成NO2,形成酸雨、光化学烟雾
形成酸雨、光化学烟雾
注:
氮有多种价态的氧化物:
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5。
其中①N2O3、N2O5分别为HNO2、HNO3相应的酸性氧化物(酸酐)。
②NO2与N2O4可相互转化2NO2N2O4。
[应用体验]
1.
(1)氮元素的非金属性很强,但N2的化学性质特别稳定,其原因是什么?
(2)溴蒸气和NO2都为红棕色气体,如何区分?
用湿润的淀粉-KI试纸或NaOH溶液可以吗?
[提示]
(1)N2的结构式为N≡N,N原子间以叁键结合,键稳定,难破坏,所以N2的化学性质非常稳定。
(2)①用AgNO3溶液,Br2可与AgNO3溶液反应生成浅黄色沉淀AgBr;②用水,溶于水后有颜色的是Br2,无颜色的是NO2。
不能用湿润的淀粉-KI试纸或NaOH溶液区分,因为这两种气体都有氧化性,都可以把KI中的I-氧化成I2,使试纸变蓝色。
NaOH溶液可以吸收Br2蒸气和NO2而形成无色溶液。
2.实验探究:
在进行NO2溶于水的实验时有如图所示操作。
(1)将充满NO2的试管倒扣在盛有水的水槽中,可观察到的现象是红棕色气体逐渐变为无色,水位上升,最后水充满整个试管的
。
化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO。
(2)当向试管中通入O2,现象是无色气体又变为红棕色气体,试管内液面上升至充满,继续通O2试管内液面又下降。
[考点多维探究]
角度1 N2和NOx的主要性质及对环境的影响
1.将空气中的氮气转化成氮的化合物的过程称为固氮。
能实现人工固氮的是( )
【导学号:
99682092】
A.雷雨天闪电 B.NH3催化氧化制NO
C.豆科植物根瘤菌D.工业合成氨
[答案] D
2.烧瓶中放入铜片和稀硝酸,来制取较纯净的一氧化氮,反应开始后发现烧瓶中充满红棕色气体,这时的操作应是( )
A.立即接上收集容器,用向上排空气法收集
B.待烧瓶中红棕色气体消失后,用向上排空气法收集
C.待烧瓶中红棕色气体消失后,用排水法收集
D.立即用排水法收集
D [红棕色气体为NO2,NO2与水反应生成NO。
]
3.(2017·大连模拟)随着我国汽车年销量的大幅增加,空气环境受到了很大的污染。
汽车尾气装置中,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示,下列说法正确的是( )
【导学号:
99682093】
A.反应中NO为氧化剂,N2为氧化产物
B.汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2
C.NO和O2必须在催化剂表面才能反应
D.催化转化总化学方程式为2NO+O2+4CO
4CO2+N2
D [A项,反应中NO、O2均为氧化剂,N2为还原产物;B项,N2不是污染成分;C项,NO与O2常温下就可以发生反应。
]
NOx对环境的3种污染类型
(1)光化学烟雾:
NOx在紫外线作用下,与碳氢化合物发生一系列光化学反应,产生的一种有毒的烟雾。
(2)酸雨:
NOx排入大气中后,与水反应生成HNO3和HNO2,随雨雪降到地面。
(3)破坏臭氧层:
NO2可使平流层中的臭氧减少,导致地面紫外线辐射量增加。
角度2 NOx与H2O或碱液反应的问题分析
4.如图所示,试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物),当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内水面上升,但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,可以观察到试管内水柱继续上升,经过多次重复后,试管内完全被水充满,原来试管中盛装的气体是( )
A.可能是N2与NO2的混合气体
B.只能是O2与NO2的混合气体
C.可能是NO与NO2的混合气体
D.只能是NO2一种气体
C [根据题意①3NO2+H2O===2HNO3+NO,②2NO+O2===2NO2。
将①②反应合并可得4NO2+O2+2H2O===4HNO3。
最后试管充满水的条件是NO2或NO2和NO混合或NO2和O2混合。
]
5.工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。
(1)NO2被烧碱溶液吸收时,生成两种钠盐,其物质的量之比1∶1,写出该反应的化学方程式:
_______________________________________
(2)NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐,该钠盐的化学式是________。
[答案]
(1)2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
(2)NaNO2
(1)氮氧化物溶于水的问题分析
无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体,反应的实质是3NO2+H2O===2HNO3+NO,2NO+O2===2NO2,故若有气体剩余只能是NO或O2,不可能是NO2。
①若NO和O2通入水中,总关系式为4NO+3O2+2H2O===4HNO3(4∶3)。
②若NO2和O2通入水中,总关系式为4NO2+O2+2H2O===4HNO3(4∶1)。
(2)NOx与NaOH溶液反应问题分析
①NO2能被NaOH溶液吸收生成2种盐。
②NO不能被NaOH溶液吸收。
③n(NO2)∶n(NO)≥1时能完全被NaOH溶液吸收。
考点2|硝酸
[基础知识自查]
1.物理性质
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。
2.化学性质
(1)不稳定性
①反应:
4HNO3
2H2O+4NO2↑+O2↑。
②市售浓硝酸呈黄色的原因是HNO3分解生成的NO2溶于硝酸中。
(2)强氧化性
①与不活泼金属反应
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常温下,浓HNO3使Fe、Al钝化。
常温下浓HNO3可用铁桶盛装。
③与非金属反应
如浓硝酸与C的反应:
C+4HNO3(浓)
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。
如稀HNO3与SO2、Na2SO3、FeO反应的离子方程式分别为3SO2+2NO
+2H2O===3SO
+2NO↑+4H+,3SO
+2NO
+2H+===3SO
+2NO↑+H2O,3FeO+NO
+10H+===3Fe3++NO↑+5H2O。
(3)与有机物反应
①硝化反应(与C6H6反应)
C6H6+HNO3
C6H5NO2+H2O。
②颜色反应:
蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。
[应用体验]
1.
(1)浓HNO3如何保存?
(2)硝酸具有强氧化性,硝酸与Fe反应一定生成Fe3+吗?
为什么?
[提示]
(1)保存在棕色带有玻璃塞的细口试剂瓶中,置于阴凉处。
(2)不一定,当Fe少量时生成Fe3+,当Fe过量时生成Fe2+。
2.向一定量的浓HNO3中投入过量的Cu充分反应,生成的气体成分有哪些?
反应结束后,再加入稀H2SO4写出发生反应的离子方程式。
[提示] NO2、NO、N2O4。
3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O。
[考点多维探究]
角度1 硝酸的主要性质及其应用
1.有关硝酸性质的叙述中,正确的是( )
A.浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色
B.足量Zn与浓HNO3反应最终产生的气体成分中含有H2
C.稀HNO3溶液中Fe3+、SO
、I-、Cl-、Fe2+可以共存
D.稀HNO3与FeO反应时HNO3既表现氧化性又表现酸性
D [A项,浓HNO3具有强氧化性,能使红色退去;B项,HNO3与金属反应不可能生成H2;C项,SO
、I-、Fe2+与HNO3均反应,不能共存;D项,生成Fe(NO3)3表现酸性,生成NO表现氧化性。
]
2.如图所示,向一定量的铁粉中加入一定体积12mol·L-1的硝酸并加热,待反应结束时,下列微粒在体系中一定大量存在的是( )
①NO
②Fe3+ ③H+ ④NO ⑤NO2 ⑥H2
A.①⑥ B.①⑤
C.②④⑤D.①②③⑤
B [Fe与浓HNO3反应时,开始生成的还原产物是NO2,并且若铁少量时,还原产物只有NO2;当铁过量时,氧化产物是Fe2+,当HNO3过量时,氧化产物是Fe3+。
因产物有硝酸盐,故溶液中一定还有NO
。
]
硝酸与金属反应的规律
(1)HNO3与金属反应一般不能产生H2。
(2)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、NH3、NH
。
(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。
(4)浓硝酸与铜反应时,若铜过量,反应开始时浓硝酸被还原为NO2,但随着反应的进行,硝酸变稀,其还原产物变为NO。
(5)铁与稀硝酸反应时,铁过量,氧化产物为Fe2+;铁不足,氧化产物为Fe3+;二者的量在一定范围内,可能生成Fe2+和Fe3+的混合物。
(6)NO
(H+)不能与Fe2+、I-、SO
、S2-等还原性较强的离子大量共存。
角度2 硝酸与金属反应的有关定量分析
3.(2016·武汉调研)一定质量的铁和足量的稀硝酸或浓硝酸完全反应,在相同条件下,用排水集气法收集产生的气体。
下列叙述一定正确的是( )
①硝酸浓度越大,消耗的硝酸越少
②硝酸浓度不同,生成的Fe(NO3)3的物质的量相同
③硝酸浓度越大,产生的气体越少
④用排水集气法收集到的气体在相同状况下体积相同
A.只有②B.②④
C.③④D.①②③
B [依据Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O及Fe+6HNO3(浓)===Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O可知,硝酸浓度越大,消耗的硝酸越多,①错;根据铁元素守恒,最后生成的Fe(NO3)3的物质的量相同,②正确;③硝酸浓度越大,产生的气体越多,③错;因3NO2+H2O===2HNO3+NO,故用排水法收集到的气体均为NO,且在相同状况下体积相同,④正确。
]
4.38.4gCu跟一定量浓HNO3反应,Cu全部溶解,共收集NO、NO2的总体积为22.4L(标准状况),所得溶液中H+的物质的量为0.02mol,请回答:
(1)反应中被还原的硝酸为________mol。
(2)参加反应的硝酸为________mol,反应过程中转移电子数为_____mol。
(3)生成的NO与NO2的物质的量之比为________。
(4)溶液中NO
的物质的量为________mol。
[解析]
(1)被还原的HNO3物质的量为NO、NO2的总物质的量。
(2)参加反应的HNO3包括与Cu结合的NO
和NO、NO2。
即
mol=2.2mol。
转移的电子数为
×2mol=1.2mol。
(3)
解之n(NO)=0.1mol,n(NO2)=0.9mol。
(4)n(NO
)=2n(Cu2+)+n(H+)=2×
mol+0.02mol=1.22mol。
[答案]
(1)1
(2)2.2 1.2 (3)1∶9 (4)1.22
硝酸与金属反应的计算技巧
(1)原子守恒法
HNO3与金属反应时,一部分HNO3起酸的作用,以NO
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-)则有:
c(NO
)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)。
角度3 硝酸的强氧化性实验探究
5.(2017·咸阳模拟)某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱,按下图装置进行实验(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、3mol·L-1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
______________________________________________________________。
(3)装置①中发生反应的化学方程式是_________________________。
(4)装置②的作用是____________________,发生反应的化学方程式是
______________________________________________________________
______________________________________________________________。
(5)该小组得出的结论所依据的实验现象是________________________。
(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个实验来判断两种看法是否正确。
这些方案中可行的是(选填序号字母)________。
a.加热该绿色溶液,观察颜色变化
b.加水稀释该绿色溶液,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
(7)题中装置⑥易发生倒吸现象,下列装置能代替装置⑥的是________。
[解析] 实验题要先看目的,即要验证什么,由此再来理解或设计实验。
本题要证明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO。
①产生NO2,而非NO,所以②中应盛水,与NO2反应生成NO。
而NO极易与O2反应产生NO2,故反应前应用CO2将装置中的空气排尽。
(6)思路是从溶液中赶出NO2,或在Cu(NO3)2溶液中通入NO2,不能采用稀释绿色溶液的方案,因为Cu(NO3)2溶液稀释后,颜色也会发生相应的变化,而不能得出正确的结论,充入N2无影响,N2本身无色且不参与反应。
[答案]
(1)3mol·L-1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+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+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)ad
(7)BC
考点3|氨和铵盐的性质与NH3的制法
[基础知识自查]
1.氨的性质
(1)氨的物理性质
没有颜色、有刺激性气味的气体,密度比空气的轻,易液化,液氨可作制冷剂,极易溶于水(1∶700),可由喷泉实验证明。
(2)氨的化学性质
①与水的反应
氨气溶于水呈碱性原因的方程式为NH3+H2ONH3·H2ONH
+OH-。
②氨气与酸反应
a.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HNO3,也会出现相同的现象。
化学方程式分别为HCl+NH3===NH4Cl,HNO3+NH3===NH4NO3。
b.氨气通入酸的本质反应为NH3+H+===NH
。
③NH3的还原性——氨的催化氧化
化学方程式为4NH3+5O2
4NO+6H2O。
该反应是工业制HNO3的基础反应。
2.铵盐的性质与检验
(1)铵盐的物理性质
铵盐都是无色固体,均易溶于水。
(4)装有NH4Cl的长试管,用酒精灯对NH4Cl进行加热,现象为固体NH4Cl逐渐变少,试管口部有大量晶体形成。
3.氨的实验室制法
(1)原理:
2NH4Cl+Ca(OH)2
CaCl2+2NH3↑+2H2O。
注:
①不能用NH4NO3,因NH4NO3受热爆炸;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。
(2)实验装置
①干燥管中碱石灰的作用是吸收NH3中的水蒸气。
②棉花往往用水或酸液浸湿,其作用是减少与NH3的对流,吸收剩余的NH3减少污染。
[应用体验]
1.
(1)氨水中有哪些粒子?
计算氨水的浓度时以什么物质为溶质?
(2)举例说明氨水有哪些化学性质?
写出有关的化学方程式。
[提示]
(1)H2O、NH3·H2O、OH-、NH
、NH3、H+,以溶解的NH3总量为溶质。
(2)①不稳定性:
NH3·H2O
NH3↑+H2O。
②碱性:
NH3·H2O+HCl===NH4Cl+H2O。
3NH3·H2O+FeCl3===Fe(OH)3↓+3NH4Cl。
2.写出NH3催化氧化制HNO3的有关方程式。
[提示] 4NH3+5O2
4NO+6H2O,
2NO+O2===2NO2,3NO2+H2O===2HNO3+NO。
[考点多维探究]
角度1 氨与铵盐的性质及应用
1.关于氨的下列叙述中,错误的是( )
A.氨易液化,因此可用来作制冷剂
B.氨溶解于水显弱碱性,因此可使酚酞溶液变为红色
C.氨气遇到浓盐酸、硫酸都会发生反应,产生白烟现象
D.氨气可被氯气氧化生成N2,同时还可能产生白烟现象
C [C项,硫酸难挥发,与氨气反应不产生白烟。
]
2.关于NH3和氨水的说法正确的是( )
A.NH3溶于水形成的氨水中浓度最大的粒子是NH3(H2O除外)
B.NH3、氨水与盐酸反应的离子方程式均为NH3+H+===NH
C.在1mol·L-1氨水中,NH3·H2O、NH
、NH3的物质的量浓度之和为
1mol·L-1
D.将1molNH3通入500g水中,溶液的溶质质量分数为6.8%
C [A项,氨水中除H2O外浓度最大的粒子是NH3·H2O;B项,氨水与盐酸反应的离子方程式为NH3·H2O+H+===NH
+H2O;D项,氨水的溶质按NH3计算,溶液的溶质质量分数为
×100%≈3.3%。
]
3.下列说法中正确的是( )
【导学号:
99682094】
A.(NH4)2SO4、NH4Cl、Na2CO3、NaNO3四种溶液可用Ba(OH)2溶液鉴别
B.所有铵盐受热均分解生成NH3
C.铵盐溶于水呈酸性的原因是NH
+H2O===NH3·H2O+H+
D.NH4H与NH4Cl为离子化合物均属于铵盐
A [B项,铵盐受热分解不一定均生成NH3;C项,NH
水解为可逆反应,应用“”连接;D项,NH4H不属于铵盐。
]
(1)NH3是中学化学中唯一的碱性气体,可在推断题中作为解题的突破口,确定NH3的存在。
(2)NH3是非电解质不是碱,而NH3·H2O是电解质是碱。
(3)NH3催化氧化的产物是NO不是NO2。
(4)计算氨水浓度时,溶质视为溶解的NH3。
(5)铵盐受热易分解,但不一定均生成NH3。
角度2 喷泉实验问题分析
4.下图是课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案,下列有关操作不可能引发喷泉现象的是( )
A.挤压装置①的胶头滴管使CCl4全都进入烧瓶,片刻后打开止水夹
B.挤压装置②的胶头滴管使NaOH溶液全部进入烧瓶,片刻后打开止水夹
C.用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹
D.向装置④的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹
B [H2难溶于NaOH溶液,不能形成较大的压强差,不能引发喷泉现象。
]
5.如图装置中,干燥烧瓶内盛有某种气体(标准状况下),烧杯和滴管内盛放某种溶液。
挤压滴管的胶头,下列与实验事实不相符的是________(填序号)。
①CO2(NaHCO3溶液)/无色喷泉
②NH3(H2O中含酚酞)/红色喷泉
③H2S(CuSO4溶液)/黑色喷泉
④HCl(AgNO3溶液)/白色喷泉
⑤NO2(H2O)/充满烧瓶
⑥Cl2(NaOH溶液)/充满烧瓶
⑦HCl(H2O)/溶液浓度为
mol/L
[解析] ①CO2不溶于NaHCO3溶液,不能形成喷泉;⑤NO2与H2O反应生成NO气体,不能充满烧瓶。
[答案] ①⑤
(1)喷泉实验的原理
由于容器内外产生压强差而形成喷泉。
气体迅速溶于水或某种溶液中,容器内压强小于容器外压强,从而产生喷泉。
(2)形成喷泉的类型
①只要气体易溶于吸收剂,均可做喷泉实验,吸收剂可以是水,也可以是酸液、碱液等。
如CO2与NaOH溶液可形成喷泉。
②容器内的液体由于受热挥发(如浓盐酸、浓氨水、酒精等)或由于发生化学反应产生气体,容器内产生大量气体,压强迅速增大,促使容器内液体迅速向外流动,也能形成喷泉。
如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等均是利用此原理。
(3)引发喷泉的几种方法
①使烧瓶内的气体迅速溶于水或某种液体中。
②使烧瓶内气体温度降低,从而使气压减小。
③使烧瓶外待喷液面上的气压增大。
角度3 氨气的实验室制法及NH3的性质探究
6.(2017·泰安模拟)某化学兴趣小组利用图1装置制取氨气并探究氨气的有关性质。
【导学号:
99682095】
图1 图2
(1)装置A中烧瓶内试剂可选用________(填字母代号)。
a.碱石灰 b.浓硫酸
c.生石灰d.五氧化二磷
e.烧碱
(2)若探究氨气的溶解性,需在K2的导管末端连接图2装置中的________装置(填序号),当装置D中集满氨气后,关闭K1、K2,打开K3,引发喷