届高考化学一轮讲练含氮物质的转化性质实验探究答案+详解.docx
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届高考化学一轮讲练含氮物质的转化性质实验探究答案+详解
含氮物质的转化、性质实验探究
1.如图是含氮化合物及单质的“类别—价态”二维图,结合二维图及氧化还原反应原理的基本规律,下列相关分析或预测错误的是( )
A.硝酸具有较强的氧化性,可用稀硝酸清洗“银镜实验”后的试管
B.NO、NO2和NH3在一定条件下均能反应,可用氨气处理氮氧化物
C.可加热NH4NO3和Ca(OH)2制备氨气
D.联氨(N2H4)可能被亚硝酸(HNO2)氧化生成氢叠氮酸HN3
解析:
选C HNO3中氮元素为+5价,具有强氧化性,稀硝酸能氧化许多不活泼的金属,如Cu、Ag等,故A正确;由题图可知NO、NO2和NH3在一定条件下均能发生归中反应,产物是氮气和水,氨气可用于处理氮氧化物,故B正确;通过分析NH4NO3中氮元素价态可知,其可能发生自身的氧化还原反应,所以其受热分解产物不一定有NH3,故不能用NH4NO3和Ca(OH)2共热制备NH3,故C错误;依据价态分析,N2H4(氮为-2价)和HNO2(氮是+3价)反应可能生成HN3
,故D正确。
2.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,先关闭分液漏斗的活塞,再熄灭酒精灯
D.装置J收集的气体中一定不含NO
解析:
选CD 稀硝酸与铜反应生成的NO能够被O2氧化,因此实验前需要通入N2,排除装置中的空气,硝酸具有挥发性,生成的NO中混有少量硝酸蒸气,可以通过水吸收后再干燥,在探究干燥的NO在加热时与铜的反应,未反应的NO可以利用FeSO4溶液检验。
根据上述分析,装置F、I中的试剂依次为水、FeSO4溶液,A正确;若观察到装置H中红色粉末变黑色,说明NO与Cu发生了反应,B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,停止通入NO,C错误;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错误。
3.氮及其化合物的变化关系如下图所示。
则下列说法不正确的是( )
A.路线①②③是工业生产硝酸的主要途径
B.路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径
C.上述所有反应都是氧化还原反应
D.氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2
解析:
选CD 氮气和氧气在放电或高温条件下反应生成NO,NO与O2反应生成NO2,即氮气与氧气不能一步转化为NO2;反应④不是氧化还原反应。
4.实验室制取氨气、收集、验证其还原性并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取氨气
B.用装置乙收集氨气时气体应该从a口进b口出
C.装置丙中黑色固体变成红色时还原产物一定为铜
D.可以用装置丁吸收氨气,进行尾气处理
解析:
选B A项,氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢,冷却后又重新化合生成氯化铵,不能用装置甲制取氨气,错误;B项,氨气密度小于空气,可以用向下排空气法收集,即用装置乙收集氨气时气体应该从a口进b口出,正确;C项,装置丙中黑色固体变成红色时还原产物不一定为铜,因为氧化亚铜也是红色的,错误;D项,氨气极易溶于水,不能用水直接吸收,错误。
5.下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂,其中错误的是( )
解析:
选AC A项,NH4Cl受热可产生NH3和HCl,但两者遇冷会重新反应生成NH4Cl,在此过程中还有可能出现堵塞导管的情况,因此不能用该方法制取氨气,错误;B项,浓氨水滴入氧化钙固体中,会发生CaO+NH3·H2O===Ca(OH)2+NH3↑,可以制取氨气,正确;C项,试管口未向下倾斜,会导致加热产生的水蒸气冷凝后倒流入试管底部而使试管炸裂,错误;D项,浓氨水受热产生氨气,通过碱石灰吸收水蒸气后即得干燥的NH3,正确。
6.如图是氮元素的几种价态与物质类别的对应关系,回答下列问题:
(1)写出N2的一种用途:
_________________________________________________。
(2)从N元素化合价分析,N2具有氧化性和还原性。
各举一例说明(用化学方程式表示)
氧化性:
_______________________________________________________________。
还原性:
___________________________________________________________。
(3)HNO3与下图中的物质C常用于检验Cl-的存在,则C的化学式为________________________________________________________________________。
(4)实验室制取物质B的化学方程式为________________________________________________________________________。
(5)NO2与水反应生成物质A的化学方程式为________________________________________________________________________。
(6)浓硝酸与木炭在加热条件下反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
答案:
(1)作保护气、保存粮食(或合成氨、制硝酸等)
(2)N2+3H2
2NH3(或N2+3Mg
Mg3N2)N2+O2
2NO (3)AgNO3
(4)Ca(OH)2+2NH4Cl
CaCl2+2NH3↑+2H2O
(5)3NO2+H2O===2HNO3+NO
(6)4HNO3(浓)+C
CO2↑+4NO2↑+2H2O
7.金属铝在酸性或碱性溶液中均可与NO
发生氧化还原反应,转化关系如下:
已知,气体D和F反应可生成盐,气体D和A溶液反应生成白色沉淀。
请回答下列问题:
(1)A和B两溶液混合产生白色沉淀,反应的离子方程式为_______________________。
(2)C、E排入大气中会造成大气污染,在催化剂存在下,D可以将C或E都转化为无毒的气态单质,任意写出其中一个反应的化学方程式:
_____________________。
(3)写出铝在碱性条件下与NO
反应的离子方程式:
________________________________________________________________________。
(4)除去气体C中的杂质气体E的化学方法:
__________________________(用化学方程式表示)。
(5)Al与NO
在酸性条件下反应,Al与被还原的NO
的物质的量之比是________。
解析:
(1)在酸性溶液中铝被氧化生成Al3+,在碱性溶液中铝被氧化生成AlO
。
所以A、B混合后生成氢氧化铝沉淀,离子方程式为Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓。
(2)在酸性溶液中NO
被还原生成NO,在碱性溶液中被还原生成NH3,因为在NO、NH3中N元素的化合价分别为+2价和-3价,可发生氧化还原反应生成N2。
(3)由以上分析可知,铝在碱性条件下与NO
反应的离子方程式为8Al+3NO
+5OH-+2H2O
8AlO
+3NH3↑。
(4)NO难溶于水,NO2溶于水生成NO,所以除去NO中混有的NO2的方法是通入水中,化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO。
(5)在该反应中铝失去3个电子,NO
的还原产物是NO,氮元素的化合价由+5价降低到+2价,得到3个电子,依据得失电子守恒可知,Al与被还原的NO
的物质的量之比是1∶1。
答案:
(1)Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓
(2)6NO+4NH3
5N2+6H2O(或6NO2+8NH3
7N2+12H2O)
(3)8Al+3NO
+5OH-+2H2O
8AlO
+3NH3↑
(4)3NO2+H2O===2HNO3+NO
(5)1∶1
8.
某学生积极思考产生喷泉的其他方法,并设计了如图所示的装置。
(1)在如图所示的锥形瓶中,分别加入足量的下列物质,反应后可能产生喷泉的是______(填字母)。
A.Cu与稀盐酸
B.NaHCO3与NaOH溶液
C.CaCO3与稀硫酸
D.NH4HCO3与稀盐酸
这种方法产生喷泉的原理是________________________________________________________________________。
(2)在图示锥形瓶外放一水槽,瓶中加入酒精;水槽中加入水后,再加入足量的下列物质,结果也产生喷泉。
水槽中加入的物质可以是________(填字母)。
A.浓硫酸 B.食盐
C.硝酸钾 D.硫酸铜
这种方法产生喷泉的原理是________________________________________________________________________。
解析:
(1)Cu与稀盐酸不反应,NaHCO3与NaOH溶液反应不产生气体,不能形成压强差,故不能形成喷泉;CaCO3与稀硫酸反应产生CO2,但生成的CaSO4微溶于水,覆盖在CaCO3的表面,会使反应很快停止,不能形成较大的压强差,故不能形成喷泉;NH4HCO3与稀盐酸反应能产生较多的CO2气体,使锥形瓶内压强远大于烧瓶内压强,从而形成喷泉。
(2)浓硫酸、生石灰、烧碱溶于水均能放出大量的热,使酒精大量挥发,形成较大的压强差,从而形成喷泉;氯化钠、硝酸钾、硫酸铜溶于水温度变化不大,不能使酒精大量挥发,不能形成较大的压强差,不能形成喷泉。
答案:
(1)D NH4HCO3与稀盐酸反应,产生二氧化碳气体,锥形瓶中气体压强增大,把液体压入烧瓶,形成喷泉
(2)A 浓硫酸溶于水放出大量的热,使锥形瓶中的酒精气化,锥形瓶中气体压强增大,把酒精压入烧瓶中形成喷泉
9.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。
图1
备选装置(其中水中含酚酞溶液)
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
图2
(1)装置A中烧瓶内试剂可选用________(填字母)。
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,引发喷泉的实验操作是_______________________________________________________________________________________。
(3)若探究氨气的还原性,需打开K1、K3,K2处导管连接制取纯净、干燥氯气装置。
①用二氧化锰与浓盐酸制取氯气,生成气体必须通过分别盛有________、__________试剂的洗气瓶;
②D中氨气与氯气反应产生白烟,同时生成一种无色无味的气体,该反应的化学方程式为________________________________________________________________________;
③从K3处导管逸出的气体中含有少量Cl2,则C装置中应盛放__________溶液(填化学式),反应的离子方程式为_____________________________________。
解析:
(1)在浓氨水中存在平衡:
NH3+H2ONH3·H2ONH
+OH-,向其中加入生石灰[发生反应CaO+H2O===Ca(OH)2]或烧碱,都会使平衡左移,同时放出大量的热促进氨的挥发。
碱石灰的成分是烧碱和生石灰,原理同上述,都可快速制备氨气。
(2)氨气极易溶于水,不溶于CCl4,需选择防倒吸装置进行实验探究,因此需选择图2中的Ⅱ或Ⅲ。
根据喷泉实验的原理,要使装置D发生喷泉现象,可用热毛巾将烧瓶捂热,D中氨气受热膨胀通过导管与水接触,即产生“喷泉”。
(3)①用二氧化锰与浓盐酸制取的氯气中,混有氯化氢气体和水蒸气,要得到纯净、干燥的氯气需通过饱和食盐水除去氯化氢,通过浓硫酸除去水蒸气。
②探究氨气具有还原性,氯气与氨气反应产生白烟,由NH3+HCl===NH4Cl可知,“白烟”的成分为氯化铵,氯元素化合价降低,则生成的“无色无味的气体”必为氨气的氧化产物,可推知为氮气。
③氯气是有毒气体,可与强碱溶液反应,因此可用氢氧化钠溶液进行尾气吸收。
答案:
(1)ace
(2)Ⅱ或Ⅲ 用热毛巾将烧瓶捂热(其他合理答案均可)
(3)①饱和食盐水 浓硫酸
②3Cl2+8NH3===6NH4Cl+N2
③NaOH Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O
10.某化学自主实验小组通过实验探究NH3、NO2的性质。
探究Ⅰ:
利用如图所示装置探究NO2能否被NH3还原(K1、K2为止水夹,夹持固定装置略去)。
(1)A装置中制取NH3的化学方程式是____________________________________。
(2)甲、乙分别是________(填字母)。
a.浓硫酸、碱石灰 b.碱石灰、碱石灰
c.碱石灰、无水氯化钙d.五氧化二磷、五氧化二磷
(3)若NO2能够被NH3还原,预期C装置中能观察到的现象是_____________________。
(4)此实验装置存在一个明显的缺陷是___________________________________。
探究Ⅱ:
探究NO2、O2混合气体的喷泉实验。
(5)请在G装置中的虚线上描出导管实线图。
(6)G装置中浓硫酸有三种作用:
混合NO2、O2气体;干燥NO2、O2;___________________。
(7)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________mol·L-1(保留两位有效数字)。
解析:
(1)将浓氨水滴入生石灰中,由于发生CaO+NH3·H2O===NH3↑+Ca(OH)2,放出氨气。
(2)干燥氨只能用碱石灰,干燥二氧化氮可用五氧化二磷固体或无水氯化钙。
(3)如果能反应,消耗NO2使装置中混合气体颜色变浅。
(4)由于NH3、NO2均能污染空气,所以与它们相关的实验均应有尾气吸收装置。
(5)O2、NO2密度比空气大,故应进气管短,出气管长。
(6)观察气泡的速率控制混合气体的比例。
(7)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4∶1)总物质的量的
,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
=
×
mol·L-1,即c(HNO3)≈0.036mol·L-1。
答案:
(1)NH3·H2O+CaO===NH3↑+Ca(OH)2
(2)c (3)C装置中混合气体颜色变浅
(4)缺少尾气吸收装置
(5)
(进气管短,出气管长)
(6)观察气泡的速率,控制混合气体的比例
(7)0.036
11.(2019·莱州一中模拟)亚硝酸钠是重要的防腐剂。
某化学兴趣小组以碳和浓硝酸为起始原料,设计如图装置利用一氧化氮与过氧化钠反应制备亚硝酸钠(夹持装置和A中加热装置已略,气密性已检验)。
查阅资料:
①HNO2为弱酸,室温下存在反应3HNO2===HNO3+2NO↑+H2O;
②在酸性溶液中,NO
可将MnO
还原为Mn2+;
③NO不与碱反应,可被酸性KMnO4溶液氧化为硝酸。
实验操作:
①关闭弹簧夹,打开A中分液漏斗活塞,滴加一定量浓硝酸,加热;②一段时间后停止加热;③从C中取少量固体,检验是否含有亚硝酸钠。
(1)装置中仪器a的名称为____________,D装置的作用是
________________________________________________________________________。
(2)A中反应的化学方程式是________________________________________________________________________,
C中反应生成NaNO2的化学方程式是______________________________________________________________。
(3)检验C中产物有亚硝酸钠的操作是_______。
(填标号)
a.取少量生成物溶于水充分振荡,滴加酚酞溶液,若溶液变红,则含有NaNO2
b.取少量生成物溶于稀硫酸,若产生无色气体并在液体上方变为红棕色,则含有NaNO2
(4)经检验C产物中亚硝酸钠含量较少。
①甲同学认为C中产物不仅有亚硝酸钠,还有碳酸钠和氢氧化钠。
生成碳酸钠的化学方程式是____________________________________。
为排除干扰,甲同学在B、C装置间增加装置E,E中盛放的试剂应是__________(写名称)。
②乙同学认为除上述干扰因素外,还会有空气参与反应导致产品不纯,所以在实验操作①前应增加一步操作,该操作是_____________________________________________。
(5)NaNO2有毒,国家规定肉制品中NaNO2含量不能超过30mg·kg-1。
从1000g隔夜熟肉中提取NaNO3和NaNO2后,配成溶液,再用0.00500mol·L-1的高锰酸钾(酸性)溶液滴定,消耗高锰酸钾溶液16.00mL,由此计算隔夜熟肉中NaNO2的含量是__________mg·kg-1。
解析:
(3)检验亚硝酸钠的实验操作为将生成物置于试管中,加入稀硫酸,若产生无色气体并在液面上方变为红棕色,则C中产物有亚硝酸钠,或将生成物置于试管中,加入酸性KMnO4溶液,若溶液紫色褪去,则C中产物有亚硝酸钠,故选b。
(4)①E中盛放的试剂应为碱石灰,用来吸收CO2。
②为避免装置中的空气导致产品不纯,需要打开弹簧夹,通入N2排尽装置中的空气。
(5)依据电子守恒可知,亚硝酸钠与酸性高锰酸钾溶液发生氧化还原反应的关系式为5NaNO2~2KMnO4,可计算出1000g隔夜熟肉中NaNO2的质量为2.5×0.00500mol·L-1×16.00×10-3L×69g·mol-1×103mg·g-1=13.8mg,所以隔夜熟肉中NaNO2的含量为13.8mg·kg-1。
答案:
(1)分液漏斗 除去未反应的NO,防止污染空气
(2)C+4HNO3(浓)
CO2↑+4NO2↑+2H2O
2NO+Na2O2===2NaNO2 (3)b
(4)①2CO2+2Na2O2===2Na2CO3+O2 碱石灰
②打开弹簧夹,通入一段时间N2
(5)13.8