1、1第18讲 氮及其化合物考纲解读考点 考纲内容 高考示例 预测热度氮的单质、氧化物和硝酸1.了解氮及其氧化物的主要性质2.了解氮的氧化物对环境的影响3.了解硝酸的主要性质2017北京理综,27,12分2016北京理综,26,13分2015北京理综,8,6分氨及铵盐1.了解氨的主要性质及其应用2.了解NH 3的实验室制法3.了解铵盐的主要性质及其应用2016课标,26,14分2015山东理综,11,5分 分析解读 本专题知识内容丰富,涉及面广,是高考命题的热点内容之一。试题常以氮元素及其化合物知识为载体,考查基本概念、基本理论、实验、计算等,具有较强的综合性。命题分析答案 (1)避免b中压强过大
2、 (2)防止暴沸 直形冷凝管 (3)c中温度下降,管路中形成负压 (4)液封,防止氨气逸出N +OH- NH3+H 2O 保温使氨完全蒸出 (5) +4 1.4 7.5核心考点1.常见实验仪器的名称及作用2.离子方程式的书写3.化学实验相关计算解题思路(1)若b中气压过大,则a导管中液面上升,使b中气压减小,避免出现安全事故。(5)处理后,样品中的氮元素全部转入NH 3H3BO3中。NH3H3BO3 HCl1 mol 1 moln(NH3H3BO3) c molL-1V10-3 L由原子守恒可得,样品中氮的质量分数为:100%= %。10-314 -1 1.4疑点解答凯氏定氮法可将样品中所有的
3、有机氮均转化为铵盐。若氮元素全部来自甘氨酸,则可计算出样品中甘氨酸含量为 %;若样品中含有其他含氮有机物,则7.5样品中甘氨酸含量小于 %。7.5易错警示第(5)小题书写答案时要注意“%”。设题技巧本题以凯氏定氮法测蛋白质中氮含量为背景,紧密结合生活实际与所学基础知识,考查学生的分析问题能力、计算能力以及氨与铵盐基础知识。试题设计充分体现学以致用及学科素养。2若氮元素全部来自于甘氨酸,利用N原子守恒可得,n(C2H5NO2)=cV10-3 mol,则样品纯度为:100%= %。10-375 -1 7.5命题特点1.本专题命题通常以非选择题形式综合考查基本概念、基本理论、化学反应原理等,一般会渗
4、透对计算能力的考查2.结合重要含氮化合物的性质以实验题形式命题,考查实验探究能力、实验方案的设计与评价等高考真题考点一 氮的单质、氧化物和硝酸1.(2017北京理综,12,6分)下述实验中均有红棕色气体产生,对比分析所得结论 的是( )不正确 A.由中的红棕色气体,推断产生的气体一定是混合气体B.红棕色气体不能表明中木炭与浓硝酸发生了反应C.由说明浓硝酸具有挥发性,生成的红棕色气体为还原产物D.的气体产物中检测出CO 2,由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应答案 D2.(2015北京理综,8,6分)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是( )A.氮元素均被氧化B.工业合成氨属于人工固氮C
5、.含氮无机物和含氮有机物可相互转化D.碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环答案 A3.(2015北京理综,12,6分)在通风橱中进行下列实验:步骤现象Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡下列说法不正确的是( )A.中气体由无色变红棕色的化学方程式:2NO+O 2 2NO2B.中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应C.对比、中现象,说明稀HNO 3的氧化性强于浓HNO 3D.针对中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化答案 C4.(2014山东理综,9,5分)等质量的下列物质与足量
6、稀硝酸反应,放出NO物质的量最多的是( )A.FeO B.Fe 2O3 C.FeSO 4 D.Fe 3O4答案 A5.(2017北京理综,27,12分)SCR和NSR技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NO x排放。(1)SCR(选择性催化还原)工作原理:3尿素CO(NH 2)2水溶液热分解为NH 3和CO 2,该反应的化学方程式: 。 反应器中NH 3还原NO 2的化学方程式: 。 当燃油中含硫量较高时,尾气中SO 2在O 2作用下会形成(NH 4)2SO4,使催化剂中毒。用化学方程式表示(NH 4)2SO4的形成: 。 尿素溶液浓度影响NO 2的转化,测定溶液中尿素(M=60 gmo
7、l -1)含量的方法如下:取a g尿素溶液,将所含氮完全转化为NH 3,所得NH 3用过量的V 1 mL c1 molL-1 H2SO4溶液吸收完全,剩余H 2SO4用V 2 mL c2 molL-1 NaOH溶液恰好中和,则尿素溶液中溶质的质量分数是 。 (2)NSR(NOx储存还原)工作原理:NOx的储存和还原在不同时段交替进行,如图a所示。图a图b通过BaO和Ba(NO 3)2的相互转化实现NO x的储存和还原。储存NO x的物质是 。 用H 2模拟尾气中还原性气体研究了Ba(NO 3)2的催化还原过程,该过程分两步进行,图b表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系。第一步反应消耗的H 2
8、与Ba(NO 3)2的物质的量之比是 。 还原过程中,有时会产生笑气(N 2O)。用同位素示踪法研究发现笑气的产生与NO有关。在有氧条件下, 15NO与NH3以一定比例反应时,得到的笑气几乎都是 15NNO。将该反应的化学方程式补充完整:NNO+ H2O 15答案 (12分)(1)CO(NH 2)2+H2O CO2+2NH38NH 3+6NO2 7N2+12H2O2SO 2+O2+4NH3+2H2O 2(NH4)2SO43(211-22)100(2)BaO814 15NO+4NH3+3O2 415NNO+6H2O6.(2016北京理综,26,13分)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(N )已
9、成为环境修复研究的热点之一。-3(1)Fe还原水体中N 的反应原理如下图所示。-3作负极的物质是 。 正极的电极反应式是 。 (2)将足量铁粉投入水体中,经24小时测定N 的去除率和pH,结果如下:-3初始pH pH=2.5 pH=4.5N 的去除率-3 接近100% ”或“ 78c.0.1 mol/L亚硝酸钠溶液中存在:c(Na +)+c(H+)=c(N )+c(OH-)-2d.0.1 mol/L亚硝酸钠溶液中存在:c(N )c(Na+)c(OH-)c(H+)-2试设计实验检验C装置中NaNO 2的存在(写出操作、现象和结论): 。 答案 (1)2Na 2O2+2H2O 4NaOH+O2、2
10、NO+O 2 2NO2 装有水的洗气瓶5NO+3Mn +4H+ 5N +3Mn2+2H2O-4 -3(2)制取NO CO2+4NO 2+2H 2O碱石灰 bc取少量C装置中的产物置于试管中,加入适量蒸馏水溶解,滴加少量酸性KMnO 4溶液,若溶液紫色褪去,说明C中产物含有NaNO 2考点二 氨及铵盐6.(人教必1,四-4-4,变式)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( )A. B. C. D.答案 A7.(2018河南、河北重点高中一联,9)下列各组物质中,任意两种物质在常温下均能发生反应的是( )物质组别 甲 乙 丙A NH3 CuO 稀HNO 3B Al 盐酸 Fe2O3
11、C Si O2 H2D SO2 NaOH溶液 新制氯水答案 D8.(2017河南开封定位考试,10)为落实“五水共治”,某工厂拟综合处理含N 废水和工业废气(主要含N 2、CO+42、SO 2、NO、CO,不考虑其他成分),设计了如下流程:下列说法不正确的是( )A.固体1中主要含有Ca(OH) 2、CaCO 3、CaSO 3B.X可以是空气,且需过量C.捕获剂所捕获的气体主要是COD.处理含N 废水时,发生反应的离子方程式为:N +N N2+2H 2O+4 +4 -2答案 B9.(2017山西大同第一次调研,10)下列实验事实所对应的结论正确的是( )实验事实 结论 Cl2的水溶液可以导电
12、Cl2是电解质 将燃烧的镁条放入CO 2中能继续燃烧 还原性:MgC NaHCO3溶液与NaAlO 2溶液混合产生白色沉淀 酸性:HC Al(OH)3-3 常温下白磷可自燃而氮气须在放电时才与氧气反应 非金属性:PN 某无色溶液中加入氢氧化钠溶液并加热,产生的气体能使湿润红色石蕊试纸变蓝 该溶液中一定有N +49A. B.C. D.全部答案 B10.(2018河南、河北重点高中一联,15)磷化铝(AlP)通常可作为一种广谱性熏蒸杀虫剂,吸水后会立即产生高毒的PH 3气体(熔点为-132 ,还原性强)。卫生安全标准规定:当粮食中磷化物(以PH 3计)的含量不超过0.05 mgkg-1时,粮食质量
13、合格;反之,粮食质量不合格。某化学兴趣小组的同学通过下列方法对粮食中残留的磷化物含量进行了研究。【操作流程】安装吸收装置PH 3的产生与吸收转移KMnO 4吸收溶液亚硫酸钠标准溶液滴定。【实验装置】已知C中盛有100 g原粮,E中盛有20.00 mL 1.1310 -3 molL-1 KMnO4溶液(H 2SO4酸化)。请回答下列问题:(1)仪器D的名称是 。 (2)B中盛装焦性没食子酸的碱性溶液,其作用是吸收空气中的O 2,防止氧化装置C中生成的PH 3,则A中盛装KMnO 4溶液的作用是 。 (3)通入空气的作用是 。 (4)已知PH 3被氧化成磷酸,则E中发生反应的离子方程式为 。 (5
14、)收集E中吸收液,加水稀释至250 mL,取25.00 mL于锥形瓶中,用5.010 -4 molL-1的Na 2SO3标准溶液滴定剩余的KMnO 4溶液,消耗Na 2SO3标准溶液11.00 mL,则该原粮中磷化物(以PH 3计)的含量为 mgkg-1,该原粮质量是否合格? (填“合格”或“不合格”)。 答案 (1)直形冷凝管(或冷凝管)(2)除去空气中的还原性气体,避免影响实验结果(3)保证生成的PH 3全部被酸性KMnO 4溶液吸收(4)5PH3+8Mn +24H+ 5H3PO4+8Mn2+12H2O-4(5)0.13(或0.127 5) 不合格11.(2016安徽六安一中一模,26)氨
15、氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径,某同学用该原理在实验室探究硝酸的制备和性质,设计了如图所示的装置。(1)若分液漏斗中氨水的浓度为9.0 molL -1,配制该浓度的氨水100 mL,用到的玻璃仪器有100 mL容量瓶、烧杯、量筒、玻璃棒、 。 (2)甲装置不需要加热即能同时产生氨气和氧气,烧瓶内固体X为 。 (3)乙装置的作用是 ;写出受热时丙装置发生反应的化学方程式: 。 (4)当戊中观察到 的现象,则说明已制得硝酸。某同学按上图组装仪器并检验气密性后进行实验,没有观察到此现象,请分析实验10失败的可能原因: ,如何改进装置: 。 (5)改进后待反应结束,将丁装置倒立在盛水的水槽中,会
16、观察到的现象是 。 答案 (1)胶头滴管 (2)过氧化钠(3)干燥氧气和氨气的混合气体 4NH 3+5O2 4NO+6H2O(4)紫色石蕊试液变红 过量的氨气致使戊中溶液不一定呈酸性 在丙和丁之间连接盛有无水氯化钙的干燥管或盛有浓硫酸的洗气瓶(5)试管丁内水面慢慢上升,上升到一定高度不再变化,试管内气体颜色由红棕色逐渐变淡至无色能力提升(满分65分 时间:30分钟)一、选择题(每小题6分,共24分)1.(人教必1,四-3-7,变式)对反应3NO 2+H2O 2HNO3+NO的下列说法正确的是( )A.还原剂与氧化剂物质的量之比为21B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为12C.NO2是氧化剂,
17、H 2O是还原剂D.反应中若有6 mol NO 2参与反应,则有3 mol电子发生转移答案 A2.(2017山东省实验中学一诊,8)下列有关非金属元素的说法正确的是( )A.二氧化氯具有还原性,可用于自来水的杀菌消毒B.SO2具有氧化性,可用于漂白纸浆C.液氨汽化时要吸收大量的热,可用作制冷剂D.硅是重要的半导体材料,常用于制作光导纤维答案 C3.(2017湖南五校联考,18)将9 g铜和铁的混合物投入100 mL稀硝酸中,充分反应后得到标准状况下1.12 L NO,剩余4.8 g金属;继续加入100 mL等浓度的稀硝酸,金属完全溶解,又得到标准状况下1.12 L NO。若向反应后的溶液中加入
18、KSCN溶液,溶液不变红,则下列说法正确的是( )A.原混合物中铜和铁各0.075 molB.稀硝酸中溶质的物质的量浓度为0.5 molL -1C.第一次剩余的4.8 g金属为铜和铁D.再加入上述100 mL稀硝酸,又得到标准状况下1.12 L NO答案 A4.(2017河南百校联盟3月联考,13)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大。在如图所示的物质转化关系中,p、q、m、n分别是元素Z、W、X、Y的气体单质,p和s均为有色气体,v的水溶液呈碱性。常温下,0.1 mol/L t溶液与0.1 mol/L u溶液的pH 均为1。下列说法正确的是( )A.原子半径:XYWC.v能分别与u
19、、t反应生成离子化合物 D.Z的氧化物对应的水化物均为强酸答案 C二、非选择题(共41分)5.(2018湖北部分重点中学联考,17)(13分)氨对人类的生产生活具有重要影响。(1)氨的制备与利用。工业合成氨的化学方程式是 。 氨催化氧化生成一氧化氮反应的化学方程式是 。 (2)氨的定量检测。水体中氨气和铵根离子(统称氨氮)总量的检测备受关注。利用氨气传感器检测水体中氨氮含量的示意图如下:11利用平衡原理分析含氨氮水样中加入NaOH溶液的作用: 。 若利用氨气传感器将1 L水样中的氨氮完全转化为N 2时,转移电子的物质的量为610 -4mol,则水样中氨氮(以氨气计)含量为 mgL -1。 (3
20、)氨的转化与去除。微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术。下图为MFC碳氮联合同时去除氨氮转化系统原理示意图。已知A、B两极生成CO 2和N 2的物质的量之比为52,写出A极的电极反应式: 。 结合电极反应方程式简述N 去除的原理: 。 +4答案 (1)N 2+3H2 2NH34NH 3+5O2 4NO+6H2O(2)c(OH -)增大,使N +OH- NH3H2O NH3+H 2O平衡正向移动,利于生成氨气,被空气吹出+43.4(3)CH 3COO-8e-+2H2O 2CO2+7H +N 在好氧微生物反应器中转化为N :N +2O2 +4 -3 +4N +2H+H2O;N 在MFC
21、电池的正极转化为 N2:2N +12H+10e- N2+6H 2O-3 -3 -36.(2017山东济南一模,26)(15分)近年我国汽车拥有量呈较快增长趋势,汽车尾气已成为重要的空气污染物。回答下列问题:(1)汽车发动机工作时会引起反应:N 2(g)+O2(g) 2NO(g),是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。2 000 K时,向容积为2 L的密闭容器中充入2 mol N 2与2 mol O 2,发生上述反应,经过5 min达到平衡,此时容器内NO的体积分数为0.75%,则该反应在5 min内的平均反应速率v(O 2)= mol/(Lmin),N2的平衡转化率为 ,2 000 K时该反应的
22、平衡常数K= 。 (2)一定量NO发生分解的过程中,NO的转化率随时间变化的关系如图所示。 反应2NO(g) N2(g)+O2(g)为 反应(填“吸热”或“放热”)。 一定温度下,能够说明反应2NO(g) N2(g)+O2(g)已达到平衡的是 (填序号)。 a.容器内的压强不发生变化 b.混合气体的密度不发生变化c.NO、N 2、O 2的浓度保持不变 d.单位时间内分解4 mol NO,同时生成2 mol N 2在四个容积和温度均相同的密闭容器中分别加入下列物质,相应物质的量(mol)如下表所示。相同条件下达到平衡后,N 2的体积分数最大的是 (填容器代号)。 容器代号 NO N2 O2A 2
23、 0 0B 0 1 1C 0.4 0.6 0.8D 2 0.5 0.412(3)当发动机采用稀薄燃烧时,尾气中的主要污染物为NO x。可用CH 4催化还原NO x以消除氮氧化物污染。已知:CH 4(g)+4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) H=-574 kJmol -1CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H=-867 kJmol -1 写出CH 4与NO反应生成N 2、CO 2、H 2O(g)的热化学方程式: ; 使用催化剂可以将汽车尾气的主要有害成分一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO x)转化为无毒气体,该反应的化学方程式为 。 答案
24、 (1)0.001 5 0.75% 2.2810 -4(2)放热 c D(3)CH 4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-1 160 kJmol -12xCO+2NO x 2xCO2+N27.(2016福建福州一中质检,27)(13分)据统计,2015年入冬以来,华北黄淮地区已经出现4次严重雾霾过程,持续时间达37天。氮氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一,消除氮氧化物有多种方法。(1)NH3催化还原氮氧化物技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。发生的化学反应是:2NH 3(g)+NO(g)+NO2(g) 2N2(g)+3H2O(g) H0。当该反应有1
25、mol N 2(g)生成时,电子转移总数是 。 该反应的平衡常数表达式K= 。 为了加快反应速率,并且提高NO x的转化率,采取的措施是 (填字母)。 a.增大NH 3的浓度 b.增大N 2的浓度c.增大压强 d.选择合适的催化剂(2)可利用甲烷催化还原氮氧化物。已知:CH4(g)+4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-574 kJmol -1CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-867 kJmol -1则CH 4(g)将NO(g)还原为N 2(g)的热化学方程式是 。 (3)利用ClO 2 消除氮氧化物的污染,反应过程如下:(部
26、分反应物或生成物略去)NO NO2 N2反应的产物中还有两种强酸生成,且其中一种强酸与NO 2的物质的量相等,则化学方程式是 ,若有11.2 L(标准状况)N 2生成,共消耗ClO 2 g。 答案 (1)1.80610 24或3N A a2(2)3(2)2(3)()(2)(2)CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H=-1 160 kJmol -1(3)2NO+ClO2+H2O NO2+HNO3+HCl 67.5方法技巧方法 硝酸与金属反应的有关计算1.(2018河北衡水中学大联考,21)将13.6 g Cu和Cu 2O组成的混合物加入250 mL一定浓度的稀
27、硝酸中,固体完全溶解生成Cu(NO 3)2和NO。向所得溶液中加入1.0 L 0.5 molL -1的NaOH溶液,生成沉淀的质量为19.6 g,此时溶液呈中性,且金属离子沉淀完全。下列说法正确的是( )A.原固体混合物中,Cu和Cu 2O的物质的量之比为11B.原稀硝酸的浓度为1.3 molL -1C.产生的NO的体积为2.24 LD.反应后剩余硝酸的物质的量为0.1 mol答案 D2.(2018湖南长沙长群中学月考,22)2.24 g铜和镁的混合物完全溶于某浓度的硝酸溶液中,还原产物中有NO 2、NO、N 2O三种物质,且体积均为0.224 L(标准状况),然后向反应后的溶液中加入足量的N
28、aOH溶液,所得沉淀经过滤、洗涤、干燥后称重,质量为( )A.3.12 g B.4.28 g C.4.68 g D.5.08 g答案 B3.(2016河北衡水中学二调,29)2.8 g Fe全部溶于一定浓度的200 mL HNO 3溶液中,得到标准状况下的气体1.12 L,测得反应后溶液的pH为1。若反应前后溶液体积变化忽略不计,则下列有关判断正确的是( )13A.反应后的溶液最多还能溶解1.4 g Fe B.反应后溶液中c(N )=0.85 mol/L-3C.反应后溶液中铁元素可能以Fe 2+形式存在 D.1.12 L气体可能是NO、NO 2的混合气体答案 B4.(2017江西六校联考,21
29、)(1)有两种气体单质A m和B n。已知7.2 g A m和6.3 g Bn所含的原子个数相同,分子个数之比为23。又知A原子中L电子层含电子数是K电子层的3倍。通过计算回答:(1)写出B的元素名称: 。 (2)向含0.1 mol FeBr 2的溶液中通入0.1 mol Cl 2充分反应,反应的离子方程式为 (写成一个离子方程式)。 (3)将192 g铜投入1 L浓度均为2 mol/L的硝酸、硫酸混合酸中,充分反应后生成NO L(标准状况下)(还原产物只有NO)。 (4)取100 g铜、铁、银、铝金属的混合物,加足量的稀硝酸完全溶解,已知硝酸的还原产物为NO,且NO体积在标准状况下为67.2 L;向所得的溶液中加入适量的2 mol/L氢氧化钠溶液,则能得到沉淀的最大值为 g(不考虑AgOH的分解)。 (5)将一定量经硫酸酸化的KMnO 4溶液与FeSO 4溶液混合,充分反应后再向所得溶液中加入KI溶液,混合溶液中Fe 3+的物质的量随加入的KI的物质的量的变化关系如图所示。开始加入的KMnO 4的物质的量为 (附注:高锰酸钾将I -氧化:16H +2Mn +10I- 5I2+2Mn2+8H2O)。 -4答案 (1)氮 (2)2Fe 2+2Br-+2Cl2 2Fe3+Br2+4Cl- (3)33.6 (4)253 (5)0.3 mol
