氮的固定 硝酸
1．氮及其氧化物
(1)自然界中氮的存在和氮的固定
(2)N2的性質(zhì)及應(yīng)用
N2是一種無色、無味的氣體，密度比空氣略小，難溶于水，熔點、沸點比O2的低。N2的電子式為:N??N:，結(jié)構(gòu)式為N≡N。分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可用作保護氣。
①與Mg反應(yīng)：N2＋3Mgeq \(=====,\s\up11(點燃))Mg3N2，N2表現(xiàn)氧化性。
②與H2反應(yīng)：N2＋3H2eq \(,\s\up11(高溫、高壓),\s\d8(催化劑))2NH3，N2表現(xiàn)氧化性。
③與O2反應(yīng)：N2＋O2eq \(==========,\s\up11(放電或高溫))2NO，N2表現(xiàn)還原性。
(3)氮的氧化物
①氮有多種價態(tài)氧化物，氮元素從＋1價至＋5價都有相應(yīng)的氧化物，依次為N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中屬于酸性氧化物的有N2O3和N2O5。
②NO、NO2的性質(zhì)比較
①NO不能單獨被NaOH溶液吸收；NO2可以被NaOH溶液吸收，其反應(yīng)為2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。NO2與NO按物質(zhì)的量比1∶1混合與NaOH反應(yīng)可被完全吸收：NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。
②在催化劑、加熱條件下，NOx與NH3反應(yīng)生成N2與H2O，此方法可用于處理汽車尾氣中的NOx。
③氮固定涉及的轉(zhuǎn)化：NH3N2―→NONO2―→HNO3。
2．硝酸的性質(zhì)
純凈的硝酸是無色、易揮發(fā)、有刺激性氣味的液體，與H2O以任意比互溶。95%以上濃HNO3在空氣中易揮發(fā)出HNO3(g)產(chǎn)生“發(fā)煙”現(xiàn)象，稱為發(fā)煙硝酸。
(1)不穩(wěn)定性
①反應(yīng)：4HNO3eq \(=====,\s\up11(△),\s\d8(或光照))2H2O＋4NO2↑＋O2↑。
②現(xiàn)象：市售濃硝酸呈黃色的原因是HNO3分解生成的NO2溶于硝酸中。
③保存：濃硝酸保存在棕色帶有玻璃塞的試劑瓶中，置于陰涼處。
(2)強氧化性
①與不活潑金屬(Au、Pt、Ti除外)反應(yīng)
稀硝酸與銅反應(yīng)：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
濃硝酸與銅反應(yīng)：Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
②常溫下，濃硝酸使Fe、Al鈍化，金屬表面形成一層致密的氧化物保護膜，加熱時濃硝酸與Fe、Al發(fā)生反應(yīng)。
③與非金屬反應(yīng)
濃硝酸與C的反應(yīng)：C＋4HNO3(濃)eq \(=====,\s\up11(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
④與還原性化合物反應(yīng)
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋、FeO等還原性物質(zhì)。稀硝酸與SO2、Fe2＋反應(yīng)的離子方程式分別為3SO2＋2NOeq \\al(－,3)＋2H2O===3SOeq \\al(2－,4)＋2NO↑＋4H＋、3Fe2＋＋NOeq \\al(－,3)＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
①硝酸與金屬反應(yīng)時，HNO3的還原產(chǎn)物一般為HNO3(濃)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸還原產(chǎn)物也可能為N2O、N2或NH4NO3。對于Cu與少量濃硝酸反應(yīng)時，還原產(chǎn)物有NO2、N2O4、NO。
②王水：濃硝酸和濃鹽酸按體積比為1∶3混合而成，可溶解Au、Pt等。
1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)N2―→NH3和NH3―→NO兩步轉(zhuǎn)化均為氮的固定。( )
(2)NO、NO2均可用排水法收集。( )
(3)NO2與H2O反應(yīng)生成HNO3，故NO2為酸性氧化物。( )
(4)Zn與濃硝酸反應(yīng)生成NO2，Zn與稀硝酸反應(yīng)生成H2。( )
(5)含4 ml HNO3的濃硝酸與足量Cu充分反應(yīng)，生成2 ml NO2。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2．寫出下列反應(yīng)的方程式。
(1)“雷雨發(fā)莊稼”的原理：________________________________(寫化學(xué)方程式)。
(2)濃HNO3與足量銅反應(yīng)：開始_______________________________，
后期__________________________________(寫離子方程式)。
[答案] (1)N2＋O2eq \(=====,\s\up11(放電))2NO,2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(2)Cu＋4H＋＋2NOeq \\al(－,3)===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O 3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
氮及其重要化合物間的轉(zhuǎn)化與性質(zhì)探究
1．部分含氮物質(zhì)的分類與相應(yīng)氮元素的化合價關(guān)系如圖所示。下列說法錯誤的是( )
A．a(chǎn)可經(jīng)催化氧化生成b
B．b為紅棕色，可轉(zhuǎn)化為c
C．密閉體系中，c存在2NO2N2O4
D．d的溶液與Cu反應(yīng)可生成b或c
B [根據(jù)圖，a為NH3，b為NO，NH3可經(jīng)催化氧化生成NO，A說法正確；b為NO，為無色氣體，與氧氣反應(yīng)可轉(zhuǎn)化為c，即NO2，B說法錯誤；＋4價的含氮氧化物有NO2、N2O4，密閉體系中，c存在2NO2N2O4，C說法正確；d為硝酸，Cu與稀硝酸溶液反應(yīng)生成NO，與濃硝酸反應(yīng)生成NO2，D說法正確。]
2．空氣中的氮氣可通過人工固氮獲得氨氣，氨氣是重要的化工原料，通過氨氧化法可制得硝酸，反應(yīng)過程如圖：
硝酸是一種強氧化性酸，制硝酸工業(yè)產(chǎn)生的尾氣中含有氮氧化物(有毒)，應(yīng)處理后才能排放。下列說法不正確的是( )
A．常溫下，濃硝酸可盛放在鋁制或鐵制容器中
B．BaSO3固體能溶于稀硝酸，生成Ba(NO3)2，放出SO2氣體
C．工業(yè)上，當(dāng)轉(zhuǎn)化①的反應(yīng)達到平衡時，需不斷地從混合氣體中分離出NH3，將未反應(yīng)的原料氣送回合成塔以提高原料的利用率
D．轉(zhuǎn)化④中，當(dāng)V(NO2)∶V(O2)＝1∶1時，理論上NO2全部轉(zhuǎn)化為HNO3
BD [B項，BaSO3被HNO3氧化生成BaSO4，不能生成SO2，錯誤；D項，當(dāng)V(NO2)∶V(O2)＝4∶1時，理論上NO2全部轉(zhuǎn)化為HNO3，錯誤。]
3．下列有關(guān)實驗操作、現(xiàn)象和解釋或結(jié)論都正確的是( )
A．①② B．③④
C．②③④ D．②④
D [①中，過量的Fe又把Fe3＋還原為Fe2＋，錯誤；③中，Al與稀硝酸可以反應(yīng)，不發(fā)生鈍化，錯誤。]
4．對比分析下列實驗所得結(jié)論正確的是 ( )
① ② ③
A．由①中收集的氣體能使帶火星的木條復(fù)燃可推斷NO2能助燃
B．②中產(chǎn)生紅棕色氣體可以證明濃硝酸具有不穩(wěn)定性
C．③中氣體產(chǎn)物中有CO2能證明C能將濃硝酸還原
D．①、②、③中產(chǎn)生的氣體通入足量水中后都無污染性氣體產(chǎn)生
A [①中發(fā)生反應(yīng)4HNO3(濃)eq \(=====,\s\up11(△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O，收集的氣體中O2的體積分數(shù)為20%，與空氣中O2的體積分數(shù)(約21%)接近，而空氣不能使帶火星的木條復(fù)燃，由此可推斷NO2能助燃，A項正確；濃硝酸能與紅熱的木炭反應(yīng)生成NO2，不能證明濃硝酸具有不穩(wěn)定性，B項錯誤；紅熱的木炭與試管中的氧氣反應(yīng)也能生成二氧化碳，C項錯誤；②、③中生成的NO2溶于水后生成HNO3和NO，NO屬于污染性氣體，D項錯誤。]
硝酸與金屬反應(yīng)的有關(guān)計算
守恒思想突破HNO3與金屬反應(yīng)的計算
(1)原子守恒法
HNO3與金屬反應(yīng)時，一部分HNO3起酸的作用，以NOeq \\al(－,3)的形式存在于溶液中；一部分作為氧化劑轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物。這兩部分中氮原子的總物質(zhì)的量等于反應(yīng)消耗的HNO3中氮原子的物質(zhì)的量。
(2)得失電子守恒法
HNO3與金屬的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，HNO3中氮原子得電子的物質(zhì)的量等于金屬失電子的物質(zhì)的量。
(3)電荷守恒法
HNO3過量時反應(yīng)后溶液中(不考慮OH－)有：
c(NOeq \\al(－,3))＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金屬離子)。
5．將32.64 g銅與140 mL一定濃度的硝酸反應(yīng)，銅完全溶解，產(chǎn)生的NO和NO2混合氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2 L。請回答下列問題：
(1)NO的體積為______L，NO2的體積為_________________________L。
(2)參加反應(yīng)的HNO3的物質(zhì)的量是________。
(3)待產(chǎn)生的氣體全部釋放后，向溶液中加入V mL a ml·L－1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部轉(zhuǎn)化成沉淀，則原硝酸溶液的濃度為________ml·L－1。
[解析] (1)根據(jù)得失電子守恒可知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(32.64,64)×2 ml＝3n?NO?＋n?NO2?,n?NO?＋n?NO2?＝\f(11.2,22.4) ml))
可求n(NO)＝0.26 ml，n(NO2)＝0.24 ml。
(2)根據(jù)原子(N)守恒可知：n(HNO3)＝n(NO)＋n(NO2)＋2n(Cu2＋)＝1.52 ml。
(3)根據(jù)電荷守恒可知：反應(yīng)后剩余的HNO3
n(HNO3)＝n(H＋)＝aV×10－3 ml－0.51×2 ml
可求原有HNO3：n＝(1.52＋aV×10－3－0.51×2)ml＝(aV×10－3＋0.5)ml。
[答案] (1)5.824 5.376 (2)1.52 ml (3)eq \f(aV×10－3＋0.5,0.14)
氨的轉(zhuǎn)化與生成
1．氨的性質(zhì)
(1)氨的物理性質(zhì)
無色、有刺激性氣味的氣體，密度比空氣的小，易液化，液氨常作制冷劑，極易溶于水(常溫常壓下，體積比約為1∶700)，可由噴泉實驗證明。
(2)氨的化學(xué)性質(zhì)
①與水的反應(yīng)——氨水
氨溶于水呈堿性，用方程式表示為NH3＋H2ONH3·H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－。
②氨氣與酸的反應(yīng)
蘸有濃鹽酸的玻璃棒與蘸有濃氨水的玻璃棒靠近，其現(xiàn)象為產(chǎn)生白煙，將濃鹽酸改為濃硝酸，也會出現(xiàn)相同的現(xiàn)象。化學(xué)方程式分別為HCl(濃)＋NH3===NH4Cl，HNO3(濃)＋NH3===NH4NO3。但改為濃H2SO4時沒有白煙。
③NH3的還原性——氨的催化氧化
化學(xué)方程式為4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up11(催化劑),\s\d8(△))4NO＋6H2O。
該反應(yīng)是工業(yè)制HNO3的基礎(chǔ)。
①NH3與酸反應(yīng)的實質(zhì)是NH3＋H＋===NHeq \\al(＋,4)，形成配位鍵，該反應(yīng)不是中和反應(yīng)。
②氨水與酸的反應(yīng)為NH3·H2O＋H＋===NHeq \\al(＋,4)＋H2O，該反應(yīng)為中和反應(yīng)。
2．氨水的組成與性質(zhì)
(1)組成：氨水的粒子成分：H2O、NH3·H2O、OH－、NHeq \\al(＋,4)、NH3、H＋，以溶解的NH3總量為溶質(zhì)進行濃度計算。
(2)性質(zhì)
①不穩(wěn)定性：NH3·H2Oeq \(=====,\s\up11(△))NH3↑＋H2O。
②堿的通性
a．氨水使酚酞試劑變紅，使紫色石蕊試液變藍。
b．中和反應(yīng)：與鹽酸反應(yīng)的離子方程式為NH3·H2O＋H＋===NHeq \\al(＋,4)＋H2O。
c．與鹽反應(yīng)：與AlCl3反應(yīng)的離子方程式為3NH3·H2O＋Al3＋===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)。
3．銨鹽的性質(zhì)
銨鹽是農(nóng)業(yè)上常用的化肥，如(NH4)2SO4、NH4HCO3等，均屬于離子化合物，絕大多數(shù)銨鹽易溶于水。
(1)不穩(wěn)定性——受熱易分解
①NH4Cl受熱分解：NH4Cleq \(=====,\s\up11(△))NH3↑＋HCl↑。
②NH4HCO3受熱分解：NH4HCO3eq \(=====,\s\up11(△))NH3↑＋H2O＋CO2↑。
(2)與堿反應(yīng)：銨鹽都可與堿溶液反應(yīng)生成NH3·H2O(弱堿)，加熱生成NH3和H2O。
寫出銨鹽與強堿溶液反應(yīng)的離子方程式：
①稀溶液不加熱：NHeq \\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O。
②濃溶液或稀溶液加熱：NHeq \\al(＋,4)＋OH－eq \(=====,\s\up11(△))NH3↑＋H2O。
(3)“水解”——銨鹽溶于水易水解，離子方程式：
NHeq \\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋，溶液水解呈酸性。
①銨鹽受熱易分解，但受熱分解不一定生成NH3，如NH4NO3分解不一定生成NH3，因為高溫分解生成HNO3氧化NH3。
②銨鹽(NHeq \\al(＋,4))的檢驗：
銨鹽(NHeq \\al(＋,4))eq \(――→,\s\up11(強堿),\s\d8(△))eq \x(\a\al(無色氣體,?NH3?))eq \(――――――→,\s\up11(濕潤紅色),\s\d8(石蕊試紙))eq \x(試紙變藍)。
(3)銨態(tài)氮肥不能與堿性物質(zhì)(如草木灰等)混合施用。
4．氨氣的實驗室制法
(1)NH4Cl與Ca(OH)2共熱制NH3
①不能用NH4NO3代替NH4Cl，因為NH4NO3受熱易爆炸。
②Ca(OH)2不能用KOH或NaOH代替，因兩者易吸濕，易結(jié)塊，不利于產(chǎn)生NH3，且高溫下腐蝕試管。
③不能只用NH4Cl固體加熱制取NH3，因為NH4Cl受熱分解生成的NH3和HCl遇冷又化合成NH4Cl。
(2)濃氨水加熱法：NH3·H2Oeq \(=====,\s\up11(△))NH3↑＋H2O。
(3)濃氨水中加固體堿性物質(zhì)(如CaO、NaOH、堿石灰等)，NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2。
判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)NH3的水溶液導(dǎo)電且呈堿性，故NH3為電解質(zhì)且屬于弱堿。( )
(2)1 ml/L的氨水中c(NH3)＋c(NH3·H2O)＝1 ml/L。 ( )
(3)NH4Cl呈酸性的理由是NHeq \\al(＋,4)＋H2O===NH3·H2O＋H＋。( )
(4)向某無色溶液中加入稀NaOH溶液，把濕潤的紅色石蕊試紙放在試管口，試紙不變藍，則原溶液中不含NHeq \\al(＋,4)。( )
(5)(NH4)2SO4受熱可以分解生成H2SO4和NH3。( )
(6)NH4Cl受熱分解生成NH3，可在實驗室直接加熱NH4Cl制NH3。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
氨與銨鹽的性質(zhì)
1．探究氨氣及銨鹽性質(zhì)的過程中，下列根據(jù)實驗現(xiàn)象得出的結(jié)論不正確的是( )
A．將集滿氨氣的試管倒扣于水槽中，液體迅速充滿試管，說明氨氣極易溶于水
B．將pH＝11的氨水稀釋1 000倍，測得pH>8，說明NH3·H2O為弱堿
C．加熱NH4HCO3固體，觀察到固體逐漸減少，試管口有液滴產(chǎn)生，說明NH4HCO3受熱不穩(wěn)定
D. 將紅熱的鉑絲伸入如圖所示的錐形瓶中，瓶口出現(xiàn)少量紅棕色氣體，說明氨氣的氧化產(chǎn)物為NO2
D [氨氣極易溶于水生成氨水，所以將集滿氨氣的試管倒扣于水槽中，液體迅速充滿試管，故A正確；常溫下，pH＝11的氨水中c(OH－)＝10－3 ml·L－1，稀釋1 000倍，測得pH>8，c(OH－)>10－6 ml·L－1，說明稀釋時電離平衡正向移動，所以NH3·H2O為弱堿，故B正確；碳酸氫銨加熱分解為氨氣、二氧化碳和水，故C正確；氨氣的催化氧化產(chǎn)物為NO，NO在錐形瓶口與氧氣反應(yīng)生成NO2，所以瓶口出現(xiàn)少量紅棕色氣體，故D錯誤。]
2．下列說法中正確的是( )
A．所有銨鹽受熱均可以分解，產(chǎn)物均有NH3
B．所有銨鹽都易溶于水，所有銨鹽中的氮均呈－3價
C．NH4Cl溶液中加入NaOH濃溶液共熱時反應(yīng)的離子方程式為NHeq \\al(＋,4)＋OH－eq \(=====,\s\up11(△))NH3↑＋H2O
D．NH4Cl和NaCl的固體混合物可用升華法分離
C [A.NH4NO3受熱分解不一定能得到NH3，錯誤；B.NH4NO3中氮有－3、＋5兩種化合價，錯誤；D.NH4Cl受熱分解生成NH3和HCl，冷卻NH3與HCl又生成NH4Cl，不是升華，錯誤。]
氨氣的制備及性質(zhì)探究
3．氮的氧化物(NOx)是大氣污染物之一，工業(yè)上在一定溫度和催化劑條件下用NH3將NOx還原生成N2。某同學(xué)在實驗室中對NH3與NO2反應(yīng)進行了探究?；卮鹣铝袉栴}：
(1)氨氣的制備
①氨氣的發(fā)生裝置可以選擇上圖中的________，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________。
②欲收集一瓶干燥的氨氣，選擇上圖中的裝置，其連接順序為發(fā)生裝置→________(按氣流方向，用小寫字母表示)。
(2)氨氣與二氧化氮的反應(yīng)
將上述收集到的NH3充入注射器X中，硬質(zhì)玻璃管Y中加入少量催化劑，充入NO2(兩端用夾子K1、K2夾好)。在一定溫度下按圖示裝置進行實驗。
[解析] (1)①圖中給出了兩種氣體制備裝置，一種是固固加熱制氣裝置，一種是固液加熱制氣裝置。如果選擇A裝置制取氨氣，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up11(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；如果選擇B裝置制取氨氣，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH3·H2Oeq \(=====,\s\up11(△))NH3↑＋H2O。②欲收集一瓶干燥的氨氣，首先要除去雜質(zhì)，制備氨氣的雜質(zhì)只有水蒸氣，由于氨氣溶于水顯堿性，因此要選用堿石灰作干燥劑，干燥管的進出口方向為粗進細出，因此先接d后接c；其次要收集氨氣，由于氨氣的密度小于空氣，要從短管進氣，因此先接f再接e；最后要進行尾氣處理，由于氨氣極易溶于水，因此可以選擇水吸收尾氣，還要注意防倒吸，所以接i。(2)由題干內(nèi)容“工業(yè)上在一定溫度和催化劑條件下用NH3將NOx還原生成N2”，結(jié)合實驗條件可知反應(yīng)的化學(xué)方程式為8NH3＋6NO2eq \(=====,\s\up11(催化劑))7N2＋12H2O，NO2為紅棕色氣體，發(fā)生反應(yīng)后變成無色氣體，因此現(xiàn)象為紅棕色逐漸變淺。反應(yīng)后氣體分子數(shù)減少，Y管中的壓強小于外界壓強，因此出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象。
[答案] (1)①A 2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up11(△))2NH3↑＋CaCl2＋2H2O(或B NH3·H2Oeq \(=====,\s\up11(△))NH3↑＋H2O) ②dcfei (2)①紅棕色慢慢變淺 ②8NH3＋6NO2eq \(=====,\s\up11(催化劑))7N2＋12H2O ③Z中NaOH溶液產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象 ④反應(yīng)后氣體分子數(shù)減少，Y管中壓強小于外界壓強
實驗制取NH3時的注意事項
(1)干燥NH3不能選用CaCl2作干燥劑，因為CaCl2＋8NH3===CaCl2·8NH3。
(2)NH3被水或溶液吸收時常使用以下防倒吸裝置：
噴泉實驗
1．噴泉實驗的原理與常見裝置
(1)噴泉實驗的原理
因為燒瓶內(nèi)氣體易溶于水或易與水反應(yīng)，使瓶內(nèi)壓強減小，形成壓強差，大氣壓將燒杯中的水壓入燒瓶而形成噴泉。
注意：噴泉實驗的兩個關(guān)鍵：①氣密性良好；②形成足夠大的壓強差(Δp)。
(2)常見的能形成噴泉實驗的氣體和吸收劑如表：
(3)常見裝置
A B C
D E
裝置A引發(fā)噴泉的操作方法是打開止水夾，擠壓膠頭滴管的膠頭使液體進入燒瓶，即形成噴泉。裝置B中最好采用頂部有孔的燒瓶。裝置C引發(fā)噴泉的方法是打開止水夾，用熱毛巾或雙手捂熱燒瓶，松開后片刻即形成噴泉現(xiàn)象。
2．噴泉實驗產(chǎn)物的濃度計算
(1)HCl、NH3、NO2氣體或它們與其他不溶于水的氣體混合時，所得溶液的物質(zhì)的量濃度為eq \f(1,22.4) ml·L－1。
(2)當(dāng)是NO2和O2的混合氣體且體積比為4∶1時，c(HNO3)＝eq \f(1,28) ml·L－1。
1．探究NO2、O2混合氣體的噴泉實驗。
(1)請在G裝置中的虛線上描出導(dǎo)管實線圖。
(2)G裝置中濃硫酸有三種作用：混合NO2、O2；干燥NO2、O2；_______________________________________________________________。
(3)將G裝置上面的圓底燒瓶收集滿氣體進行噴泉實驗，若混合氣體全部被吸收，則所得溶液物質(zhì)的量濃度為________ml·L－1(保留兩位有效數(shù)字)。
[解析] (1)O2、NO2密度比空氣大，故應(yīng)進氣管短，出氣管長。(2)觀察氣泡的生成速率，控制混合氣體的比例。 (3)燒瓶中充滿溶液，反應(yīng)4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3恰好發(fā)生，HNO3的物質(zhì)的量是恰好完全反應(yīng)的NO2和O2(體積比為4∶1)總物質(zhì)的量的eq \f(4,5)，溶液體積等于恰好完全反應(yīng)的NO2和O2的總體積，設(shè)燒瓶中恰好完全反應(yīng)的NO2和O2的總體積為V，則溶液濃度為eq \f(\f(V,22.4 L·ml－1)×\f(4,5),V)＝eq \f(1,22.4)×eq \f(4,5) ml·L－1，即c(HNO3)≈0.036 ml·L－1。
[答案] (1)(進氣管短，出氣管長)
(2)觀察氣泡的生成速率，控制混合氣體的比例
(3)0.036
2.利用如圖所示的裝置，可以驗證NH3和HCl的有關(guān)性質(zhì)。實驗前a、b、c活塞均關(guān)閉。
(1)若要在燒瓶Ⅱ中產(chǎn)生“噴泉”現(xiàn)象，燒瓶Ⅰ中不產(chǎn)生“噴泉”現(xiàn)象，其操作方法是__________________________________。
(2)若先打開a、c活塞，再擠壓膠頭滴管，在燒瓶中可觀察到的現(xiàn)象是________________________________________________________________。
(3)通過擠壓膠頭滴管和控制活塞的開關(guān)，在燒瓶Ⅰ中產(chǎn)生“噴泉”現(xiàn)象，燒瓶Ⅱ中不產(chǎn)生“噴泉”現(xiàn)象，其操作方法是_____________________；
若要在該裝置中產(chǎn)生雙噴泉現(xiàn)象，其操作方法是___________________。
[答案] (1)先打開a、b活塞，再擠壓膠頭滴管(或先擠壓膠頭滴管，再打開a、b活塞)
(2)燒瓶Ⅱ中導(dǎo)管口處產(chǎn)生白煙
(3)先打開a、c活塞，再擠壓膠頭滴管(或先打開a活塞，擠壓膠頭滴管，再打開c活塞)，片刻后，關(guān)閉a活塞，然后打開b活塞 先打開a、c活塞，再擠壓膠頭滴管(或先打開a活塞，擠壓膠頭滴管，再打開c活塞)，片刻后，打開b活塞
1．(2020·全國Ⅲ卷，T10)噴泉實驗裝置如圖所示。應(yīng)用下列各組氣體-溶液，能出現(xiàn)噴泉現(xiàn)象的是( )
B [H2S與稀鹽酸不反應(yīng)，且在稀鹽酸中的溶解度較小，向圓底燒瓶中擠入少量稀鹽酸，不能造成圓底燒瓶內(nèi)氣壓明顯減小，不能形成噴泉，A項錯誤；HCl能與稀氨水反應(yīng)，向圓底燒瓶中擠入少量稀氨水會造成圓底燒瓶內(nèi)氣壓明顯減小，能形成噴泉，B項正確；NO與稀硫酸不反應(yīng)，且在稀硫酸中的溶解度非常小，向圓底燒瓶中擠入稀硫酸，不能造成圓底燒瓶內(nèi)氣壓明顯減小，不能形成噴泉，C項錯誤；CO2在飽和NaHCO3溶液中的溶解度較小，向圓底燒瓶中擠入飽和NaHCO3溶液，不能造成圓底燒瓶內(nèi)氣壓明顯減小，不能形成噴泉，D項錯誤。]
2．(2022·廣東選擇性考試，T19節(jié)選)Cr2O3可用于NH3的催化氧化。設(shè)計從NH3出發(fā)經(jīng)過3步反應(yīng)制備HNO3的路線______________________________(用“→”表示含氮物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化)；其中一個有顏色變化的反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________。
[答案] NH3eq \(――→,\s\up11(Cr2O3),\s\d8(△))NOeq \(――→,\s\up11(O2))NO2eq \(――→,\s\up11(H2O))HNO3 2NO＋O2===2NO2
3．(2022·海南等級考，T17)磷酸氫二銨[(NH4)2HPO4]常用于干粉滅火劑。某研究小組用磷酸吸收氨氣制備(NH4)2HPO4，裝置如圖所示(夾持和攪拌裝置已省略)。
回答問題：
(1)實驗室用NH4Cl(s)和Ca(OH)2(s)制備氨氣的化學(xué)方程式為_______________________________________________________________。
(2)現(xiàn)有濃H3PO4質(zhì)量分數(shù)為85%，密度為1.7 g/mL。若實驗需100 mL 1.7 ml/L的H3PO4溶液，則需濃H3PO4________mL(保留一位小數(shù))。
(3)裝置中活塞K2的作用為_________________________。
實驗過程中，當(dāng)出現(xiàn)______________________________現(xiàn)象時，應(yīng)及時關(guān)閉K1，打開K2。
(4)當(dāng)溶液pH為8.0～9.0時，停止通NH3，即可制得(NH4)2HPO4溶液。若繼續(xù)通入NH3，當(dāng)pH>10.0時，溶液中OH－、________和________(填離子符號)濃度明顯增加。
(5)若本實驗不選用pH傳感器，還可選用________作指示劑，當(dāng)溶液顏色由________變?yōu)開_______時，停止通NH3。
[解析] (2)V×1.7 g/mL×85%＝0.1 L×1.7 ml/L×98 g/ml
V≈11.5 mL
(5)恰好生成(NH4)2HPO4時pH為8.0～9.0，該pH范圍在酚酞的變色范圍內(nèi)，可以酚酞作為指示劑。
[答案] (1)2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up11(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
(2)11.5
(3)反應(yīng)過程中及時排出過多的NH3 錐形瓶中H3PO4溶液冒氣泡
(4)POeq \\al(3－,4) NHeq \\al(＋,4) (5)酚酞 無色 淺紅色
一定溫度下，探究銅與稀硝酸反應(yīng)，過程如圖所示，下列說法不正確的是( )
A．過程Ⅰ中生成無色氣體的離子方程式是3Cu＋2NOeq \\al(－,3)＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
B．過程Ⅲ反應(yīng)速率比Ⅰ快的原因是NO2溶于水，使c(HNO3)增大
C．由實驗可知，NO2對該反應(yīng)具有催化作用
D．當(dāng)活塞不再移動時，再抽入空氣，銅可以繼續(xù)溶解
B [過程Ⅰ中銅與稀硝酸反應(yīng)生成NO氣體，離子方程式為3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，A項正確；隨著反應(yīng)的進行，溶液中生成硝酸銅，根據(jù)氮原子守恒，過程Ⅲ中硝酸的濃度沒有Ⅰ中的大，因此反應(yīng)速率增大的原因不是硝酸濃度增大，B項錯誤；過程Ⅲ反應(yīng)速率比Ⅰ快，結(jié)合B項分析及實驗過程可知，NO2對反應(yīng)具有催化作用，C項正確；當(dāng)活塞不再移動時，再抽入空氣，NO與氧氣、水反應(yīng)生成硝酸，能與銅繼續(xù)反應(yīng)，D項正確。]
課時分層作業(yè)(二十) 氮的循環(huán)
一、選擇題(每小題只有一個選項符合題目要求)
1．下列敘述與氮元素的循環(huán)無關(guān)的是 ( )
A．工業(yè)合成氨的過程是固氮的過程
B．自然界中，氨是動物體特別是蛋白質(zhì)腐敗后的產(chǎn)物
C．為防止糧食、罐頭、水果等食品腐爛，常用氮氣作保護氣
D．電閃雷鳴的雨天，N2與O2會發(fā)生反應(yīng)并最終轉(zhuǎn)化為硝酸鹽被植物吸收
[答案] C
2．如圖是氮元素形成物質(zhì)的價類二維圖及氮循環(huán)的部分信息：
下列說法正確的是( )
①可通過雷電作用將b轉(zhuǎn)化為c，這是一種固氮方式
②可通過加氧化劑將e轉(zhuǎn)化為f
③a→c→d→f這幾個反應(yīng)中，均發(fā)生了N元素被氧化的反應(yīng)
④g只具有氧化性，還可能與堿發(fā)生反應(yīng)
⑤將f轉(zhuǎn)化為d必須選用合適的還原劑才能實現(xiàn)
⑥h可與f反應(yīng)生成i
A．①③⑤⑥ B．②③④
C．①③⑥ D．①④⑤
C [根據(jù)價類圖可知，a為NH3，b為N2，c為NO，d為NO2或N2O4，e為N2O5，f為HNO3，g為HNO2，h為NH3·H2O，i為銨鹽或硝酸鹽。]
3．如圖所示是NH3的兩個性質(zhì)實驗，下列有關(guān)說法中正確的是( )
A．兩個實驗均表現(xiàn)了NH3易溶于水
B．兩個實驗均表現(xiàn)了NH3易揮發(fā)
C．兩個實驗均表現(xiàn)了NH3是堿性氣體
D．兩個實驗均表現(xiàn)了NH3是還原性氣體
C [實驗一是氨氣的噴泉實驗，噴泉實驗證明氨氣極易溶于水，溶于水形成一水合氨弱堿溶液，滴加酚酞溶液變紅色，證明氨氣是堿性氣體；實驗二中濃氨水揮發(fā)出的氨氣分子和濃鹽酸揮發(fā)出的氯化氫分子結(jié)合生成氯化銨固體小顆粒，證明濃氨水易揮發(fā)，氨氣遇到氯化氫發(fā)生反應(yīng)生成氯化銨，證明氨氣是堿性氣體。]
4．下列由相關(guān)實驗現(xiàn)象推出的結(jié)論正確的是( )
A．NH4Cl和NH4HCO3受熱都能分解，說明可以用加熱NH4Cl和NH4HCO3固體的方法制氨
B．向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出現(xiàn)白色沉淀，說明該溶液中一定含有SOeq \\al(2－,4)
C．Fe與稀硝酸、稀硫酸反應(yīng)均有氣泡產(chǎn)生，說明Fe與兩種酸均發(fā)生置換反應(yīng)
D．NH3遇到濃鹽酸產(chǎn)生白煙，說明二者發(fā)生反應(yīng)生成白色固體
D [NH4Cl受熱分解生成氨和氯化氫，冷卻后二者又重新結(jié)合生成NH4Cl，不能制備氨，A項錯誤；向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出現(xiàn)白色沉淀，在酸性條件下NOeq \\al(－,3)具有強氧化性，會把SOeq \\al(2－,3)氧化成SOeq \\al(2－,4)，故不能說明原溶液中一定含有SOeq \\al(2－,4)，也可能含有SOeq \\al(2－,3)，B項錯誤；Fe與稀硝酸、稀硫酸反應(yīng)均有氣泡產(chǎn)生，前者是由于稀硝酸的強氧化性，后者是由于Fe與稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng)，C項錯誤；NH3遇到濃鹽酸產(chǎn)生白煙，說明二者發(fā)生反應(yīng)生成白色固體氯化銨，D項正確。]
二、選擇題(每小題有一個或兩個選項符合題目要求)
5．氮元素是空氣中含量最多的元素，在自然界中的分布十分廣泛，在生物體內(nèi)亦有極大作用。一定條件下，含氮元素的物質(zhì)可發(fā)生如圖所示的循環(huán)轉(zhuǎn)化。下列說法正確的是 ( )
A．圖中屬于“氮的固定”的是k和c
B．表示循環(huán)中發(fā)生非氧化還原反應(yīng)的過程只有a
C．若反應(yīng)h是在NO2與H2O的作用下實現(xiàn)，則該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2∶1
D．若反應(yīng)i是在酸性條件下由NOeq \\al(－,3)與Fe2＋的作用實現(xiàn)，則該反應(yīng)的離子方程式為3Fe2＋＋NOeq \\al(－,3)＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O
AD [氮的固定是指氮由游離態(tài)轉(zhuǎn)化為化合態(tài)，圖中屬于“氮的固定”的是k和c，A正確；表示循環(huán)中發(fā)生非氧化還原反應(yīng)的過程有a和l，B不正確；若反應(yīng)h是在NO2與H2O的作用下實現(xiàn)，反應(yīng)為3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，則該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶2，C不正確；若反應(yīng)i是在酸性條件下由NOeq \\al(－,3)與Fe2＋的作用實現(xiàn)，則產(chǎn)物為NO、Fe3＋和H2O，離子方程式為3Fe2＋＋NOeq \\al(－,3)＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O，D正確。]
6．某學(xué)習(xí)小組設(shè)計實驗探究NO與銅粉的反應(yīng)并檢驗NO，實驗裝置如圖所示(夾持裝置略)。實驗開始前，向裝置中通入一段時間的N2，排盡裝置內(nèi)的空氣。
已知：在溶液中FeSO4＋NO[Fe(NO)]SO4(棕色)，該反應(yīng)可用于檢驗NO。
下列說法中不正確的是( )
A．裝置F、I中的試劑依次為水、硫酸亞鐵溶液
B．若觀察到裝置H中紅色粉末變黑色，則NO與Cu發(fā)生了反應(yīng)
C．實驗結(jié)束后，先熄滅酒精燈，再關(guān)閉分液漏斗的活塞
D．裝置J收集的氣體中一定不含NO
D [稀硝酸與銅反應(yīng)生成一氧化氮，一氧化氮能夠被氧氣氧化，因此實驗前需要通入氮氣，排盡裝置中的空氣，硝酸具有揮發(fā)性，生成的一氧化氮中混有少量硝酸蒸氣，可以通過水吸收后再干燥，干燥的一氧化氮在裝置H中與銅反應(yīng)，未反應(yīng)的NO可以利用硫酸亞鐵溶液檢驗。裝置F、I中的試劑依次為水、硫酸亞鐵溶液，A項正確；若觀察到裝置H中紅色粉末變?yōu)楹谏?，則NO與Cu發(fā)生了反應(yīng)，B項正確；實驗結(jié)束后，為了防止倒吸，需要先熄滅酒精燈，再關(guān)閉分液漏斗的活塞，C項正確；由于FeSO4＋NO[Fe(NO)]SO4(棕色)為可逆反應(yīng)，裝置J收集的氣體中可能含有NO，D項錯誤。]
7．用如圖所示裝置探究Cl2和NO2在NaOH溶液中的反應(yīng)，若通入適當(dāng)比例的Cl2和NO2，即發(fā)生反應(yīng)Cl2＋2NO2＋4NaOH===2NaNO3＋2NaCl＋2H2O。
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
下列敘述正確的是( )
A．實驗室中用二氧化錳與濃鹽酸共熱制備氯氣
B．裝置Ⅰ中盛放的試劑是濃硫酸，作用是干燥氯氣
C．裝置Ⅲ的作用是便于控制通入NO2的量
D．若制備的NO2中含有NO，應(yīng)將混合氣體通入水中以除去NO
AC [該實驗不需要保證氯氣是干燥的，所以裝置Ⅰ中盛放的試劑是飽和NaCl溶液，作用是除去氯氣中的雜質(zhì)HCl氣體，B錯誤；若制備的NO2中含有NO，將混合氣體通入水中，會發(fā)生反應(yīng)：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，最后導(dǎo)致氣體完全變質(zhì)，D錯誤。]
三、非選擇題
8．(2022·日照模擬)已知在溶液中制備水合碳酸鑭[La2(CO3)3·xH2O]時，若堿性太強，會生成受熱易分解的La(OH)CO3。
用如圖裝置模擬制備水合碳酸鑭：
(1)實驗開始時，應(yīng)先打開儀器________(填“A”或“B”)的活塞。
(2)裝置接口的連接順序為_____________________________________(填接口標(biāo)號)。
(3)反應(yīng)中生成水合碳酸鑭的化學(xué)方程式為____________________________。
[解析] (1)裝置Y用于制備NH3，裝置W用于制備CO2，實驗時先向LaCl3溶液中通入氨氣使溶液呈堿性，有利于CO2的吸收，故要先打開儀器A的活塞。(2)裝置W制備的二氧化碳中含有氯化氫，要通過裝置X除去，裝置Y制備的NH3極易溶于水，因此通入裝置Z時要防倒吸，故裝置接口的連接順序應(yīng)為f→b→a→d，e←c。(3)裝置Z中LaCl3與NH3、CO2、H2O反應(yīng)生成La2(CO3)3·xH2O和NH4Cl。
[答案] (1)A (2)f→b→a→d，e←c (3)2LaCl3＋6NH3＋3CO2＋(x＋3)H2O===La2(CO3)3·xH2O↓＋6NH4Cl
9．(2022·青島模擬)某化學(xué)興趣小組擬采用如圖所示裝置(部分夾持裝置略去)制取氨基鉀(KNH2)。已知氨基鉀很容易與空氣中的水和二氧化碳反應(yīng)。
(1)A裝置裝藥品前應(yīng)檢驗氣密性，操作是_____________________________。
濃氨水與生石灰混合能迅速產(chǎn)生氨氣，主要利用生石灰吸水且遇水放熱升溫減小氨氣溶解度，以及__________________________________(從平衡角度回答)。
(2)整套裝置的連接順序為a－________(裝置不重復(fù)使用)。
(3)實驗開始時應(yīng)先打開分液漏斗的活塞，再點燃酒精燈，目的是______________________________________________________________。
藥品M為________(填字母標(biāo)號)。
a．無水氯化鈣 b．堿石灰
c．五氧化二磷 d．硅膠
(4)D中硬質(zhì)玻璃管內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________。
(5)B裝置的作用是___________________________。
[解析] (1)可利用微熱法檢驗A裝置氣密性。濃氨水與生石灰混合能迅速產(chǎn)生氨氣，是因為NH3·H2O＋CaO===Ca(OH)2＋NH3↑，生成的Ca(OH)2增大氨水中氫氧根離子的濃度，NH3＋H2ONH3·H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－平衡向逆反應(yīng)方向移動。(2)整套裝置的連接順序為A(氨氣的發(fā)生裝置)→E(氨氣的干燥裝置)→D(KNH2的制備裝置)→C(防倒吸裝置)→B(NH3尾氣吸收裝置)，故儀器接口的連接順序為a－h(huán)i－fg－de－b。(3)制備氨基鉀時，要防止金屬鉀和裝置內(nèi)空氣發(fā)生反應(yīng)，實驗開始時先打開分液漏斗的活塞，利用產(chǎn)生的氨氣排除裝置內(nèi)的空氣后，再點燃酒精燈，使金屬鉀和氨氣發(fā)生反應(yīng)。藥品M用于干燥氨氣，可選擇堿石灰、硅膠，無水氯化鈣能與氨氣形成CaCl2·8NH3，五氧化二磷為酸性干燥劑，都不能用于干燥氨氣。
[答案] (1)關(guān)閉分液漏斗活塞，將導(dǎo)氣管插入水中，微熱燒瓶，導(dǎo)氣管口有氣泡冒出，停止加熱，導(dǎo)氣管中倒吸一段水柱，一段時間后水柱高度保持不變，則證明A裝置氣密性良好 生成的Ca(OH)2增大氨水中氫氧根離子的濃度，使一水合氨的電離平衡逆向移動
(2)hi－fg－de－b
(3)利用產(chǎn)生的氨氣排除裝置內(nèi)的空氣，防止金屬鉀被氧化 bd
(4)2K＋2NH3eq \(=====,\s\up11(△))2KNH2＋H2
(5)吸收多余的NH3，并防止空氣中的CO2和水蒸氣進入D中
NO
NO2
顏色
無色
紅棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶于水
易溶于水
自身轉(zhuǎn)化或與
O2、H2O反應(yīng)
2NO＋O2===2NO2
不與水反應(yīng)
2NO2N2O4
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
收集方法
排水法
向上排空氣法
對人體環(huán)
境的影響
NO與血紅蛋白結(jié)合使人中毒，NO、NO2導(dǎo)致光化學(xué)煙霧、形成酸雨及破壞臭氧層
實驗操作
現(xiàn)象
解釋或結(jié)論
①
過量的鐵粉中加入稀硝酸，充分反應(yīng)后，滴入KSCN溶液
溶液不呈紅色
稀硝酸不能將Fe氧化為Fe3＋
②
濃硝酸久置或光照
變黃色
HNO3不穩(wěn)定易分解
③
Al箔插入稀硝酸中
無現(xiàn)象
Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜
④
用玻璃棒蘸取濃硝酸點到藍色石蕊試紙上
試紙先變紅色后褪色
濃硝酸具有酸性和強氧化性
操作步驟
實驗現(xiàn)象
解釋原因
打開K1，推動注射器活塞，使X中的氣體緩慢通入Y管中
①Y管中______________
____________________________________________
②反應(yīng)的化學(xué)方程式：
__________________________________________________________________
將注射器活塞退回原處并固定，待裝置恢復(fù)到室溫
Y管中有少量水珠
生成的氣態(tài)水凝聚
打開K2
③_______________________________________________________________
④________________________________________________________________
氣體
HCl
NH3
CO2、Cl2、
SO2、H2S
NO2
NO、O2
(4∶3)
NO2、O2
(4∶1)
吸收劑
水、
NaOH
溶液
水
NaOH
溶液
水
水
水
氣體
溶液
A
H2S
稀鹽酸
B
HCl
稀氨水
C
NO
稀H2SO4
D
CO2
飽和NaHCO3溶液

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