第2節(jié)　氮的循環(huán)
考綱定位
核心素養(yǎng)
1.掌握氮元素單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)和應(yīng)用。
2．掌握氨氣的實(shí)驗(yàn)室制法(包括所用試劑、儀器、反應(yīng)原理和收集方法)。
3．了解氮及其重要化合物的制備方法。
1.宏觀辨識(shí)——能從不同層次認(rèn)識(shí)氮及其化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。
2．變化觀念——從氮的化合價(jià)變化，認(rèn)識(shí)氮及其化合物反應(yīng)原理及轉(zhuǎn)化條件。
3．科學(xué)探究——從不同的角度探究NH3、NOx、HNO3的主要性質(zhì)和制備方案，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
4．社會(huì)責(zé)任——關(guān)注NO、NO2的污染、保護(hù)環(huán)境。
考點(diǎn)一| 氮?dú)饧捌溲趸?br />
1．自然界中氮的存在和氮的固定

2．N2的性質(zhì)及應(yīng)用
(1)物理性質(zhì)：無(wú)色無(wú)味的氣體，密度比空氣略小，難溶于水，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比O2的低。
(2)化學(xué)性質(zhì)
N2的電子式為，結(jié)構(gòu)式為N≡N。
①與H2反應(yīng)的化學(xué)方程式：N2＋3H22NH3，N2表現(xiàn)氧化性。
②與Mg反應(yīng)的化學(xué)方程式：N2＋3MgMg3N2，N2表現(xiàn)氧化性。
③與O2反應(yīng)的化學(xué)方程式：N2＋O22NO，N2表現(xiàn)還原性。
提醒：氮元素是一種活潑非金屬，但N2穩(wěn)定的原因是N2分子中氮氮叁鍵很穩(wěn)定，不易斷裂，難發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
3．氮的氧化物
(1)氮有多種價(jià)態(tài)的氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等，其中屬于酸性氧化物的是N2O3、N2O5；NO2與N2O4能相互轉(zhuǎn)化2NO2N2O4(寫(xiě)化學(xué)方程式)。
(2)NO、NO2的比較

NO
NO2
顏色
無(wú)色
紅棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
難溶于水
易溶于水
與O2或
與H2O反應(yīng)
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
收集方法
排水法
向上排空氣法
與人體、環(huán)
境的關(guān)系
①與血紅蛋白結(jié)合，使人中毒；
②轉(zhuǎn)化成NO2，形成酸雨、光化學(xué)煙霧
形成酸雨、光化學(xué)煙霧
(3)常見(jiàn)NOx的尾氣處理方法
①堿液吸收法
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O；
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。
注意：NO不能被堿液吸收。
②催化轉(zhuǎn)化：在催化劑、加熱條件下，氨將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體(N2)或NOx與CO在一定溫度下催化轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體(N2和CO2)。一般適用于汽車(chē)尾氣的處理。

正誤判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
(1)食品袋中充氮?dú)饪捎脕?lái)防腐。(　　)
(2)氮的氧化物和硫的氧化物既是形成光化學(xué)煙霧，又是形成酸雨的主要物質(zhì)。(　　)
(3)NO2與H2O反應(yīng)中，H2O為還原劑。(　　)
(4)密閉容器中2 mol NO與1 mol O2充分反應(yīng)，產(chǎn)物的分子數(shù)為2NA。
(　　)
(5)NO2和NO均可以用NaOH溶液吸收。(　　)
(6)4NH3＋5O24NO＋6H2O屬于人工固氮。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×

考法☆　氮及其氧化物的性質(zhì)及探究
1．下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．N2與O2、Mg反應(yīng)中均體現(xiàn)了N2的氧化性
B．N2很穩(wěn)定的原因是氮的非金屬性較弱
C．N2→NO2與N2→NH3均能一步完成
D．NO不能用排空氣法收集的原因是NO易被O2氧化
D　[A項(xiàng)，N2與O2反應(yīng)中，N2體現(xiàn)了還原性；B項(xiàng)，N2穩(wěn)定的原因是NN的鍵很牢固，難斷鍵；C項(xiàng)，N2→NO2不能一步完成。]
2．(2018·濟(jì)寧一模)工業(yè)上常用亞硝酸鈉(NaNO2)作媒染劑、漂白劑、鋼材緩蝕劑、金屬熱處理劑。某興趣小組用下列裝置制備N(xiāo)aNO2并探究NO、NO2的某一化學(xué)性質(zhì)(A中加熱裝置已略去)。

已知：①2NO＋Na2O2===2NaNO2；
②NO能被酸性KMnO4氧化成NO，MnO被還原為Mn2＋。
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)裝置A三頸燒瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)______________
___________________________________________________________。
(2)用上圖中的裝置制備N(xiāo)aNO2，其連接順序?yàn)椋篴→________→h(按氣流方向，用小寫(xiě)字母表示)，此時(shí)活塞K1、K2如何操作______________。
(3)E裝置發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是___________________________
________________________________________________________。
(4)通過(guò)查閱資料，NO2或NO可能與溶液中Fe2＋發(fā)生反應(yīng)。某同學(xué)選擇上述裝置并按A→C→E順序連接，E中裝入FeSO4溶液，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)探究。
步驟
操作及現(xiàn)象
①
關(guān)閉K2，打開(kāi)K1，打開(kāi)彈簧夾通一段時(shí)間的氮?dú)猓瑠A緊彈簧夾，開(kāi)始A中反應(yīng)，一段時(shí)間后，觀察到E中溶液逐漸變?yōu)樯钭厣?br /> ②
停止A中反應(yīng)，打開(kāi)彈簧夾和K2、關(guān)閉K1，持續(xù)通入N2一段時(shí)間
③
更換新的E裝置，再通一段時(shí)間N2后關(guān)閉彈簧夾，使A中反應(yīng)繼續(xù)，觀察到的現(xiàn)象與步驟①中相同
步驟②操作的目的是______________________________________；
步驟③C瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)___________________；通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出：________(填“NO2”或“NO”中的一種或兩種)和溶液中Fe2＋發(fā)生反應(yīng)使溶液呈深棕色。
解析：(1)Cu與濃硝酸反應(yīng)生成NO2，配平方程式即可。
(2)A生成NO2，根據(jù)已知①可知，生成的NO2先通入C中的水中生成NO，然后干燥除去H2O與Na2O2反應(yīng)的干擾，制備N(xiāo)aNO2，最后用酸性KMnO4吸收尾氣NO。在操作時(shí)注意反應(yīng)裝置中空氣的排盡。
(3)根據(jù)化合價(jià)升降配平離子方程式。
(4)根據(jù)②③實(shí)驗(yàn)可知NO和Fe2＋反應(yīng)。
答案：(1)Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(2)d→e→b(或c)→c(或b)→f(或g)→g(或f)　關(guān)閉K1，打開(kāi)K2
(3)3MnO＋4H＋＋5NO===3Mn2＋＋5NO＋2H2O
(4)排盡裝置中殘留的NO2　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　NO
考點(diǎn)二| 氨和銨鹽

1．氨的性質(zhì)
(1)氨的物理性質(zhì)
無(wú)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(1∶700)，可由噴泉實(shí)驗(yàn)證明。
(2)氨的化學(xué)性質(zhì)
①與水的反應(yīng)——氨水
a．氨氣溶于水呈堿性原因的方程式為
NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－。
b．氨水的粒子成分：H2O、NH3·H2O、OH－、NH、NH3、H＋，以溶解的NH3總量為溶質(zhì)進(jìn)行濃度計(jì)算。
②氨氣與酸的反應(yīng)
a．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(huì)出現(xiàn)相同的現(xiàn)象?；瘜W(xué)方程式分別為
HCl＋NH3===NH4Cl，HNO3＋NH3===NH4NO3。
b．氨氣通入酸的本質(zhì)反應(yīng)為NH3＋H＋===NH。
③NH3的還原性——氨的催化氧化
化學(xué)方程式為4NH3＋5O24NO＋6H2O。該反應(yīng)是工業(yè)制HNO3的基礎(chǔ)反應(yīng)。
[深度歸納]　氨水的性質(zhì)
(1)不穩(wěn)定性：NH3·H2ONH3↑＋H2O。
(2)堿的通性
①氨水使酚酞試劑變紅。
②中和反應(yīng)：NH3·H2O＋H＋===NH＋H2O。
③沉淀反應(yīng)：3NH3·H2O＋Al3＋===Al(OH)3↓＋3NH。
注意：涉及氨水反應(yīng)的離子方程式書(shū)寫(xiě)時(shí)，NH3·H2O不可拆開(kāi)。
2．銨鹽的性質(zhì)與檢驗(yàn)
(1)銨鹽的性質(zhì)
銨鹽均為離子化合物，無(wú)色晶體，易溶于水。
①不穩(wěn)定性——受熱易分解
a．NH4Cl受熱分解：NH4ClNH3↑＋HCl↑。
b．NH4HCO3受熱分解：NH4HCO3NH3↑＋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)，但加熱生成NH3和H2O。
寫(xiě)出銨鹽與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)的離子方程式：
a．稀溶液不加熱：NH＋OH－===NH3·H2O。
b．濃溶液或稀溶液加熱：NH＋OH－NH3↑＋H2O。
③“水解”——銨鹽溶于水易水解，離子方程式：
NH＋H2ONH3·H2O＋H＋，溶液水解呈酸性。
(2)NH的檢驗(yàn)?zāi)０?br />
3．NH3的實(shí)驗(yàn)室制法
(1)原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
注意：①不能用NH4NO3，因NH4NO3受熱爆炸；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?yàn)镹H4Cl受熱分解生成的NH3和HCl遇冷又化合成NH4Cl。
(2)實(shí)驗(yàn)裝置

固體＋固體△,氣體(注意加熱試管管口低于管底)
用堿石灰干燥(可用球形干燥管或U形干燥管)



(3)制備N(xiāo)H3的其他兩種簡(jiǎn)易方法
①加熱濃氨水(見(jiàn)圖1)
反應(yīng)原理：NH3·H2ONH3↑＋H2O。

圖1　　　　　　　　　　　　圖2
②濃氨水中加入固態(tài)堿性物質(zhì)(見(jiàn)圖2)
反應(yīng)原理：濃氨水中存在以下平衡：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋
OH－，加入固態(tài)堿性物質(zhì)(如CaO、NaOH、堿石灰等)，使平衡逆向移動(dòng)，同時(shí)反應(yīng)放熱，促進(jìn)NH3·H2O的分解。加CaO的化學(xué)方程式為NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2。

正誤判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
(1)氨易液化，且液氨汽化時(shí)要吸收大量熱，故可作食品的制冷劑。
(　　)
(2)氨水能使酚酞變紅，說(shuō)明NH3為堿。(　　)
(3)蘸有濃酸和濃氨水的玻璃棒靠近，均產(chǎn)生白煙。(　　)
(4)氨水與AlCl3反應(yīng)的離子方程式為Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓。
(　　)
(5)氨的催化氧化反應(yīng)可直接生成NO2。(　　)
(6)銨鹽不穩(wěn)定，受熱均生成NH3。(　　)
(7)稀(NH4)2SO4溶液與稀NaOH溶液混合的反應(yīng)離子方程式為NH＋OH－===NH3·H2O。(　　)
(8)實(shí)驗(yàn)室制NH3的試劑Ca(OH)2可以用NaOH代替。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)√　(8)×

考法1　氨與銨鹽的主要性質(zhì)及應(yīng)用
1．如下圖，利用培養(yǎng)皿探究氨氣的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)時(shí)向NaOH固體上滴幾滴濃氨水，立即用另一表面皿扣在上面。下表中對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所做的解釋正確的是(　　)

選項(xiàng)
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
解釋
A
濃鹽酸附近產(chǎn)生白煙
NH3與HCl反應(yīng)產(chǎn)生了NH4Cl固體
B
濃硫酸附近無(wú)明顯現(xiàn)象
NH3與濃硫酸不發(fā)生反應(yīng)
C
氯化物溶液變渾濁
該溶液一定是AlCl3溶液
D
干燥紅色石蕊試紙不變色，濕潤(rùn)紅色石蕊試紙變藍(lán)
NH3是一種可溶性堿
A　[B項(xiàng)，NH3可與酸反應(yīng)生成銨鹽；C項(xiàng)，氯化物也可以是MgCl2等；D項(xiàng)，NH3與H2O反應(yīng)生成的NH3·H2O為堿。]
2．(2019·松江模擬)某同學(xué)探究氨和銨鹽的性質(zhì)，對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象描述正確的是(　　)
A．室溫下測(cè)定等濃度氨水和NaOH溶液的pH，比較氨水和NaOH堿性強(qiáng)弱
B．將氨水緩慢滴入AlCl3溶液中，研究Al(OH)3的兩性
C．將蘸有濃氨水和濃硫酸的玻璃棒靠近，觀察到白煙
D．加熱除去NH4Cl中的少量NaHCO3
A　[A項(xiàng)，pH越大，堿性越強(qiáng)；B項(xiàng)，Al(OH)3不溶于氨水；C項(xiàng)，濃硫酸穩(wěn)定，不能形成白煙；D項(xiàng)，NH4Cl加熱也分解，且NaHCO3加熱后生成的Na2CO3不易除去。]
考法2　氨氣的制法及性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究
3．下面是實(shí)驗(yàn)室制取氨氣的裝置和選用的試劑，其中錯(cuò)誤的是(　　)


A．①②　　 B．②③
C．③④ D．①③
D　[①中NH4Cl受熱可產(chǎn)生NH3和HCl，但兩者遇冷會(huì)重新凝結(jié)產(chǎn)生NH4Cl，且可能出現(xiàn)堵塞導(dǎo)管的情況，③中試管口未向下傾斜會(huì)導(dǎo)致水倒流入試管底部而使試管炸裂，故①③符合題意。]
4．某化學(xué)興趣小組利用圖1裝置制取氨氣并探究氨氣的有關(guān)性質(zhì)。

圖1　　　　　　　　　　　　圖2
(1)裝置A中燒瓶?jī)?nèi)試劑可選用________(填字母代號(hào)，下同)，裝置B中試劑可選用________。
a．堿石灰　b．濃硫酸　c．生石灰　d．五氧化二磷 e．燒堿
(2)在K2的導(dǎo)管末端連接圖2裝置中的________裝置(填序號(hào))，當(dāng)裝置D中集滿氨氣后，關(guān)閉K1、K2，打開(kāi)K3，引發(fā)噴泉的實(shí)驗(yàn)操作是___________________________________________________________。
(3)若探究氨氣的還原性，需打開(kāi)K1、K3，在K2處導(dǎo)管連接制取純凈、干燥氯氣的裝置。
①用二氧化錳與濃鹽酸制取氯氣，生成氣體必須通過(guò)分別盛有________、________試劑的洗氣瓶。
②D中氨氣與氯氣反應(yīng)產(chǎn)生白煙，同時(shí)生成一種無(wú)色無(wú)味的氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)______________________________________。
③從K3處導(dǎo)管逸出的氣體中含有少量Cl2，則C裝置中應(yīng)盛放_(tái)_______溶液(填化學(xué)式)，反應(yīng)的離子方程式為
__________________________________________________________
________________________________________________________。
解析：(1)在濃氨水中存在平衡：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，向其中加入生石灰[發(fā)生反應(yīng)CaO＋H2O===Ca(OH)2生成Ca(OH)2]或燒堿，都會(huì)使平衡左移，同時(shí)放出大量的熱促進(jìn)氨水的揮發(fā)。堿石灰的成分是燒堿和生石灰，原理同上述，都可快速制備氨氣。裝置B為干燥裝置，NH3為堿性氣體，不能用酸性干燥劑(濃硫酸，P2O5)。
(2)氨氣極易溶于水，不溶于CCl4，需選擇防倒吸裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，因此需選擇圖2中的Ⅱ或Ⅲ。根據(jù)噴泉實(shí)驗(yàn)的原理，要使裝置D發(fā)生噴泉現(xiàn)象。用熱毛巾將燒瓶捂熱，可使D中氨氣受熱膨脹通過(guò)導(dǎo)管與水接觸，即產(chǎn)生“噴泉”。
(3)①用二氧化錳與濃鹽酸制取的氯氣中，混有氯化氫氣體和水蒸氣，要得到純凈、干燥的氯氣需通過(guò)飽和食鹽水除去氯化氫，通過(guò)濃硫酸除去水蒸氣。
②探究氨氣具有還原性，氯氣與氨氣反應(yīng)產(chǎn)生“白煙”的成分為氯化銨，氯元素化合價(jià)降低，則生成的“無(wú)色無(wú)味的氣體”必為氨氣的氧化產(chǎn)物，可推知為氮?dú)狻?br /> ③氯氣是有毒氣體，可與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，因此可用氫氧化鈉溶液進(jìn)行尾氣吸收。
答案：(1)ace　ace
(2)Ⅱ或Ⅲ　用熱毛巾將燒瓶捂熱(其他合理答案均可)
(3)①飽和食鹽水　濃硫酸?、?Cl2＋8NH3===6NH4Cl＋N2　③NaOH　Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
考點(diǎn)三| 硝酸

1．硝酸的主要性質(zhì)
純凈的硝酸是無(wú)色、易揮發(fā)、有刺激性氣味的液體，與H2O以任意比互溶。
(1)不穩(wěn)定性
①反應(yīng)：4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑。
②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濃硝酸的保存方法是保存在棕色帶有玻璃塞的細(xì)口試劑瓶中，置于冷暗處。
(2)強(qiáng)氧化性
①與不活潑金屬反應(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。
③與非金屬反應(yīng)
如濃硝酸與C的反應(yīng)：C＋4HNO3(濃)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)。寫(xiě)出稀硝酸與SO2、Fe2＋反應(yīng)的離子方程式分別為3SO2＋2NO＋2H2O===3SO＋2NO↑＋4H＋、3Fe2＋＋NO＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
[深度歸納]　硝酸與金屬反應(yīng)的規(guī)律
(1)HNO3與金屬反應(yīng)一般不能產(chǎn)生H2。
(2)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(duì)于Cu與少量濃硝酸反應(yīng)時(shí)，還原產(chǎn)物有NO2、N2O4、NO。
(3)硝酸與金屬反應(yīng)時(shí)既表現(xiàn)氧化性又表現(xiàn)酸性。
2．氮及其化合物轉(zhuǎn)化關(guān)系
(1)歧化——同一元素的化合價(jià)在同一反應(yīng)中既升高又降低。
如：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
(2)歸中——同一元素的不同化合價(jià)在同一反應(yīng)中只靠攏。如：6NO＋4NH35N2＋6H2O
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
(3)含氮物質(zhì)的連續(xù)氧化
NH3NONO2HNO3
N2NONO2HNO3

正誤判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
(1)濃硝酸中加入用砂紙打磨過(guò)的鋁條，產(chǎn)生紅棕色氣體。(　　)
(2)稀硝酸可除去試管內(nèi)壁的銀鏡，應(yīng)用了HNO3的氧化性。(　　)
(3)濃硝酸可用鐵或鋁制容器盛裝，說(shuō)明濃硝酸與Fe、Al不反應(yīng)。
(　　)
(4)濃硝酸中滴加紫色石蕊試液，最終變?yōu)榧t色。(　　)
(5)濃硝酸與過(guò)量Cu反應(yīng)結(jié)束后，再加稀硫酸，反應(yīng)仍能發(fā)生，生成NO。(　　)
(6)濃硝酸在光照下久置，會(huì)變黃，通入O2會(huì)消除黃色。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√

考法1　HNO3的主要性質(zhì)及探究
1．下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象和解釋或結(jié)論都正確的是(　　)

實(shí)驗(yàn)操作
現(xiàn)象
解釋或結(jié)論
①
過(guò)量的Fe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(wú)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(diǎn)到藍(lán)色石蕊試紙上
試紙先變紅色后退色
濃硝酸具有酸性和強(qiáng)氧化性
A．①②　 B．③④
C．②③④ D．②④
D　[①中過(guò)量的Fe與HNO3反應(yīng)生成Fe2＋，滴入KSCN溶液不呈紅色；③中Al在常溫下遇濃硝酸鈍化，而遇稀硝酸反應(yīng)。]
2．某校課外活動(dòng)小組為了探究銅與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體主要是NO而設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)，裝置如圖所示(加熱裝置和固定裝置均已略去)。圖中K為止水夾(處于關(guān)閉狀態(tài))，F(xiàn)是一半空的注射器。請(qǐng)回答有關(guān)問(wèn)題：

(1)設(shè)計(jì)裝置A的目的是___________________________________。
(2)在完成(1)中的“操作”后，將裝置B中的銅絲插入稀硝酸，并微熱之，觀察到裝置B中的現(xiàn)象是__________________________________
___________________________________________________________；
B中反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)___________________________________
___________________________________________________________。
(3)裝置E和F的作用是__________________________________；
為實(shí)現(xiàn)此作用，其操作方法是_____________________________。
(4)裝置D的作用是_______________________________________。
解析：(1)因燒瓶中有空氣，則生成的NO能與氧氣反應(yīng)生成二氧化氮，利用A裝置反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w趕走裝置中的空氣避免對(duì)一氧化氮?dú)怏w檢驗(yàn)產(chǎn)生干擾。
(2)因銅與稀硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、NO和水，現(xiàn)象是Cu絲表面產(chǎn)生氣泡，稀硝酸液面上方仍為無(wú)色，溶液變藍(lán)，其離子方程式為3Cu＋2NO＋8H＋===
3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。
(3)NO與氧氣能迅速反應(yīng)生成二氧化氮，故用空氣驗(yàn)證NO的生成，將注射器中的空氣推入E中，若氣體變?yōu)榧t棕色則說(shuō)明生成了NO。
(4)NO、NO2都有毒，能污染環(huán)境，氮的氧化物可用NaOH溶液吸收。
答案：(1)產(chǎn)生CO2趕走裝置中的空氣，防止因NO與O2反應(yīng)生成NO2而產(chǎn)生干擾
(2)Cu絲表面產(chǎn)生氣泡，稀硝酸液面上方仍為無(wú)色，溶液變藍(lán)　3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(3)驗(yàn)證NO的生成　將注射器中的空氣推入E中，若氣體變?yōu)榧t棕色則說(shuō)明生成了NO
(4)吸收多余的氮氧化物，防止污染空氣；防止倒吸
考法2　HNO3與金屬反應(yīng)的定量計(jì)算與判斷
3．將相同質(zhì)量的銅分別與足量的濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)，下列敘述正確的是(　　)
A．硝酸濃度越大消耗的硝酸越少，產(chǎn)生的有毒氣體也越少
B．反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)稀硝酸少
C．試管內(nèi)壁上的銅用濃硝酸除較好，因反應(yīng)速率快
D．相同狀況下，兩者用排水法收集的氣體的體積相同
D　[銅完全反應(yīng)，在進(jìn)行相關(guān)計(jì)算時(shí)以銅為標(biāo)準(zhǔn)，等質(zhì)量的銅在反應(yīng)中失去的電子數(shù)相同，生成的Cu(NO3)2的量相同，濃硝酸被還原為NO2，價(jià)態(tài)由＋5降到＋4，每個(gè)氮原子只得1個(gè)電子，稀硝酸被還原時(shí)每個(gè)氮原子得到3個(gè)電子，故被還原的濃硝酸多、稀硝酸少，生成NO2也比NO多。 用排水法收集氣體時(shí)，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故兩種情況收集到的氣體一樣多。]
4．(2019·濟(jì)南一中質(zhì)檢)將11.2 g的Mg-Cu混合物完全溶解于足量的硝酸中，收集反應(yīng)產(chǎn)生的氣體x(假定產(chǎn)生的氣體全部逸出)。再向所得溶液中加入足量的NaOH溶液，產(chǎn)生21.4 g沉淀。根據(jù)題意推斷氣體x的成分可能是(　　)
A．0.3 mol NO2和0.3 mol NO
B．0.2 mol NO2和0.1 mol N2O4
C．0.6 mol NO
D．0.1 mol NO、0.2 mol NO2和0.05 mol N2O4
D　[向Mg-Cu混合物與足量的硝酸反應(yīng)所得溶液中加入足量的NaOH溶液，產(chǎn)生21.4 g沉淀為氫氧化鎂、氫氧化銅，所以沉淀中氫氧根的質(zhì)量為21.4 g－11.2 g＝10.2 g，物質(zhì)的量為＝0.6 mol，根據(jù)電子守恒可知反應(yīng)過(guò)程中共轉(zhuǎn)移0.6 mol e－，根據(jù)答案確定D項(xiàng)符合。]
[思維建模]　守恒思想在硝酸與金屬反應(yīng)計(jì)算中的應(yīng)用
(1)原子守恒法
HNO3與金屬反應(yīng)時(shí)，一部分HNO3起酸的作用，以NO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(guò)量時(shí)反應(yīng)后溶液中(不考慮OH－)有：
c(NO)＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金屬離子)。
專(zhuān)項(xiàng)突破(9)　噴泉實(shí)驗(yàn)
1．噴泉實(shí)驗(yàn)的原理
使燒瓶?jī)?nèi)外在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的壓強(qiáng)差，利用大氣壓將燒瓶下面燒杯中的液體壓入燒瓶?jī)?nèi)，在尖嘴導(dǎo)管口形成噴泉。
2．噴泉裝置及創(chuàng)新拓展

設(shè)計(jì)說(shuō)明：(1)裝置(Ⅰ)改變了膠頭滴管的位置，膠頭滴管擠入少量水于試劑瓶中，即可使少量溶液沿導(dǎo)管進(jìn)入燒瓶中，導(dǎo)致大量的NH3溶解，燒瓶?jī)?nèi)形成負(fù)壓而產(chǎn)生噴泉。
(2)裝置(Ⅱ)省去了膠頭滴管，用手(或熱毛巾等)捂熱燒瓶，氨氣受熱膨脹，趕出玻璃導(dǎo)管內(nèi)的空氣，氨氣與水接觸，即發(fā)生噴泉(或用浸冰水的毛巾“冷敷”燒瓶，使水進(jìn)入燒瓶中，瓶?jī)?nèi)氨氣溶于水)。
(3)裝置(Ⅲ)在水槽中加入能使水溫升高的物質(zhì)致使錐形瓶?jī)?nèi)酒精因升溫而揮發(fā)，錐形瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)增大而產(chǎn)生噴泉。
(4)裝置(Ⅳ)向?qū)Ч苤型ㄈ胍欢康腍2S和SO2，現(xiàn)象為有淡黃色粉末狀物質(zhì)生成，瓶?jī)?nèi)壁附有水珠，NaOH溶液上噴形成噴泉。
(5)裝置(Ⅴ)打開(kāi)①處的止水夾并向燒瓶中緩慢通入等體積的HCl氣體后關(guān)閉該止水夾，等充分反應(yīng)后再打開(kāi)②處的止水夾，觀察到先有白煙產(chǎn)生，后產(chǎn)生噴泉。
(6)裝置(Ⅵ)中，擠壓膠頭滴管，然后打開(kāi)導(dǎo)管上部的兩個(gè)活塞，則在右面燒瓶出現(xiàn)噴煙現(xiàn)象，再打開(kāi)導(dǎo)管下部活塞，則可產(chǎn)生雙噴泉。
3．噴泉實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的濃度計(jì)算
關(guān)鍵是確定所得溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量和溶液的體積，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn)后所得溶液的物質(zhì)的量濃度：
(1)HCl、NH3、NO2氣體或它們與其他不溶于水的氣體混合時(shí)：溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為 mol·L－1。
(2)當(dāng)NO2和O2混合且氣體體積比為4∶1時(shí)，c(HNO3)＝
mol·L－1。

1．下圖是課外活動(dòng)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)的4個(gè)噴泉實(shí)驗(yàn)方案，下列有關(guān)操作不可能引發(fā)噴泉現(xiàn)象的是 (　　)


A．?dāng)D壓裝置①的膠頭滴管使CCl4全部進(jìn)入燒瓶，片刻后打開(kāi)止水夾
B．?dāng)D壓裝置②的膠頭滴管使NaOH溶液全部進(jìn)入燒瓶，片刻后打開(kāi)止水夾
C．用鼓氣裝置從裝置③的a處不斷鼓入空氣并打開(kāi)止水夾
D．向裝置④的水槽中慢慢加入足量濃硫酸并打開(kāi)止水夾
B　[H2難溶于NaOH溶液，不能形成較大的壓強(qiáng)差，不能引發(fā)噴泉現(xiàn)象。]
2．利用如圖所示的裝置，可以驗(yàn)證NH3和HCl的有關(guān)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)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(kāi)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(guò)擠壓膠頭滴管和控制活塞的開(kāi)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________________
____________________________________________________________。
解析：(1)打開(kāi)a、b活塞，再將膠頭滴管中的水?dāng)D入燒瓶Ⅱ中，由于NH3極易溶于水，使燒瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)迅速減小，燒杯中的水迅速進(jìn)入燒瓶Ⅱ中，形成噴泉。
(2)先打開(kāi)a、c活塞，再將膠頭滴管中的水?dāng)D入燒瓶Ⅱ中，燒瓶Ⅱ中的氣壓迅速減小，燒瓶Ⅰ中的HCl氣體會(huì)流向燒瓶Ⅱ中，且與NH3化合生成NH4Cl而產(chǎn)生白煙。
(3)在(2)基礎(chǔ)上，若關(guān)閉a活塞，打開(kāi)b活塞，燒杯中的水會(huì)迅速進(jìn)入燒瓶Ⅰ中，形成噴泉；若打開(kāi)b活塞，不關(guān)閉a活塞，燒瓶中的水便會(huì)同時(shí)進(jìn)入燒瓶Ⅰ和Ⅱ中，形成雙噴泉。
答案：(1)先打開(kāi)a、b活塞，再擠壓膠頭滴管(或先擠壓膠頭滴管，再打開(kāi)a、b活塞)
(2)燒瓶Ⅱ中導(dǎo)管口處產(chǎn)生白煙
(3)先打開(kāi)a、c活塞，再擠壓膠頭滴管(或先打開(kāi)a活塞，擠壓膠頭滴管，再打開(kāi)c活塞)，片刻后，關(guān)閉a活塞，然后打開(kāi)b活塞(或其他合理答案)　先打開(kāi)a、c活塞，再擠壓膠頭滴管(或先打開(kāi)a活塞，擠壓膠頭滴管，再打開(kāi)c活塞)，片刻后，打開(kāi)b活塞(或其他合理答案)
3．如圖為化學(xué)教學(xué)中所用的噴泉實(shí)驗(yàn)裝置。

某同學(xué)用燒瓶盛不同成分的氣體進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)幫助分析實(shí)驗(yàn)后燒瓶中所得溶液的濃度。(假設(shè)是在標(biāo)準(zhǔn)狀況下完成的實(shí)驗(yàn)，且溶質(zhì)不擴(kuò)散)
(1)若用HCl氣體，則c(HCl)＝_______________________________。
(2)若用NO2氣體，則c(HNO3)＝_____________________________。
解析：設(shè)燒瓶的容積為V L，則氣體的物質(zhì)的量均為 mol。
(1)若是HCl氣體，噴泉后，溶液充滿燒瓶，則溶液的體積為V L，c(HCl)＝＝ mol·L－1。
(2)若為NO2，噴泉后，溶質(zhì)為HNO3，
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
mol × mol
噴泉后溶液的體積為V L，
c(HNO3)＝＝ mol·L－1。
答案：(1) mol·L－1　(2) mol·L－1
課堂反饋　真題體驗(yàn)
1．設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說(shuō)法正確的是________(填序號(hào))。
(1)(2017·全國(guó)卷Ⅱ)加熱盛有少量NH4HCO3固體的試管，并在試管口放置濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙，若石蕊試紙變藍(lán)可得出NH4HCO3顯堿性
(2)(2016·全國(guó)卷Ⅰ)用向上排空氣法收集銅粉與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的NO
(3)(2015·全國(guó)卷Ⅰ)密閉容器中2 mol NO與1 mol O2充分反應(yīng)，產(chǎn)物的分子數(shù)為2NA
(4)(2014·全國(guó)卷Ⅰ)施肥時(shí)，草木灰(有效成分為K2CO3)不能與NH4Cl混合使用，是因?yàn)镵2CO3與NH4Cl反應(yīng)生成氨氣會(huì)降低肥效
(5)(2013·全國(guó)卷Ⅰ)可用蘸濃鹽酸的棉棒檢驗(yàn)輸送氨氣的管道是否漏氣
(6)(2012·全國(guó)卷)常溫常壓下，92 g的NO2和N2O4混合氣體含有的原子數(shù)為6NA
答案： (4)(5)(6)
2．(2016·全國(guó)卷Ⅰ)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(shí)驗(yàn)室中對(duì)NH3與NO2反應(yīng)進(jìn)行了探究?；卮鹣铝袉?wèn)題：
(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_(kāi)__________________________________________________________
___________________________________________________________。
②欲收集一瓶干燥的氨氣，選擇上圖中的裝置，其連接順序?yàn)椋喊l(fā)生裝置→________(按氣流方向，用小寫(xiě)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

操作步驟
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
解釋原因
打開(kāi)K1，推動(dòng)注射器活塞，使X中的氣體緩慢充入Y管中
①Y管中
________
②反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________________
_____________________
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(kāi)K2
③______________
________________
④___________________
_____________________
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)2CaCl2＋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·H2ONH3↑＋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(jìn)出口方向?yàn)榇诌M(jìn)細(xì)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(jìn)氣，因此先接f再接e；最后要進(jìn)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(shí)驗(yàn)條件可知反應(yīng)為8NH3＋6NO27N2＋12H2O，NO2為紅棕色氣體，發(fā)生反應(yīng)后變成無(wú)色氣體，因此現(xiàn)象為紅棕色氣體逐漸變淺。反應(yīng)后氣體分子數(shù)減少，Y管中的壓強(qiáng)小于外壓，因此產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象。
答案：(1)①A　2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O(或B　NH3·H2ONH3↑＋H2O)　②dcfei　(2)①紅棕色氣體慢慢變淺
②8NH3＋6NO27N2＋12H2O?、踆中NaOH溶液產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象?、芊磻?yīng)后氣體分子數(shù)減少，Y管中壓強(qiáng)小于外壓

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