氮及其化合物的知识与应用.pdf

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1、氮及其化合物的知识与应用 一、氮的氧化物 燃料燃烧、汽车废气和制造与使用硝酸的工厂废气会产生氮的氧化物，它能造成光化学烟雾和酸雨。我们可以通过植树造林、对工厂废气净化、排烟脱氮、改变燃烧方式等方法减少污染。在 2010 年高考中，以 NO、NO2 和 N2O3 等为背景的题目多以选择题的形式出现，将阿伏加德罗常数、实验制备、物质的性质和用途、离子方程式等考点融合在一起进行考查。少数考生易忽略一氧化氮可以直接被氧气所氧化的性质。虽然一氧化氮有毒，但它可用于某些疾病的治疗，对二氧化氮的氧化性和还原性运用不灵活。只有灵活利用氮元素的变化规律，运用氧化还原反应原理准确作答。附：2010 年全国各地高考

2、涉及知识点对照表 例 1 已知 NO2、SO2、CO 等有毒气体是污染大气的罪魁祸首，故国家环保部门针对不同的污染源强制要求进行治理，如某硝酸工厂的尾气中含有较多的 NO2 和 NO，必须用碱液吸收来消除污染。已知 NO2 和 NaOH 溶液反应为：NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O，NO2 和 NO 与 NaOH 溶液反应为：NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O。有 m mol NO2 和 n mol NO 组成的混合气体，用 NaOH 溶液将其完全吸收，无气体剩余。现有浓度为 a mol•L-1 的 NaOH 溶液，则需此NaOH 溶液的体积最少是（）

3、A L B L C L D L 解析 本题采用元素守恒法，首先确定相关物质，然后找出始态、终态物质中某元素（原子）的等量关系或对应关系进行计算。答案 C 二、硝酸的性质与制法 在 2010 年高考中，以 HNO3 为背景的试题，多以选择题和填充题的形式出现，将硝酸的不稳定性、硝酸的强酸性、硝酸的强氧化性、硝酸的工业制法等融合在一起进行考查。金属与硝酸反应的一般规律是：金属+浓硝酸金属硝酸盐+二氧化氮+水；金属+稀硝酸金属硝酸盐+一氧化氮+水；稀硝酸浓度很低，可能被还原成氨气或硝酸铵。金属与硝酸反应的计算技巧是：电子守恒、电荷守恒和物料守恒。工业上用氨催化氧化法来制备硝酸。还有很多的化工工艺生产

4、过程中也使用了硝酸。少数考生对陌生的化学方程式书写的变通性比较差。如 Ba(FeO2)2 与硝酸的反应，将 Ba(FeO2)2 可以写成 BaO•Fe2O3，因此 HNO3 与 Ba(FeO2)2 的反应，可以看成是 BaO 和 Fe2O3 的反应，即Ba(FeO2)2+8HNO3=Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O。例 2 硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料。某工厂以含铁的废铁为原料生产胆矾（CuSO4•5H2O），生产流程示意图如图 1 所示：胆矾和石膏在不同温度下的溶解度（g/100g 水）如表所示：请回答下列问题：（1）红棕色滤液的主要成分是，石灰浆

5、可以用下列物质中的来代替（填序号）。A 碳酸钙 B 氧化铜 C 氢氧化钠 D 碱式碳酸铜Cu(OH)2•CuCO3 （2）写出浸出过程中生成硫酸铜的离子方程式 ；稀硝酸可以用下列物质中的 来替代。A 浓硝酸 B.氯水 C 双氧水 D 氯化铁 （3）操作的操作温度应该控制在 左右。（4）从溶液中分离出硫酸铜晶体的操作 II 应为、洗涤、干燥。（5）设计一个简单方案检验溶液中铁离子是否除净：。（6）反应产物中的 NO 可以循环使用，用化学方程式表示循环使用的方案。解析“变废为宝”是高考化学环保命题的主流议题，无机化工流程图题是近年高考命题的新动向，通过化工流程图考查中学化学的基本原理和

6、实验操作，对处理新信息的能力进行有效考查。解答这类题的关键是读懂图示，分析物质的进入与流出方向，以及每一步发生什么反应，物质组成是什么，根据组成采取混合物分离、提纯的方法。中学常考的“变废为宝”命题思路有：（1）从废液中提取某金属或非金属；（2）利用废品制取化学试剂，如制取硫酸亚铁、氧化铁、氧化铜和硫酸铜等；（3）利用废气制取有价值的物质，如利用二氧化硫可以制备硫酸、亚硫酸铵和亚硫酸钠等。答案（1）Fe(OH)3 BD（2）3Cu+8H+2NO-3=3Cu2+2NO+4H2O C（3）100（4）冷却结晶、过滤（5）取滤液于试管中，向试管中滴加 KSCN溶液，若溶液呈血红色，则铁离子没有除净；

7、若溶液无明显颜色变化，则铁离子已除净（6）4NO+3O2+2H2O=4HNO3 三、氨气及其铵盐 工业上用氮气与氢气合成制氨，而实验室用铵盐与碱石灰来制备氨。氨气的化学性质：与水反应的溶液呈碱性；与酸反应产生相应的铵盐；与氧化剂反应，被氧化成氮气或一氧化氮等；与氧气的反应是工业制备硝酸的重要反应。铵盐不稳定，受热易分解产生相应的酸和氨气，与碱性物质反应有氨放出。在 2010 年高考中，试题以氨、铵离子为载体，融化合物性质、化学理论、化学实验等综合考查于一体。如北京卷第 26 题以废氨水为材料背景，将离子反应、平衡移动、反应能量变化、氧化还原等融合在一起进行考查，这种命题考查了考生对知识的整合能

8、力，充分反映了新课标所倡导的分层要求、递变推进的思维和尊重、关注不同学生发展的教学理念。这些题要求考生从情境中提取有用信息，通过分析综合，理解题意，理出解题思路。部分考生分析解答问题时缺乏整体思维，习惯于“看一步走一步”的思维方式，只从题干获取信息，就容易误解题意从而出错。附：2010 年全国各地高考涉及知识点对照表 例 3（1）在一定条件下，将 1 mol N2 与 3 mol H2 混合于一个 10 L 密闭容器中，反应在不同温度下达到平衡时NH3 的浓度如图 2 所示。其中，温度为 T1 时，混合气体中氨的体积分数为 25%。图 2 当温度由 T1 变化到 T2 时，平衡常数 KA KB

9、（填“”、“”或“=”）。T1 温度下达到平衡时，N2 的转化率为。（2）根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N2 在催化剂（掺有少量 Fe2O3 的 TiO2）表面与水发生下列反应：2N2(g)+6H2O(l)?葑 4NH3(g)+3O2(g)，此反应的?驻 S0（填“”、“”或“=”），?驻 H=。（已知：N2(g)+3H2(g)?葑 2NH3(g)；?驻 H=92.4 kJ•mol-1，2H2(g)+O2(g)?葑 2H2O(l)；?驻 H=571.6 kJ•mol-1）（3）科学家采用高质子导电性的 SCY 陶瓷（可传递 H+），实现了低温

10、常压下高转化率的电化学合成氨，其实验原理如图 3 所示，则阴极的电极反应式为。图 3 解析 本题以不同的方法制备氨气，将化学平衡常数、平衡计算、热化学反应方程式、盖斯定律、电解反应原理联系起来，考查了考生对知识的整合能力以及学生的综合应变能力。复习时，应尽可能与生产、生活、环境、能源等实际问题紧密联系起来，使我们感到学习化学知识不仅仅是用于考试，而是有实际意义的，进而培养学以致用的化学素养。答案（1）40%（2）+1530 kJ•mol-1（3）N2+6H+6e-=2NH3 巩固训练 1 某化学兴趣小组的同学利用下图所示实验装置进行NH3、Cl2 的制备、性质等实验（图中夹持装置均

11、省略）。请按要求填空。A B C D EFG （1）利用 A 装置除可制备 NH3 外，还可制备的气体有（写出两种即可）。（2）请利用 D、G 装置设计一个简单的实验验证 Cl2、Fe3+、I2 的氧化性强弱（实验中不断小心振荡 D 装置中的试管）。试剂 M 为 溶液；装置 G 中发生反应的离子方程式 ；实验中若先观察到 CCl4 层先由无色变为 色，上层溶液后变为色，证明氧化性为 Cl2Fe3+I2。（3）氯气和氨气在常温下相混合就会反应生成氯化铵和氮气，该反应的化学方程式为；A、B 为干燥氨气的制取装置，将 G、F、E 依次相连组成纯净、干燥氯气的制取装置。C 为氯气与氨气反应的探究及尾气

12、处理装置，实验时关闭 c活塞。将氯气和氨气通入到装置 C 烧瓶中。回答下列问题：装置 A 中的烧瓶内固体宜选用 （选填以下选项的代号）。A 碱石灰 B 氯化钙 C.五氧化二磷 D 生石灰 E 二氧化硅 虚线框内应添加必要的除杂装置，请从下图供选择的装置中选择，并将编号填入下列空格。B、F。供选择的装置：实验中装置 C 烧瓶内出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结，请设计一个实验方案鉴定该固体中的阳离子：。若实验完毕后 C 装置的烧瓶内有 N2 和少量的 Cl2，应如何处理才能不污染环境？。2 下图为工业制备硝酸的设备示意图，其生产过程中发生的反应主要有：4NH3(g)+5O2(g)?葑 4NO(g)+

13、6H2O(l)；?驻 H0 2NO(g)+O2(g)?葑 2NO2(g)；?驻 H0 3NO2(g)+H2O(l)?葑 2HNO3(l)+NO(g)；?驻 H0 （1）能使吸收塔内反应速率增大，且能提高 HNO3 产率的措施是。A 适当升高温度 B 适当增大吸收塔内的压强 C 增大空气中 O2 的浓度 D 吸收塔内填充瓷环，增大气液接触面 （2）在2 L密闭容器内充入0.50 mol NO和0.25 mol O2，维持反应温度为 800，当反应达到平衡时，NO 的转化率为 50。则 800 时反应 2NOO2?葑 2NO2 的平衡常数 K。（3）某工厂每套设备每小时可生产 20 t 63的硝酸

14、（密度为 1.4 g•cm-3）。假设工业生产硝酸过程中，通过循环操作可以使 NH3、O2 得以完全利用。回答下列问题：该工厂设备所生产硝酸的物质的量浓度是 。每小时从吸收塔淋下的水的质量应是多少吨？答案 1（1）H2、CO2、SO2、C2H2、Cl2 等任意两个答案均可 （2）FeI2 MnO2+4H+2Cl-Mn2+Cl2+2H2O （深）紫（红）色（棕）黄色 （3）3Cl2+8NH36NH4Cl+N2 AD 取适量该白色固体与浓的氢氧化钠溶液共热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的无色气体。打开活塞 c，再打开活塞 a 或 b，向烧瓶中通入空气或打开活塞 c，关闭活塞 a 和 b，用热毛巾捂住圆底烧瓶，使Cl2 与 NaOH 溶液接触从而发生倒吸。（意思相近或其他合理方案均给分）2（1）BC（2）16（3）14 mol•L-1 每小时生成的硝酸的质量 m(HNO3)=20 t63=12.6 t，根据总化学方程式：NH3+2O2=HNO3+H2O，每小时生成水m(H2O)1=12.6 t=3.6 t，生成的硝酸中所含水的质量m(H2O)=20 t12.6 t=7.4 t，每小时从吸收塔淋下的水的质量m(H2O)2=7.4 t3.6 t=3.8 t。