含氮化合物常見計(jì)算類型分析

羅功舉　周代華

氮族元素是元素化合物知識(shí)構(gòu)成的重要內(nèi)容，也是高考考查的熱點(diǎn)，其有關(guān)計(jì)算一直為命題者所“親睞”.下面就含氮化合物的常見計(jì)算類型歸類分析如下，供參考.

一、氮的氧化物的有關(guān)計(jì)算

此類問題主要有以下幾種設(shè)題形式：一是NOx與水或NOx和O2的混合氣體與水反應(yīng)計(jì)算；二是NOx和CO2的混合氣體與Na2O2反應(yīng)計(jì)算；三是NOx與NaOH溶液反應(yīng)的有關(guān)計(jì)算；四是NOx的氧化還原反應(yīng)計(jì)算等.

解法指要 處理這類問題時(shí)，一是運(yùn)用關(guān)系式法（或原子守恒法）簡(jiǎn)化計(jì)算或判斷，若NOx和O2中的N、O原子個(gè)數(shù)比滿足2∶5，則可完全反應(yīng)；二是運(yùn)用電子得失守恒法計(jì)算.

例1 （2009年上海化學(xué)）煙氣中NOx是NO和NO2的混合物（不含N2O4）.

（1）根據(jù)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，1 m3煙氣最高允許含400 mg NOx.若NOx中NO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.85，則1 m3煙氣中最高允許含NO

L（標(biāo)準(zhǔn)狀況，保留2位小數(shù)）.

（2）工業(yè)上通常用溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.150的Na2CO3水溶液（密度1.16 g·mL-1）作為NOx吸收劑，該碳酸鈉溶液物質(zhì)的量濃度為mol·L-1（保留2位小數(shù)）.

（3）已知：NO+NO2+Na2CO32NaNO2+CO2 ①

2NO2+Na2CO3NaNO2+NaNO3+CO2 ②

1 m3含2 000 mg NOx的煙氣用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.150的碳酸鈉溶液吸收.若吸收率為80%，吸收后的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)（填“符合”或“不符合”），理由：.

（4）加入硝酸可改變煙氣中NO和NO2的比，反應(yīng)為：NO+2HNO33NO2+H2O.當(dāng)煙氣中n（NO）∶n（NO2）=2∶3時(shí)，吸收率最高.1 m3煙氣含2 000 mg NOx，其中n（NO）∶n（NO2）=9∶1.計(jì)算：（ⅰ）為了達(dá)到最高吸收率，1 m3煙氣需用硝酸的物質(zhì)的量（保留3位小數(shù)）.（ⅱ）1 m3煙氣達(dá)到最高吸收率90%時(shí)，吸收后生成NaNO2的質(zhì)量（假設(shè)上述吸收反應(yīng)中，反應(yīng)①比反應(yīng)②迅速.計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù)）.

分析 （1）由題意知1 m3中含NO的質(zhì)量為400 mg×0.85=0.34 g，則V（NO）=n（NO）·Vm=

m（NO）M（NO）·Vm=0.34 g30 g·mol-1×22.4 L·mol-1=0.25 L.

（2）假設(shè)Na2CO3溶液體積為1 L，則溶液質(zhì)量為1160 g，溶質(zhì)Na2CO3的質(zhì)量為174 g，故該溶液的物質(zhì)的量濃度為：

c=nV=mMV=174 g106 g·mol-11 L=

1.64 mol·L-1.

（3）1 m3煙氣中含有2000 mg NOx，吸收率為80%，則剩余NOx的質(zhì)量為400 mg，同時(shí)煙氣中的CO2等氣體被Na2CO3吸收了，導(dǎo)致氣體體積小于1 m3，即吸收后煙氣總體積減小，NOx含量仍超過400 mg·m-3，不符合排放標(biāo)準(zhǔn).

（4）（ⅰ）30 g·mol-1·n（NO）+19×46 g·mol-1·n（NO）=2000 mg1000 mg·g-1，n（NO）=0.057 mol.又由方程式：

NO+2HNO33NO2+H2O

x 2x 3x

壓強(qiáng)/Pa2×105Pa5×105Pa1×106Pa

D的濃度/mol·L-10.0850.200.44

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，回答下列問題：

（1）壓強(qiáng)從2×105Pa增大到5×105Pa時(shí)，平衡向反應(yīng)方向移動(dòng)（填“正”或“逆”）.

（2）壓強(qiáng)從5×105Pa增加到1×106Pa，平衡向反應(yīng)方向移動(dòng)（填“正”或“逆”）.E可能變成了（填物質(zhì)狀態(tài)名稱）.

3.一定條件下，反應(yīng)2NO2（g）N2O4（g），ΔH<0，達(dá)到平衡后，要使混合氣體顏色變深，可采取的措施是 （ ）.

A. 增大體積 B. 降低溫度

C. 增大壓強(qiáng) D. 移走一部分N2O4氣體

參考答案：

1.（1） 逆反應(yīng) （2）減小 （3）減小 （4）<

2.（1）逆 （2）正，液態(tài)或固態(tài) 3.C

（收稿日期：2015-08-12）

根據(jù)題意可列式為：19×0.057 mol+3x0.057 mol-x=32，解得：x=0.017 6 mol，則n（HNO3）=2x=0.0352 mol.

（ⅱ）n（NaNO2）=2n（NO）+1/2×[n（NO2）-n（NO）]=0.0887 mol，則m（NaNO2）=0.0887 mol×69 g·mol-1×90%=5.5 g.

二、氮的氫化物的有關(guān)計(jì)算

高考主要涉及到兩種氫化物，一是NH3的有關(guān)計(jì)算，如氨溶于水或氨水混合（稀釋）計(jì)算、氨的氧化還原反應(yīng)計(jì)算、圖像分析等；二是N2H4的有關(guān)計(jì)算，如組成推斷、熱化學(xué)方程式中ΔH計(jì)算、混合物計(jì)算等.

解法指要 解答NH3的有關(guān)計(jì)算時(shí)要注意兩點(diǎn)，一是氨水中的溶質(zhì)以氨分子計(jì)；二是氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或物質(zhì)的量濃度越大，其密度越小.其它問題則按公式、反應(yīng)方程式進(jìn)行計(jì)算.

例2 （2011年上海化學(xué)卷）氨和聯(lián)氨（N2H4）是氮的兩種常見化合物，在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)中有重要的應(yīng)用.根據(jù)題意完成下列計(jì)算：

（1）聯(lián)氨用亞硝酸氧化生成氮的另一種氫化物，該氫化物的相對(duì)分子質(zhì)量為43.0，其中氮原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.977，計(jì)算確定該氫化物的分子式.

該氫化物受撞擊則完全分解為氮?dú)夂蜌錃?4.30 g該氫化物受撞擊后產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為 L.

（2）聯(lián)氨和四氧化二氮可用作火箭推進(jìn)劑，聯(lián)氨是燃料，四氧化二氮作氧化劑，反應(yīng)產(chǎn)物是氮?dú)夂退?由聯(lián)氨和四氧化二氮組成的火箭推進(jìn)劑完全反應(yīng)生成72.0 kg水，計(jì)算推進(jìn)劑中聯(lián)氨的質(zhì)量.

（3）氨的水溶液可用于吸收NO與NO2混合氣體，反應(yīng)方程式為：6NO+4NH35N2+6H2O、6NO2+8NH37N2+12H2O.NO與NO2混合氣體180 mol被8.90×103 g氨水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.300）完全吸收，產(chǎn)生156 mol氮?dú)?吸收后氨水密度為

0.980 g/cm3.計(jì)算：①該混合氣體中NO與NO2的體積比.②吸收后氨水的物質(zhì)的量濃度（答案保留1位小數(shù)）.

（4）氨和二氧化碳反應(yīng)可生成尿素CO（NH2）2.尿素在一定條件下會(huì)失去氨而縮合，如兩分子尿素失去一分子氨形成二聚物：

COH2NNH2+

COH2NNH2

COH2NNHCONH2+NH3

已知常壓下120 mol CO（NH2）2在熔融狀態(tài)發(fā)生縮合反應(yīng)，失去80 mol NH3，生成二聚物（C2H5N3O2）和三聚物.測(cè)得縮合產(chǎn)物中二聚物的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.60，推算縮合產(chǎn)物中各縮合物的物質(zhì)的量之比.

分析 （1）該氫化物中氫原子與氮原子個(gè)數(shù)比為（1-0.977）/1∶0.977/14=1∶3，則其最簡(jiǎn)式為HN3；再結(jié)合相對(duì)分子質(zhì)量為43.0可知其分子式為HN3.

2HN3撞擊H2+3N2，1 mol氫化物受撞擊后產(chǎn)生的氣體為2 mol，則其體積為4.48 L.

（2）根據(jù)反應(yīng)式2N2H4+2NO23N2+4H2O，當(dāng)生成72.0 kg水時(shí)，需要聯(lián)氨

2×32×72.0 kg/（4×18）=64 kg.

（3）設(shè)NO與NO2的物質(zhì)的量分別為x、y，則x+y=180、5x/6+7y/6=156，解得：x=162 mol、y=18 mol，即混合氣體中NO與NO2的體積比為

162∶18=9∶1.

兩反應(yīng)消耗氨氣的物質(zhì)的量為108 mol+24 mol=132 mol，剩余氨氣的物質(zhì)的量為157 mol-132 mol=25 mol；氣體被吸收后，氨水的質(zhì)量為8900 g-132 mol×17 g/mol+198 mol×18 g/mol =10220 g，則反應(yīng)后氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（25 mol×17 g·mol-1/10220 g）×100%=4.16%，那么，吸收后氨水的物質(zhì)的量濃度c=1000ρω/M=1000×0.980×4.16%/17=2.4 mol/L.

（4）三聚產(chǎn)物有兩種分子式，一種為環(huán)狀物

A（C3O3N3H3），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為HNCONHCONHCO，另一種為鏈狀物B（C3O3N4H6）.設(shè)縮合物中含二聚物a mol，三聚物A為b mol，三聚物B為c mol，則：2a+3b+3c=120、a+3b+2c=80、a/（a+b+c）=0.60，解得：a=30、b=10、c=10.故三種聚合物的物質(zhì)的量之比為3∶1∶1.

三、金屬與硝酸反應(yīng)計(jì)算

一般有兩類問題，一是金屬（分單質(zhì)與合金）與硝酸反應(yīng)計(jì)算，要注意變價(jià)金屬在產(chǎn)物中的化合價(jià)、硝酸濃稀的差異性；二是金屬與混酸（如硝酸與硫酸的混合物）反應(yīng)計(jì)算，二者的差異是后者溶液中NO-3可能完全反應(yīng).

解法指要 分析這類問題時(shí)，一要把握三個(gè)守恒，即氮原子守恒、電子得失守恒、電荷守恒；二要了解一個(gè)關(guān)系，即反應(yīng)中起酸性作用的HNO3的物質(zhì)的量等于生成的硝酸鹽中NO-3的物質(zhì)的量；三要熟悉一個(gè)技巧，可利用離子方程式快速找出各種量的相互關(guān)系.

例3 （2013年四川理綜卷）1.52 g銅鎂合金完全溶解于50 mL密度為1.40 g/mL、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63%的濃硝酸中，得到NO2和N2O4的混合氣體1120 mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），向反應(yīng)后的溶液中加入1.0 mol/L NaOH溶液，當(dāng)金屬離子全部沉淀時(shí)，得到2.54 g沉淀，下列說法不正確的是（ ）.

A.該合金中銅與鎂的物質(zhì)的量之比是2∶1

B.該濃硝酸中HNO3的物質(zhì)的量濃度是14.0 mol/L

C.NO2和N2O4的混合氣體中，NO2 的體積分?jǐn)?shù)是80%

D.得到2.54 g沉淀時(shí)，加入NaOH溶液的體積是600 mL

分析 A項(xiàng)，設(shè)Cu、Mg的物質(zhì)的量分別為X mol、Y mol，則存在以下等式：64X+24Y=1.52、X×98+Y×58=2.54，解得：X=0.02、Y=0.01.B項(xiàng)，c（HNO3）=1000ρω/M=1000×1.40×0.63/63=14.0 mol/L.C項(xiàng)，n（HNO3）=14.0×0.05=0.7 mol=n（NO2）+2n（N2O4），又n（NO2+N2O4）=1.12L/22.4L·mol-1，解得：n（NO2）=0.04 mol、n（N2O4）=0.01 mol，可知C正確.D項(xiàng)，與硝酸反應(yīng)的NaOH的物質(zhì)的量n（NaOH）1=0.7 mol-0.04 mol-0.02 mol=0.64 mol，與金屬離子反應(yīng)的NaOH的物質(zhì)的量n（NaOH）2=0.06 mol，故NaOH總的物質(zhì)的量n總=0.64 mol +0.06 mol=0.7 mol，故需要NaOH溶液的體積為700 mL.答案為D.

四、銨鹽的有關(guān)計(jì)算

常見的問題有下列幾類：一類是混合物計(jì)算，考查NH+4與堿的反應(yīng)、銨鹽的分解反應(yīng)等；二類是銨鹽溶液的配制；三類是結(jié)合圖像、實(shí)驗(yàn)等分析物質(zhì)的組成，如推算銨鹽的化學(xué)式等.

解法指要 對(duì)于混合物計(jì)算，一要理清并正確書寫反應(yīng)方程式，二要合理選擇解題方法，如方程組法、關(guān)系式法等；對(duì)于銨鹽溶液的配制問題，則可選用守恒法；對(duì)于圖像、實(shí)驗(yàn)類問題，則可根據(jù)數(shù)據(jù)特征或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象先推出組成微粒，再通過計(jì)算確定化學(xué)式.

例4 （2013年江蘇化學(xué)卷）硫酸鎳銨[（NH4）xNiy（SO4）m·nH2O]可用于電鍍、印刷等領(lǐng)域.某同學(xué)為測(cè)定硫酸鎳銨的組成，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

①準(zhǔn)確稱取2.3350 g樣品，配制成100.00 mL溶液A；

②準(zhǔn)確量取25.00 mL 溶液A，用0.04000 mol·L-1的EDTA（Na2H2Y）標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定其中的Ni2+（離子方程式為Ni2++H2Y2-NiY2-+2H+），消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液31.25 mL；

③另取25.00 mL溶液A，加足量的NaOH溶液并充分加熱，生成NH3 56.00 mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）.

（1）若滴定管在使用前未用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液潤(rùn)洗，測(cè)得的Ni2+含量將 （填“偏高”、或“偏低”或“不變”）.

（2）氨氣常用 檢驗(yàn)，現(xiàn)象是 .

（3）通過計(jì)算確定硫酸鎳銨的化學(xué)式（寫出計(jì)算過程）.

分析 本題屬于物質(zhì)組成分析與化學(xué)綜合計(jì)算題.利用電荷守恒計(jì)算n（SO2-4），利用質(zhì)量守恒計(jì)算n（H2O）.

（1）滴定管在使用前未用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液潤(rùn)洗，會(huì)使EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度降低，則滴定過程中消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液量增大，故測(cè)得的Ni2+含量將偏高.

（2）氨氣是堿性氣體，通常用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是試紙顏色由紅變藍(lán).

（3）n（Ni2+）=0.04000mol·L-1×31.25 mL×10-3L·mL-1=1.250×10-3mol，n（NH+4）=56. 00 mL×10-3 L·mL-122. 4 L·mol-1=2.500×10-3mol，n（SO2-4）=2n（Ni2+）+n（NH+4）2=2×1. 25×10-3 mol+2. 500×10-3 mol2=2.500×10

-3mol，m（Ni2+）=59 g·mol-1×1.250×10-3mol=0.07375 g，m（NH+4）=18 g·mol-1×2.500×10-3mol=0.04500 g，m（SO2-4）=96 g·mol-1×2.500×10-3mol=0.2400 g，n（H2O）=2.3350 g×25.00 mL100.00 mL-0.07375 g-0.04500 g-0.2400 g18 g·mol-1=

1.250×10-2mol.

那么，x︰y︰m︰n=n（NH+4）︰n（Ni2+）︰n（SO2-4）︰n（H2O）=2︰1︰2︰10，則硫酸鎳銨的化學(xué)式為（NH4）2Ni（SO4）2·10H2O.

通過上述分析，可以了解到高考對(duì)含氮化合物計(jì)算的常考類型，可以更有針對(duì)性的復(fù)習(xí)，以提高學(xué)習(xí)效率.