“氮及其化合物”考點透析

◇ 江蘇 劉 芬

?

“氮及其化合物”考點透析

◇ 江蘇 劉 芬

“氮及其化合物”是元素化合物知識的重要組成部分,這部分內容知識點多,又是化學實驗、無機推斷的基礎,因此是高考的熱點和難點之一,主要考查硝酸的強氧化性,氨氣的性質、實驗室制法及相關探究性實驗,硝酸與金屬反應的相關計算,大氣污染等．

1 氮及其氧化物

例1(2015年上海卷)將O2和NH3的混合氣體448 mL通過加熱的三氧化二鉻,充分反應后,再通過足量的水,最終收集到44.8 mL氣體．原混合氣體中O2的體積可能是(假設氨全部被氧化;氣體體積均已換算成標準狀況)( )[多選]

A 231.5 mL; B 268.8 mL;

C 287.5 mL; D 313.6 mL

解析最終收集到的氣體可能為O2，也可能為NO，發生的反應有4NH3+5O2=4NO+6H2O, 4NO+2H2O+3O2=4HNO3,當剩余氣體為O2時，設O2總體積為y，氨氣總體積為x，則x+y=448 mL. 由于氨氣完全反應，則x體積氨氣消耗5x/4體積O2，同時生成x體積NO，生成的NO又完全反應消耗3x/4體積的O2，則5x/4+3x/4+44.8 mL=y.綜上解得y=313.6 mL，即氧氣體積為313.6 mL；當剩余的氣體為NO時，則氧氣、氨氣完全反應，剩余的44.8 mL為NO. 設原混合氣體中氨氣體積為x、氧氣體積為y，則有x+y=448 mL，氨氣完全反應消耗氧氣體積為5x/4，同時生成x體積NO，其中轉化成硝酸的NO體積為x-44.8 mL，此過程中消耗氧氣體積為(x-44.8 mL)×3/4，消耗氧氣總體積為5x/4+(x-44.8mL)×3/4=y.綜上可得 y=287.5 mL，即氧氣的總體積為287.5 mL，因此答案為C、D．

解題指導無論是單一氣體(NO2),還是NO、NO2、O2中的2種或3種混合氣體,反應的實質是3NO2+H2O=2HNO3+NO,2NO+O2=2NO2,故若有氣體剩余只能是NO或O2,不可能是NO2．

1) 若NO和O2通入水中,總關系式為

4NO+3O2+2H2O=4HNO3．

2) 若NO2和O2通入水中,總關系式為

4NO2+O2+2H2O=4HNO3．

2 硝酸的性質及應用

圖1

例2研究發現,硝酸越稀,還原產物中氮元素的化合價越低．某同學取適量的鐵鋁合金與足量很稀的硝酸充分反應,沒有氣體放出．向反應結束后的溶液中,逐滴加入4 mol·L-1NaOH溶液,所加NaOH溶液的體積與產生沉淀的物質的量的關系如圖1所示．下列說法不正確的是( ).

AOC段離子反應方程式:H++OH-=H2O;

B 溶液中結合OH-能力最強的離子是H+,最弱的離子是Al3+;

D 欲測定F點沉淀的質量,實驗步驟是:過濾、洗滌、干燥、稱量

解題指導1)硝酸與金屬反應的復雜性.

硝酸具有強氧化性,能與金屬活動性順序表中除Pt、Au以外的所有金屬反應.無論濃硝酸還是稀硝酸與金屬反應時,都不產生氫氣;金屬被氧化到哪種價態和硝酸被還原的程度主要取決于硝酸的濃度和金屬的活動性．對同一種金屬來說,酸越稀,則被還原的程度越大.由于反應復雜,往往同時生成多種還原產物．通常,濃硝酸被還原為NO2,稀硝酸被還原為NO;當活潑的金屬(如Mg、Zn等)與很稀的硝酸反應時,在酸性溶液中形成銨鹽．

2) 守恒法突破金屬與硝酸反應的計算題.

圖2

3 氨和銨鹽

氨和銨鹽的性質及應用是基礎,氨氣的實驗室制法是實驗部分的基礎,噴泉實驗的考查是理綜的重要組成部分,有時會與NH3和氨的氧化物結合考查它們的性質及制備等．

例3Ⅰ. 氨氣是一種重要的工業產品,也是一種重要的化工原料．為研究氨氣的制備及氨氣的性質,某學習小組進行了下面的實驗探究活動:

(1) 實驗室中制備氨氣的原料往往采用熟石灰與氯化銨,該反應的化學方程式為(注明反應條件)____．

圖3

(2) 實驗室中還可以采用如圖3裝置(夾持儀器已略)和方法快速制備氨氣:

① 甲同學不明白該方法制備氨氣的原理,于是小組成員展開了討論,得出了以下結論,其中不正確的是(選填字母序號)________．

A 氨水中的NH3·H2O分解;

B 氨水中存在可逆反應:NH3·H2O晶體使該反應向逆反應方向進行;

C 該方法與銨鹽、熟石灰制備氨氣的反應原理相同;

D NaOH溶于水放出熱量,使NH3·H2O分解

② 乙同學取質量分數為34%、密度為0.89 g·cm-3的濃氨水10 mL,用過量的NaOH與之反應,然后用500 mL的燒瓶收集氨氣,請計算標準狀況下最多可收集滿____個500 mL的燒瓶．

Ⅱ. 某化學實驗小組同學利用圖4實驗裝置制備氨氣,并探究氨氣的性質(部分儀器已略去)．請回答:

圖4

(1) 用裝置B收集氨氣時,應選擇氨氣的進氣口是______(選填“a”或“b”),說明選擇的理由是______．

(2) 打開裝置B中的止水夾c,若觀察到燒瓶內產生了紅色噴泉,則說明氨氣具有的性質是________．

(3) 為防止環境污染,以下裝置(盛放的液體均為水)可用于吸收多余氨氣的是________(填字母)．

Ⅱ. (1) 氨氣比空氣的密度小,可用向下排空氣法收集,導氣管要伸入燒瓶底部．(2)能形成噴泉,證明氨氣極易溶于水,酚酞變紅,說明氨氣的水溶液顯堿性．(3) A不利于氨氣的吸收,B、D能防止倒吸,C會發生倒吸．

Ⅱ. (1) a； 氨氣密度比空氣密度小. (2) 極易溶于水, 與水反應生成堿. (3) B、D.

解題指導

1)中學化學中常見的能形成噴泉實驗的氣體和吸收劑如表1.

表1

2)實驗室制取少量NH3的2種簡易方法.

a) 加熱濃氨水.

裝置:見圖5-甲．

b) 濃氨水中加固態堿性物質.

圖5

反應原理:濃氨水中存在以下平衡:NH3+H2ONH3·H2O,加入固態堿性物質(如CaO、NaOH、堿石灰等),消耗水且使c(OH-)增大,使平衡逆向移動,且反應放熱,促進NH3·H2O的分解．

裝置:見圖5-乙．

江蘇省阜寧縣實驗高級中學)