含氮化合物的轉(zhuǎn)化、計(jì)算和綜合實(shí)驗(yàn)(備作業(yè))(解析版)

第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第二節(jié)氮及其化合物課時(shí)4含氮化合物的轉(zhuǎn)化、計(jì)算和綜合實(shí)驗(yàn)一.單選題1．下列說(shuō)法中正確的是()A．所有銨鹽受熱均可以分解，但產(chǎn)物不一定有NH3B．加熱可除去NH4Cl中的少量NaHCO3C．在盛有硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液的試管中，滴加少量NaOH溶液，在試管口用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)，試紙變藍(lán)D．銨鹽易溶于水，其水溶液只能與堿反應(yīng)，不能與酸反應(yīng)[答案]A[解析]銨鹽受熱都分解，但不一定產(chǎn)生氨氣，如NH4NO3在400℃以上分解生成N2、NO2、H2O等，A正確；NH4Cl受熱分解生成氨氣與HCl，NaHCO3受熱分解得到Na2CO3固體，B錯(cuò)誤；Fe2＋比NHeq\o\al(＋,4)更易結(jié)合OH－，因而加入少量NaOH溶液不會(huì)產(chǎn)生NH3，C錯(cuò)誤；NH4HCO3、(NH4)2S等溶液均能與酸反應(yīng)，D錯(cuò)誤。2．在通風(fēng)櫥中進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：步驟現(xiàn)象Fe表面產(chǎn)生大量無(wú)色氣泡，液面上方變?yōu)榧t棕色Fe表面產(chǎn)生少量紅棕色氣泡后，迅速停止下列說(shuō)法中不正確的是()A．Ⅰ中氣體由無(wú)色變紅棕色的化學(xué)方程式為2NO＋O2=2NO2B．Ⅱ中的現(xiàn)象說(shuō)明Fe表面形成致密的氧化層，阻止Fe進(jìn)一步反應(yīng)C．對(duì)比Ⅰ、Ⅱ中現(xiàn)象，說(shuō)明稀硝酸的氧化性強(qiáng)于濃硝酸D．紅棕色氣體的成分是NO2[答案]C3．同溫同壓下，在3支相同體積的試管中分別充有等體積混合的兩種氣體，它們是①NO和NO2、②NO2和O2、③NO和N2?，F(xiàn)將3支試管均倒置于水槽中，充分反應(yīng)后，試管中剩余氣體的體積分別為V1、V2、V3，則下列關(guān)系正確的是()A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2[答案]D[解析]可假設(shè)試管體積均為2V，則每種氣體的體積均為V。當(dāng)?shù)怪糜谒壑袝r(shí)：①中發(fā)生反應(yīng)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，則剩余氣體的體積V1＝eq\f(4,3)V；②中發(fā)生反應(yīng)4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，則剩余氣體(O2)的體積V2＝eq\f(3,4)V；③中氣體與水不反應(yīng)，故試管中氣體體積V3＝2V。綜上所述：V3>V1>V2。4．把3體積的NO2氣體，依次通過(guò)下列3個(gè)分別裝有足量①NaHCO3飽和溶液，②濃硫酸，③Na2O2的裝置后，用排水法把殘留氣體收集到集氣瓶中，集氣瓶?jī)?nèi)氣體應(yīng)是(同溫、同壓下測(cè)定)()A．1體積NOB．2體積NO2和0.5體積O2C．2體積O2D．0.25體積O2[答案]D[解析]①3體積的NO2通入NaHCO3溶液中發(fā)生反應(yīng)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO、NaHCO3＋HNO3=NaNO3＋H2O＋CO2↑，生成2體積CO2和1體積NO；②1體積NO、2體積CO2和水蒸氣通過(guò)濃硫酸時(shí)，水蒸氣被吸收，余下1體積NO和2體積CO2；③2體積CO2與Na2O2發(fā)生反應(yīng)2CO2＋2Na2O2=2Na2CO3＋O2，生成1體積O2，NO與O2反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NO＋O2=2NO2，生成1體積NO2，剩余0.5體積O2，這兩種氣體通入水中，發(fā)生反應(yīng)：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，NO2完全反應(yīng)，剩余0.25體積O2。5．同學(xué)們?cè)谧鲢~與濃硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)后的溶液呈綠色，而不顯藍(lán)色。甲同學(xué)認(rèn)為是該溶液中硝酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高所致，而乙同學(xué)認(rèn)為是該溶液中溶解了生成的氣體。同學(xué)們分別設(shè)計(jì)了以下4個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)判斷兩種說(shuō)法是否正確，這些方案中不可行的是()A．加水稀釋該綠色溶液，觀察溶液顏色變化B．加熱該綠色溶液，觀察溶液顏色變化C．向該綠色溶液中通入氮?dú)?，觀察溶液顏色變化D．向飽和硝酸銅溶液中通入濃硝酸與銅反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，觀察溶液顏色變化[答案]A[解析]A項(xiàng)，加入水，c(Cu2＋)變小，同時(shí)水也會(huì)與溶液中可能溶有的NO2反應(yīng)生成HNO3，故不能得出溶液呈綠色的原因，不可行；B、C項(xiàng)操作都是趕出溶液中可能溶有的NO2，對(duì)c(Cu2＋)大小無(wú)影響，可行；D項(xiàng)，向無(wú)NO2的硝酸銅溶液中通入NO2后，通過(guò)觀察溶液顏色變化，可得出結(jié)論，可行。6．(素養(yǎng)題)某學(xué)習(xí)小組為研究銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的差異，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。下列說(shuō)法不正確的是()A．反應(yīng)開(kāi)始前通入過(guò)量的CO2氣體，目的是排除裝置內(nèi)的空氣B．A中的離子方程式為：Cu＋2NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2OC．當(dāng)B中0.03mol銅粉被氧化時(shí)，B中產(chǎn)生的NO氣體大于0.02molD．C裝置中裝入一定量的水進(jìn)行尾氣處理[答案]D[解析]研究銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的差異，先利用二氧化碳將裝置中的空氣排出，防止Cu與稀硝酸反應(yīng)生成的NO被氧化，滴加濃硝酸時(shí)Cu與濃硝酸反應(yīng)生成二氧化氮，在B中發(fā)生3NO2＋H2O=2HNO3＋NO、3Cu＋8HNO3=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，C中收集到NO氣體，最后尾氣處理。反應(yīng)開(kāi)始前通入過(guò)量的CO2氣體，目的是排除裝置內(nèi)的空氣，A正確；A中銅與濃硝酸反應(yīng)的離子方程式為：Cu＋2NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O，B正確；B中發(fā)生反應(yīng)為：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO、3Cu＋8HNO3=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，因此由B中發(fā)生的反應(yīng)知當(dāng)B中0.03mol銅粉被氧化時(shí)，B中產(chǎn)生的NO氣體大于0.02mol，C正確；NO不溶于水，C裝置中裝入一定量的水不能進(jìn)行尾氣處理，D錯(cuò)誤。7．(易錯(cuò)題)鋅和某濃度的HNO3溶液反應(yīng)時(shí)，若參加反應(yīng)的鋅與HNO3的物質(zhì)的量之比為2∶5，產(chǎn)物有硝酸鋅、X和水，則X可能是()A．NOB．N2OC．N2O3D．NO2[答案]B[解析]鋅和某濃度的硝酸溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，參加反應(yīng)的鋅和硝酸的物質(zhì)的量之比為2∶5，假設(shè)鋅為4mol，生成4mol硝酸鋅，表現(xiàn)酸性的硝酸的物質(zhì)的量為8mol，反應(yīng)后Zn被氧化為＋2價(jià)，設(shè)硝酸還原產(chǎn)物中氮元素為x價(jià)，則根據(jù)得失電子守恒可知4mol×(2－0)＝(10－8)mol×(5－x)，解得x＝＋1，即還原產(chǎn)物為N2O，B正確。3.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 ()選項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作現(xiàn)象解釋或結(jié)論A過(guò)量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反應(yīng)后,滴入KSCN溶液溶液呈紅色稀HNO3將Fe氧化為Fe3+B常溫下,Fe、Al放入濃HNO3或濃H2SO4中無(wú)明顯現(xiàn)象Fe、Al與濃HNO3或濃H2SO4發(fā)生鈍化CAl箔插入稀HNO3中無(wú)現(xiàn)象Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的氧化膜D用玻璃棒蘸取濃HNO3點(diǎn)到紅色石蕊試紙上試紙變藍(lán)色濃HNO3具有酸性[答案]B[解析]稀硝酸與鐵粉反應(yīng),鐵首先被氧化成Fe3+,過(guò)量鐵粉將Fe3+還原,最終得到Fe2+,滴入KSCN溶液不顯紅色,A錯(cuò)誤;常溫下,Fe、Al在濃HNO3或濃H2SO4中發(fā)生鈍化,生成致密的氧化物保護(hù)膜阻止了反應(yīng)進(jìn)行,B正確;Al箔能與稀HNO3反應(yīng)放出氣體,C錯(cuò)誤;用玻璃棒蘸取濃HNO3點(diǎn)到紅色石蕊試紙上,一段時(shí)間后試紙褪色,D錯(cuò)誤。9.下列物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化(其中A、B、C、D含同種元素,Y可以是純凈物,也可以是混合物,某些條件和產(chǎn)物已略去)如圖所示。下列有關(guān)敘述中不正確的是 ()A.若A為硫單質(zhì),則Y可能是H2O2B.若A為氮?dú)?則D是硝酸C.若B為一氧化氮,則A一定是氮?dú)釪.若B為氧化鈉,則D一定是氫氧化鈉[答案]C[解析]若A為硫單質(zhì),則B為二氧化硫,C為三氧化硫,D為硫酸,二氧化硫具有還原性,H2O2具有氧化性,二者可發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸,A正確;若A為氮?dú)?則B為一氧化氮,C為二氧化氮,二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮,故D是硝酸,B正確;若B為一氧化氮,氨氣發(fā)生催化氧化可生成一氧化氮,則A可能為氨氣,C錯(cuò)誤;若B為氧化鈉,則C為過(guò)氧化鈉,過(guò)氧化鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氧氣,故D一定是氫氧化鈉,D正確。10.下圖是氮元素形成物質(zhì)的價(jià)—類二維圖及氮循環(huán)的部分信息:下列說(shuō)法正確的是 ()①可通過(guò)雷電作用將b轉(zhuǎn)化為c,這是一種固氮方式②可通過(guò)加氧化劑將e轉(zhuǎn)化為f③a→c→d→f這幾個(gè)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可通過(guò)加Cu、C等還原劑,將f轉(zhuǎn)化為d⑥h可與f反應(yīng)生成iA.①③⑤⑥B.①②③④C.②③⑥D(zhuǎn).①④⑤[答案]A[解析]根據(jù)物質(zhì)類別及其與N元素化合價(jià)的關(guān)系可知:a是NH3、b是N2、c是NO、d是NO2、e是N2O5、f是HNO3、g是HNO2、h是NH3·H2O、i是銨鹽,其中氮元素顯-3價(jià)和+5價(jià),則i為NH4NO3。在雷電作用下N2與O2反應(yīng)產(chǎn)生NO,屬于氮的固定,①正確;N2O5與水反應(yīng)產(chǎn)生HNO3,反應(yīng)過(guò)程中元素化合價(jià)不變,因此反應(yīng)不需要加入氧化劑就可以實(shí)現(xiàn),②錯(cuò)誤;NH3與O2在催化劑存在條件下加熱發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生NO,NO與O2發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生NO2,NO2與H2O反應(yīng)產(chǎn)生HNO3、NO,均發(fā)生了N元素被氧化的反應(yīng),③正確;g是HNO2,屬于酸,N元素化合價(jià)是+3價(jià),屬于中間價(jià)態(tài),因此既具有氧化性,也具有還原性,同時(shí)也能與堿發(fā)生中和反應(yīng)產(chǎn)生鹽和水,④錯(cuò)誤;d是NO2,f是HNO3,濃硝酸具有強(qiáng)氧化性,可與Cu、C等還原劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生NO2氣體,將HNO3轉(zhuǎn)化為NO2,⑤正確;f是HNO3,h是NH3·H2O,i是NH4NO3,HNO3與NH3·H2O發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生NH4NO3和水,⑥正確。二.非選擇題11．非金屬單質(zhì)A經(jīng)如圖所示的過(guò)程轉(zhuǎn)化為含氧酸D，已知D為強(qiáng)酸，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：eq\x(A)eq\o(→,\s\up10(O2))eq\x(B)eq\o(→,\s\up10(O2))eq\x(C)eq\o(→,\s\up10(H2O))eq\x(D)(1)若A在常溫下為固體，B是能使品紅溶液褪色的有刺激性氣味的無(wú)色氣體。①D的化學(xué)式是________；②在工業(yè)生產(chǎn)中，B氣體的大量排放被雨水吸收后會(huì)形成________而污染環(huán)境。(2)若A在常溫下為氣體，C是紅棕色的氣體。①A、C的化學(xué)式分別是：A________________；C________________。②D的濃溶液在常溫下可與銅反應(yīng)并生成C氣體，請(qǐng)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______________________。該反應(yīng)________(填“屬于”或“不屬于”)氧化還原反應(yīng)。[解析](1)若B是能使品紅溶液褪色的有刺激性氣味的無(wú)色氣體，則B是SO2，C是SO3，D是H2SO4；若大量排放SO2，則會(huì)形成酸雨。(2)若C是紅棕色氣體，則C為NO2，B為NO，A為N2，D為HNO3，濃硝酸可與Cu反應(yīng)：4HNO3(濃)＋Cu=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。此反應(yīng)有元素化合價(jià)升降變化，屬于氧化還原反應(yīng)。[答案](1)①H2SO4②酸雨(2)①N2NO2②Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O屬于12．(素養(yǎng)題)為了探究幾種氣態(tài)氧化物的性質(zhì)，某同學(xué)設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)。用三只集氣瓶收集二氧化硫、二氧化氮?dú)怏w，倒置在水槽中。然后，分別緩慢通入適量氧氣或氯氣，如圖所示。一段時(shí)間，A、B裝置中集氣瓶充滿溶液，C裝置中集氣瓶里還有氣體。ABC(1)如果裝置A中通入氧氣恰好使液體充滿集氣瓶，假設(shè)瓶?jī)?nèi)液體不向外擴(kuò)散。①寫出總反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________________；該實(shí)驗(yàn)對(duì)工業(yè)上生產(chǎn)硝酸的啟示是______________________。②假設(shè)實(shí)驗(yàn)條件下，氣體摩爾體積為aL·mol－1，計(jì)算集氣瓶里溶液的物質(zhì)的量濃度為_(kāi)________。(2)實(shí)驗(yàn)前在C水槽里滴加幾滴紫色石蕊溶液，通入氧氣后，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可能為_(kāi)_________________________________；發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)______________________________；C裝置實(shí)驗(yàn)可以探究酸雨變化過(guò)程。(3)溶液充滿集氣瓶后，在B水槽里滴加硝酸鋇溶液，可能觀察到的現(xiàn)象為_(kāi)_________________________________；寫出有關(guān)離子方程式：__________________________________。證明B水槽反應(yīng)后溶液里有氯離子的操作方法是___________________。[解析](1)①A裝置中集氣瓶里發(fā)生的反應(yīng)有：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO、2NO＋O2=2NO2，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。工業(yè)上，利用二氧化氮與水反應(yīng)制硝酸，為了充分利用原料，防止排放大氣污染物NO，應(yīng)向吸收器中通入足量空氣，使氮元素全部轉(zhuǎn)化成硝酸。②設(shè)A裝置中集氣瓶體積為VL，二氧化氮?dú)怏w體積為VL，n(NO2)＝eq\f(VL,aL·mol－1)＝eq\f(V,a)mol，最后充滿液體，HNO3溶液體積為VL，c(HNO3)＝eq\f(\f(V,a)mol,VL)＝eq\f(1,a)mol·L－1。(2)二氧化硫溶于水生成亞硫酸，亞硫酸是中強(qiáng)酸，通入氧氣反應(yīng)后，生成硫酸(強(qiáng)酸)，溶液紅色變深。(3)氯氣在水中將二氧化硫氧化成硫酸，檢驗(yàn)氯離子前要除去SOeq\o\al(2－,4)。[答案](1)①4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3在吸收器里充入足量空氣②eq\f(1,a)mol·L－1(2)紅色由淺變深2SO2＋O2＋2H2O=2H2SO4(3)出現(xiàn)白色沉淀Cl2＋SO2＋2H2O=2Cl－＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋、Ba2＋＋SOeq\o\al(2－,4)=BaSO4↓取少量反應(yīng)后的溶液于試管中，向試管里加入過(guò)量的硝酸鋇溶液，待沉淀完全后，靜置，取上層清液滴加硝酸銀溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，則說(shuō)明原溶液中含有Cl－13．小組乙用下列裝置組裝制備無(wú)水FeCl3的裝置：已知FeCl3易潮解。(1)A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)______________________。(2)裝置接口的連接順序?yàn)開(kāi)_______(用a、b、c……i表示)；實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先點(diǎn)燃________(填“A”或“C”)處酒精燈。(3)裝置B的作用是______________________________。(4)如果拆去E和F裝置，可能的后果是_______________________。[解析](1)A中MnO2與濃鹽酸在加熱條件下反應(yīng)生成MnCl2、Cl2和H2O，反應(yīng)的離子方程式為MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理可知，裝置接口的連接順序?yàn)椋篴→hi→fg→de→bc。裝置中有空氣，加熱條件下氧氣能與Fe反應(yīng)，應(yīng)先用氯氣排盡裝置中的空氣，故實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先點(diǎn)燃A處酒精燈。(3)裝置B中堿石灰的作用：一方面，可吸收沒(méi)有反應(yīng)完的氯氣，以防污染空氣；另一方面，可防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入裝置D使生成的FeCl3潮解。(4)如果拆去E和F裝置，可能會(huì)發(fā)生反應(yīng)Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑，在C中加熱氫氣與氯氣的混合氣體，易發(fā)生爆炸。[答案](1)MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O(2)a→hi→fg→de→bc(c可不寫)A(3)防止反應(yīng)結(jié)束后空氣中的水蒸氣進(jìn)入裝置D中使無(wú)水FeCl3潮解；吸收尾氣，防止氯氣污染空氣(4)發(fā)生反應(yīng)Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑，在C中加熱氫氣與氯氣的混合氣體，易發(fā)生爆炸14．亞硝酸鈉(NaNO2)是工業(yè)鹽的主要成分，在漂白、電鍍等方面應(yīng)用廣泛。已知：室溫下，2NO＋Na2O2=2NaNO2，以木炭、濃硝酸、Na2O2為主要原料制備亞硝酸鈉的裝置如圖所示。(加熱裝置及部分夾持裝置已略去)回答下列問(wèn)題：(1)A裝置中反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________。(2)B裝置的作用是______________________。(3)充分反應(yīng)后，C中生成的固體除NaNO2外，還可能生成________(填化學(xué)式)，為避免雜質(zhì)的生成，應(yīng)在B、C之間加一個(gè)裝置，該裝置和所盛放試劑的名稱分別是________。(4)D裝置用于尾氣處理，寫出D中反應(yīng)的離子方程式：_____________________________________。[解析](1)A裝置中濃硝酸與木炭發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)方程式為C＋4HNO3(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。(2)將A裝置中產(chǎn)生的NO2通入水中，發(fā)生反應(yīng)：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，所以B裝置的作用是將NO2轉(zhuǎn)化為NO。(3)B中出來(lái)的NO氣體中可能會(huì)混有CO2、水蒸氣，分別與Na2O2反應(yīng)生成Na2CO3、NaOH，所以C中生成的固體除NaNO2外，還可能生成Na2CO3、NaOH；為避免雜質(zhì)的生成，可以在B、C之間加一個(gè)干燥管(或U形管)，所盛放的試劑應(yīng)該為堿石灰，用于吸收混合氣體中的CO2和水蒸氣。(4)D裝置中盛放的是酸性KMnO4溶液，用于尾氣處理，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒可得D裝置中反應(yīng)的離子方程式為5NO＋3MnOeq\o\al(－,4)＋4H＋=5NOeq\o\al(－,3)＋3Mn2＋＋2H2O。[答案](1)C＋4HNO3(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O(2)將NO2轉(zhuǎn)化為NO(3)Na2CO3、NaOH干燥管、堿石灰(4)5NO＋3MnOeq\o\al(－,4)＋4H＋=5NOeq\o\al(－,3)＋3Mn2＋＋2H2O15．將6.4g銅加入50mLamol·L－1的