◇ 江蘇 劉 芬

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“氮及其化合物”考點(diǎn)透析

◇ 江蘇 劉 芬

“氮及其化合物”是元素化合物知識(shí)的重要組成部分,這部分內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)多,又是化學(xué)實(shí)驗(yàn)、無(wú)機(jī)推斷的基礎(chǔ),因此是高考的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一,主要考查硝酸的強(qiáng)氧化性,氨氣的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)室制法及相關(guān)探究性實(shí)驗(yàn),硝酸與金屬反應(yīng)的相關(guān)計(jì)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(guò)加熱的三氧化二鉻,充分反應(yīng)后,再通過(guò)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(shè)氨全部被氧化;氣體體積均已換算成標(biāo)準(zhǔn)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(fā)生的反應(yīng)有4NH3+5O2=4NO+6H2O, 4NO+2H2O+3O2=4HNO3,當(dāng)剩余氣體為O2時(shí)，設(shè)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(yīng)，則x體積氨氣消耗5x/4體積O2，同時(shí)生成x體積NO，生成的NO又完全反應(yīng)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(dāng)剩余的氣體為NO時(shí)，則氧氣、氨氣完全反應(yīng)，剩余的44.8 mL為NO. 設(shè)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(yīng)消耗氧氣體積為5x/4，同時(shí)生成x體積NO，其中轉(zhuǎn)化成硝酸的NO體積為x-44.8 mL，此過(guò)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(dǎo)無(wú)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(yīng)的實(shí)質(zhì)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(guān)系式為

4NO+3O2+2H2O=4HNO3．

2) 若NO2和O2通入水中,總關(guān)系式為

4NO2+O2+2H2O=4HNO3．

2 硝酸的性質(zhì)及應(yīng)用

圖1

例2研究發(fā)現(xiàn),硝酸越稀,還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)越低．某同學(xué)取適量的鐵鋁合金與足量很稀的硝酸充分反應(yīng),沒(méi)有氣體放出．向反應(yīng)結(jié)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(chǎn)生沉淀的物質(zhì)的量的關(guān)系如圖1所示．下列說(shuō)法不正確的是( ).

AOC段離子反應(yīng)方程式:H++OH-=H2O;

B 溶液中結(jié)合OH-能力最強(qiáng)的離子是H+,最弱的離子是Al3+;

D 欲測(cè)定F點(diǎn)沉淀的質(zhì)量,實(shí)驗(yàn)步驟是:過(guò)濾、洗滌、干燥、稱量

解題指導(dǎo)1)硝酸與金屬反應(yīng)的復(fù)雜性.

硝酸具有強(qiáng)氧化性,能與金屬活動(dòng)性順序表中除Pt、Au以外的所有金屬反應(yīng).無(wú)論濃硝酸還是稀硝酸與金屬反應(yīng)時(shí),都不產(chǎn)生氫氣;金屬被氧化到哪種價(jià)態(tài)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(dòng)性．對(duì)同一種金屬來(lái)說(shuō),酸越稀,則被還原的程度越大.由于反應(yīng)復(fù)雜,往往同時(shí)生成多種還原產(chǎn)物．通常,濃硝酸被還原為NO2,稀硝酸被還原為NO;當(dāng)活潑的金屬(如Mg、Zn等)與很稀的硝酸反應(yīng)時(shí),在酸性溶液中形成銨鹽．

2) 守恒法突破金屬與硝酸反應(yīng)的計(jì)算題.

圖2

3 氨和銨鹽

氨和銨鹽的性質(zhì)及應(yīng)用是基礎(chǔ),氨氣的實(shí)驗(yàn)室制法是實(shí)驗(yàn)部分的基礎(chǔ),噴泉實(shí)驗(yàn)的考查是理綜的重要組成部分,有時(shí)會(huì)與NH3和氨的氧化物結(jié)合考查它們的性質(zhì)及制備等．

例3Ⅰ. 氨氣是一種重要的工業(yè)產(chǎn)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(zhì),某學(xué)習(xí)小組進(jìn)行了下面的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng):

(1) 實(shí)驗(yàn)室中制備氨氣的原料往往采用熟石灰與氯化銨,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為(注明反應(yīng)條件)____．

圖3

(2) 實(shí)驗(yàn)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(xué)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(jié)論,其中不正確的是(選填字母序號(hào))________．

A 氨水中的NH3·H2O分解;

B 氨水中存在可逆反應(yīng):NH3·H2O晶體使該反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行;

C 該方法與銨鹽、熟石灰制備氨氣的反應(yīng)原理相同;

D NaOH溶于水放出熱量,使NH3·H2O分解

② 乙同學(xué)取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34%、密度為0.89 g·cm-3的濃氨水10 mL,用過(guò)量的NaOH與之反應(yīng),然后用500 mL的燒瓶收集氨氣,請(qǐng)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀況下最多可收集滿____個(gè)500 mL的燒瓶．

Ⅱ. 某化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)利用圖4實(shí)驗(yàn)裝置制備氨氣,并探究氨氣的性質(zhì)(部分儀器已略去)．請(qǐng)回答:

圖4

(1) 用裝置B收集氨氣時(shí),應(yīng)選擇氨氣的進(jìn)氣口是______(選填“a”或“b”),說(shuō)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?jī)?nèi)產(chǎn)生了紅色噴泉,則說(shuō)明氨氣具有的性質(zhì)是________．

(3) 為防止環(huán)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(dǎo)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(shuō)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(huì)發(fā)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(yīng)生成堿. (3) B、D.

解題指導(dǎo)

1)中學(xué)化學(xué)中常見的能形成噴泉實(shí)驗(yàn)的氣體和吸收劑如表1.

表1

2)實(shí)驗(yàn)室制取少量NH3的2種簡(jiǎn)易方法.

a) 加熱濃氨水.

裝置:見圖5-甲．

b) 濃氨水中加固態(tài)堿性物質(zhì).

圖5

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

裝置:見圖5-乙．

江蘇省阜寧縣實(shí)驗(yàn)高級(jí)中學(xué))