2022年高考化学一轮复习 第4章 第24讲 氮及其化合物的转化
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1、第第 24 讲讲 氮及其化合物的转化氮及其化合物的转化 复习目标 1.了解氮及其化合物的转化关系。 2.了解 NOx与 H2O、 金属与 HNO3的相关计算。 3.了解其他含氮化合物的性质。 考点一考点一 氮及其化合物的相互转化氮及其化合物的相互转化 1氮在自然界中的循环 2含氮元素物质之间的转化关系 (1)歧化同一物质中某元素的化合价在同一反应中既升高又降低。 如:3NO2H2O=2HNO3NO 2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O (2)归中不同物质中同一元素的不同化合价在同一反应中只靠拢。 如:6NO4NH3= 5N26H2O NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O 3氮元素
2、的“价类二维图” 氮元素有多种可变化合价,物质的种类较多,在复习时要从物质类别和价态变化理解这些物 质之间的转化关系。 题组一 氮在自然界中的循环 1 氮元素在海洋中的循环是整个海洋生态系统的基础和关键。 海洋中无机氮的循环过程可用 下图表示。下列关于海洋氮循环的说法正确的是( ) A海洋中的氮循环起始于氮的氧化 B海洋中的氮循环属于固氮作用的是 C海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与 D向海洋中排放含 NO 3的废水会影响海洋中 NH 4的含量 答案 D 解析 A 项,海洋中的氮循环起始于氮的还原,错误;B 项,海洋中的氮循环属于固氮作用 的是,错误;C 项,反硝化作用是氮元素化合价降低的过程
3、,反硝化细菌在氧气不足的条 件下还原 N,不一定有氧气参与,错误;D 项,由氮的循环过程可知,硝酸根离子增多,反 硝化作用增强,会进一步影响海洋中 NH 4的含量,正确。 2(2020 河南联考)一定条件下,含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。 回答下列问题: (1)氮的原子结构示意图为_。 (2)图中属于“氮的固定”的是_(填字母,下同);转化过程中发生非氧化还原反应 的是_。 (3)若“反应 h”是在 NO2和 H2O 的作用下实现, 则该反应中氧化产物与还原产物的物质的量 之比为_。 (4)若“反应 i”是在酸性条件下由 NO 3与 Zn 的作用实现,则该反应的离子方程式为 _。 答
4、案 (1) (2)k 和 c a 和 l (3)21 (4)4Zn2NO 310H =4Zn2N 2O5H2O 解析 (3)反应 h 的化学方程式为 3NO2H2O=2HNO3NO,HNO3是氧化产物,NO 是还 原产物,因此氧化产物和还原产物的物质的量之比为 21。 题组二 氮及其化合物转化关系的综合应用 3(2020 济宁模拟)依据下图中氮元素及其化合物的转化关系,判断下列说法不正确的是 ( ) AX 是 N2O5 B可用排空气法收集 NO 气体 C工业上以 NH3、空气、水为原料生产硝酸 D从原理上看,NH3可与 NO2反应实现 NH3N2的转化 答案 B 解析 NO 遇空气中的氧气被氧
5、化为 NO2,不可用排空气法收集 NO 气体,故 B 错误。 4 (2020 哈尔滨三中高三开学考试)合成氨及其衍生工业是化工生产的重要门类, 请结合图示 判断下列说法正确的是( ) A合成氨采用 400500 是为了提高原料转化率和反应速率 B湿润的淀粉-KI 试纸可以鉴别气体 2 和溴蒸气 C在饱和 NaCl 溶液中先通入过量 CO2再通入过量 NH3可得到固体 1 D1 L 气体 1、2 的混合气与 1 L NH3在一定条件下转化为对环境无害的物质,混合气中二 者的体积比为 11 答案 D 解析 由图可知: 气体 1 为 NO, 气体 2 为 NO2, NO2与水反应生成硝酸, 固体 1
6、 为 NaHCO3, NaHCO3受热分解生成的固体 2 为 Na2CO3;1 L NO、NO2的混合气体与 1 L NH3在一定条件 下转化为对环境无害的物质,反应方程式为 2NH3NONO2= 一定条件2N 23H2O,NO、NO2 的体积之比等于化学计量数之比,为 11,故 D 正确。 5如图是氮元素的几种价态与物质类别的对应关系,回答下列问题: (1)写出 N2的一种用途:_。 (2)从 N 元素化合价分析,N2具有氧化性和还原性。各举一例说明(用化学方程式表示) 氧化性: _。 还原性: _。 (3)HNO3与图中的物质 C 常用于检验 Cl 的存在, 则 C 的化学式为_。 (4)
7、实验室制取物质 B 的化学方程式为_。 (5)NO2与水反应生成物质 A 的化学方程式为_ _。 (6)浓硝酸与木炭在加热条件下反应的化学方程式为_。 答案 (1)作保护气、保存粮食(或合成氨、制硝酸等) (2)N23H2 催化剂 高温、高压 2NH3(或 N23Mg= 点燃 Mg3N2) N2O2= 放电或高温 2NO (3)AgNO3 (4)Ca(OH)22NH4Cl= CaCl22NH32H2O (5)3NO2H2O=2HNO3NO (6)4HNO3(浓)C= CO24NO22H2O 考点二考点二 氮氧化物氮氧化物(NOx)、HNO3的相关计算的相关计算 一、NOx与水、氧气反应的理解及
8、有关计算 1关系式法 (1)NO 和 O2的混合气体通入水中 由 2NOO2=2NO2和 3NO2H2O=2HNO3NO 得总反应为 4NO3O22H2O= 4HNO3。 (2)NO2和 O2的混合气体通入水中 由 3NO2H2O=2HNO3NO 和 2NOO2=2NO2得总反应为 4NO2O22H2O= 4HNO3。 (3)NO、NO2和 O2三种混合气体通入水中 先按 3NO2H2O=2HNO3NO 计算出生成 NO 的体积,再加上原来混合气体中 NO 体积, 再按(1)计算。 2电子守恒法 NOx转化为硝酸时失去电子, 如果是 NOx与 O2的混合气体, 则反应中 O2得到的电子数与 N
9、Ox 失去的电子数相等。 4NO2O2和 4NO3O2从组成上均相当于 2N2O5,都与 N2O5H2O=2HNO3等效;当 NO、 NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中 N、O 原子个数比进行分析判断。 二、金属与硝酸反应的计算 1金属与硝酸反应计算的思维流程 2“四法”突破金属与硝酸的计算 原子守恒法 HNO3与金属反应时,一部分 HNO3起酸的作用,以 NO 3的形式存在于溶 液中;一部分作为氧化剂转化为还原产物,这两部分中氮原子的总物质的 量等于反应消耗的 HNO3中氮原子的物质的量 得失电子 守恒法 HNO3与金属的反应属于氧化还原反应,HNO3中氮原子得电子的物质的 量等于
10、金属失电子的物质的量 电荷守恒法 HNO3过量时反应后溶液中(不考虑 OH ),c(NO 3)c(H )nc(Mn)(Mn 代表金属离子) 离子方程 式计算法 金属与 H2SO4、HNO3的混合酸反应时,由于硝酸盐中 NO 3在 H2SO4提供 H 的条件下能继续与金属反应, 因此此类题目应用离子方程式来计算, 先 作过量判断,然后根据完全反应的金属或 H 或 NO 3进行相关计算,且溶 液中要符合电荷守恒 题组一 NOx与 H2O、O2反应的计算 1有一充有 20 mL NO 和 NO2混合气体的试管,倒置于盛有水的水槽中,充分反应后,仍有 12 mL 无色气体,则原混合气体中 NO 和 N
11、O2的体积之比为(气体体积均在相同状况下测 得)( ) A23 B32 C14 D41 答案 A 解析 二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,一氧化氮和水不反应,所以,剩余的气体为 一氧化氮,设混合气体中二氧化氮的体积为 V,则: 3NO2H2O=2HNO3NO 气体体积减少 3 1 2 V 20 mL12 mL8 mL 所以 V38 mL 2 12 mL,即二氧化氮的体积为 12 mL,则原混合气体中一氧化氮的体积为 20 mL12 mL8 mL,则原混合气体中 NO 和 NO2的体积之比为 8 mL12 mL23。 2(2020 贵阳模拟)同温同压下,在 3 支相同体积的试管中分别充有等体积
12、混合的 2 种气体, 它们是NO 和 NO2,NO2和 O2,NH3和 N2。将 3 支试管均倒置于盛水的水槽中,充分 反应后,试管中剩余气体的体积分别为 V1、V2、V3,则下列的关系正确的是( ) AV1V2V3 BV1V3V2 CV2V3V1 DV3V1V2 答案 B 解析 设各种气体的体积都为 1。根据 3NO2H2O=2HNO3NO,即剩余 NO 的体积 V1 11 3。根据 4NO2O22H2O=4HNO3,即剩余 O2 的体积 V211 4。剩余 N2 的体 积 V31,即 B 项符合题意。 3将盛有 12 mL NO2和 O2的混合气体的量筒倒立于水槽中,充分反应后,还剩余 2
13、 mL 无 色气体。 (1)若剩余的气体是_,则 NO2、O2的体积分别是_。 (2)若剩余的气体是_,则 NO2、O2的体积分别是_。 答案 (1)O2 8 mL、4 mL (2)NO 10.8 mL、1.2 mL 解析 解题依据的化学方程式: 4NO2O22H2O=4HNO3; 3NO2H2O=2HNO3NO。 设 O2的体积为 x,剩余的气体有两种可能: (1)若剩余 O2,则 V剩x1 4(12 mLx)2 mL, 解得 x4 mL,则 NO2体积是 8 mL; (2)若剩余 NO,则 V剩1 3(12 mLx)4x2 mL, 解得 x1.2 mL,则 NO2体积是 10.8 mL。
14、题组二 金属与硝酸反应的计算 4(2020 湖北鄂东南市级示范高中学校联考)铜和镁的合金 4.6 g 完全溶于浓硝酸,若反应中 硝酸被还原只产生 4 480 mL 的 NO2气体和 336 mL 的 N2O4气体(都已折算成标准状况), 在反 应后的溶液中,加入足量的氢氧化钠溶液,生成沉淀的质量为( ) A9.02 g B8.51 g C8.26 g D7.04 g 答案 B 解析 最终生成的沉淀是氢氧化镁和氢氧化铜,所以沉淀增加的质量就是和金属阳离子结合 的 OH 的质量。 由于金属阳离子结合的 OH的物质的量就是金属失去电子的物质的量, 所以 根据得失电子守恒可知,金属失去电子的物质的量是
15、 4.48 L 22.4 L mol 1 0.336 L 22.4 L mol 120.23 mol, 所以和金属阳离子结合的OH 的物质的量也是0.23 mol, 质量是3.91 g, 则沉淀的质量是8.51 g, B 项正确。 5(2020 河南洛阳模拟)有稀硫酸和稀硝酸的混合溶液 200 mL,平均分成两份。向其中一份 中逐渐加入铜粉,最多溶解 9.6 g。向另一份中逐渐加入铁粉,产生气体的体积随铁粉质量增 加的变化如图所示,且每一阶段只对应一个反应(已知硝酸只被还原为 NO 气体)。下列分析 或结果错误的是( ) A原混合酸中 NO 3的物质的量为 0.1 mol BOA 段产生的是
16、NO,AB 段的反应为 Fe2Fe3 =3Fe2,BC 段产生 H 2 C第二份溶液中最终溶质为 FeSO4 DH2SO4浓度为 2.5 mol L 1 答案 A 解析 铁粉既能与硝酸反应也能与硫酸反应,题图中,OA 段产生的是 NO,反应为 FeNO 3 4H =Fe3NO2H 2O;AB 段的反应为 Fe2Fe 3=3Fe2;BC 段产生的是 H 2,反 应为 Fe2H =Fe2H 2。 根据 OA 段发生反应的离子方程式可知第二份溶液中 NO 3的物 质的量为 5.6 g 56 g mol 10.1 mol,则原混合酸中 NO 3的物质的量为 0.2 mol。第二份溶液中最终 溶质为 F
17、eSO4,此时参加反应的铁的质量是 14.0 g,物质的量为 0.25 mol,FeSO4中 n(Fe2 ) n(SO2 4)11,故 n(H2SO4)n(Fe)0.25 mol,原混合酸中 H2SO4浓度为0.25 mol 0.1 L 2.5 mol L 1。综上所述,A 项符合题意。 1(2018 全国卷,8)研究表明,氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关(如下 图所示)。下列叙述错误的是( ) A雾和霾的分散剂相同 B雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵 CNH3是形成无机颗粒物的催化剂 D雾霾的形成与过度施用氮肥有关 答案 C 解析 NH3参与反应生成铵盐,是反应物,不是催化剂,C 项错
18、误;雾和霾的分散剂都是空 气,A 项正确;雾霾中的无机颗粒物含有硝酸铵和硫酸铵,B 项正确;过度施用氮肥会增加 大气中氨的含量,D 项正确。 2(2018 海南,2)某工业废气所含氮氧化物(NOx)的氮氧质量比约为 74,该 NOx可表示为 ( ) AN2O BNO CN2O3 DNO2 答案 A 解析 nN nO 7 14 4 16 2 1,故 NOx 可表示为 N2O。 1(2020 广州高三调研测试)下列关于自然界中氮循环的说法错误的是( ) A氮肥均含有 NH 4 B雷电作用固氮中氮元素被氧化 C碳、氢、氧三种元素参与了自然界中氮循环 D合成氨工业的产品可用于侯氏制碱法制备纯碱 答案
19、A 解析 氮肥是含氮元素的肥料,尿素CO(NH2)2和 KNO3中不含 NH 4,A 项错误;雷电作用 固氮发生反应:N2O2= 放电 2NO,氮元素被氧化,B 项正确;由硝酸盐制造蛋白质、动物摄 食蛋白质、由动物排泄物及遗体得到氨或铵盐,这些过程中碳、氢、氧三种元素参与了自然 界中氮循环,C 项正确;侯氏制碱法的反应原理:NaClH2OCO2NH3=NaHCO3 NH4Cl,2NaHCO3= Na2CO3H2OCO2,氨气作为原料气,D 项正确。 2关于氮的变化关系图如图: 则下列说法不正确的是( ) A路线是工业生产硝酸的主要途径 B路线、是雷电固氮生成硝酸的主要途径 C上述所有反应都是氧
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- 2022年高考化学一轮复习 第4章 第24讲氮及其化合物的转化 2022 年高 化学 一轮 复习 24 及其 化合物 转化
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