“氮及其化合物”考点透析

◇ 江苏 刘 芬



“氮及其化合物”考点透析

◇ 江苏 刘 芬

“氮及其化合物”是元素化合物知识的重要组成部分,这部分内容知识点多,又是化学实验、无机推断的基础,因此是高考的热点和难点之一,主要考查硝酸的强氧化性,氨气的性质、实验室制法及相关探究性实验,硝酸与金属反应的相关计算,大气污染等．

1 氮及其氧化物

例1(2015年上海卷)将O2和NH3的混合气体448 mL通过加热的三氧化二铬,充分反应后,再通过足量的水,最终收集到44.8 mL气体．原混合气体中O2的体积可能是(假设氨全部被氧化;气体体积均已换算成标准状况)( )[多选]

A 231.5 mL; B 268.8 mL;

C 287.5 mL; D 313.6 mL

解析最终收集到的气体可能为O2，也可能为NO，发生的反应有4NH3+5O2=4NO+6H2O, 4NO+2H2O+3O2=4HNO3,当剩余气体为O2时，设O2总体积为y，氨气总体积为x，则x+y=448 mL. 由于氨气完全反应，则x体积氨气消耗5x/4体积O2，同时生成x体积NO，生成的NO又完全反应消耗3x/4体积的O2，则5x/4+3x/4+44.8 mL=y.综上解得y=313.6 mL，即氧气体积为313.6 mL；当剩余的气体为NO时，则氧气、氨气完全反应，剩余的44.8 mL为NO. 设原混合气体中氨气体积为x、氧气体积为y，则有x+y=448 mL，氨气完全反应消耗氧气体积为5x/4，同时生成x体积NO，其中转化成硝酸的NO体积为x-44.8 mL，此过程中消耗氧气体积为(x-44.8 mL)×3/4，消耗氧气总体积为5x/4+(x-44.8mL)×3/4=y.综上可得 y=287.5 mL，即氧气的总体积为287.5 mL，因此答案为C、D．

解题指导无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的2种或3种混合气体,反应的实质是3NO2+H2O=2HNO3+NO,2NO+O2=2NO2,故若有气体剩余只能是NO或O2,不可能是NO2．

1) 若NO和O2通入水中,总关系式为

4NO+3O2+2H2O=4HNO3．

2) 若NO2和O2通入水中,总关系式为

4NO2+O2+2H2O=4HNO3．

2 硝酸的性质及应用

图1

例2研究发现,硝酸越稀,还原产物中氮元素的化合价越低．某同学取适量的铁铝合金与足量很稀的硝酸充分反应,没有气体放出．向反应结束后的溶液中,逐滴加入4 mol·L-1NaOH溶液,所加NaOH溶液的体积与产生沉淀的物质的量的关系如图1所示．下列说法不正确的是( ).

AOC段离子反应方程式:H++OH-=H2O;

B 溶液中结合OH-能力最强的离子是H+,最弱的离子是Al3+;

D 欲测定F点沉淀的质量,实验步骤是:过滤、洗涤、干燥、称量

解题指导1)硝酸与金属反应的复杂性.

硝酸具有强氧化性,能与金属活动性顺序表中除Pt、Au以外的所有金属反应.无论浓硝酸还是稀硝酸与金属反应时,都不产生氢气;金属被氧化到哪种价态和硝酸被还原的程度主要取决于硝酸的浓度和金属的活动性．对同一种金属来说,酸越稀,则被还原的程度越大.由于反应复杂,往往同时生成多种还原产物．通常,浓硝酸被还原为NO2,稀硝酸被还原为NO;当活泼的金属(如Mg、Zn等)与很稀的硝酸反应时,在酸性溶液中形成铵盐．

2) 守恒法突破金属与硝酸反应的计算题.

图2

3 氨和铵盐

氨和铵盐的性质及应用是基础,氨气的实验室制法是实验部分的基础,喷泉实验的考查是理综的重要组成部分,有时会与NH3和氨的氧化物结合考查它们的性质及制备等．

例3Ⅰ. 氨气是一种重要的工业产品,也是一种重要的化工原料．为研究氨气的制备及氨气的性质,某学习小组进行了下面的实验探究活动:

(1) 实验室中制备氨气的原料往往采用熟石灰与氯化铵,该反应的化学方程式为(注明反应条件)____．

图3

(2) 实验室中还可以采用如图3装置(夹持仪器已略)和方法快速制备氨气:

① 甲同学不明白该方法制备氨气的原理,于是小组成员展开了讨论,得出了以下结论,其中不正确的是(选填字母序号)________．

A 氨水中的NH3·H2O分解;

B 氨水中存在可逆反应:NH3·H2O晶体使该反应向逆反应方向进行;

C 该方法与铵盐、熟石灰制备氨气的反应原理相同;

D NaOH溶于水放出热量,使NH3·H2O分解

② 乙同学取质量分数为34%、密度为0.89 g·cm-3的浓氨水10 mL,用过量的NaOH与之反应,然后用500 mL的烧瓶收集氨气,请计算标准状况下最多可收集满____个500 mL的烧瓶．

Ⅱ. 某化学实验小组同学利用图4实验装置制备氨气,并探究氨气的性质(部分仪器已略去)．请回答:

图4

(1) 用装置B收集氨气时,应选择氨气的进气口是______(选填“a”或“b”),说明选择的理由是______．

(2) 打开装置B中的止水夹c,若观察到烧瓶内产生了红色喷泉,则说明氨气具有的性质是________．

(3) 为防止环境污染,以下装置(盛放的液体均为水)可用于吸收多余氨气的是________(填字母)．

Ⅱ. (1) 氨气比空气的密度小,可用向下排空气法收集,导气管要伸入烧瓶底部．(2)能形成喷泉,证明氨气极易溶于水,酚酞变红,说明氨气的水溶液显碱性．(3) A不利于氨气的吸收,B、D能防止倒吸,C会发生倒吸．

Ⅱ. (1) a； 氨气密度比空气密度小. (2) 极易溶于水, 与水反应生成碱. (3) B、D.

解题指导

1)中学化学中常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂如表1.

表1

2)实验室制取少量NH3的2种简易方法.

a) 加热浓氨水.

装置:见图5-甲．

b) 浓氨水中加固态碱性物质.

图5

反应原理:浓氨水中存在以下平衡:NH3+H2ONH3·H2O,加入固态碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等),消耗水且使c(OH-)增大,使平衡逆向移动,且反应放热,促进NH3·H2O的分解．

装置:见图5-乙．

江苏省阜宁县实验高级中学)