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第18讲 氮及其氧化物 氨和铵盐
第四章
2024
内容索引
01
02
03
考点一 氮及其氧化物
考点二 氨和铵盐
真题演练 角度拓展
复习目标
1了解氮及其氧化物的主要性质和用途;掌握氨的实验室制取原理及方法。
2了解氮氧化物对环境的影响及防治。
考点一 氮及其氧化物
必备知识 自主预诊
1.自然界中氮的存在及固定
2.氮气
(1)物理性质
颜色、状态 气味 密度 溶解性
无色气态 无味 密度比空气略小 难溶于水
(2)化学性质
写出相关反应的化学方程式:
3.氮的氧化物
(1)两种重要氧化物的比较
氮的氧化物 NO NO2
物理性质 无色、不溶于水的气体 红棕色、有刺激性气味的气体,易液化,易溶于水
化学性质 与O2反应 2NO+O2===2NO2 不能用排空气法收集NO 不反应
与H2O反应 不反应 3NO2+H2O===2HNO3+NO
制 法 试剂 Cu与稀硝酸反应 Cu与浓硝酸反应
收集 通常用排水法收集 通常用向上排空气法收集
(2)氮氧化物的污染
易错辨析
(1)在高温条件下,N2与足量O2可直接化合生成NO2。( × )
(2)NO2与水反应生成HNO3,则NO2是酸性氧化物。( × )
(3)将NO2通入FeSO4溶液中,再滴加KSCN溶液,溶液变成红色。( √ )
(4)密闭容器中2 mol NO和1 mol O2充分反应,所得产物的分子数为2NA。( × )
关键能力 考向突破
考向1 含氮化合物的污染及治理
例1.(2023福建宁德期末)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,是大气的重要污染源之一。用Ca(ClO)2溶液对烟气[n(SO2)∶n(NO)=3∶2]同时脱硫脱硝
A.SO2和NOx都会形成酸雨,NOx还会形成光化学烟雾
B.随着脱除反应的进行,吸收溶液的pH逐渐减小
C.SO2脱除率高于NO的原因可能是SO2在水中的溶解度大于NO
D.依据图中信息,在80 min时,吸收液中n( )∶n(Cl-)=2∶3
答案 D
解析 SO2和NOx分别可以形成硫酸型酸雨和硝酸型酸雨,光化学烟雾是氮的氧化物在太阳紫外线的照射下产生的一种二次污染物,A正确;脱除反应
反应生成大量H+,溶液pH减小,B正确;根据SO2和NO气体在水中的溶解度:SO2>NO,SO2比NO更易溶于水,SO2更容易发生反应,C正确;根据已知n(SO2)∶n(NO)=3∶2,假设SO2为3 mol,则NO为2 mol,依据图中信息及离子方程式中的比例关系得:在80 min时,NO脱除率为40%,即反应的NO为2
考向2 氮氧化物与O2、H2O反应的计算
例2.相同条件下,四个等容积的干燥圆底烧瓶中分别充满气体进行喷泉实验,经充分反应后,瓶内溶液的物质的量浓度关系正确的是( )
A.①=②=③=④ B.①>③>②>④
C.①=②>③=④ D.①>②>③=④
答案 C
归纳总结
1.氮氧化物(NOx)的常用处理方法
2.氮氧化物(NOx)与O2、H2O反应的计算
(1)关系式法
类型 反应分析 分析结果
①NO和O2的混合气体通入水中 4NO+3O2+2H2O===4HNO3
②NO2和O2的混合气体通入水中 4NO2+O2+2H2O===4HNO3
③NO、NO2和O2的混合气体通入水中 先按3NO2+H2O===2HNO3+NO计算出生成NO的体积,再加上原来混合气体中NO的体积,再按①计算 (2)电子守恒法
氮氧化物(NOx)转化为HNO3时失去电子,若为NOx与O2的混合气体,则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。
对点训练
1.汽车尾气中的NOx、CO、碳氢化合物通过排气系统的净化装置(催化剂主要由Rh、Pd、Pt等物质和稀土材料组成)转化为无害气体,净化原理如下。下列分析不正确的是( )
A.催化剂能提高反应速率
B.NOx、CO均发生了氧化反应
C.CO转化为CO2时,CeO2转化为CeO2-m
D.催化剂对化学反应有选择性
答案 B
解析 催化剂能降低反应的活化能,从而加快反应速率,A正确;NOx中氮元素化合价降低到0价,发生还原反应,CO中碳元素化合价升高到+4价,发生氧化反应,B错误;CO转化为CO2时,碳元素化合价升高失电子,则CeO2反应时应得电子化合价降低转化为CeO2-m,C正确;催化剂对特定反应具有催化作用,故催化剂对化学反应有选择性,D正确。
2.(2023重庆第三次诊断)如图所示,试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物),当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内水面上升,但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,可以观察到试管中液面继续上升,经过多次重复后,试管内完全被液体充满,原来试管中盛装的( )
A.可能是N2与NO2的混合气体
B.只能是NO2一种气体
C.可能是N2与NO的混合气体
D.可能是O2与NO2的混合气体
答案 D
解析 N2与水不反应也不溶于水,在有O2的条件下N2也不与水反应,则通入O2后试管内不能完全被液体充满,A、C不符合题意;O2与NO2可在溶液中发生反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3,若试管内只有NO2气体,通入一定量O2后能完全被液体充满,但如果试管中是NO和NO2的混合气体,通入一定量O2后也能被液体充满,B不符合题意;O2与NO2的混合气体可在水中发生反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3,则通入适量O2后试管内能完全被液体充满,D符合题意。
考点二 氨和铵盐
必备知识 自主预诊
1.氨
(1)分子结构与物理性质
电子式 密度 气味 水溶性 沸点
比空气小 强烈刺激性气味 极易溶于水(1∶700) 较低,易液化
(2)化学性质
2.铵盐
(1)物理性质
铵盐一般是白色固体,绝大多数铵盐易溶于水。
(2)化学性质
两个关键点:①碱液浓度要大;②必须加热
3.氨的实验室制法
(1)反应原理
实验室中常加热NH4Cl和Ca(OH)2固体混合物来制取NH3,化学方程式为
(2)实验装置
(3)过程分析
易错辨析
(1)液氨汽化时要吸收大量的热,故常用液氨作制冷剂。( √ )
(2)除去氨中的H2O(g),可将混合气体通过盛有P2O5的干燥管。( × )
(3)向某溶液中滴加NaOH稀溶液,用湿润的红色石蕊试纸检验,未变蓝色,故
(4)加热分别盛有碘、NH4Cl固体的两支试管,试管口都有固体凝结,二者的原理相同。( × )
关键能力 考向突破
考向1 氨和铵盐的性质及应用
例1.下列关于氨的说法不正确的是( )
A.NH3易液化、易溶于水均与氢键的形成有关
C.将图中盛有NH3和HCl的集气瓶位置互换,更有利于二者的反应
D.加热NH4Cl固体,将产生气体通过碱石灰除去HCl,可获得纯净的NH3
答案 D
解析 氨分子能形成分子间氢键,沸点较高易液化,氨分子和水分子间能形成氢键,氨极易溶于水,A正确;氨极易溶于水,部分与水反应生成NH3·H2O,
B正确;HCl的密度大于NH3的密度,将题中盛有NH3和HCl的集气瓶位置互换,更有利于二者充分反应,C正确;加热NH4Cl固体,产生的NH3和HCl遇冷又会化合生成NH4Cl固体,不能用于制取NH3,D错误。
考向2 氨的制取及性质实验探究
例2.(2023福建泉州模拟)用如图所示装置进行NH3与CuO反应的实验。下列说法错误的是( )
A.加入药品前要检验装置的气密性
B.a中药品为氯化铵固体
C.b中固体变红,可能有Cu2O生成
D.c中能收集到氨水,d中可收集到N2
实验解读各部分实验装置分析如下:
装置a 用于制取NH3,装置特点是“固+固 气体”,选用NH4Cl和Ca(OH)2固体
装置b 探究NH3与CuO的反应,从价态角度看,NH3具有还原性,CuO具有氧化性
装置c 冰水提供低温环境,用于液化并收集NH3、H2O(g)等
装置d 用排水法收集气体,NH3易溶于水,N2难溶于水
答案 B
解析 装置中制备氨气并作为反应物,加入药品前要检验装置的气密性,A正确;a中试剂可能是NH4Cl和Ca(OH)2固体,不能是NH4Cl固体,B错误;b中固体变红,氨与CuO发生氧化还原反应,Cu2O中铜元素为+1价,故可能有Cu2O生成,C正确;c中过量NH3和水反应形成NH3·H2O,冷凝后能在冰水浴处收集到氨水,发生氧化还原反应时氨中氮元素化合价升高,d中可收集到N2,D正确。
归纳总结
实验室制取NH3的其他方法
方法 化学方程式(或原理) 气体发生装置
加热 浓氨水 化学方程式为NH3·H2O NH3↑+H2O
方法 化学方程式(或原理) 气体发生装置
浓氨水+ NaOH固体 NaOH固体溶于水放热,促使NH3·H2O分解,且OH-浓度的增大有利于NH3的生成
浓氨水+ CaO固体 CaO与水反应,使溶剂(水)减少;反应放热,促使NH3·H2O分解,化学方程式为NH3·H2O+CaO===NH3↑+Ca(OH)2 对点训练
1.用下图装置(夹持装置已略去)进行NH3的制备及性质实验。下列说法不正确的是( )
A.甲中制备NH3利用了NH3·H2O的分解反应
B.乙中的集气瓶内a导管短、b导管长
C.若将丙中的CCl4换成苯,仍能防止倒吸
D.向收集好的NH3中通入少量Cl2,可能
观察到白烟
答案 C
解析 将浓氨水滴入碱石灰中,CaO与水反应生成Ca(OH)2的同时放出热量,促使NH3·H2O分解释放出NH3,A正确;集气瓶乙用于收集NH3,由于NH3的密度小于空气,采用向下排空气法收集,故集气瓶内a导管短、b导管长,B正确;苯的密度小于水,将CCl4换成苯,苯在水的上层,导管直接插入水中,不能防止倒吸,C错误;向收集好的NH3中通入少量Cl2,发生反应3Cl2+8NH3===N2+6NH4Cl,生成NH4Cl,因此观察到有白烟生成,D正确。
2.(2023湖北黄石模拟)氮化铬具有极高的硬度和力学强度、优异的抗腐蚀性能和高温稳定性,因而具有广泛的应用前景。实验室制备CrN的反应原
下列说法错误的是( )
A.装置①还可以用于制取O2、Cl2、CO2等气体
B.装置②④中可分别盛装NaOH溶液、KOH固体
C.装置③中也可盛装维生素C,其作用是除去氧气
D.装置⑤中产生的尾气冷却后用水吸收得到纯盐酸
答案 D
解析 装置①可以用H2O2溶液(MnO2作催化剂)制取氧气,用浓盐酸与高锰酸钾制取氯气,用盐酸与碳酸钙制取二氧化碳气体,A正确;装置②中盛放NaOH溶液可以吸收NH3中混有的二氧化碳气体,④中盛放KOH固体可以吸收水分,B正确;装置③中的亚硫酸钠可以除去NH3中混有的氧气,也可盛装维生素C除去氧气,C正确;装置⑤中产生的尾气含有反应生成的HCl,以及未完全反应的NH3,所以冷却后用水吸收得不到纯盐酸,D错误。
真题演练 角度拓展
角度一氮氧化物的性质、污染及防治
1.(2021河北卷,4)硫和氮及其化合物对人类生存和社会发展意义重大,但硫氧化物和氮氧化物造成的环境问题也日益受到关注。下列说法正确的是( )
A.NO2和SO2均为红棕色且有刺激性气味的气体,是酸雨的主要成因
B.汽车尾气中的主要大气污染物为NO、SO2和PM2.5
C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料,实现氮的固定
D.工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除
答案 D
解析 NO2是红棕色且有刺激性气味的气体,SO2是无色有刺激性气味的气体,A错误;汽车尾气的主要大气污染物为C与N的氧化物,如NOx和CO等,B错误;氮的固定是指将游离态的氮元素转化为化合态,植物可吸收土壤中的
作为肥料,不能直接吸收空气中的氮氧化物,C错误;工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除,如加入石灰石或石灰乳均可进行脱硫处理,D正确。
角度拓展
(1)(2022全国甲卷,7B)温室气体是形成酸雨的主要物质。( )
(2)(2020山东卷,2D)大气中NO2参与酸雨形成不涉及氧化还原反应。( )
(3)(2020江苏卷,7B)NO2通入水中制硝酸:2NO2+H2O===2H++ +NO。( )
(4)(2020浙江1月选考,8D)利用催化剂可减少汽车尾气中有害气体的排放。( )
×
×
×
√
角度二氨和铵盐的性质及应用
2.(2020北京卷,14)某同学进行如下实验:
实验 实验步骤 实验现象
Ⅰ 将NH4Cl固体加入试管中,并将湿润的pH试纸置于试管口,试管口略向下倾斜,对试管底部进行加热 试纸颜色变化:黄色→蓝色(pH≈10)→黄色→红色(pH≈2);试管中部有白色固体附着
Ⅱ 将饱和NH4Cl溶液滴在pH试纸上 试纸颜色变化:黄色→橙黄色(pH≈5)
下列说法不正确的是( )
A.根据Ⅰ中试纸变蓝,说明NH4Cl发生了分解反应
B.根据Ⅰ中试纸颜色变化,说明氨气比氯化氢气体扩散速率快
C.Ⅰ中试纸变成红色,是由于NH4Cl水解造成的
D.根据试管中部有白色固体附着,说明不宜用加热NH4Cl的方法制备NH3
答案 C
解析 氯化铵是强酸弱碱盐,其水溶液显酸性,会使湿润的pH试纸变红,氯化铵受热分解生成氯化氢和氨气。根据Ⅰ中试纸变蓝,说明NH4Cl发生了分解反应,A正确;根据Ⅰ中试纸颜色变化,说明氨气比氯化氢气体扩散速率快,B正确;Ⅰ中试纸变成红色,是由于NH4Cl分解产生的氯化氢造成的,C错误;根据试管中部有白色固体附着,说明氯化铵分解产生的氨气和氯化氢在扩散过程中又化合生成氯化铵,则不宜用加热NH4Cl的方法制备NH3,D正确。
角度拓展
(1)(2021海南卷,11D)氨水中存在 ,故NH3·H2O是离子化合物。( )
(2)(2021辽宁卷,4C)将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒相互靠近,有白烟产生。( )
(3)(2021浙江6月选考,10A)应避免铵态氮肥与草木灰混合施用。( )
(4)(2022浙江6月选考,11D)蒸发浓缩硫酸铵和硫酸亚铁(等物质的量)的混合溶液至出现晶膜,静置冷却,析出硫酸亚铁铵晶体。( )
×
×
√
√课时规范练18
一、选择题:每小题只有1个选项符合题意。
1.(2023江苏苏锡常镇四市调研)下列有关氮及其化合物的性质与用途具有对应关系的是( )
A.N2难溶于水,可用作粮食保护气
B.氨水具有碱性,可用于去除烟气中的SO2
C.NO2具有还原性,与N2H4混合可用作火箭推进剂
D.HNO3具有氧化性,可用于生产氮肥NH4NO3
答案:B
解析:氮气用作粮食保护气是因为氮气的化学性质稳定,与氮气的溶解性无关,A错误;氨水呈碱性,可与酸性氧化物反应,故可用于除去烟气中的SO2,B正确;NO2具有氧化性,与N2H4混合反应生成氮气并放热,体现的是NO2的氧化性,C错误;HNO3具有氧化性,但用硝酸与氨气反应生产氮肥NH4NO3体现的是硝酸的酸性,D错误。
2.(2023河北邯郸六校联考)一支盛有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NO2体积比为(气体体积均在相同状况下测得)( )
A.2∶3 B.3∶2
C.1∶4 D.4∶1
答案:A
解析:NO2与水反应生成HNO3和NO,NO与水不反应,则最终剩余的气体为NO。设混合气体中二氧化氮的体积为V,则:
3NO2+H2O2HNO3+NO 气体体积减少的量
3 1 2
V 20 mL-12 mL=8 mL
则有V==12 mL,即NO2的体积为12 mL。原混合气体中NO的体积为20 mL-12 mL=8 mL,则原混合气体中NO和NO2体积比为8 mL∶12 mL=2∶3。
3.氨既是一种重要的化工产品,又是一种重要的化工原料。下图为合成氨以及氨催化氧化制硝酸的流程示意图。下列说法不正确的是( )
A.可以利用NH3易液化的性质分离出NH3
B.吸收塔中通入A是为了提高原料的利用率
C.可以用NH3进行氮氧化物的尾气处理
D.合成氨以及氨催化氧化制硝酸的流程中氮元素均被氧化
答案:D
解析:可利用NH3易液化的性质分离NH3,A正确;A为O2,NH3的催化氧化需要O2,NO转化为NO2需要O2,故吸收塔中通入O2是为了提高原料的利用率,B正确;NH3可与NOx发生价态归中的反应生成N2和H2O,从而消除污染,C正确;合成氨反应中N元素化合价降低,则氮元素被还原,D错误。
4.(2023广东潮州模拟)某工厂拟综合处理含N的废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO,不考虑其他成分),设计如图所示流程:
下列说法不正确的是( )
A.固体1中主要含有CaCO3、CaSO3、Ca(OH)2
B.X可以是空气,但不能过量
C.捕获剂所捕获的气体主要是CO、N2
D.处理含N废水时,发生的反应为N+NN2↑+2H2O
答案:C
解析:工业废气中CO2、SO2可被石灰乳吸收生成CaCO3、CaSO3,因氢氧化钙过量,则固体1为主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3,A正确;气体1是不能被过量石灰乳吸收的N2、NO、CO,向气体1中通入气体X,用NaOH溶液处理后得到NaNO2,X可为空气,但不能过量,否则会得到硝酸钠,B正确;气体2含有CO、N2,经捕获剂分离氮气和CO,所捕获的气体主要是CO,防止污染空气,C错误;用NaOH溶液处理后得到的NaNO2与含有N的废水反应生成无污染气体,应生成氮气,反应的离子方程式为N+NN2↑+2H2O,D正确。
5.下图是在Cu基分子筛表面用NH3处理NO污染物的一种反应机理。下列说法正确的是( )
注:图中元素右上角的罗马数字表示化合价
A.该过程中化合价发生变化的只有N和O两种元素
B.上述过程中催化剂首先吸附的是NO
C.该过程中氧化产物和还原产物只有N2
D.该过程的总反应为4NH3+4NO+O24N2+6H2O
答案:D
解析:从反应机理图可知,发生化合价变化的元素还有Cu,A错误;催化剂首先吸附的是NH3,B错误;NH3中的N被氧化生成N2,NO中的N被还原生成N2,O2被还原生成H2O,C错误。
6.(2023江苏南通等七市调研)实验室用如图所示的装置模拟处理工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO和CO)。装置Ⅱ中生成NaNO3和NaNO2两种盐,装置Ⅲ用于吸收CO。下列有关说法正确的是( )
A.实验时应先向装置Ⅰ中通工业废气,再向装置Ⅱ中通空气
B.装置Ⅰ中吸收SO2的化学方程式为2SO2+Ca(OH)2Ca(HSO3)2
C.装置Ⅱ中每吸收1 mol NO消耗1 mol NaOH
D.[Cu(NH3)2]+中,Cu+提供孤电子对与NH3形成配位键
答案:C
解析:若实验时先向装置Ⅰ中通工业废气,再向装置Ⅱ中通空气,可能有部分一氧化氮不能被氧化,进而不能被氢氧化钠吸收,会造成环境污染,A错误;装置Ⅰ中为足量的石灰乳,吸收SO2时应生成亚硫酸钙不是亚硫酸氢钙,B错误;根据产物硝酸钠和亚硝酸钠的化学式分析,氮原子和钠原子个数比为1∶1,故装置Ⅱ中每吸收1 mol NO消耗1 mol NaOH,C正确;[Cu(NH3)2]+中Cu+提供空轨道,NH3提供孤电子对与Cu+形成配位键,D错误。
7.(2023湖北重点高中协作体联考改编)(NH4)2SO4是一种常见的化肥,其溶解度随着温度的升高而增大,某工厂用石膏、NH3、H2O和CO2制备(NH4)2SO4的工艺流程如图:
下列说法正确的是( )
A.通入NH3和CO2的顺序可以互换
B.操作2是将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,可得(NH4)2SO4
C.步骤②中反应的离子方程式为Ca2++2NH3+CO2+H2OCaCO3↓+2N
D.通入的NH3和CO2均应过量,且工艺流程中CO2可循环利用
答案:B
解析:NH3易溶于水,应先通入足量NH3,使溶液呈碱性,然后再通入适量CO2,顺序不可以互换,A错误。向CaSO4悬浊液中通入足量NH3,使溶液呈碱性,再通入适量CO2有利于反应的进行,CaSO4与NH3、H2O及CO2反应生成了硫酸铵和碳酸钙沉淀;操作2是从溶液中得到溶质固体的过程,需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等,最后可得(NH4)2SO4,B正确。CaSO4与NH3、H2O及CO2反应的离子方程式为CaSO4+2NH3+CO2+H2OCaCO3+2N+S,C错误。反应过程中CO2参与反应生成碳酸钙,碳酸钙分解生成二氧化碳,工艺流程中产生的CO2可循环利用,可通入足量NH3,但通入CO2要适量,否则碳酸钙会溶解,D错误。
二、非选择题
8.某化学小组设计了如下有关氮的化合物的实验。请按要求回答下列问题。
(1)氨气的喷泉实验:如图1装置所示,干燥的圆底烧瓶里充满NH3,欲观察到烧瓶中产生喷泉,需进行的操作是 。
图1
(2)制备硝酸的实验:如图2所示a~f装置。
图2
①装置a的最佳选择为 (填“图3”或“图4”)。
图3 图4
②装置b中Na2O2的作用是 。
(3)硝酸的性质实验:
①常温下,同学甲在上图实验结束后,用pH计测装置e中溶液的pH=1.00。
ⅰ.这说明e中发生的反应可能为 (写化学方程式)。
ⅱ.同学乙做同样实验,测得e中溶液的pH=6.00,可能原因是 。
②用如图5所示装置进行硝酸与铜反应的实验。
图5
ⅰ.请在h方框中补全该实验所需装置图并标注所需试剂。
ⅱ.硝酸一般盛放在棕色试剂瓶中,请用化学方程式说明其原因: 。
答案:(1)打开止水夹,挤压胶头滴管,使水进入烧瓶
(2)①图4 ②与水蒸气反应生成氧气
(3)①ⅰ.2NO+O22NO2和3NO2+H2ONO+2HNO3或4NO+3O2+2H2O4HNO3或4NO2+O2+2H2O4HNO3(合理即可)
ⅱ.过量的氨中和了生成的硝酸生成了硝酸铵(合理即可)
②ⅰ.
ⅱ.4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O
解析:(1)干燥的圆底烧瓶里充满NH3,欲观察到烧瓶中产生喷泉,需进行的操作是打开止水夹,挤压胶头滴管,使水进入烧瓶。
(2)①将浓氨水滴入NaOH固体制氨气不需加热,操作简单,则装置a的最佳选择为图4。②装置b中Na2O2的作用是与水蒸气反应生成氧气,提供氨催化氧化的原料,同时也能为后续反应生成HNO3提供氧气。
(3)①常温下,同学甲在实验结束后,用pH计测装置e中溶液的pH=1.00,说明e中产生了硝酸。同学乙做同样的实验,测得e中溶液的pH=6.00,可能原因是过量的氨中和了生成的硝酸生成了硝酸铵(合理即可)。②铜与硝酸反应生成的氮氧化物可用NaOH溶液吸收,防止污染环境。HNO3见光易分解,因此硝酸要盛放在棕色试剂瓶中。
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