2024年高考化学一轮复习（新高考版）第5章第27讲　氮及其化合物的转化关系_05高考化学_2024年新高考资料_1.2024一轮复习_2024年高考化学一轮复习讲义（新人教新高考版）

第 27 讲 氮及其化合物的转化关系 [复习目标] 1.能从物质类别、氮的化合价变化理解氮及其化合物的转化关系。2.能从含氮 物质的性质和转化的视角解释生产、生活中的相关现象。 1．氮元素的“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。 2．含氮元素物质之间的转化关系 典型物质间转化方程式再落实。 (1)工业合成氨：N＋3H2NH ； 2 2 3 (2)实验室用NH Cl固体制NH ：2NH Cl＋Ca(OH) =====2NH ↑＋2HO＋CaCl ； 4 3 4 2 3 2 2 (3)NH 的催化氧化：4NH ＋5O=====4NO＋6HO； 3 3 2 2 (4)NO 溶于水：3NO ＋HO===2HNO＋NO； 2 2 2 3 (5)Cu溶于稀HNO：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4HO； 3 2 (6)Cu溶于浓HNO：Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO ↑＋2HO； 3 2 2 (7)炽热的炭在浓硝酸中燃烧：C＋4HNO(浓)=====CO↑＋4NO ↑＋2HO； 3 2 2 2 (8)浓硝酸见光分解：4HNO=====4NO ↑＋O↑＋2HO。 3 2 2 2 一、氮在自然界中的循环 1．自然界中氮的循环如图所示。下列说法不正确的是( )A．工业合成氨属于人工固氮 B．雷电作用下N 与O 发生了化学反应 2 2 C．在氮的循环中不涉及氧化还原反应 D．含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化 答案 C 解析 工业合成氨是氮气和氢气在高温、高压和催化剂条件下生成氨气，属于人工固氮，故 A正确；雷电作用下N 与O 发生反应生成NO，故B正确；在氮的循环中，工业合成氨、 2 2 雷电作用过程中N元素化合价改变，涉及氧化还原反应，故C错误；含氮无机物与含氮有 机化合物可相互转化，如氨气可合成尿素，故D正确。 2．(2022·石家庄高三模拟)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是( ) A．①和②均属于氮的固定 B．氢、氧元素也参与了自然界中的氮循环 C．④中每生成1 mol NO，消耗2 mol O 2 D．③和⑤过程中氮元素分别被还原和氧化 答案 D 解析 反应①将N 转化为NO，属于氮的固定，反应②属于植物固氮，A正确；由图示知， 2 氮循环过程中涉及氢、氧元素，B正确；反应④是O 将NH 氧化为NO，N元素化合价由－ 2 3 3价升高到＋5价，即生成1 mol NO失去8 mol电子，根据得失电子守恒可知每生成 1 mol NO需要消耗2 mol O ，C正确；反应③中NO被氧化为NO，反应⑤中NO被还原为N ，D 2 2 错误。二、氮及其化合物的转化与物质推断 3．下列关系图中，A是一种正盐，B是气态氢化物，C是单质，F是强酸。当X无论是强 酸还是强碱时都有如下转化关系(其他产物及反应所需条件均已略去)，当X是强碱时，过量 的B跟Cl 反应除生成C外，另一产物是盐酸盐。 2 下列说法不正确的是( ) A．当X是强酸时，A、B、C、D、E、F中均含同一种元素，F可能是HSO 2 4 B．当X是强碱时，A、B、C、D、E、F中均含同一种元素，F是HNO 3 C．当X是强酸时，C在常温下是气态单质 D．B和Cl 的反应为氧化还原反应 2 答案 C 解析 当X是强碱时，和强碱反应产生的气态氢化物B可判断为NH ，则A为铵盐，过量 3 的B跟Cl 反应生成的盐酸盐是 NH Cl，则C为N ，由此判断D为NO、E为NO 、F为 2 4 2 2 HNO ；A和强酸反应生成的B能被Cl 氧化，且生成的C能被O 连续氧化，在常见的物质 3 2 2 中可考虑A为硫化物，所以，当X是强酸时，A、B、C、D、E、F可分别为(NH )S、 4 2 HS、S、SO 、SO 、HSO ，故A、B正确，C错误；B是氨气或硫化氢，氨气与Cl 反应生 2 2 3 2 4 2 成氯化铵和氮气，硫化氢和氯气反应生成硫单质和氯化氢，因此B与氯气的反应是氧化还 原反应，故D正确。 4．(2022·河北三河市第一中学模拟)如图是氮元素形成物质的“价—类”二维图及氮循环的 部分信息： 下列说法正确的是( ) ①可通过雷电作用将b转化为c，这是一种固氮方式 ②可通过加氧化剂将e转化为f ③a→c→d→f这几个反应中，均发生了N元素被氧化的反应 ④g只具有氧化性，还可能与碱发生反应 ⑤将f转化为d必须选用合适的还原剂才能实现 ⑥h可与f反应生成i A．①③⑤⑥ B．②③④C．①③⑥ D．①④⑤ 答案 C 解析 根据物质类别及与N元素化合价的关系可知：a是NH ，b是N ，c是NO，d是 3 2 NO ，e是NO ，f是HNO ，g是HNO ，h是NH ·H O，i是NH NO 。①在雷电作用下N 2 2 5 3 2 3 2 4 3 2 与O 反应产生NO，这是一种固氮方式，正确；②NO 与水反应产生HNO，反应过程中元 2 2 5 3 素化合价不变，因此反应不需要加入氧化剂就可以实现，错误；③在a→c→d→f这几个反 应中，N元素化合价升高，被氧化，因此均发生了 N元素被氧化的反应，正确；④g是 HNO ，属于酸，N元素化合价是＋3价，处于中间价态，因此既具有氧化性又具有还原性， 2 同时也能与碱发生中和反应生成盐和水，错误；⑤f是HNO ，光照条件下自身分解即可生 3 成NO (d)，可以不用其他还原剂，错误；⑥HNO 与NH ·H O发生中和反应生成NH NO 和 2 3 3 2 4 3 水，正确。 三、氮及其化合物的转化与物质制备 5．(2022·江苏镇江市模拟)空气中的氮气可通过人工固氮获得氨气，氨气是重要的化工原料， 通过氨氧化法可制得硝酸，反应过程如图： N―――――――――――→NH ――――――→NO―――――→NO ―――――→HNO 2 3 2 3 硝酸是一种强氧化性酸，制硝酸工业产生的尾气中含有氮氧化物，应处理后才能排放。下列 说法不正确的是( ) A．常温下，浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中 B．BaSO 固体能溶于稀硝酸，生成Ba(NO )，放出SO 气体 3 3 2 2 C．工业上，当转化①的反应达到平衡时，需不断地从混合气体中分离出NH ，将未反应的 3 原料气送回合成塔以提高原料的利用率 D．转化④中，当V(NO )∶V(O )＝4∶1时，理论上NO 全部转化为HNO 2 2 2 3 答案 B 解析 硝酸是强氧化性酸，BaSO 固体能溶于稀硝酸，被氧化生成硫酸钡，硝酸被还原生成 3 NO，B错误。 6．(2022·江苏如皋中学开学考)水合肼(N H·H O)是重要的氢能源稳定剂，其制备的反应原 2 4 2 理为NaClO＋2NH ===NH·H O＋NaCl。下列装置和操作不能达到实验目的的是( ) 3 2 4 2 A．装置甲用于制备NH ，试剂X是氯化钙 3 B．用装置乙作为反应过程的安全瓶 C．制备水合肼时从装置丙的a口通入NH 3 D．用装置丁吸收反应中过量的NH 3答案 A 解析 浓氨水需受热或加入碱性物质才能分解产生NH ，CaCl 不能使浓氨水分解，A项错 3 2 误；化学实验装置中的安全瓶的进气管和出气管均较短，B项正确；氨气密度比空气小，为 了利于氨气与NaClO溶液反应，应从装置丙的a口通入氨气，C项正确；氨气会污染环境， 用装置丁可吸收过量的NH ，并能防倒吸，D项正确。 3 7．(2022·山东淄博市模拟)氨基甲酸铵(NH COONH)易分解，易水解，难溶于CCl 。某小组 2 4 4 设计如图所示装置制备氨基甲酸铵。 已知：2NH (g)＋ CO(g)NH COONH (s) ΔH＜0 3 2 2 4 下列分析错误的是( ) A．A装置的优点是能够随时控制反应的发生和停止 B．装置B、C、E中试剂可分别为饱和碳酸氢钠溶液、浓硫酸、PO 固体 2 5 C．装置D使用冰水浴 D．装置F中所用试剂可为NH Cl与熟石灰 4 答案 B 解析 A装置为碳酸钙与盐酸反应制备CO 的简易装置，该装置的优点是能够随时控制反应 2 的发生和停止，A正确；氨基甲酸铵易水解，进入装置D的气体必须是干燥纯净气体，左 侧装置B、C试剂可分别为饱和碳酸氢钠溶液、浓硫酸，制备纯净干燥的CO ，装置F可用 2 NH Cl与熟石灰制备氨气，E中试剂需干燥氨气，可以选用碱石灰，但不能选用 PO 固体， 4 2 5 B错误、D正确；制备氨基甲酸铵的反应为放热反应，制得的物质易分解，所以装置D需降 温，使用冰水浴，C正确。 四、氮及其化合物的转化与典型物质性质探究 8．某化学自主实验小组通过实验探究NH 、NO 的性质。 3 2 探究Ⅰ：利用如图所示装置探究NO 能否被NH 还原(K 、K 为止水夹，夹持及固定装置略 2 3 1 2 去)。 (1)A装置中制取NH 的化学方程式是_______________________________________ 3 ________________________________________________________________________。(2)甲、乙分别是________(填字母)。 a．浓硫酸、碱石灰 b．碱石灰、碱石灰 c．碱石灰、无水氯化钙 d．五氧化二磷、五氧化二磷 (3)若NO 能够被NH 还原，预期C装置中能观察到的现象是__________________________。 2 3 (4)此实验装置存在一个明显的缺陷是_______________________________________ ________________________________________________________________________。 探究Ⅱ：探究NO 、O 混合气体的喷泉实验。 2 2 (5)请在G装置中的虚线上描出导管实线图。 (6)G装置中浓硫酸有三种作用：混合NO 、O 气体；干燥NO 、O； __________。 2 2 2 2 (7)将G装置上面的圆底烧瓶收集满气体(标准状况下)进行喷泉实验，若混合气体全部被吸收， 则所得溶液物质的量浓度为______ mol·L－1(结果保留两位有效数字)。 答案 (1)NH ·H O＋CaO===NH ↑＋Ca(OH) (2)c (3)C装置中混合气体颜色变浅 3 2 3 2 (4)缺少尾气处理装置 (5) (进气管短，出气管长) (6)观察气泡的速率，控制混合气体 的比例 (7)0.036 解析 (7)烧瓶中充满溶液，则恰好发生反应4NO ＋O＋2HO===4HNO，HNO 的物质的量 2 2 2 3 3 是恰好完全反应的NO 和O(体积比4∶1)总物质的量的，溶液体积等于烧瓶体积，设烧瓶 2 2 体 积 为 V L ， 则 溶 液 的 物 质 的 量 浓 度 为 ＝ × mol·L － 1≈0.036 mol·L － 1 。 1．(2018·全国卷Ⅱ,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 C．NH 是形成无机颗粒物的催化剂 3 D．雾霾的形成与过度施用氮肥有关 答案 C 解析 雾和霾的分散剂都是空气，A项正确；NH 参与反应生成铵盐，是反应物，不是催化 3 剂，C项错误；过度施用氮肥会增加大气中氨的含量，D项正确。 2．(2021·广东1月适应性测试，10)部分含氮物质的分类与相应氮元素的化合价关系如图所 示。下列说法错误的是( ) A．a可经催化氧化生成b B．b为红棕色，可转化为c C．密闭体系中，c存在2NO NO 2 2 4 D．d的溶液与Cu反应可生成b或c 答案 B 解析 由题中信息知，a为NH ，b为NO，NH 可经催化氧化生成NO，A说法正确；b为 3 3 NO，为无色气体，与氧气反应可转化为c，即NO ，B说法错误；d为硝酸，Cu与稀硝酸反 2 应生成NO，与浓硝酸反应生成NO ，D说法正确。 2 3．(2016·全国卷Ⅰ,26)氮的氧化物(NO)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条 x 件下用NH 将NO 还原生成N 。某同学在实验室中对NH 与NO 反应进行了探究。回答下 3 x 2 3 2 列问题： (1)氨气的制备① 氨 气 的 发 生 装 置 可 以 选 择 上 图 中 的 ________ ， 反 应 的 化 学 方 程 式 为 ________________________________________________________________________。 ②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为发生装置→________(按气流 方向，用小写字母表示)。 (2)氨气与二氧化氮的反应 将上述收集到的NH 充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO (两端用 3 2 夹子K、K 夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。 1 2 操作步骤 实验现象 解释原因 打开K，推动注射器活塞，使 ②反应的化学方程式： 1 ①Y管中________________ X中的气体缓慢通入Y管中 ________________ 将注射器活塞退回原处并固 Y管中有少量水珠 生成的气态水凝聚 定，待装置恢复到室温 打开K ③__________ ④__________ 2 答案 (1)①A 2NH Cl＋Ca(OH) =====CaCl ＋2HO＋2NH ↑(或B NH ·H O=====NH ↑ 4 2 2 2 3 3 2 3 ＋HO) ②dcfei (2)①红棕色气体颜色慢慢变浅 ②6NO ＋8NH =====7N ＋12HO ③Z 2 2 3 2 2 中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外界压强 解析 (1)①在实验室通常用加热氯化铵和消石灰固体混合物的方法制取氨气，应选用发生 装置A，其反应的化学方程式为2NH Cl＋Ca(OH) =====CaCl ＋2HO＋2NH ↑，或选用发 4 2 2 2 3 生装置B，直接加热浓氨水生成氨气：NH ·H O=====NH ↑＋HO。②氨气是碱性气体，可 3 2 3 2 用碱石灰干燥，其密度小于空气，应采用向下排空气法收集，氨气极易溶于水，尾气处理时 应防止倒吸，则要收集一瓶干燥的氨气，仪器的连接顺序为发生装置→dcfei。 (2)打开K ，推动注射器活塞将氨气缓慢通入Y管中，在一定温度和催化剂的作用下发生反 1 应：6NO ＋8NH =====7N ＋12HO，随着反应的发生Y管中红棕色气体颜色变浅；反应生 2 3 2 2 成的水蒸气液化后，NO 和NH 反应后气体的物质的量减小，反应容器中的压强减小，打开 2 3 K，Z中的溶液倒吸入Y管中。 2课时精练 1．氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分，人类活动影响了氮循环中的物质转化，如 图所示。下列说法不正确的是( ) A．工业合成氨属于人工固氮过程 B．硝化过程中氮元素被还原 C．含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化 D．反硝化过程有助于稳定N 在大气中的含量 2 答案 B 解析 工业上用氮气和氢气合成氨属于人工固氮过程，A正确；硝化过程中氨气、铵根离子 中－3价的氮元素转化为NO、NO中＋3价、＋5价的氮元素，氮元素失电子被氧化，发生 氧化反应，B错误；NO、NO经同化作用变为动植物蛋白中的N元素，动植物蛋白经氨化 作用转化为氨气或铵根离子，故含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化，C正确；反硝化 过程生成氮气，向大气提供氮气，即反硝化过程有助于弥补人工固氮对氮循环造成的影响， D正确。 2．(2022·上海金山区模拟)自然界中氮的部分循环过程如图，下列有关说法正确的是( ) A．过程①和②均属于自然固氮 B．X→Y发生化合反应 C．NH →N发生氧化还原反应 3 D．若为硫循环，X在空气中点燃可得Y 答案 B 解析 依据自然界中氮的部分循环过程图可知，X为NO，Y为NO ，Z为HNO，M为硝酸 2 3盐，N为铵盐。过程①可能是自然固氮，但过程②不是，A错误；X→Y发生的反应为2NO ＋O===2NO ，是化合反应，B正确；NH →N的过程元素化合价没有改变，所以不是氧化 2 2 3 还原反应，C 错误；若为硫循环，X 为 SO ，Y 为 SO ，X→Y 的反应为 2SO ＋ 2 3 2 O2SO ，X在空气中点燃不能得到Y，D错误。 2 3 3．NH 是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)，下列说法正确的是( ) 3 A．NH Cl和NaHCO 都是常用的化肥 4 3 B．NH Cl、HNO 和NaCO 受热时都易分解 4 3 2 3 C．NH 和NO 在一定条件下可发生氧化还原反应 3 2 D．图中所涉及的O 都要用纯氧 2 答案 C 解析 化肥主要是含农作物生长所需的氮、磷、钾等营养元素的一些物质，NaHCO 不是化 3 肥，A项不正确；NaCO 受热不易分解，B项不正确；NH 和NO 在一定条件下可以发生氧 2 3 3 2 化还原反应，如生成氮气，C项正确；氨的催化氧化用空气就可以，不一定要用纯氧，D项 不正确。 4．工业上常采用生物硝化法将NH转化为NO来处理氨氮废水，工艺流程如图，下列说法 错误的是( ) A．生物硝化法处理废水，会导致水体pH逐渐下降：NH＋2O===NO＋2H＋＋HO 2 2 B．长期过量施用NH Cl等铵态化肥，易导致土壤酸化，水体富营养化 4 C．检验NH所需的试剂是浓NaOH溶液、湿润的蓝色石蕊试纸 D．微生物保持活性的pH范围为7～9，可以加入石灰石来调节水体的pH 答案 C 解析 NH Cl水解呈酸性，长期过量施用会导致土壤酸化，也会导致水体富营养化，B项正 4 确；检验NH应使用湿润的红色石蕊试纸，C项错误；生物硝化法处理废水会使水体呈酸性， 可以加入石灰石与H＋反应来调节水体的pH，D项正确。 5．(2022·山东临沂市模拟)以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法，其工艺流程如下。 下列说法正确的是( )A．反应①使用催化剂可提高反应速率和甲烷的平衡转化率 B．反应②的原子利用率为100% C．生成1.0 mol NH NO 至少需要0.75 mol CH 4 3 4 D．反应③理论上当n(NH )∶n(O )＝4∶3时，恰好完全反应 3 2 答案 C 解析 反应①使用催化剂可以提高反应速率，但不能提高甲烷的平衡转化率，A错误；反应 ②的化学方程式为CO ＋2NH =====CO(NH) ＋HO，则该反应的原子利用率小于100%，B 2 3 2 2 2 错误；由天然气经过各步转化，最终生成NH NO 涉及的化学反应有CH ＋2HO=====CO 4 3 4 2 2 ＋4H，N＋3H2NH ,2NH＋2O===NH NO ＋HO，则有NH NO ～2NH ～3H 2 2 2 3 3 2 4 3 2 4 3 3 2 ～CH ，故生成1.0 mol NH NO 至少需要0.75 mol CH ，C正确；反应③的化学方程式为 4 4 3 4 2NH ＋2O===NH NO ＋HO，则理论上当n(NH )∶n(O )＝1∶1时，恰好完全反应，D错误。 3 2 4 3 2 3 2 6．某化学兴趣小组用如图所示装置检验Pb(NO ) 受热分解的产物(图中夹持和加热设备略 3 2 去)。在试管中放入研碎的Pb(NO ) 晶体后，加热；实验结束后，试管中得到黄色粉末 3 2 (PbO)，U形管下部有少量液体X，集气瓶中收集到无色气体Y。下列说法不正确的是( ) A．液体X可能是液化的NO 或NO 2 2 4 B．在装置中用锡纸将胶塞与产生的气体隔开，主要是为了防止其被生成的气体腐蚀 C．气体Y可能是O，也可能是NO 与水反应后生成的NO 2 2 D．停止反应，应注意先把导气管移出水面，然后再熄灭酒精灯 答案 C 解析 根据氧化还原反应规律，Pb(NO ) 分解的化学方程式为 2Pb(NO )=====2PbO＋ 3 2 3 2 4NO ↑＋O↑，液体X可能是液化的NO 或NO ，故A正确；NO 气体会损坏橡胶，在装 2 2 2 2 4 2 置中用锡纸将胶塞与产生的气体隔开，主要是为了防止其被生成的气体腐蚀，故B正确； Pb(NO ) 分解放出氧气，气体Y可能是O，不可能是NO 与水反应后生成的NO，故C错误； 3 2 2 2 为防止倒吸，停止反应时，应先把导气管移出水面，然后再熄灭酒精灯，故D正确。 7．氮及其化合物的“价—类”二维图如下所示。下列说法正确的是( ) A．X可通过加热氯化铵固体制取 B．从物质类别角度分析，P和Z都属于酸性氧化物 C．将X转化为 Q的过程，属于氮的固定 D．3.2 g Cu与10 mol·L－1的Y溶液恰好反应，生成NO、NO 混合气体1.12 L(标准状况)， 2 则 Y 溶液的体积为 15 mL 答案 D 解析 X是NH ，加热氯化铵固体生成的NH 和HCl遇冷重新生成NH Cl，不能制取NH ， 3 3 4 3 A错误；P是NO ，Z是NO 或NO ，NO 、NO 不是酸性氧化物，B错误；Q是NO，氨 2 5 2 2 4 2 2 4 气转化为NO不属于氮的固定，C错误；Y是HNO ，3.2 g Cu为0.05 mol，与HNO 反应生 3 3 成0.05 mol Cu(NO ) ，生成NO、NO 混合气体1.12 L(标准状况)，则气体总物质的量为0.05 3 2 2 mol，据N原子守恒可知原硝酸中n(HNO)＝0.05 mol×2＋0.05 mol＝0.15 mol，故硝酸溶液 3 的体积为＝0.015 L＝15 mL，D正确。 8．(2023·郑州检测)某学习小组设计实验制备Ca(NO ) ，实验装置如图所示(夹持装置已略 2 2 去)。已知：2NO＋CaO===Ca(NO ) ；2NO ＋CaO===Ca(NO ) 。下列说法不正确的是( 2 2 2 2 2 3 2 ) A．通入N 是为了排尽装置中的空气 2 B．装置B、D中的试剂可分别为水和浓硫酸 C．将铜片换成木炭也可以制备纯净的亚硝酸钙 D．借助装置A及氢氧化钠溶液和稀硫酸可以分离CO 和CO 2 答案 C 解析 装置内的空气会将NO氧化为NO ，影响产物的产量，所以通入N 是为了排尽装置 2 2 中的空气，故A正确；由于硝酸具有挥发性，所以在A中生成的NO气体中会含有少量HNO 蒸气，可用装置B中的水除去，为防止CaO 与水反应，用装置D中的浓硫酸对NO 3 2 气体进行干燥，故B正确；将铜片换成木炭，由于木炭与稀硝酸不能反应，所以得不到要 制备的产物，故C错误；装置A中盛氢氧化钠溶液，通过进气管通入CO 和CO的混合气体， 2 CO 被NaOH吸收后生成NaCO ，在出气管口即可收集到CO，然后将分液漏斗中的稀硫酸 2 2 3 滴入A中，与生成的NaCO 反应再释放出CO，达到分离的目的，故D正确。 2 3 2 9．某兴趣小组设计用铁粉将NO还原为N(同时生成FeO)。下列说法不正确的是( ) 2 已知：①浓硝酸可氧化NO；②NaOH溶液能吸收NO ，不吸收NO。 2 A．装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d B．装置E中发生反应的化学方程式为2NO＋2Fe=====2FeO＋N 2 C．装置D的作用是吸收挥发出来的硝酸和产生的NO 2 D．装置B的作用是干燥，防止水蒸气进入装置E中干扰反应 答案 D 解析 根据实验原理“NO被灼热的铁粉还原为N ，同时生成FeO”，所以首先利用铜与稀 2 硝酸反应生成NO，由于硝酸具有挥发性，所以制得的 NO中会混有硝酸蒸气和产生的 NO ，故先通过装置D除去挥发出的HNO 和产生的NO ，再通过装置F干燥，得到纯净干 2 3 2 燥的NO，然后进入装置E中与铁粉反应，最后处理多余的NO，由于NaOH溶液不与NO 反应，而浓硝酸可氧化NO生成NO ，所以先通过装置B氧化NO，再通过装置C吸收，故 2 上述装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d，A正确。 10．(2022·石家庄二中模拟)氮化钙(Ca N)是一种重要的试剂，常温下为棕色固体，在空气 3 2 中会被氧化，遇水强烈水解，产生刺激性气味气体。实验室设计如下装置用 Ca与N 反应制 2 备Ca N，并对Ca N 纯度进行测定。回答下列问题： 3 2 3 2 Ⅰ.Ca N 的制备 3 2(1)仪器a的名称为________，E装置的主要作用是________。 (2) 实 验 开 始 时 应 首 先 点 燃 ________( 填 “ A” 或 “ C”) 处 酒 精 灯 ， 当 观 察 到 ________________________________________________________________________ 时点燃另一处酒精灯。 Ⅱ.Ca N 纯度的测定(已知所含的杂质不与水反应产生气体) 3 2 (3)方案一：①按图1所示连接装置，检查装置气密性后加入试剂。②测定虚线框内装置及 试剂的质量m；③关闭________(填“K”或“K”，下同)，打开________，用分液漏斗加 1 1 2 入足量水，至不再产生气体；④________；⑤再次测定虚线框内装置及试剂的质量m 。则 2 产品中Ca N 的质量分数表达式为________。 3 2 (4)方案二：按图2所示连接装置，检查装置气密性后加入试剂。打开分液漏斗活塞向三颈 烧瓶中加入蒸馏水，打开 K持续通入水蒸气，将产生的氨全部蒸出，并用 100 mL 1.00 mol·L－1的稀硫酸标准溶液完全吸收(液体体积变化忽略不计)，从烧杯中量取10.00 mL的吸 收液注入锥形瓶中，用 1.00 mol·L－1 NaOH标准溶液滴定过量的稀硫酸，到终点时消耗 12.60 mL NaOH溶液。则产品中Ca N 的质量分数为________%(结果保留一位小数)。 3 2 答案 (1)蒸馏烧瓶 液封(或隔绝空气中的氧气) (2)A E装置中有均匀的气泡产生 (3)K 1 K 打开K，通一段时间的N ×100% (4)91.3 2 1 2 解析 (2)由于Ca、Ca N 都能与空气中的O 、HO(g)等反应，故实验开始时应首先点燃A 3 2 2 2 处的酒精灯，利用N 排尽装置中的空气，当观察到E装置中有均匀的气泡产生时点燃另一 2 处酒精灯。(3)根据图1装置知，方案一的原理是Ca N 与HO反应产生NH ，U形管中碱石 3 2 2 3 灰除去NH 中的HO(g)，浓硫酸增加的质量为反应生成NH 的质量，由NH 的质量结合N 3 2 3 3元素守恒测定Ca N 的纯度。反应生成NH 的质量为(m －m) g，根据N元素守恒，Ca N 的 3 2 3 2 1 3 2 质量为××148 g·mol－1＝ g，产品中Ca N 的质量分数为×100%＝×100%。(4)方案二的原 3 2 理是Ca N 与HO反应产生NH ，打开K持续通入水蒸气，将产生的氨全部蒸出，NH 完全 3 2 2 3 3 被稀硫酸标准溶液吸收，然后用NaOH标准溶液滴定过量的稀硫酸，则10.00 mL溶液中过 量硫酸的物质的量n (H SO )＝ 过量 2 4 n(NaOH)＝×1.00 mol·L－1×0.012 60 L＝0.006 3 mol，与NH 反应的硫酸的物质的量为 3 1.00 mol·L－1×0.1 L－0.006 3 mol×＝0.037 mol，根据反应2NH ＋HSO ===(NH )SO 以及 3 2 4 4 2 4 N 元素守恒可知，Ca N 的物质的量为 0.037 mol，产品中 Ca N 的质量分数为 3 2 3 2 ×100%≈91.3%。 11．某处工厂排出的烟道气中含氮氧化物(主要为NO、NO )、粉尘和少量水蒸气。课外兴趣 2 活动小组对该工厂排出的烟道气进行处理，并检测其氮氧化物含量，实验装置如图所示： (1)装置A中放置无碱玻璃棉，其目的是除去______________________________________。 为保证检测的准确性，装置C中盛放的化学试剂可以是________(填字母，下同)。 a．碱石灰 b．浓硫酸 c．五水合硫酸铜(CuSO ·5H O) 4 2 (2)装置 D 中主要发生：2NaOH＋2NO ===NaNO ＋NaNO ＋HO；2NaOH＋NO＋ 2 2 3 2 NO ===2NaNO ＋HO 2 2 2 ①若反应后尾气无残留，则参加反应的NO 、NO物质的量的比值________。 2 a．≥1 b．≤1 c．任意值 ②可使用适量酸性HO 溶液，将溶液中的NO全部氧化为NO，发生反应的离子方程式是 2 2 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)溶液中NO直接排放在水体中也会造成污染，现用活泼金属将溶液中的NO转化为N ， 2 实现氮元素的脱除，具体步骤如下： 步骤一 取适量(2)中HO 处理后的溶液，调节pH至中性，蒸发浓缩，得到c(NO)为 2 2 0.100 mol·L－1的溶液甲。 步骤二 取三份50 mL溶液甲，分别用金属铝、金属铁和铝铁合金在45 ℃、惰性气体氛围 中对溶液甲进行氮脱除。 步骤三 重复实验2～3次，溶液中NO的残留情况与反应时间的关系如图所示。①金属铝和金属铁在0～3 h内，NO的脱除效率均很低，几乎没被脱除，其可能的原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②0～3 h 内铝铁合金的氮脱除效率比金属铝、金属铁大得多，其可能的原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)气囊用来储存处理后的气体，其中可能含少量NO气体，可用酸性NaClO溶液来处理。 HClO氧化NO生成NO和Cl－，发生反应的离子方程式是_____________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)粉尘 b (2)①a ②HO ＋NO===NO＋HO (3)①金属铁和金属铝表面都有一 2 2 2 层氧化膜 ②铝铁合金在溶液中形成原电池，加快化学反应速率 (4)3HClO＋2NO＋ HO===2NO＋3Cl－＋5H＋ 2 解析 (1)烟道气中含有粉尘，装置A中放置无碱玻璃棉，可以除去粉尘；装置C用于除去 少量的水蒸气，应该选择浓硫酸，NO 会与碱石灰反应，而五水合硫酸铜不能起到干燥的作 2 用。(2)①根据化学方程式可知，NO 可以单独被NaOH吸收，而NO需与NO 按照1∶1混 2 2 合才能被NaOH吸收，现无尾气残留，说明NO无残留，因此NO 至少和NO一样多，则参 2 加反应的NO 、NO物质的量的比值≥1，a符合题意。(3)①根据题意，活泼金属能够将溶 2 液中的NO转化为N，但是金属铝和金属铁在0～3 h内，NO的脱除效率很低，几乎没有脱 2 除，可认为金属与NO可能没有反应，可能是金属表面有氧化膜，阻碍了NO的脱除反应。 ②铝铁合金中，铁和铝的活动性不同，可以构成原电池，加快化学反应速率。(4)HClO中Cl 元素的化合价从＋1降低到－1，NO中N元素的化合价从＋2升高到＋5，根据化合价升降 守恒、元素守恒和电荷守恒，离子方程式为3HClO＋2NO＋HO===2NO＋3Cl－＋5H＋。 2