2022高考化學大一輪復習講義第4章第24講　氮及其化合物的轉化

第24講氮及其化合物的轉化復習目標1.了解氮及其化合物的轉化關系。2.了解NOx與H2O、金屬與HNO3的相關計算。3.了解其他含氮化合物的性質。考點一氮及其化合物的相互轉化1．氮在自然界中的循環(huán)2．含氮元素物質之間的轉化關系(1)歧化——同一物質中某元素的化合價在同一反應中既升高又降低。如：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O(2)歸中——不同物質中同一元素的不同化合價在同一反應中只靠攏。如：6NO＋4NH3eq\o(=,\s\up7(△))5N2＋6H2ONO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O3．氮元素的“價類二維圖”氮元素有多種可變化合價，物質的種類較多，在復習時要從物質類別和價態(tài)變化理解這些物質之間的轉化關系。題組一氮在自然界中的循環(huán)1．氮元素在海洋中的循環(huán)是整個海洋生態(tài)系統(tǒng)的基礎和關鍵。海洋中無機氮的循環(huán)過程可用下圖表示。下列關于海洋氮循環(huán)的說法正確的是()A．海洋中的氮循環(huán)起始于氮的氧化B．海洋中的氮循環(huán)屬于固氮作用的是③C．海洋中的反硝化作用一定有氧氣的參與D．向海洋中排放含NOeq\o\al(－,3)的廢水會影響海洋中NHeq\o\al(＋,4)的含量答案D解析A項，海洋中的氮循環(huán)起始于氮的還原，錯誤；B項，海洋中的氮循環(huán)屬于固氮作用的是②，錯誤；C項，反硝化作用是氮元素化合價降低的過程，反硝化細菌在氧氣不足的條件下還原N，不一定有氧氣參與，錯誤；D項，由氮的循環(huán)過程可知，硝酸根離子增多，反硝化作用增強，會進一步影響海洋中NHeq\o\al(＋,4)的含量，正確。2．(2020·河南聯(lián)考)一定條件下，含氮元素的物質可發(fā)生如圖所示的循環(huán)轉化?；卮鹣铝袉栴}：(1)氮的原子結構示意圖為______________。(2)圖中屬于“氮的固定”的是__________(填字母，下同)；轉化過程中發(fā)生非氧化還原反應的是________。(3)若“反應h”是在NO2和H2O的作用下實現(xiàn)，則該反應中氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質的量之比為________。(4)若“反應i”是在酸性條件下由NOeq\o\al(－,3)與Zn的作用實現(xiàn)，則該反應的離子方程式為______________________________________________________________________________。答案(1)(2)k和ca和l(3)2∶1(4)4Zn＋2NOeq\o\al(－,3)＋10H＋=4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O解析(3)反應h的化學方程式為3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，HNO3是氧化產(chǎn)物，NO是還原產(chǎn)物，因此氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質的量之比為2∶1。題組二氮及其化合物轉化關系的綜合應用3．(2020·濟寧模擬)依據(jù)下圖中氮元素及其化合物的轉化關系，判斷下列說法不正確的是()A．X是N2O5B．可用排空氣法收集NO氣體C．工業(yè)上以NH3、空氣、水為原料生產(chǎn)硝酸D．從原理上看，NH3可與NO2反應實現(xiàn)NH3→N2的轉化答案B解析NO遇空氣中的氧氣被氧化為NO2，不可用排空氣法收集NO氣體，故B錯誤。4．(2020·哈爾濱三中高三開學考試)合成氨及其衍生工業(yè)是化工生產(chǎn)的重要門類，請結合圖示判斷下列說法正確的是()A．合成氨采用400～500℃是為了提高原料轉化率和反應速率B．濕潤的淀粉-KI試紙可以鑒別氣體2和溴蒸氣C．在飽和NaCl溶液中先通入過量CO2再通入過量NH3可得到固體1D．1L氣體1、2的混合氣與1LNH3在一定條件下轉化為對環(huán)境無害的物質，混合氣中二者的體積比為1∶1答案D解析由圖可知：氣體1為NO，氣體2為NO2，NO2與水反應生成硝酸，固體1為NaHCO3，NaHCO3受熱分解生成的固體2為Na2CO3；1LNO、NO2的混合氣體與1LNH3在一定條件下轉化為對環(huán)境無害的物質，反應方程式為2NH3＋NO＋NO2eq\o(=,\s\up7(一定條件))2N2＋3H2O，NO、NO2的體積之比等于化學計量數(shù)之比，為1∶1，故D正確。5．如圖是氮元素的幾種價態(tài)與物質類別的對應關系，回答下列問題：(1)寫出N2的一種用途：________________________________________________________。(2)從N元素化合價分析，N2具有氧化性和還原性。各舉一例說明(用化學方程式表示)氧化性：________________________________________________________________________。還原性：________________________________________________________________________。(3)HNO3與圖中的物質C常用于檢驗Cl－的存在，則C的化學式為______________________。(4)實驗室制取物質B的化學方程式為______________________________________________。(5)NO2與水反應生成物質A的化學方程式為________________________________________________________________________________________________________________________。(6)濃硝酸與木炭在加熱條件下反應的化學方程式為__________________________________。答案(1)作保護氣、保存糧食(或合成氨、制硝酸等)(2)N2＋3H2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(高溫、高壓))2NH3(或N2＋3Mgeq\o(=,\s\up7(點燃))Mg3N2)N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電或高溫))2NO(3)AgNO3(4)Ca(OH)2＋2NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O(5)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO(6)4HNO3(濃)＋Ceq\o(=====,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O考點二氮氧化物(NOx)、HNO3的相關計算一、NOx與水、氧氣反應的理解及有關計算1．關系式法(1)NO和O2的混合氣體通入水中由2NO＋O2=2NO2和3NO2＋H2O=2HNO3＋NO得總反應為4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3。(2)NO2和O2的混合氣體通入水中由3NO2＋H2O=2HNO3＋NO和2NO＋O2=2NO2得總反應為4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。(3)NO、NO2和O2三種混合氣體通入水中先按3NO2＋H2O=2HNO3＋NO計算出生成NO的體積，再加上原來混合氣體中NO體積，再按(1)計算。2．電子守恒法NOx轉化為硝酸時失去電子，如果是NOx與O2的混合氣體，則反應中O2得到的電子數(shù)與NOx失去的電子數(shù)相等。4NO2＋O2和4NO＋3O2從組成上均相當于2N2O5，都與N2O5＋H2O=2HNO3等效；當NO、NO2、O2的混合氣體溶于水時利用混合氣體中N、O原子個數(shù)比進行分析判斷。二、金屬與硝酸反應的計算1．金屬與硝酸反應計算的思維流程2．“四法”突破金屬與硝酸的計算原子守恒法HNO3與金屬反應時，一部分HNO3起酸的作用，以NOeq\o\al(－,3)的形式存在于溶液中；一部分作為氧化劑轉化為還原產(chǎn)物，這兩部分中氮原子的總物質的量等于反應消耗的HNO3中氮原子的物質的量得失電子守恒法HNO3與金屬的反應屬于氧化還原反應，HNO3中氮原子得電子的物質的量等于金屬失電子的物質的量電荷守恒法HNO3過量時反應后溶液中(不考慮OH－)，c(NOeq\o\al(－,3))＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金屬離子)離子方程式計算法金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應時，由于硝酸鹽中NOeq\o\al(－,3)在H2SO4提供H＋的條件下能繼續(xù)與金屬反應，因此此類題目應用離子方程式來計算，先作過量判斷，然后根據(jù)完全反應的金屬或H＋或NOeq\o\al(－,3)進行相關計算，且溶液中要符合電荷守恒題組一NOx與H2O、O2反應的計算1．有一充有20mLNO和NO2混合氣體的試管，倒置于盛有水的水槽中，充分反應后，仍有12mL無色氣體，則原混合氣體中NO和NO2的體積之比為(氣體體積均在相同狀況下測得)()A．2∶3B．3∶2C．1∶4D．4∶1答案A解析二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮和水不反應，所以，剩余的氣體為一氧化氮，設混合氣體中二氧化氮的體積為V，則：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO氣體體積減少312V20mL－12mL＝8mL所以V＝eq\f(3×8mL,2)＝12mL，即二氧化氮的體積為12mL，則原混合氣體中一氧化氮的體積為20mL－12mL＝8mL，則原混合氣體中NO和NO2的體積之比為8mL∶12mL＝2∶3。2．(2020·貴陽模擬)同溫同壓下，在3支相同體積的試管中分別充有等體積混合的2種氣體，它們是①NO和NO2，②NO2和O2，③NH3和N2。將3支試管均倒置于盛水的水槽中，充分反應后，試管中剩余氣體的體積分別為V1、V2、V3，則下列的關系正確的是()A．V1＞V2＞V3 B．V1＞V3＞V2C．V2＞V3＞V1 D．V3＞V1＞V2答案B解析設各種氣體的體積都為1。①根據(jù)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，即剩余NO的體積V1＝1＋eq\f(1,3)。②根據(jù)4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，即剩余O2的體積V2＝1－eq\f(1,4)。③剩余N2的體積V3＝1，即B項符合題意。3．將盛有12mLNO2和O2的混合氣體的量筒倒立于水槽中，充分反應后，還剩余2mL無色氣體。(1)若剩余的氣體是________，則NO2、O2的體積分別是________。(2)若剩余的氣體是________，則NO2、O2的體積分別是________。答案(1)O28mL、4mL(2)NO10.8mL、1.2mL解析解題依據(jù)的化學方程式：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3；3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。設O2的體積為x，剩余的氣體有兩種可能：(1)若剩余O2，則V剩＝x－eq\f(1,4)×(12mL－x)＝2mL，解得x＝4mL，則NO2體積是8mL；(2)若剩余NO，則V剩＝eq\f(1,3)×[(12mL－x)－4x]＝2mL，解得x＝1.2mL，則NO2體積是10.8mL。題組二金屬與硝酸反應的計算4．(2020·湖北鄂東南市級示范高中學校聯(lián)考)銅和鎂的合金4.6g完全溶于濃硝酸，若反應中硝酸被還原只產(chǎn)生4480mL的NO2氣體和336mL的N2O4氣體(都已折算成標準狀況)，在反應后的溶液中，加入足量的氫氧化鈉溶液，生成沉淀的質量為()A．9.02gB．8.51gC．8.26gD．7.04g答案B解析最終生成的沉淀是氫氧化鎂和氫氧化銅，所以沉淀增加的質量就是和金屬陽離子結合的OH－的質量。由于金屬陽離子結合的OH－的物質的量就是金屬失去電子的物質的量，所以B項正確。5．(2020·河南洛陽模擬)有稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL，平均分成兩份。向其中一份中逐漸加入銅粉，最多溶解9.6g。向另一份中逐漸加入鐵粉，產(chǎn)生氣體的體積隨鐵粉質量增加的變化如圖所示，且每一階段只對應一個反應(已知硝酸只被還原為NO氣體)。下列分析或結果錯誤的是()A．原混合酸中NOeq\o\al(－,3)的物質的量為0.1molB．OA段產(chǎn)生的是NO，AB段的反應為Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，BC段產(chǎn)生H2C．第二份溶液中最終溶質為FeSO4D．H2SO4濃度為2.5mol·L－1答案A解析鐵粉既能與硝酸反應也能與硫酸反應，題圖中，OA段產(chǎn)生的是NO，反應為Fe＋NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=Fe3＋＋NO↑＋2H2O；AB段的反應為Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋；BC段產(chǎn)生的是H2，反應為Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。根據(jù)OA段發(fā)生反應的離子方程式可知第二份溶液中NOeq\o\al(－,3)的物質的量為eq\f(5.6g,56g·mol－1)＝0.1mol，則原混合酸中NOeq\o\al(－,3)的物質的量為0.2mol。第二份溶液中最終溶質為FeSO4，此時參加反應的鐵的質量是14.0g，物質的量為0.25mol，F(xiàn)eSO4中n(Fe2＋)∶n(SOeq\o\al(2－,4))＝1∶1，故n(H2SO4)＝n(Fe)＝0.25mol，原混合酸中H2SO4濃度為eq\f(0.25mol,0.1L)＝2.5mol·L－1。綜上所述，A項符合題意。1．(2018·全國卷Ⅱ，8)研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成霧霾時與大氣中的氨有關(如下圖所示)。下列敘述錯誤的是()A．霧和霾的分散劑相同