資源簡介

專題七 整合提升
【知識構建】
【知識整合】
主題一　氮氣的性質及氮的固定
【例1】　下列關于N2的說法錯誤的是(　　)。
A.通常情況下N2性質很穩定,所以N2可在電焊時作保護氣
B.反應N2+O22NO是汽車尾氣造成污染的主要原因之一
C.將氨轉變為硝酸及其他氮的化合物屬于氮的固定
D.在反應3Mg+N2Mg3N2中,N2作氧化劑
【答案】C
【解析】N2可在電焊時作保護氣,是利用氮氣的穩定性,A項正確;汽車尾氣造成污染的主要原因之一是N2+O22NO,B項正確;將氮氣轉化為氮的化合物的過程才屬于氮的固定,C項錯誤;在反應3Mg+N2Mg3N2中,N元素的化合價降低,得電子,即N2作氧化劑,D項正確。
【思維模型】
氮氣的性質及氮的固定
【趁熱打鐵1】　下列有關氮氣的說法正確的是(　　)。
A.氮氣是由氮原子構成的雙原子分子,所以化學性質不活潑
B.1 mol N2與3 mol H2在一定條件下充分反應,生成 2 mol NH3
C.電閃雷鳴的雨天,雨水中會含有一定量的硝酸,其中發生的反應之一是N2+2O22NO2
D.豆科植物根瘤菌將空氣中的氮氣轉變成含氮化合物屬于生物固氮
【答案】D
【解析】氮氣化學性質不活潑是由于N2分子是由氮原子與氮原子通過三對共用電子對形成的,N≡N鍵很穩定,A項錯誤;氮氣與氫氣反應生成氨氣是可逆反應,不可能完全反應,B項錯誤;氮氣與氧氣在放電的條件下生成一氧化氮,C項錯誤;豆科植物將氮氣轉化為含氮化合物,屬于生物固氮,D項正確。
主題二　氮氧化物的污染與防治
【例2】　根據所學知識回答下列問題:
(1)汽車尾氣(含CO、SO2、NO等)是城市空氣的污染源之一。治理方法之一是在汽車的排氣管上裝一個催化轉化器(用鉑、鈀合金作催化劑),它能使一氧化碳跟一氧化氮反應生成可參與大氣生態循環的無毒氣體。
①汽車尾氣中導致酸雨的主要物質是　　　　　　　　　　　　　　　。
②請寫出形成硝酸型酸雨的主要反應的化學方程式:　　　　　　　　　　　　。
③在汽車排氣管上加裝催化轉化器,可使CO和NO反應產生可參與大氣循環的無毒氣體,請寫出該反應的化學方程式:　。
④下列選項中,控制城市空氣污染的合理措施有　　　　(填字母)。
A.充分利用太陽能,減少化石燃料的燃燒
B.使用電動車,減少汽油消耗
C.禁止人們出行
D.帶上呼吸面具
(2)實驗室里,處理含氮氧化物的尾氣一般用NaOH溶液來吸收。
①若用NaOH溶液吸收NO2,可生成2種含氮元素的鈉鹽,請寫出該化學方程式:　 。
②NO2和NO的混合氣體也可用NaOH溶液吸收,只生成一種鹽,請寫出該化學方程式:　 　。
【答案】(1)①SO2和NO?、?NO+O22NO2、3NO2+H2O2HNO3+NO　③2CO+2NON2+2CO2?、蹵B　(2)①2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O?、贜O2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
【解析】(1)①汽車尾氣含有CO、SO2和NO等氣體,導致酸雨的主要物質為SO2和NO。②一氧化氮會在空氣中氧化為二氧化氮,二氧化氮與水反應生成硝酸和一氧化氮。③根據題給信息可知,CO與NO反應,生成的可參與大氣生態環境循環的無毒氣體是CO2和N2。④A項,充分利用太陽能,減少化石燃料的燃燒,可以控制城市空氣污染,正確;B項,使用電動車,減少汽油消耗,可以控制城市空氣污染,正確;C項,禁止人們出行,不符合現實,也不一定能夠減少污染物的排放,錯誤;D項,帶上呼吸面具,不可以控制城市空氣污染,錯誤。(2)①NO2與NaOH溶液反應生成的含氮的鈉鹽為NaNO3和NaNO2。②NO2(N元素+4價)、NO(氮元素+2價)與NaOH溶液反應只生成一種鹽,根據氧化還原反應規律,可知該鹽為NaNO2(N元素+3價)。
【思維模型】
常見氮氧化物的防治
1.源頭控制法
控制污染源,減少氮氧化物的排放。
2.催化轉化法
在催化劑、加熱條件下,氨可將氮氧化物轉化為無毒氣體(N2)或NOx與CO在一定溫度下催化轉化為無毒氣體(N2和CO2,一般適用于汽車尾氣的處理)。
3.堿液吸收法
2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O
NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
NO2、NO的混合氣體能被足量燒堿溶液完全吸收的條件是n(NO2)≥n(NO),一般適合工業尾氣中NOx的處理。
【趁熱打鐵2】　現已確認,NOx的排放是造成酸雨及光化學污染的罪魁禍首。某地區在1959~2019年間,空氣中NOx含量因燃料燃燒、工業生產、交通運輸以及其他因素的影響而發生變化的統計數據如圖所示。
(1)結合上圖數據,判斷下列說法正確的是　　　　(填字母)。
A.在交通運輸中排放的NOx與燃料的不充分燃燒有關
B.1 mol氮氧化物(NOx)形成酸雨時轉移(5-2x) mol電子
C.N2轉化為NO的過程不屬于氮的固定
D.隨著汽車工業的發展,交通運輸的NOx排放量所占比重在逐漸增大
(2)汽車尾氣中常常含有CO、NOx等氣體,為減輕污染,現代汽車都加裝了三效催化凈化器,它可將汽車尾氣中的有毒氣體處理為無污染的氣體(假設CO、NOx均不能完全轉化)。某小組在實驗室模擬汽車尾氣處理原理,設計了如圖所示裝置(部分夾持儀器已略去)。
①裝置(Ⅲ)的主要作用是　 。
②加熱停止后,打開旋塞K,充入適量氧氣時,裝置(Ⅱ)中可觀察到的現象是　 ;
裝置(Ⅳ)中可觀察到的現象是　 。
③該套裝置中有不完善之處,還應在裝置(Ⅳ)后增加　 。
(3)工業上常用堿液來吸收NOx,有關反應的化學方程式如下:
①NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
②2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O
現有a mol NO2和b mol NO的混合氣體一定條件下恰好被200 mL NaOH溶液完全吸收,則a、b應滿足的關系為　　　　　　　　;NaOH溶液的物質的量濃度為　　　　　　　　mol·L-1。
【答案】(1)BD　(2)①檢驗CO是否轉化為CO2?、诔霈F紅棕色氣體　黑色粉末變紅　③尾氣處理裝置　(3)a≥b　5(a+b)
【解析】(1)A項,交通運輸主要使用的燃料為汽油等化石能源,燃燒不充分釋放出的主要是CO,而不是NOx,錯誤;B項,NOx形成酸雨可表示為4NOx+(5-2x)O2+2H2O4HNO3,1 mol NOx轉移(5-2x) mol電子,正確;C項,N2轉化為其化合物的過程是氮的固定,錯誤;D項,根據圖示,隨著汽車工業的發展,交通運輸所產生的NOx逐漸增加,正確。(2)①CO和NO在催化劑和加熱條件下轉化為N2和CO2,CO2與澄清石灰水反應生成CaCO3,所以裝置(Ⅲ)的主要作用是檢驗CO是否轉化為CO2。②由于有部分NO沒有轉化為N2,向裝置中通入氧氣時,裝置(Ⅱ)中的NO與O2反應生成紅棕色的NO2氣體;由于有部分CO沒有轉化為CO2,裝置(Ⅳ)中CO會與CuO反應生成Cu,黑色粉末變紅。③尾氣中仍殘留有未反應的CO、NO氣體,所以應增加尾氣處理裝置。(3)根據題給反應可知,NO2和NO的物質的量之比應大于等于1∶1,NO2、NO氣體才能反應完全,故a≥b;根據生成物中N(Na)=N(N)可得n(NaOH)=n(N)=(a+b)mol,故c(NaOH)==5(a+b) mol·L-1。
主題三　氨氣的實驗室制法
【例3】　下列制備NH3并制取氨水的裝置正確且能達到實驗目的的是(　　)。
A.制取NH3 B.干燥NH3 C.收集NH3 D.吸收氨氣
　　【答案】D
【解析】加熱固體時試管口應略向下傾斜,A項錯誤;不能用五氧化二磷干燥氨氣,B項錯誤;氨氣密度小于空氣,應用向下排空氣法收集,應短管進氣長管出氣,C項錯誤;氨氣極易溶于水但不溶于四氯化碳,可通過四氯化碳層再進入水層吸收氨氣,可防止倒吸,D項正確。
【思維模型】
氨氣的實驗室制法
【趁熱打鐵3】　下列裝置用于實驗室制氨氣并驗證氨氣的某化學性質,其中能達到實驗目的的是(　　)。
甲 乙 丙 丁
A.用裝置甲制取氨氣
B.用裝置乙除去氨氣中的水蒸氣
C.用裝置丙驗證氨氣具有還原性
D.用裝置丁吸收尾氣
【答案】C
【解析】氨氣極易溶于水,故NaOH溶液與NH4Cl溶液在不加熱的條件下不能制得氨氣,A項錯誤;氨氣與濃硫酸反應生成硫酸銨,故不能用濃硫酸干燥氨氣,B項錯誤;裝置中發生反應2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O,固體由黑色變為紅色,可以驗證氨氣具有還原性,裝置丙能達到實驗目的,C項正確;氣體與水直接接觸,不能起防倒吸的作用,D項錯誤。
主題四　噴泉實驗及拓展應用
【例4】　某課外活動小組的同學設計的4個噴泉實驗方案如圖所示,下列有關操作不可能引發噴泉的是(　　)。
① ② ③ ④
A.擠壓裝置①的膠頭滴管使CCl4全部進入燒瓶,片刻后打開止水夾
B.擠壓裝置②的膠頭滴管使NaOH溶液全部進入燒瓶,片刻后打開止水夾
C.用鼓氣裝置從裝置③的a處不斷鼓入空氣并打開止水夾
D.在裝置④的水槽中慢慢加入足量濃硫酸并打開止水夾
【答案】B
【解析】H2難溶于NaOH溶液,不能使燒瓶內外形成較大壓強差,故不能引發噴泉。
【思維模型】
形成噴泉的類型
氣體 HCl NH3 CO2、Cl2、SO2、H2S、NO2
吸收劑 水、NaOH溶液 水 NaOH溶液
　　【趁熱打鐵4】　利用如圖所示的裝置,可以驗證NH3和HCl的有關性質。實驗前a、b、c活塞均關閉。
(1)若要在燒瓶Ⅰ中產生“紅色噴泉”,燒瓶Ⅱ中不產生“噴泉”現象,其操作方法是　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)若要燒瓶Ⅱ中產生“藍色噴泉”,燒瓶Ⅰ中不產生“噴泉”現象,其操作方法是　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)若關閉b活塞,打開a、c活塞,再擠壓膠頭滴管,在燒瓶中可觀察到的現象是　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)若要在該裝置中產生“紅藍雙色噴泉”現象,其操作方法是　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)打開a、b活塞,再用熱毛巾捂熱燒瓶Ⅰ
(2)先打開b、c活塞,再擠壓膠頭滴管
(3)燒瓶Ⅱ中導管口處產生白煙
(4)先打開a、c活塞,再擠壓膠頭滴管,片刻后,再打開b活塞
【解析】(1)要使燒瓶Ⅰ中形成“紅色噴泉”,燒瓶Ⅱ中不形成噴泉,應打開a、b活塞,用熱毛巾捂熱燒瓶,使HCl和石蕊溶液接觸,從而形成噴泉。(2)要使燒瓶Ⅱ中形成“藍色噴泉”,燒瓶Ⅰ中不形成噴泉,應打開b、c活塞,擠壓膠頭滴管,使水進入燒瓶Ⅱ,NH3極易溶于水,從而形成噴泉。(3)只打開a、c活塞,擠壓膠頭滴管使水進入燒瓶Ⅱ,NH3極易溶于水,導致燒瓶Ⅱ中氣壓降低,將HCl“吸入”燒瓶Ⅱ與NH3反應,故在燒瓶Ⅱ導管口處產生白煙。(4)打開a、c活塞,擠壓膠頭滴管,NH3易溶于水,且和HCl反應掉部分,導致燒瓶Ⅰ和燒瓶Ⅱ中壓強都減小,再打開b活塞,石蕊溶液進入燒瓶Ⅰ形成紅色噴泉,石蕊溶液進入燒瓶Ⅱ形成藍色噴泉。
主題五　硝酸與金屬反應的計算
【例5】　將15.2 g銅和鎂組成的混合物加入250 mL 4.0 mol·L-1稀硝酸中,固體完全溶解,生成的氣體只有NO。向所得溶液中加入1.0 L NaOH溶液,此時金屬離子恰好沉淀完全,沉淀質量為25.4 g,下列說法正確的是(　　)。
A.原固體混合物中,Cu和Mg的物質的量之比為1∶2
B.氫氧化鈉溶液的濃度為0.8 mol·L-1
C.固體溶解后的溶液中硝酸的物質的量為0.1 mol
D.生成的NO氣體在標準狀況下的體積為2.24 L
【答案】B
【解析】設Cu、Mg的物質的量分別為x mol、y mol,根據原子守恒可知,Cu(OH)2的物質的量為x mol,Mg(OH)2的物質的量為y mol,列式:64x+24y=15.2、98x+58y=25.4,解得:x=0.2、y=0.1,則Cu和Mg的物質的量之比=0.2 mol∶0.1 mol=2∶1,A項錯誤;銅和鎂溶解后,Cu和Mg均為+2價,故失電子的物質的量=2×(0.1 mol+0.2 mol)=0.6 mol,根據電子得失守恒可知,HNO3被還原為NO,生成0.2 mol NO,根據元素守恒,n(NaOH)=n(NaNO3)=n(HNO3)-n(NO)=4.0 mol·L-1×0.25 L-0.2 mol=0.8 mol,所以,c(NaOH)==0.8 mol·L-1,B項正確;由B項可知,固體溶解后,溶液中的HNO3有1 mol-2n(Cu)-2n(Mg)-n(NO)=0.2 mol,C項錯誤;由B項分析可知,產生0.2 mol NO,在標準狀況下的體積為4.48 L,D項錯誤。
【思維模型】
金屬與硝酸反應的思維模型
　　【趁熱打鐵5】　Cu與濃硝酸反應生成氮氧化物,這些氮氧化物溶解在NaOH溶液中生成NaNO3和NaNO2的混合溶液,反應過程及有關數據如圖所示:
下列有關判斷正確的是(　　)。
A.若Cu片為51.2 g,則生成0.2 mol NaNO3
B.Cu遇濃硝酸發生鈍化,不可能發生上述反應
C.標準狀況下收集的氮氧化物為20.16 L
D.Cu(NO3)2既是氧化產物,也是還原產物
【答案】A
【解析】Cu→Cu(NO3)2,每個Cu原子失去2個電子,HNO3→NaNO2,每個N原子得到2個電子,故51.2 g Cu共失電子×2=1.6 mol,由得失電子守恒可知,HNO3→NaNO2得到1.6 mol電子,故產物中NaNO2的物質的量為0.8 mol,又由N、Na守恒可知,另一種產物NaNO3為0.2 mol,A項正確;Cu能與濃硝酸一直反應,B項錯誤;N2O4、NO2在標準狀況下不是氣體,C項錯誤;Cu(NO3)2是氧化產物,D項錯誤。
主題六　氮及其化合物的轉化
【例6】　下圖是某元素的價類二維圖,其中X是一種強堿,A為正鹽,通常條件下Z是無色液體,D的相對分子質量比E小16,各物質轉化關系如圖所示。下列說法不正確的是(　　)。
A.A是可與草木灰混合使用的肥料
B.C可用排水法收集
C.F和B能發生化合反應生成鹽
D.B在一定條件下可直接與Y反應生成D
【答案】A
【解析】A為正鹽,X是一種強堿,二者反應生成氫化物B,則A為銨鹽,B為NH3,B連續與Y反應得到氧化物D與氧化物E,且E的相對分子質量比D大16,則Y為O2,C為N2,D為NO,E為NO2,通常條件下Z是無色液體,E與Z反應得到含氧酸F,則Z為H2O,F為HNO3,F與強堿X發生酸堿中和反應得到的G為硝酸鹽。物質A為銨鹽,草木灰的主要成分是K2CO3,二者混合會發生反應放出氨氣,使肥效降低,A項錯誤。C是N2,氮氣的密度與空氣接近,不宜采取排空氣法收集,N2難溶于水可用排水法收集,B項正確。B是NH3,F是HNO3,二者發生化合反應生成NH4NO3,C項正確。B是NH3,Y為O2,NH3在催化劑存在并加熱的條件下,與O2反應生成NO和H2O,D項正確。
【思維模型】
氮及其化合物的轉化關系
【趁熱打鐵6】　依據下圖中氮元素及其化合物的轉化關系,判斷下列說法中錯誤的是(　　)。
A.X是N2O5
B.可用排空氣法收集NO氣體
C.工業上以NH3、空氣、水為原料生產硝酸
D.從原理上看,NH3可與NO2反應實現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,B項錯誤。
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