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2014高考化学一轮复习第4章


第四讲 氮及其化合物

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1.掌握氮元素单质及其重要化合物的主要性质,了解其应
用。 2.了解氮元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。

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1.HNO3、NH3的制法及其重要性质的综合实验探究。 2.NOx对大气的影响及治理措施,NO、NO2的性质及有关 综合计算。

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一、氮气及氮的氧化物 1.氮的固定 (1)含义:使空气中 游离态 的氮转化为化合态氮的过程。

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2.氮气 (1)物理性质 纯净的N2 是一种无色无味的气体,难溶于水,在空气中 4 约占总体积的 。 5

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(2)化学性质

通常情况下,N2化学性质很稳定,在高温、高压、放电、催
化剂等条件下也能发生一些化学反应。

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3.氮的氧化物
氮 有 多 种 价 态 的 氧 化 物 : N2O 、 NO 、 N2O3 、 NO2 、 N2O4、N2O5等。完成NO和NO2的比较表: NO 物理 性质 颜色 毒性 溶解性 NO2 无色 . 有毒 . 不溶 . 红棕色 . 有毒 . 能溶 .

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NO 与O2反 应 与H2O 反应

NO2

2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HN O3+NO

化 学 性 质

实验室 3Cu+8HNO3(稀)=== Cu+4HNO3(浓)=== 制法(填 3Cu(NO3)2+2NO↑+4 Cu(NO3)2+2NO2↑ 化学方 H2O +2H2O 程式)
①与血红蛋白结合使人 中毒 形成酸雨、光化学烟 ②转化成NO2形成酸雨、 雾 光化学烟雾 ③破坏臭氧层
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与人体、环 境的关系

氮的氧化物对环境有什么影响? 提示 (1)形成硝酸型酸雨。(2)形成光化学烟雾。(3)破坏臭

氧层。

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二、氨和铵盐

1.氨气
(1)物理性质:氨气是无 色 有刺激性 气味的气体,易 液 化可作制冷剂,常温、常压下,1体积的水可溶解 700 体 积的氨气。

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(2)化学性质
①与水的反应:NH3+H2O?? 3· 2O?? 4 +OH 。 NH H NH 氨气溶于水得氨水,氨水中含有的粒子有: NH3·H2O、
+ -

NH3、H2O、NH+4、OH-、H+ 。 NH ·H O 为 可 溶 性 一 3 2 △ NH H 元弱碱,不稳定,易分解: 3· 2O=====NH3↑+H2O 。

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②与酸反应

a.蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近,其现
象为 有白烟生成 ,将浓盐酸改为 浓硝酸 ,也会出现 相同的现象。化学方程式为: HCl+NH3===NH4Cl, NH3+HNO3===NH4NO3 。 b.与CO2等酸性氧化物反应: NH3+CO2+H2O=== NH4HCO3或2NH3+CO2+H2O===(NH4)2CO3

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③还原性

氨的催化氧化化学方程式为:
催化剂 4NH3+5O2 ===== 4NO+6H2O △
(3)实验室制法 化学方程式为:



△ 2NH4Cl+Ca(OH)2=====CaCl2+2NH3↑+2H2O。

(4)主要用途。 化工原料,用于制硝酸、铵盐、纯碱、尿素,用作制冷剂。

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2.铵盐

(1)物理性质:都是无色或白色晶体,易溶于水。
(2)化学性质 ①不稳定性:

△ NH4Cl=====NH3↑+HCl↑ a.NH4Cl受热分解:
b.NH4HCO3受热分解: △ NH4HCO3=====NH3↑+CO2↑+H2O

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②与碱反应:
铵盐与碱溶液反应的离子方程式:
+ - H a.在稀溶液中不加热: NH4 +OH ===NH3· 2O △ + - NH4 +OH =====NH3↑+H2O b.加热时或浓溶液:

(3)NH4 的检验



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干燥NH3能用浓硫酸、P2O5、无水氯化钙吗? 如果不能可选用什么干燥剂?

提示

不能,因为浓H2SO4与NH3反应,P2O5吸水后生成磷

酸也能与NH3反应,无水氯化钙也能与NH3反应,可以选用 固体NaOH或碱石灰。

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三、硝酸

1.物理性质
色味态: 无色有刺激性气味的液体 ;挥发性: 易挥发 ; 水溶性: 与水以任意比互溶 ;发烟硝酸: 质量分数 大于98%的硝酸 。 2.化学性质

(1)强酸性:稀硝酸能使紫色石蕊试液变 红 色,浓硝酸能
使石蕊试液先变 红 色,微热后褪色。

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(2)不稳定性:浓硝酸显黄色,是因为 HNO3分解产生的NO2

溶解在硝酸中 ,说明浓硝酸具有 不稳定 性,化学方程式 △或见光 为 4HNO3 ===== 4NO2↑+O2↑+2H2O 。
(3)强氧化性 ①与金属的反应 a.除Pt、Au、Ti外,大部分金属均能与HNO3反应。

b.Cu与浓、稀HNO3发生反应的化学方程式分别为 Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

, 。

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c.Fe、Al遇冷的浓HNO3或浓H2SO4能发生 钝化 , 故 可 以 用铁质、铝质容器贮存冷的浓HNO3、浓H2SO4。 ②与非金属反应

与浓HNO3反应时,非金属单质一般被氧化为最高价氧化物
或最高价含氧酸,如碳与浓HNO3反应的化学方程式为 △ C+4HNO3(浓)=====CO2↑+4NO2↑+2H2O 。 ③与某些还原性化合物或离子的反应,例如:H2S、SO2 、 HBr、HI、FeCl2等。

④王水:由 浓硝酸 与 浓盐酸

按体积比1∶3混合所得,

具有更强的氧化性,能使Au、Pt溶解。
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3.主要用途 化工原料,用于制硝酸盐、染料、炸药等。

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久置的硝酸呈黄色,如何除去?怎样保存硝

酸?
提示 硝酸分解产生的NO2溶解于浓硝酸显黄色,除去的方

法是通入足量的氧气。 硝酸通常用棕色细口瓶密封保存,置于冷暗处。

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三种理解·

1.对N2性质的理解
N2 的稳定性是相对的,物质的性质不是一成不变的,当 外界条件发生变化时物质的性质也可能改变。 2.有关氨水的理解 氨气或液氨溶于水得氨水,氨水的密度都比水小,并且氨

水浓度越大密度越小。计算氨水浓度时,溶质是NH3而不
是NH3·H2O。

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3.液氨与氨水的理解 液氨是由氨气液化而得到的纯净物,所含粒子只有 NH3 分 子;氨水是由 NH3 溶于水而形成的混合物,所含粒子有三 种分子:NH3、NH3· 2O、H2O,三种离子:NH4 、OH 、 H H 。
+ + -

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两种制法· NH3 的两种制法 1.加热浓氨水 △ (1)反应原理:NH3· 2O=====NH3↑+H2O。 H (2)装置如图

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2.浓氨水中加入固态碱性物质 (1)反应原理: 浓氨水中存在以下平衡:NH3 +H2O?? 3· 2O?? 4 NH H NH


+OH-,加入固态碱性物质(如 CaO、NaOH、碱石灰等), 使平衡逆向移动,同时反应放热,促进 NH3· 2O 的分解。 H (2)装置如下图

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一个循环·

自然界中的氮循环

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两个注意·
1.制氨气时药品的选择 制氨气时,选用的铵盐及碱都有一定的要求。选铵盐时, 不选(NH4)2CO3、NH4HCO3、NH4NO3等,因它们受热易 分 解 , 使 产 生 的 NH3 中 混 有 较 多 的 杂 质 气 体 , 另 外

NH4NO3 易 爆 炸 ; 选 碱 时 , 用 消 石 灰 而 不 用 NaOH 或
KOH,因NaOH、KOH具有吸湿性,易结块,不利于产 生氨气,且在高温下均能腐蚀玻璃。 2.喷泉实验成败的关键 (1)装置气密性良好;(2)烧瓶要干燥;(3)气体的纯度要 大。
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一种比较·

NO2和溴蒸气的比较
(1)相同点 ①均为红棕色气体;②均有氧化性;③溶于水后均有酸生 成;④能与碱反应。

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(2)鉴别溴蒸气和NO2不能用淀粉KI试纸、碱溶液等,但可以
利用它们性质上的差异性来鉴别。 ①通入水中,NO2溶于水发生反应:3NO2+H2O===2HNO3 +NO,反应后溶液呈无色,而溴蒸气溶于水后溶液呈橙 色;
②通入 AgNO3 溶液中,有淡黄色沉淀生成的为溴蒸气(Br2 +H2O?? HBr+HBrO, HBr+AgNO3===AgBr↓+HNO3), 无此现象的为 NO2;③通入 CCl4 有机溶剂中,易溶于 CCl4 且 CCl4 溶液呈橙红色的为 Br2(g),无此现象的为 NO2。

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我的感悟·

“浓HNO3 与Cu反应产生NO2 ,稀HNO3 与Cu反应产
生NO,则稀HNO3氧化性强。”这种说法对吗?为什么? 不对。在与金属反应时,浓硝酸一般被还原为NO2而稀硝酸 一般被还原NO的原因,可作如下简单解释:硝酸越浓,氧 化性越强,反应中即使生成了氮的低价化合物,也会被浓

HNO3 氧化为氮的较高价氧化物——NO2;硝酸较稀时,氧化
能力较弱,生成氮元素的较低价氧化物——NO,NO不会被稀 HNO3进一步氧化。
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我的闪记·
- 1.NO3 的性质:NO-是一种有着鲜明个性的离子,不能单 3

独与任何离子反应,但在酸性条件下,它又能氧化多种离
2 子,如 Fe2+、I-、SO3-、S2-等。

2.使指示剂先变色后褪色的物质 石蕊 ①浓 HNO3――→先变红后褪色 石蕊 ②氯水――→先变红后褪色 酚酞 ③Na2O2――→先变红后褪色
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问题征解· 如何检验溶液或固体中是否含有NO3 ?
提示 溶液(浓或固) 浓H2SO4+Cu片 ――――――→ 蓝色溶液+红棕色气体。若溶液较稀, 相当于Cu与稀HNO3反应,产生无色气体NO,现象不明 显,因此可将稀溶液浓缩后再检验。


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必考点33 有关氮的氧化物计算题的守恒解题方法

1.原子守恒法(关系式法)
(1)NO、O2、H2O之间的综合反应式是 4NO+3O2+2H2O===4HNO3 由此可知,当体积比

?<4∶3余O2 ? V(NO)∶V(O2)?=4∶3恰好完全反应 ?>4∶3余NO ?

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(2)NO2、O2、H2O之间的综合反应式是
4NO2+O2+2H2O===4HNO3 由此可知,当体积比

?<4∶1余O2 ? V(NO2)∶V(O2)?=4∶1恰好完全反应 ?>4∶1余NO ?

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2.得失电子守恒法 当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子,若上述两种气体

与O2 混合,O2 得电子,且得失电子数必然相等,这是得
失电子守恒法解答此类题目的依据。

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3.NO、NO2混合气体与NaOH溶液反应时的N守恒 发生如下反应 ①2NO2 +2NaOH===NaNO3 +NaNO2 +H2O,②NO2 + NO+2NaOH===2NaNO2+H2O。 (1)当V(NO)>V(NO2)时,只发生反应②反应后剩余NO,

体积为V(NO)原-V(NO2)。
(2)当V(NO2)≥V(NO)时,反应①和②都发生,最后无气体 剩余。

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【典例1】

(2013·潮州模拟)室温时,在容积为a mL的试管中充满
NO2气体,然后倒置在水中到管内水面不再上升时为止; 再通入b mL O2,则管内液面又继续上升,测得试管内最 后剩余气体为c mL,且该气体不支持燃烧。则a、b、c的 关系是 ( )。

A.a=4b+3c
C.a∶b=4∶1

B.a=4b+c
D.a∶b=4∶3

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解析 根据反应3NO2+H2O===2HNO3+NO,a mL NO2会 a 生成 mL NO,通入O2后,最后气体不支持燃烧,故c mL 3 剩余气体为NO,即与b mL
?a ? O2反应的NO为?3-c?mL,根据 ? ? ?a ? ? -c? ?3 ?

化学方程式4NO+3O2+2H2O===4HNO3得 4∶3,整理可得a=4b+3c。
答案 A

∶b=

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实际上V(NO2)∶V(O2)=4∶1和V(NO)∶V(O2)=4∶3时,均 相当于N2O5 的组成,与N2O5 +H2O===2HNO3 等效,故当 NO、NO2 、O2 的混合气溶于H2O时也可利用原子个数比进 行判断

?<2∶5余O2 ? n(N)∶n(O)?=2∶5恰好完全反应 ?>2∶5余NO ?

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【应用1】

(2013·长春质检)如图所示,相同条件下,两个容积相同
的试管分别装满NO2 和NO气体,分别倒置于水槽中,然 后通过导管缓慢通入氧气,边通边慢慢摇动试管,直到两 个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散, 则两个试管内溶液物质的量浓度之比为 A.1∶1 B.5∶7 ( )。

C.7∶5
D.4∶3

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解析

根据反应化学方程式:

4NO2+O2+2H2O===4HNO3
4NO+3O2+2H2O===4HNO3 生成HNO3的物质的量取决于NO2与NO的体积,由于NO2与 NO 体 积 相 同 , 生 成 HNO3 的 物质 的 量 相 等 , 即 两 试 管 中 HNO3的浓度相等。

答案

A

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必考点34 喷泉实验原理及延伸

1.喷泉实验装置图

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2.喷泉实验的原理 当挤压胶头滴管胶头,使少量水进入烧瓶后,由于烧瓶内

的气体易溶于水,所以烧瓶内的气压迅速减小,产生负
压,烧杯里的液体在大气压的作用下被压入烧瓶而形成喷 泉。 3.实验的注意事项 (1)整个实验装置要求密闭性好、不漏气,这也是气体实

验的基本要求。
(2)收集氨气的圆底烧瓶要绝对干燥。 (3)烧瓶里的氨气必须集满,并尽可能做到随用随制。
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4.实验原理的延伸 (1)用水吸收NH3制氨水或处理合成氨废气,为防止倒吸,

须用倒置漏斗。
(2)只要烧瓶里的气体易溶于滴管和烧杯中的液体,就能 形成喷泉,因此能产生喷泉现象的气体还有: 烧瓶中气体 滴管中液体 HCl、HBr、HI 水 SO2、NO2、CO2 浓NaOH溶液

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【典例2】

喷泉是一种常见的自然现象,其产生原因是存在压强差。

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(1)图甲中,为化学教学中所用的喷泉实验装置。在烧瓶中充

满干燥气体,胶头滴管及烧杯中盛有液体。
①下列组合中不可能形成喷泉的是 A.HCl和H2O C.NH3和H2O E.NO2和H2O B.O2和H2O D.CO2和NaOH溶液 ( )。

②设若用D组合做喷泉实验,烧杯中的液体一定是NaOH溶
液吗?___________________。 ③用A组合做喷泉实验时,若烧瓶中充满HCl气体,则在标 准状况下,做完实验后烧瓶中c(HCl)=________mol·L-1(设 溶质不扩散)。
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④若用E组合做喷泉实验时,则标准状况下,做完实验后烧 瓶中溶质的物质的量浓度是________mol·L-1。 (2)某学生积极思考产生喷泉的其他办法,并设计了如图乙所

示的装置。
①在图乙的锥形瓶中,分别加入足量的下列物质,反应后可 能产生喷泉的是( A.Cu与稀盐酸 C.CaCO3与稀硫酸 )。 B.NaHCO3与NaOH溶液 D.NH4HCO3与稀盐酸

这种方法产生喷泉的原理是___________________。

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②在图乙锥形瓶外放一水槽,瓶中加入酒精,水槽中加入水 后,再加入足量的下列物质,结果也产生喷泉。水槽中加 入的物质可以是

A.浓硫酸

B.食盐

C.硝酸钾

D.硫酸铜

这种方法产生喷泉的原理是__________________。 ③比较图甲和图乙两套装置,从产生喷泉的原理来分析,图 甲________上部烧瓶内气体压强;图乙________下部锥形 瓶内气体压强(填“增大”或“减小”)。

(3) 城 市 中 常 见 的 人 造 喷 泉 及 火 山 爆 发 的 原 理 与 上 述
________(填“图甲”或“图乙”)装置的原理相似。
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解析

(1)①中O2 难溶于水,不能使烧瓶中的压强减小。②

只要胶头滴管中物质能把CO2几乎完全吸收,使烧瓶中的压

强减小,即可形成喷泉。(2)①NH4HCO3 与盐酸反应产生
CO2气体,使锥形瓶内的压强增大。②浓H2SO4溶于水放出 大量的热使酒精挥发,锥形瓶内压强增大。

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答案

(1)①B

②不一定,只要胶头滴管中盛有足够的浓碱 1 1 ③ ④ 22.4 22.4

溶液足以把烧瓶中的 CO2 吸收即可 (2)①D

锥形瓶中发生反应:NH4HCO3+HCl===NH4Cl+

CO2↑+H2O,随着 CO2 气体的产生,锥形瓶中的压强增大 而产生“喷泉” ②A 浓 H2SO4 溶于水时, 放出大量的热,

温度升高使锥形瓶中的酒精挥发加快,瓶内压强增大,从而 形成“喷泉” (3)图乙 ③减小 增大

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——使容器内外产生压强差的方法
(1)减小烧瓶内压强 ①容器内气体极易溶于水; ②容器内气体易与溶液中的某种成分发生化学反应而被吸 收。

当外部的水或溶液接触容器内气体时,由于气体大量溶解或
与溶液中的某种成分发生化学反应而被吸收,从而使容器内 气压迅速降低,在外界大气压作用下,外部液体迅速进入容 器,通过尖嘴导管喷出,形成喷泉。

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(2)增大烧瓶外压强 容器内的液体由于受热挥发(如浓盐酸、浓氨水、酒精等)或

由于发生化学反应,容器内产生大量气体。使容器内压强迅
速增大,促使容器内液体迅速向外流动,也能形成喷泉。例 如喷雾器、人造喷泉等均是利用了此原理。

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【应用2】

大气压强对许多物理实验和化学实验有着重要影响,制取
氨气并完成喷泉实验(图中夹持装置已略去)。

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(1)写出实验室制取氨气的化学方程式:_______________。 (2)收集氨气应使用________法,要得到干燥的氨气可选用 ________作干燥剂。

(3)用如图1装置进行喷泉实验,上部烧瓶已装满干燥氨气,
引发水上喷的操作是___________________。 该实验的原理是___________________。 (4)如果只提供如图2的装置,请说明引发喷泉的方法。 ____________________________________________________

____________________。

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解析

前两问根据已学知识可以作答。后两问喷泉实验的原

理主要是使盛有氨气的烧瓶内压强降低,利用内外压强差形
成喷泉,无论是图1还是图2要引发喷泉,想办法使氨气溶解 于水即可。

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答案

△ (1)2NH4Cl+Ca(OH)2=====2NH3↑+CaCl2+2H2O 碱石灰 氨气极易溶解于水,

(2)向下排空气

(3)打开止水夹,挤出胶头滴管中的水 致使烧瓶内气体压强迅速减小

(4)打开止水夹,用手(或热毛巾等)将烧瓶捂热,氨气受热膨 胀,赶出玻璃导管内的空气,氨气与水接触,即发生喷泉

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必考点35 典型的气体制备实验——氨的实验室制法
1.原理:加热 NH4Cl 和 Ca(OH)2 的混合物: △ 2NH4Cl+Ca(OH2)=====2NH3↑+CaCl2+2H2O。 △ 2.装置:“固体+固体――→气体”(与用 KClO3(MnO2 作 催化剂)或 KMnO4 加热制 O2 的制气装置相同)。

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3.收集:只能用向下排空气法。 4.干燥:用碱石灰(NaOH和CaO固体的混合物)。 5.验满方法:①用湿润的红色石蕊试纸置于试管口,试纸 变蓝色;②将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口,有白烟产 生。

6.尾气处理:收集时,一般在管口塞一团用水或稀H2SO4
浸湿的棉花球,可减小NH3与空气的对流速度,收集到纯 净的NH3,同时也可避免污染空气。

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【典例3】

如图所示分别是某课外活动小组设计的制取氨气并用氨气
进行喷泉实验的三组装置,回答下列问题:

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(1)用A图所示的装置可制备干燥的NH3: ①反应的化学方程式为___________________。

装置中收集NH3的试管口放置棉花团的作用是__________。
②干燥管中干燥剂能否改用无水CaCl2?________(填“能” 或“不能”),理由是______________(用化学方程式表示)。 (2)用B图所示的装置可快速制取较大量NH3: ①用化学方程式表示浓氨水滴入CaO中有大量NH3逸出的过 程:____________________。 ②检验NH3是否收集满的实验方法是_________________。 (3)用C图所示的装置进行喷泉实验,上部烧瓶已充满干燥氨

气,引发水上喷的操作是________________________,该实
验的原理是___________________。
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解析

(1)①A 图所示的装置中发生的反应为 2NH4Cl+

△ Ca(OH)2=====CaCl2+2NH3↑+2H2O;为了防止氨气与空 气对流,确保收集满纯净的氨气,故用棉花团堵住试管口; ②CaCl2 虽然是中性干燥剂, 但是 CaCl2 能与 NH3 发生反应: CaCl2+8NH3===CaCl2· 3,故不能用无水 CaCl2 来吸收 8NH 氨气中的水蒸气。(2)①虽然一水合氨与生石灰不反应,但是 生石灰与水反应剧烈且放热,使大量氨气逸出: △ NH3· 2O=====NH3↑+H2O。 H

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②用蘸取少许浓盐酸的玻璃棒靠近收集NH3的容器口,若产

生白烟,说明已收集满NH3,反之,则没有收集满;或用湿
润的红色石蕊试纸靠近收集NH3的容器口,若湿润的红色石 蕊试纸变蓝,则说明NH3已收集满,反之,则没有收集满。 (3)先打开止水夹,然后将胶头滴管中的水快速挤出即可,这 是因为NH3极易溶于水,胶头滴管中挤出的水吸收了大量的

氨气致使烧瓶内压强迅速减小而形成喷泉。

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答案 2H2O

△ (1)①2NH4Cl + Ca(OH)2 ===== CaCl2 + 2NH3↑ + 减小空气对流,使 NH3 充满试管 ②不能 CaCl2

+8NH3===CaCl2· 3 8NH △ (2)①CaO+H2O===Ca(OH)2 ,反应放热,NH3· 2O===== H NH3↑+H2O ②用蘸取少许浓盐酸的玻璃棒靠近收集 NH3

的容器口,若产生白烟,说明容器已收集满 NH3,反之,则 没有收集满; 或用湿润的红色石蕊试纸靠近收集 NH3 的容器 口,若湿润的红色石蕊试纸变蓝,则说明 NH3 已收集满,反 之,则没有收集满(其他合理答案也可) (3)打开止水夹,挤出胶头滴管中的水 NH3极易溶解于水, 致使烧瓶内压强迅速减小
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——实验室典型的气体发生装置

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【应用3】 (2013·清 远 模 拟)下 列装置能 达到实验 目的的是 ( 双 选)

(

)。

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解析

A项收集NH3 装置中无棉花;B项NH3 通入CCl4 中,

NH3 不 溶 于 CCl4 , 不 会 引 起 倒 吸 , 逸 出 的 NH3 又 可 被 稀
H2SO4 吸收;C项向长颈漏斗中加一定量水,没过长颈漏斗 的下端,关闭止水夹,再加一定量的水,烧瓶内液面停止在 某一高度不下降,长颈漏斗中液面上升可说明气密性良好, 反之,气密性不好;D项,收集密度比空气大的气体应长进

短出。
答案 BC

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必考点36 金属与硝酸反应的守恒计算

1.金属与HNO3反应的一般通式
(1)金属+浓硝酸―→金属硝酸盐+NO2↑+H2O (2)金属+稀硝酸―→金属硝酸盐+NO↑+H2O 2.计算方法 (1)原子守恒法

HNO3与金属反应时,一部分HNO3起酸的作用,以NO的
形式存在于溶液中;一部分作为氧化剂转化为还原产物, 这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中 氮原子的物质的量。
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(2)得失电子守恒法

HNO3 与金属的反应属于氧化还原反应,HNO3 中氮原子得
到电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。 (3)电荷守恒法
HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH-)有: c(NO-)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)。 3

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(4)离子方程式计算法
- 金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时,由于溶液中NO 3 在

H2SO4提供H 的条件下能继续与金属反应,因此此类题目 应用离子方程式来计算,先作过量判断,然后根据完全反
- 应的金属或H+或NO 3 进行相关计算,且溶液中要符合电荷



守恒。

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【典例4】 (2013·安徽江南十校,13)将9 g铜和铁的混合物投入100

mL稀硝酸中,充分反应后得到标准状况下1.12 L NO,剩
余4.8 g金属;继续加入100 mL等浓度的稀硝酸,金属完 全溶解,又得到标准状况下1.12 L NO。若向反应后的溶 液中加入KSCN溶液,溶液不变红,则下列说法正确的是 ( A.原混合物中铜和铁各0.075 mol B.稀硝酸的物质的量浓度为0.5 mol·L-1 C.第一次剩余4.8 g金属为铜和铁 )。

D.再加入上述100 mL稀硝酸,又得到标准状况下1.12 L
NO
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解析 本题以金属和稀硝酸的反应为背景,考查了守恒定 律在计算题中的应用。第一次加稀硝酸时金属有剩余,溶 解的4.2 g金属均被氧化为+2价,溶解的金属的物质的量为 1.12 1 4.2 g ×3× =0.075 mol,金属的摩尔质量为 =56 22.4 2 0.075 mol g· -1,是铁;第二次加稀硝酸后金属完全溶解,由题意 mol 可知Fe2+未被氧化,溶解的4.8 g金属也一定被氧化为+2

价,同理可知溶解的金属的摩尔质量为64 g· -1,是铜。 mol

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1.12 c(HNO3)= ×4 mol÷ L=2 mol· -1。若金属完全溶解 0.1 L 22.4 后再加100 mL稀硝酸,反应为3Fe2++4H++NO - ===3Fe3+ 3 +NO↑+2H2O,HNO3足量,0.075 mol Fe2 生成0.025 mol NO,标准状况下体积为0.56 误。
答案 A


L,故A正确,B、C、D错

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——有关金属与硝酸反应的相关计算的思维模型

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【应用4】 (2013·石家庄质检)FeS与一定浓度的HNO3 反应,生成 Fe(NO3)3 、 Fe2(SO4)3 、 NO2 、 N2O4 、 NO 和 H2O , 当

NO2、N2O4、NO的物质的量之比为1∶1∶1时,实际参加
反应的FeS与HNO3的物质的量之比为 A.1∶6 C.2∶11 B.16∶25 D.1∶7 ( )。

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解析

设生成的NO2、N2O4、NO的物质的量均为1 mol,则

有4 mol HNO3参加氧化还原反应,共得到6 mol电子,当1
mol FeS生成硝酸铁、硫酸铁时化合价的变化为铁升高1,硫 升高8,即共失去9 mol电子,所以参加氧化还原反应FeS与 HNO3的物质的量之比为1∶6。但是生成物中还有硝酸铁, 因而有一部分硝酸起了酸性介质的作用,通过原子守恒可得

化学方程式中FeS与HNO3 的化学计量数之比为6∶42,即
1∶7。

答案

D

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简答题评分时是按答题要点进行的,所以语言叙述要 符合逻辑关系,前因后果要明确,分点叙述“因”应指“化 学原理”,只有紧扣原理去分析问题,逐步解答才能得到相 应分数,答题时要注意语言的准确,化学用语的规范。

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试卷采样
(10分)如图所示,将Ⅰ中生成的NH3 缓缓经过Ⅱ通入充满干 燥Cl2 的试管Ⅲ中,已知2NH3 +3Cl2===N2 +6HCl,试回答 下列问题:

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当场指导

答题要素
(1)现象描述要全面:看到的、听到的、摸到的、闻到的。 (2)现象描述要准确:如A试管中??、B处有?? (3)按“现象+结论”格式描述,忌现象结论不分、由结论推 现象、指出具体生成物的名称。

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得分点及关键词
针对不同状态可按以下模板回答: (1)溶液中―→颜色由??变成??,液面上升或下降(形成 液面差),溶液变浑浊,生成(产生)??沉淀,溶液发生倒 吸,产生大量气泡(或有气体从溶液中逸出),有液体溢出 等。 (2)固体―→表面产生大量气泡,逐渐溶解,体积逐渐变小

(变细),颜色由??变成??等。
(3)气体―→生成??色(味)气体,气体由??色变成?? 色,先变??后??(加深、变浅、褪色)等。
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答题分析

(1)由于浓氨水中存在如下平衡:NH3+


H2O?? 3· 2O?? NH H NH

4

+OH-,将浓氨水加到固体CaO

中,浓氨水中的H2O与CaO反应放出热量并消耗了水产生 OH-,促使上述平衡向生成NH3的方向移动,导致NH3的生 成。(2)所得的NH3中有杂质H2O,装置Ⅱ的干燥管内可盛放 碱石灰除去之。(3)Cl2具有氧化性,NH3具有还原性,二者 相遇发生氧化还原反应生成N2和HCl,2NH3+3Cl2===N2+ 6HCl,过量的NH3与HCl反应生成NH4Cl固体,其总反应 为:8NH3+3Cl2===N2+6NH4Cl,由此可知反应后气体的 1 量是反应前的 ,故将Ⅲ试管倒立于盛满水的水槽中,液面 3 2 上升约为试管体积的 。 3
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评分细则 (1)CaO+H2O===Ca(OH)2,放出热量并生成碱,使平衡 NH3+H2O?? 3· 2O?? NH H NH


4

+OH-左移,促使氨气逸

出。或写CaO+NH3· 2O===Ca(OH)2+NH3↑(3分,没有 H 化学方程式扣2分,不全扣1分) (2分) (2分) (2)碱石灰(1分) 干燥氨气 2 3

(3)黄绿色逐渐消失并产生白烟(2分,不全扣1分)

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Hold住考向
考向1 氮的氧化物的性质及相关计算 5年8考

考向2 5年6考 氨和铵盐的性质及相关实验 考向3 硝酸的性质及在工农业生产中的综合应用 5年6考

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氮及其化合物的有关知识是每年高考的必考内容。其中有关 氮的氧化物的计算、金属与硝酸反应的相关计算、物质的推 断和检验、以工业、农业生产为背景,有关氮的化合物的实 验探究和评价,是高考考查的重点,2014年高考对此部分的

考查将保持不变。

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1.判断正误 (1)过量的铜与浓硝酸反应有NO生成 (√) (2012· 重庆理综,7C) (2)NO2与水的反应:3NO2+H2O===2NO-+NO+2H+ 3 (√) (2011· 江苏,6B) (3)用稀氢氧化钠溶液吸收NO2的离子方程式是2OH-+
- 2NO2===NO3 +NO+H2O

(×) (2010· 江苏,3C)

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(4)在pH=0的溶液中,Na 、NO 3 、SO 2 、K 可以大量共 3 存 (×) (2010· 福建理综,10B)
(5)NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象 (×) (2010·上海,13A) (6)CO、NO、NO2都是大气污染气体,在空气中都能稳定存 在 (×)









(2010·山东理综,13C)

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2.(2012·江苏单科,16)利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含

NO、NO2)反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的
Ca(NO2)2,其部分工艺流程如下:

(1) 一 定 条 件 下 , NO 与 NO2 存 在 下 列 反 应 : NO(g) + NO2(g)?? 2O3(g),其平衡常数表达式为 K=________。 N

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(2)上述工艺中采用气-液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进 入,石灰乳从吸收塔顶喷淋),其目的是________;滤渣可

循环使用,滤渣的主要成分是________(填化学式)。
(3) 该 工 艺 需 控 制 NO 和 NO2 物 质 的 量 之 比 接 近 1∶1 。 若 n(NO)∶n(NO2)>1∶1,则会导致__________________; 若n(NO)∶n(NO2)<1∶1,则会导致________________。 (4)生产中溶液需保持弱碱性,在酸性溶液中Ca(NO2)2 会发

生 分 解 , 产 物 之 一 是 NO , 其 反 应 的 离 子 方 程 式 为
_________________。

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解析

(2)气-液逆流可以使气体与吸收液充分接触,吸收更

完全;滤渣是Ca(OH)2,可以循环使用。
(3)据NO+NO2+Ca(OH)2===Ca(NO2)2+H2O可知参加反应 的NO与NO2的物质的量之比为1∶1,如果n(NO)∶n(NO2)> 1∶1,剩余的NO不能被吸收,排放的气体中NO含量升高; 如 果 n(NO)∶n(NO2) < 1∶1 , 则 发 生 反 应 : 4NO2 +

2Ca(OH)2===Ca(NO2)2 + Ca(NO3)2 + 2H2O , 产 品 中
Ca(NO3)2的含量升高。
(4)酸性条件下 NO2 发生歧化反应。


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答案

c?N2O3? (1) c?NO?· c?NO2? Ca(OH)2

(2)使尾气中的 NO、NO2 被充分吸收

(3)排放气体中 NO 含量升高 产品 Ca(NO2)2 中 Ca(NO3)2 含 量升高 (4)3NO2 +2H ===NO3 +2NO↑+H2O
- + -

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1.(2012·四川理综,28)甲、乙两个研究性学习小组为测定
氨分子中氮、氢原子个数比,设计了如下实验流程:

制取氨气

―→

装有足量干燥剂的干燥管

―→

装有氧化铜的硬质玻管 ―→ 盛有足量浓硫酸的洗气瓶 ―→ 测定生成氮气的体积
实验中,先用制得的氨气排尽洗气瓶前所有装置中的空 气,再连接洗气瓶和气体收集装置,立即加热氧化铜。反 应完成后,黑色的氧化铜转化为红色的铜。
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下图A、B、C为甲、乙两小组制取氨气时可能用到的装置,
D为盛有浓硫酸的洗气瓶。

甲小组测得:反应前氧化铜的质量m1 g、氧化铜反应后剩余

固体的质量m2 g、生成氮气在标准状况下的体积V1 L。乙小
组测得:洗气前装置D的质量m3 g、洗气后装置D的质量m4 g、生成氮气在标准状况下的体积V2 L。
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请回答下列问题:
(1)写出仪器a的名称:________。 (2)检查A装置气密性的操作是________。 (3)甲、乙两小组选择了不同的方法制取氨气。请将实验装置 的字母编号和制备原理填写在下表的空格中。 实验装置 实验药品 甲小组 制备原理

A

反应的化学方程式为:①__ ________________________ 氢氧化钙、 ________________________ 硫酸铵 ______________________
浓氨水、 用化学平衡原理分析氢氧化 氢氧化钠 钠的作用:③________
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乙小组

__②__

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(4)甲小组用所测数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数之比

为________。
(5)乙小组用所测数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数比明 显小于理论值,其原因是________________。为此,乙小组 在原有实验的基础上增加了一个装有某药品的实验仪器,重 新实验。根据实验前后该药品的质量变化及生成氮气的体

积,得出了合理的实验结果。该药品的名称是________。

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解析
键。

明确实验的目的,分析所给装置的作用是解题的关

(1)a为圆底烧瓶。(2)检查装置的气密性可以用微热法:连接 导气管,将导气管插入水中;加热试管,导管口有气泡产 生;停止加热,导管内有水回流并形成一段稳定的水柱。

(3)①(NH4)2SO4 与 Ca(OH)2 反应的化学方程式为(NH4)2SO4 △ +Ca(OH)2 ===== CaSO4 +2NH3↑+2H2O;②快速制备氨 气,可以将浓氨水滴加到 NaOH 固体上,故应选择装置 B; ③氨水中存在的平衡为:NH3+H2O?? 3· 2O?? ++ NH H NH4 OH-,NaOH 溶于水后放热且增大了 c(OH-),使平衡逆向 移动,从而生成氨气。
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△ (4)该实验的原理为:2NH3+3CuO=====3Cu+N2+3H2O。 由甲小组的方法可知:(m1-m2)g 为 CuO 减少的 O 原子的 m1-m2 质量,其物质的量为 mol;则生成的 H2O 中 H 原子 16 m1-m2 的物质的量为 mol;生成 N2 的体积为 V1 L,其物质 8 V1 V1 的量为 mol,则 N 原子的物质的量为 mol,故 N、 22.4 11.2 5V1 H 的原子个数比为 。 7?m1-m2?

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(5)未参加反应的氨气与水蒸气一起被浓硫酸吸收了,导致计

算中水的质量增大,求得氢原子的物质的量增大,最终求得
氨分子中氮、氢原子个数比明显比理论值偏小。可以选用只 吸收水分而不吸收氨气的药品(如碱石灰等)及相应的装置。

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答案

(1)圆底烧瓶

(2)连接导管,将导管插入水中;加热试管,导管口有气泡产 生,停止加热,导管内有水回流并形成一段稳定的水柱 △ (3)①(NH4)2SO4+Ca(OH)2=====2NH3↑+2H2O+CaSO4 ②B ③氢氧化钠溶于氨水后放热、 增加氢氧根浓度, NH3 使

+H2O?? 3· 2O?? ++OH-向逆方向移动,加快氨气 NH H NH4 逸出 (4)5V1∶7(m1-m2) (5)浓硫酸吸收了未反应的氨气, 碱石灰(氢氧化钠、氧化钙等)

从而使计算的氢的量偏高

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2.(2009·上海,4)用浓氯化铵溶液处理过的舞台幕布不易

着火。其原因是
①幕布的着火点升高 吸收热量,降低了温度 空气 A.①② B.③④ C.①③ ②幕布的质量增加

(

)。

③氯化铵分解

④氯化铵分解产生的气体隔绝了

D.②④

解析

氯化铵分解吸收热量,能降低火焰温度,并且分解

产生的氯化氢和氨气能隔绝空气,破坏了可燃物的燃烧条 件,故能使幕布不易着火。 答案 B
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(2009·北京理综,27)某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的 相对强弱,按下图装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表 明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO。由此 得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。

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可选药品:浓硝酸、3 mol·L-1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、

氢氧化钠溶液及二氧化碳
已知:氢氧化钠溶液不与NO反应,能与NO2反应。 2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O (1)实验应避免有害气体排放到空气中。装置③、④、⑥中盛 放的药品依次是____________________。

(2)滴加浓硝酸之前的操作是检查装置的气密性,加入药品,
打开弹簧夹后_________________。 (3)装置①中发生反应的化学方程式是__________________。 (4)装置②的作用是__________,发生反应的化学方程式是 ___________________。
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(5)该小组得出的结论依据的实验现象是_______________。

(6)实验结束后,同学们发现装置①中溶液呈绿色,而不显蓝
色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致, 而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别 设计了以下4个实验来判断两种看法是否正确。这些方案 中可行的是(选填序号字母)____________。

a.加热该绿色溶液,观察颜色变化
b.加水稀释该绿色溶液,观察颜色变化 c.向该绿色溶液中通入氮气,观察颜色变化 d.向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体, 观察颜色变化
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解析 能力。

本题主要考查HNO3的性质、化学实验设计和评价的

(1)根据装置特点和实验目的,装置⑤收集NO,装置⑥中盛 放NaOH溶液吸收NO2,因为要验证稀硝酸不能氧化NO,所 以装置③中应该盛放稀硝酸。(2)由于装置中残存的空气能氧

化NO而对实验产生干扰,所以滴加浓硝酸之前需要通入一
段时间CO2赶走装置中的空气,同时也需将装置⑤中导管末 端伸入倒置的烧瓶内,防止反应产生的NO气体逸出。

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(3)Cu 与 浓 HNO3 反 应 生 成 Cu(NO3)2 、 NO2 、 H2O ; Cu + 4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。(4)装置②中盛放 蒸馏水,使NO2与H2O反应生成NO:3NO2+H2O===2HNO3 +NO。(5)NO通过稀HNO3 溶液后,若无红棕色NO2 产生,

说明稀HNO3不能氧化NO,所以盛放稀HNO3装置的液面上
方没有颜色变化即可说明。装置④中盛放的是浓HNO3,若 浓HNO3 能氧化NO,则装置④液面的上方会产生红棕色气 体。

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(6)要证明是Cu(NO3)2 溶液浓度过高或是溶解了NO2 导致
装置①中溶液呈绿色,可设计实验方案(a、c方案)将溶解 的NO2赶走再观察颜色变化,也可在Cu(NO3)2浓溶液中通 入NO2 进行比较观察反应后的颜色变化(d方案),确定是 否是因溶有NO2引起的。方案b中由于Cu(NO3)2和溶解在

其中的NO2浓度均可发生变化,无法确定是哪一种因素引
起的。

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答案

(1)3 mol·L-1稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液

(2)通入CO2一段时间,关闭弹簧夹,将装置⑤中导管末端伸 入倒置的烧瓶内 (3)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O (4)将NO2转化为NO 3NO2+H2O===2HNO3+NO

(5)装置③中液面上方气体仍为无色,装置④中液面上方气体
由无色变为红棕色 (6)acd

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【常见考点】 化学是一门以实验为基础的学科,化学教学 更是离不开实验教学,实验教学可以使学生观察到语言难

以表达清楚的实验现象,增强更直观的感性认识。化学实
验教学中力求利用最少的实验药品获得最佳的实验效果、 最大限度地减少废弃物,在化学实验过程中要渗透绿色化 学思想,提高人们的环保意识。近几年的高考命题中也充 分体现了这一点。

【高考题型】 简答题
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【样题1】 (2013·南京高三模拟)工业尾气中的氮氧化物常用
氨催化吸收法,原理是NH3与NOx反应生成无毒物质。某 同学采用以下装置和步骤模拟工业上氮氧化物的处理过 程。

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(一)提供的装置

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(二)NH3的制取 (1)下列有关实验室制备气体的说法正确的是____(填序号)。 ①可以用排饱和食盐水的方法收集氯气 蒸气反应制取氢气 ②用赤热的炭与水

③实验室制氧气有时需要加热,有时不

需要加热

④用无水氯化钙干燥氨气

⑤用浓盐酸洗涤高锰

酸钾分解制氧气的试管 (2) 从 所 提 供 的 装 置 中 选 取 一 个 能 制 取 氨 气 的 装 置 : ____________(填序号)。 (3)当采用你所选用的装置制取氨气时,相应反应的化学方程

式是___________________。

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(三)模拟尾气的处理 选用上述部分装置,按下列顺序连接成模拟尾气处理装置, 回答有关问题:

(4)A中反应的离子方程式为___________________。 (5)D装置中的液体可换成________(填序号)。 a.CuSO4 b.H2O c.CCl4 d.浓硫酸

(6)该同学所设计的模拟尾气处理实验还存在的明显缺陷是
____________________。
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解析

(2)实验室制备氨气可用氢氧化钙与氯化铵固体加热

法,也可以用浓氨水与氢氧化钠(或氧化钙)在常温下制取。 可选装置C或G。(3)根据所选装置写出相应制备反应的化学 方程式。(4)A中为Cu与稀硝酸的反应:3Cu+2NO


3

+8H



===3Cu2++2NO↑+4H2O。(5)D中用饱和氨水防止氨气被 吸收,因此还可以换成CCl4。(6)该反应中尾气含有NO等污 染性气体,应除去后再排空。

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答案

(1)①③⑤

(2)C或G

△ (3)2NH4Cl+Ca(OH)2 ===== 2NH3↑+CaCl2+2H2O或CaO +NH3· 2O===NH3↑+Ca(OH)2(要对应) H (4)3Cu+2NO3 +8H ===3Cu2 +2NO↑+4H2O (5)c (6)NO尾气直接排放,没有进行处理
- + +

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【样题2】 为了证明铜与稀硝酸反应产生一氧化氮,某校学
生实验小组设计了一个实验,其装置如下图所示(加热装 置和固定装置均已略去),B为一个用金属丝固定的干燥 管,内装块状碳酸钙固体;E为一个空的蒸馏烧瓶;F是 用于鼓入空气的双连打气球。

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(1)实验时,先将B装置下移,使碳酸钙与稀硝酸接触产生气 体,当C处产生白色沉淀时,立刻将B装置上提,使之与稀 硝酸分离。该组学生设计此步操作的目的为___________。 (2)将A中铜丝放入稀硝酸中,给装置A微微加热,在装置A

中产生无色气体,其反应的化学方程式为_____________。
(3)装置E中开始时出现浅红棕色气体,用F向E中鼓入空气 后,可观察到烧瓶E内气体颜色加深,产生上述现象的原因 是___________________。 (4)一段时间后,C中白色沉淀溶解,其原因是_________。

(5)装置D的作用是____________________。
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解析

要验证铜与稀硝酸反应生成一氧化氮,则应将装置中

的O2 排出。当B中的CaCO3 与稀硝酸接触时,生成CO2 气
体。CO2 气体可将A中空气排尽,但由于CO2 的密度大于空 气的密度,因此E中采用向下排空气法是不能将空气排尽 的。由于E中有残留的少量O2,因此当有NO生成时,E中有 少量的NO2生成,从F鼓入空气时,E中生成的NO2增加,红

棕色加深。随着反应的不断进行,E中生成的NO2会被排入
C,在C中与水反应生成硝酸,将原来生成的CaCO3 沉淀溶

解。D装置用来吸收尾气,防止污染环境。

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答案

(1)产生二氧化碳,排出装置中的空气

(2)3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(3)二氧化碳密度大于空气,未能排尽烧瓶中的空气,少量 NO与空气中的氧气反应生成少量的红棕色的NO2 ;鼓入空 气后,NO与氧气反应,生成大量的红棕色二氧化氮 (4)二 (5) 氧化氮与水反应生成硝酸,硝酸使白色沉淀碳酸钙溶解

吸收尾气,防止污染大气

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