高中化学氮及其化合物计算题分类汇编.docx
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高中化学氮及其化合物计算题分类汇编
氮及其化合物
(一)氮气
1.氮元素存在形态
空气中含大量N2,是工业生产中N2的主要来源。
2.N2的物理性质
氮气难溶于水,难液化,密度比空气略小(与空气密度相近),只能用排水法收集N2。
3.N2的化学性质
由于氮分子的键能很大,所以氮气的性质很稳定,只有在高温条件下才能发生一些化学变化。
(1)与H2的反应:
N2+3H22NH3
(2)与O2的反应:
N2+O22NO
(3)与Mg的反应:
3Mg+N2Mg3N2
4.氮的固定
(1)定义:
把大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程称为固氮。
(2)氮的同定的途径
①生物固氮
豆科植物的根部常附有小根瘤,其中含有固氮菌,能把空气中游离的氮变成氨(铵态氮肥)作为养分吸收,所以这些植物可以少施肥,甚至不施肥。
②大气同氮
闪电时,大气中的氮转化为氮的氧化物,经降水生成极稀的硝酸(硝态氮肥),渗入土壤被植物根系吸收。
N2+O22NO
2NO+O2=2NO2
3NO2+H2O=2HNO3+NO
【注意】生物固氮和大气固氮统称自然固氮。
③工业固氮
氮气和氢气在高温、高压并有催化剂存在的条件下,可以直接化合生成氨(NH3)。
N2+3H22NH3
工业上就是利用这个原理来合成氨的。
(二)一氧化氮和二氧化氮
1、一氧化氮:
无色气体,难溶于水,有很大毒性,在常温下极易被氧化成二氧化氮。
2NO+O2→2NO2
2、二氧化氮:
有刺激性气味的红棕色气体,溶于水生成硝酸和一氧化氮。
3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO2N2O4(无色)
注意:
关于氮的氧化物溶于水的几种情况的计算方法。
1NO2或NO2与N2(或非O2)的混合气体溶于水时可依据:
3NO2+H2O→2HNO3+NO利用气体体积变化差值进行计算。
2NO2和O2的混合气体溶于水时,由4NO2+2H2O+O2=4HNO3可知,当体积比为
=4:
1,恰好完全反应
V(NO2):
V(O2)>4:
1,NO2过量,剩余气体为NO
<4:
1,O2过量,乘余气体为O2
3NO和O2同时通入水中时,其反应是:
2NO+O2→2NO2,3NO2+H2O→2HNO3+NO,总反应式为:
4NO+2H2O+3O2→4HNO3当体积比为
=4:
3,恰好完全反应
V(NO):
V(O2)>4:
3,NO过量,剩余气体为NO
<4:
3,O2过量,乘余气体为O2
④NO、NO2、O2三种混合气体通入水中,可先按①求出NO2与H2O反应生成的NO的体积,再加上原混合气体中的NO的体积即为NO的总体积,再按③方法进行计算。
(三)硝酸的化学性质
1、HNO3具有酸的通性。
2、HNO3具有强氧化性,表现在能与多数金属、非金属、某些还原性化合物起反应。
【注意】由于硝酸氧化性很强,任何金属与硝酸反应都不能放出氢气,在与不活泼金属如Cu、Ag等反应时,浓硝酸还原产物为NO2,稀硝酸还原产物为NO,(但不能认为稀硝酸的氧化性比浓硝酸强);
这类反应中硝酸只有一部分体现氧化性被还原,另一部分体现酸性生成硝酸盐。
铁、铝常温下遇浓硝酸,由于浓硝酸具有强氧化性,所以在金属的表面形成一层致密的氧化膜,阻止反应继续进行,这个过程叫钝化。
所以可用铁、铝容器装运浓硝酸(或浓硫酸)。
3、在溶液中NO3—几乎与所有离子能大量共存,但注意,当溶液的酸性较强可形成硝酸溶液,具有还原性的某些离子则不能与其大量共存,如NO3—、H+、Fe2+中任意两者能大量共存,但三者则不能大量共存。
即:
NO3—在中性或碱性溶液中不表现氧化性,而在酸性溶液中表现强氧化性。
(四)氨气
1、氨的物理性质
氨气为无色、有刺激性气味的气体,比空气轻,易液化,极易溶于水(喷泉实验),氨水的密度小于水的密度,氨水的浓度越高,密度越小。
2、氨的化学性质;
(1)与水反应,溶液呈碱性:
NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH
氨水中所含有微粒:
NH3·H2O分子,NH4+,OH,氨水中溶质通常看作为NH3,而不是NH3·H2O。
(2)与酸反应
NH3+HNO3=NH4NO3HCl+NH3=NH4ClH2SO4+2NH3=(NH4)2SO4
氨气与氯化氢相遇便产生,可用于NH3与HCl的相互检验。
(3)还原性
NH3分子中氮元素呈-3价,具有还原性,能在一定条件下与O2、Cl2、CuO等反应,被它们氧化:
NH3+Cl2=NH3+CuO=
NH3+O2=NH3+O2=
3、氨气的实验室制法
(1)原理:
固态铵盐与碱加热反应:
2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O
(2)发生装置:
固+固+加热型,与制备氧气相似;
(3)收集:
向下排空气法。
(4)干燥:
在干燥管中盛放碱石灰作干燥剂。
不能用浓硫酸、P2O5、无水氯化钙作干燥剂,因CaCl2吸收氨气生成CaCl2·8NH3。
(5)验满:
a.用湿润的红色石蕊试纸放在瓶口,若变蓝,则满;b.蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口,若产生白烟,则满。
[特别提醒]:
①制氨气所用铵盐不能用硝铵、碳铵。
因加热过程中NH4NO3可能发生爆炸性的分解反应,发生危险;而碳铵受热极易分解产生CO2,使生成的NH3中混有较多的CO2杂质。
②消石灰不能用NaOH、KOH代替,原因是:
a、NaOH、KOH具有吸湿性、易结块,不利于产生NH3;b、在高温下能腐蚀大试管。
③因氨气比空气轻,易与空气发生对流,所以收集时,导气管应插入收集气体的试管底部附近,管口塞一团干燥的棉花团,来防止NH3与空气对流,确保收集到纯净的氨气。
④制备NH3也可以通过加热浓氨水的方法,利用NH3·H2O
NH3↑+H2O原理制备。
也可以利用往浓氨水中加入烧碱制备,原理:
烧碱溶于水为放热反应,促进NH3·H2O的分解,增大c(OH)使上述可逆反应向左移动,而产生NH3。
课堂练习:
1、将8mLNO2和O2的混合气体通入倒立于水槽中装满水的量筒,充分反应后,剩余气体为1mL,则原混合气体中NO2和O2的体积比可能为( )
A.7∶5B.3∶7C.7∶1D.1∶7
2、同温同压下,在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体,它们是①NO和NO2;②NO2和O2;③NH3和N2。
现将3支试管均倒置于水槽中,充分反应后,试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3,则下列关系正确的是( )
A.V1>V2>V3 B.V1>V3>V2C.V2>V3>V1D.V3>V1>V2
3、在相同状况下,将下列四种混合气体:
①体积比为3∶1的NH3和N2'②体积比为1∶1的NO2和N2 ③体积比为1∶1的NO2和O2'④体积比为4∶1的NO2和O2,分别置于相同的四支试管中并倒置于水槽中,充分反应后液面上升高度分别为h1、h2、h3、h4,下列关系正确的是( )
A.h1>h2>h3>h4B.h4>h3>h2>h1C.h4>h1>h3>h2D.h2>h3>h1>h4
4、在常温下向盛满水并倒置于水槽中的试管里先后通入4mLNO2、4mLNO、5mLO2,经过一段时间后,试管里剩余的气体有( )
A.NOB.O2C.NO2和O2D.NO和O2
5、NO、NO2均可与NH3反应转化为无害的N2和H2O,现有3LNO、NO2的混合气体,,当耗用3LNH3时,可全部转化为N2和H2O,则NO和NO2的体积之比为()
A.1:
1B.1:
2C.1:
3D.任意比
6、把盛有48mLNO、NO2混合气体的容器,倒置于水中(同温、同压),待液面稳定后,容器内气体体积变为24mL。
则:
⑴原混合气体中,NO是mL,NO2是mL。
⑵若在剩余24mL气体中,通入6mLO2,待液面稳定后,容器内气体体积为mL。
⑶若在剩余24mL气体中,通入24mLO2,待液面稳定后,容器内气体体积为mL。
⑷若在原48mLNO、NO2混合气体中,通入mLO2,倒置在水面上,气体会全部吸收。
7、常温下,将NO和O2两种气体按物质的量1:
3混合,则其平均相对分子质量( )
A.B.46C.36D.44
8、现有10mLNO和NO2混合气体,其平均相对分子量为,通入一定量的O2后,还是10mLNO和NO2混合气体,但平均相对分子量为,通入O2的体积是()
9、反应NO+O2+NO2+H2O→HNO3(未配平)是多组化学计量数的化学方程式,当氧气有1/3被NO还原时,此反应各物质化学计量数之比是
10、某金属单质跟一定浓度的硝酸反应,假定只产生单一的还原产物,当参加反应的单质与被还原硝酸的物质的量之比为2∶1时,还原产物是( )
A.NO2B.NOC.N2OD.N2
11、物质的量之比为2∶5的锌与稀硝酸反应,若硝酸被还原的产物为N2O,反应结束后锌没有剩余,则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是( )
A.1∶4B.1∶5
C.2∶3D.2∶5
12、某稀硝酸能与5.4g铝恰好反应,当这份酸在与铁反应时,最多消耗铁的量为()
A.16.8gB.C.11.2gD.
13、已知镁和稀硝酸反应时,每有1molHNO3反应,就有电子转移,此时硝酸的还原产物可能是
A.NO2B.N2OC.NH4NO3D.NO
14、Al可以与稀硝酸反应,已知HNO3被还原为NO。
若标准状况有LNO生成,则参加反应的Al
的质量为________g,参加反应的硝酸为________mol
15、在一定温度下,某浓度的HNO3与Zn反应,生成NO2和NO的物质的量之比为1:
3,则要使1mol
Zn完全反应,需要HNO3的物质的量为()
A.B.C.D.
16、已知Cu2S与某浓度的硝酸反应时,生成硝酸铜和硫酸,若反应中Cu2S与HNO3的物质的量之比
为2:
13,则该反应的还原产物为()
A.N2OB.NOC.NO2D.N2O3
17、Cu2S与一定浓度的HNO3反应,生成Cu(NO3)2、CuSO4、NO2、NO和H2O,当NO2和NO的物质
的量之比为1∶1时,实际参加反应的Cu2S与HNO3的物质的量之比为
18、足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体,这些气体与LO2(标准状况)混合后通入水中,所有气体完全被水吸收生成硝酸。
若向所得硝酸铜溶液中加入5mol/LNaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,则消耗NaOH溶液的体积是()
mLmLmLmL
19、向一定量的Fe、FeO和Fe2O3的混合物中加入120mL4mol·L-1的稀硝酸,恰好使混合物完全溶解,放出LNO(标准状况),往所得溶液中加入KSCN溶液,无血红色出现。
若用足量的氢气在加热条件下还原相同质量的混合物,能得到铁的物质的量为( )
A.molB.molC.molD.mol
20、将32g铜与140mL一定浓度的硝酸反应,铜完全溶解产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为L。
欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3,至少需要30%的双氧水________g。
21、将gCu完全溶于适量浓硝酸中,收集到氮的氧化物(含NO、N2O4、NO2)的混合物共mol,这些气体恰好能被500mL2mol/LNaOH溶液完全吸收,生成含NaNO3和NaNO2的盐溶液,其中NaNO3的物质的量为( )
A.mol B.molC.molD.mol
22、1L稀硝酸和稀硫酸的混合液,其物质的量浓度分别为L和L。
若向该混合液中加入足量的铜粉,则最多能溶解铜粉的质量是多少?
23、在某100mL混合酸中,HNO3的物质的量浓度为mol·L-1,H2SO4的物质的量浓度为mol·L-1。
向其中加入g铜粉,微热,待充分反应后,溶液中Cu2+的物质的量浓度为( )
A.mol·L-1B.mol·L-1C.mol·L-1D.无法计算
24、有某硫酸和硝酸的混合溶液20mL,其中含有硫酸的浓度为2mol·L-1,含硝酸的浓度为1mol·L-1,现向其中加入g铜粉,充分反应后(假设只生成NO气体),最多可收集到标准状况下的气体的体积为( )
A.mLB.112mLC.168mLD.224mL
25、将11.2g的MgCu混合物完全溶解于足量的硝酸中,收集反应产生的气体X。
再向所得溶液中加入过量的NaOH溶液,产生21.4g沉淀。
根据题意推断气体X的成分可能是( )
A.molNO2B.molNO2
C.molNO、molNO2D.molNO
26、将Mg、Cu组成的混合物26.4g投入到适量的稀硝酸中,固体完全溶解,收集到标准状况下的NO气体8.96L,向反应后的溶液中加入过量的5mol·L-1的NaOH溶液300mL,金属离子完全沉淀。
则形成沉淀的质量是( )
A.43.2g B.46.8g
C.53.6gD.63.8g
27、铜镁合金完全溶解于50mL密度为mL、质量分数为63%的浓硝酸中,得到NO2和N2O4的混合气体1120mL(标准状况),向反应后的溶液中加入LNaOH溶液,当金属离子全部沉淀时,得到沉淀,下列说法不正确的是()
A.该合金中铜与镁的物质的量之比是2︰1 B.该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是L
和N2O4的混合气体中,NO2的体积分数是80% D.得到沉淀时,加入NaOH溶液的体积60mL
28、汽车剧烈碰撞时,安全气囊中发生反应10NaN3+2KNO3→K2O+5Na2O+16N2↑。
若氧化产物比还原产物多,则下列判断正确的是
A.生成(标准状况) B.有被氧化
C.转移电子的物质的量为 D.被还原的N原子的物质的量为
29、一定量的CuS和Cu2S的混合物投入足量的HNO3中,收集到气体VL(标准状况),向反应后的溶液中(存在Cu2+和SO42-)加入足量NaOH,产生蓝色沉淀,过滤,洗涤,灼烧,得到,若上述气体为NO和NO2的混合物,且体积比为1﹕1,则V可能为
30、某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL,平均分成两份。
向其中一份中逐渐加入铜粉,最多能溶解19.2g(已知硝酸只被还原为NO气体)。
向另一份中逐渐加入铁粉,产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示:
下列分析或结果错误的是( )
A.混合酸中NO
的物质的量为mol
B.OA段产生的是NO,AB段的反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+,BC段产生氢气
C.溶液中最终溶质为FeSO4
D.c(H2SO4)为5mol/L
31、一种工业尾气中含有NO和NO2(通常表示为NOx),NOx是空气中主要污染物之一。
处理尾气的方法较多。
方法一:
氨气还原法:
NH3+NOx→N2+H2O(未配平),
方法二:
用碱液吸收2NO2+2NaOH→NaNO2+NaNO3+H2O,NO+NO2+2NaOH→2NaNO2+H2O
(1)NOx中x的取值范围为________;
(2)NOx中n(NO)/n(NO2)=_________(用含“x”的代数式表示);
(3)当x=时,若用方法一消除NOx,则应通入氨气与NOx体积比(同温同压)V(NH3)/V(NOx)≥______;
(4)若气体中除含NOx(NO和NO2)外,还含有体积分数为y的N2O4,用方法二处理1mol这种气体,气体完全被吸收。
计算:
①满足气体完全被吸收的y和x的关系式②若y=,求生成NaNO3和NaNO2的质量
32、硝酸发生氧化还原反应时,硝酸浓度越小,对应还原产物中氮的化合价越低。
现有一定量铝粉和铁粉的混合物,与1000mL很稀的HNO3充分反应,反应过程中HNO3的还原产物只有两种:
一种是N2,另一种则以硝酸盐的形式留在溶液中,已知产生的N2的体积为mL(标准状况)。
在反应结束后的溶液中,逐滴加入4mol·L-1的NaOH溶液,所加NaOH溶液的体积与产生沉淀的物质的量关系如图所示。
试回答下列问题:
(1)D→E过程中发生反应的离子方程式为__________________________________________________。
(2)B值为__________________。
(3)原稀HNO3溶液的物质的量浓度为____________________________________。
33、某校化学兴趣小组的同学对硝酸盐的受热分解进行探究。
他们设计了如下装置分别加热了NaNO3、
Cu(NO3)2、AgNO3。
(加热及夹持装置未画出)
(1)甲同学加热的是NaNO3。
加热过程发现:
装置②中产生气泡,部分石蕊试液被压至装置③中,且石蕊试液不变色;用带火星的木条检验②中的气体,木条复燃;分析装置①中剩余的固体得知,剩余固体中含有N元素且显+3价。
请写出NaNO3受热分解的化学方程式:
________________________;
(2)乙同学加热的是Cu(NO3)2。
加热过程发现:
装置②中也有气泡产生,但在上升的过程中消失。
装置①中的固体逐渐变为黑色。
请写出Cu(NO3)2受热分解的化学方程式:
________________________,实验过程中还应看到的现象为________________________。
(3)丙同学加热的是AgNO3。
加热过程发现:
装置②中也有气泡产生,但在上升的过程中气泡部分消失,剩余的气体也能使带火星的木条复燃。
石蕊试液也逐渐变为红色,有少量液体被压至装置③中。
装置①中的固体逐渐变为黑色。
丙同学据此写出了AgNO3受热分解可能的两种化学方程式:
(Ⅰ)4AgNO32Ag2O+4NO2↑+O2↑,(Ⅱ)2AgNO32Ag+2NO2↑+O2↑。
请你分析,可能正确的是哪一个并说明理由:
________________________。
请你设计一个简单的实验证明你的结论是正确的:
________________________;
(4)由上述3个实验的结果,请你推测:
硝酸盐受热分解的产物可能与______________有关。
34、实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下:
已知实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液加热后反应制取氮气.
(1)从图中选择制取气体的合适装置:
氮气________、氢气________。
(2)氮气和氢气通过甲装置,甲装置的作用除了将气体混合外,还有________、________。
(3)氨合成器出来经冷却的气体连续通入乙装置的水中吸收氨,________(“会”或“不会”)发生倒吸,原因是:
_____________________________。
(4)用乙装置吸收一段时间氨后,再通入空气,同时将经加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内,能使铂丝保持红热的原因是:
______________________,锥形瓶中还可观察到的现象是:
______________________。
(5)写出乙装置中氨氧化的化学方程式:
______________________________________。
(6)反应结束后锥形瓶内溶液中含有H+、OH-、________、________。
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