第四单元 生产生活中的含氮化合物
一、选择题
1．硝酸被称为"国防工业之母"是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是 ( )。
A．浓硝酸使紫色石蕊试液先变红后褪色--酸性和强氧化性
B．不能用稀硝酸与锌反应制氢气--强氧化性
C．要用棕色瓶盛装浓硝酸--不稳定性
D．能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去--强氧化性
解析 D项中"滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去"，其褪色的原因可能是因为硝酸的强氧化性将酚酞氧化而褪色，但也有可能是硝酸与氢氧化钠发生中和反应，究竟是哪个原因，还需要实验认证，D项不准确。
答案 D
2． NH3是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(如图)。下列说法正确的是 ( )。
A．NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥
B．NH4Cl、HNO3和Na2CO3受热时都易分解
C．NH3和NO2在一定条件下可以发生氧化还原反应
D．图中所涉及的盐类物质均可发生水解
解析 本题通过氨气作为化工原料制取多种产品的分析，考查含氮化合物的性质和转化关系。NH4Cl是常用的化肥，而NaHCO3不是化肥，A项错误；NH4Cl、HNO3受热时都易分解，而Na2CO3受热不易分解，B项错误；根据氮元素化合价分析，氮元素可以发生化合价归中的氧化还原反应，C正确；铵盐(NH)、碳酸盐(CO、HCO)均可以水解，但NaCl不能水解，D项错误。
答案 C
3．如下图，利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即用另一表面皿扣在上面，下表中对实验现象所做的解释正确的是 ( )。
选项
实验现象
解释
A
浓盐酸附近产生白烟
NH3与浓盐酸挥发的HCl气体反应产生了NH4Cl固体
B
浓硫酸附近无明显现象
NH3与浓硫酸不发生反应
C
氯化物溶液变浑浊
该溶液一定是AlCl3溶液
D
干燥红色石蕊试纸不变色，湿润的红色石蕊试纸变蓝
NH3是一种可溶性碱
解析 B项，浓H2SO4可与NH3发生反应；C项，该溶液也可能是MgCl2溶液等；D项浓氨水滴到NaOH固体上，放出大量的热，使NH3挥发出来的同时，也有水蒸气产生，故干燥的红色石蕊试纸也变蓝色。NH3·H2O是碱，而NH3不属于碱。
答案 A
4．在下图装置中，烧瓶中充满干燥气体a，将滴管中的液体b挤入烧瓶内，轻轻振荡烧瓶，然后打开弹簧夹f，烧杯中的液体b呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶。则a和b分别是 ( )。
a(干燥气体)
b(液体)
A
NO2
水
B
CO2
水
C
Cl2
饱和食盐水
D
NH3
1 mol·L－1盐酸
解析 本题考查了形成喷泉现象的原理。由题目所给信息形成喷泉几乎充满烧瓶。b溶液应易吸收a气体而无其他气体生成。NO2易与水反应但又生成NO，溶液不能充满烧瓶；Cl2在饱和NaCl水溶液中溶解度很小基本不被吸收；CO2在水中溶解度较小。
答案 D
5．已知气体的摩尔质量越小，扩散速度越快。如图所示为气体扩散速度的实验，两种气体扩散相遇时形成白色烟环。下列关于甲、乙的判断正确的是( )
A．甲是浓氨水，乙是浓硫酸
B．甲是浓盐酸，乙是浓氨水
C．甲是浓氨水，乙是浓盐酸
D．甲是浓硝酸，乙是浓氨水
解析 根据题意，因NH3的摩尔质量小于HCl和HNO3，所以NH3应在甲处产生，HCl和HNO3气体应在乙处产生，而浓硫酸不挥发。
答案 C
6．将3.2 g Cu跟30.0 mL 10.0 mol·L－1的HNO3充分反应，还原产物有NO和NO2，若反应后溶液中有a mol H＋，则此时溶液中含NO的物质的量为( )
A．0.5a mol B．(0.1＋a)mol
C．0.1a mol D．2a mol
解析 首先判断Cu与硝酸谁过量，经判断知HNO3过量，Cu全部反应，根据溶液中的电荷守恒，n(NO)＝n(H＋)＋2n(Cu2＋)，而n(Cu2＋)＝＝0.05 mol，所以n(NO)＝a mol＋0.05 mol×2＝(a＋0.1)mol。
答案 B
7．向50 mL稀H2SO4与稀HNO3的混合溶液中逐渐加入铁粉，假设加入铁粉的质量与产生气体的体积(标准状况)之间的关系如图所示，且每一段只对应一个反应。下列说法正确的是 ( )。
A．开始时产生的气体为H2
B．AB段发生的反应为置换反应
C．所用混合溶液中c(HNO3)＝0.5 mol·L－1
D．参加反应铁粉的总质量m2＝5.6 g
解析 一是硫酸与硝酸的混酸计算，需要用离子方程式解，二是分析图像各阶段的反应。OA段：Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O，AB段：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，BC段：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，A、B错误。由图像可知，n(NO)＝0.05 mol，根据氮元素原子守恒，硝酸的物质的量等于0.05 mol，浓度为1 mol·L－1，C错误。D项，方法一：OA段反应的铁为0.05 mol，生成Fe3＋ 0.05 mol，AB段溶解Fe 0.025 mol，BC段溶解的铁为0.025 mol，共溶解铁0.1 mol。方法二：根据电子转移守恒，铁最终存在形式均为Fe2＋，有n(NO)×3＋n(H2)×2＝n(Fe)×2，解得n(Fe)＝0.1 mol。
答案 D
二、非选择题
8．某学校化学学习小组为探究二氧化氮的性质，按下图所示装置进行实验。
请回答下列问题：
(1)装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是________，该装置中发生反应的化学方程式为____________________________________________________。
(2)实验过程中，装置乙、丙中出现的现象分别是_____________ ____________、____________________________________装置丙中的试管内发生反应的离子方程式为：_______________ ______________________________________________________________。
(3)为了探究NO的还原性，可以在装置丁的导气管C中通入一种气体，通入的这种气体的名称是_______________________________________。
(4)取下装置丙中的试管D，在其中滴加FeSO4溶液，溶液变为________色，为了证明铁元素在该反应中的产物，可以再在溶液中滴加KSCN溶液，溶液变为________色。
解析 (1)在浓硝酸与铜的反应中，需要随时控制浓硝酸的流量，故采用分液漏斗，而不是一般的漏斗；浓硝酸与铜反应生成二氧化氮。
(2)二氧化氮为红棕色气体，能够与水反应生成无色的NO。
(3)NO与氧气反应表现还原性，NO被氧化为二氧化氮。
(4)试管D中的溶液为稀硝酸，稀硝酸具有氧化性，能够将亚铁离子氧化为铁离子，铁离子与SCN－生成血红色的物质。
答案 (1)分液漏斗 Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(2)生成红棕色气体 蒸馏水中有气泡产生，生成无色气体 3NO2＋H2O===2H＋＋2NO＋NO (3)氧气 (4)棕黄 血红
9．(1)实验室用金属铜和稀硝酸制取NO的离子方程式：
________________________________________________________________________。
(2)NO是有毒气体，某学生为防止污染，用分液漏斗和烧杯装配了一套简易的、能随开随用、随关随停的NO气体发生装置，如图Ⅰ所示。
①实验室若没有铜丝，而只有小铜粒，在使用上述装置进行实验时，可用丝状材料包裹铜粒以代替铜丝进行实验，这丝状材料的成分可以是________(填选项编号)。
A．铁 B．铝 C．银 D．玻璃 E．聚丙烯塑料
②打开分液漏斗的活塞使反应进行，在分液漏斗中实际看到的气体是红棕色的，原因是________________________(填化学方程式)
(3)为证明铜丝与稀硝酸反应生成的确实是NO，某同学另设计了一套如图Ⅱ所示制取NO的装置。反应开始后，可以在U形管右端观察到无色的NO气体。
①长玻璃管的作用是_____________________________________________________。
②让反应停止的操作方法及原因是________________________________________。
(4)以下收集NO气体的装置(见图Ⅲ)，合理的是________(填选项代号)。
解析 (1)离子方程式的书写，要注意电荷的守恒；(2)①能够代替的物质不能与稀硝酸反应，所以A、B、C选项不行；②红棕色的气体是NO2，原因是生成的NO与空气中的氧气反应；(3)该实验装置是防止产生的气体与空气接触，长玻璃管的作用是接收稀硝酸，防止稀硝酸溢出；关闭活塞，使稀硝酸向下压，从而铜丝与稀硝酸分开，反应停止；(4)不能用排空气法来收集NO，因为NO与空气中的氧气反应，只能用排水法，C和D符合题意，E装置是洗气装置。
答案 (1)3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋4H2O＋2NO↑
(2)①D、E ②2NO＋O2===2NO2
(3)①接收被气体压出U形管的液体，防止稀硝酸溢出
②关闭U形管右端导气管上的活塞，反应产生的气体将U形管右端管内的稀硝酸向下压，使铜丝与稀硝酸分开，反应停止 (4)C、D
10．某亚硝酸钠生产厂采用硝酸为原料，其生产原理是NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。工艺流程如下
(1)分解塔中填有大量的瓷环，其目的是：_________________ ____________。
(2)按一定计量比在反应塔中通SO2和喷入硝酸，若反应后生成的NO与NO2物质的量之比恰好1∶1，则分解塔中发生反应的化学方程式为：___________________________________________________________。
试从产物产率的角度分析该反应中硝酸的浓度不宜过大或过小的原因是_____________________________________________________________，
若硝酸过浓度，吸收塔中可能发生的副反应化学方程式为_______。
(3)通入一定量的N2的目的是：__________________________________ __。
(4)吸收塔中尾气如何再利用：______________________________ __________________________________________。
(5)副产品NaNO3在一定条件下可与下列哪些物质反应转化为产品________(选填序号)。
A．Pb B．C C．Fe D．Cl2
解析 (2)中反应物为SO2和HNO3，SO2被氧化为H2SO4，HNO3被还原为NO和NO2，注意两者物质的量之比为1∶1。若硝酸过浓，则生成NO2的含量高，过量的NO2会被NaOH溶液吸收，生成NaNO3和NaNO2、H2O，若硝酸浓度过稀，则生成NO的含量高，两种情况都导致NaNO2产率降低。(4)吸收塔中尾气主要是NO，可以通入适量O2，生成一定量NO2，再进入吸收塔中，循环吸收。(5)目的是将NaNO3还原为NaNO2，所以选择还原剂。
答案 (1)增大接触面，使两者充分接触反应，提高原料利用率
(2)2HNO3＋2SO2＋H2O===NO＋NO2＋2H2SO4
硝酸浓度过大，主要还原生成NO2，导致亚硝酸钠产率降低；若硝酸浓度过低，分解塔中出来的主要是NO，亚硝酸钠产率也低 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O (3)稀释气体，提高吸收率
(4)通入适量的O2，再进入吸收塔，循环吸收 (5)ABC
11．实验一：已知木炭在一定条件下与浓硝酸反应生成两种＋4价的氧化物，为了探究一氧化氮(NO)能否与过氧化钠反应，以及反应后的产物中是否有亚硝酸钠(NaNO2)，某小组同学设计了如图所示装置(夹持仪器和连接用的胶管已经省略)。
(1)为了完成该实验，虚线框内还需要连接B～E四套装置，按气流方向连接的顺序为：
a→(________) (________)→(________) (________) →(________) (________)→(________) (________) (填仪器接口的字母编号)。连接好仪器，检查气密性，装入药品后，要通入一段时间的氮气，再滴加浓硝酸，点燃酒精灯，通入氮气的主要目的是_____________________ ____________。
(2)装置E中观察到的主要实验现象有____________________________ ____。
(3)装置C的作用是____________________________________________。
(4)某同学经查阅资料后发现亚硝酸是弱酸，性质不稳定，室温下易分解生成一氧化氮。装置D中充分反应后，设计实验证明D中是否有亚硝酸钠生成：______________________________________(写出检验步骤及现象)。
(5)亚硝酸钠在酸性条件下可将I－氧化为I2，同时生成NO，该反应常用于亚硝酸钠含量的测定，请写出该反应的离子方程式：______________________。
实验二：为了证明铜与稀硝酸反应产生一氧化氮，某校同学设计了一个实验，其装置如下图所示(加热装置和固定装置均已略去)。A为注射器，B为两端长短不等的U形管，C是装有NaOH溶液的烧杯，D处是绕成螺旋状的铜丝，K1、K2是止水夹。
(1)实验时，为在D处收集到NO，以便观察颜色，必须事先在A中吸入一定量的空气。然后________K1("关闭"或"打开")，打开止水夹K2，从U形管左端注入稀硝酸，当看到______________________时可以确定U形管中空气已被赶尽，关闭止水夹K2。
(2)然后给装置B微微加热，在装置D处产生无色气体，其反应的离子方程式为：__________________________________________________________。
(3)如何证明D处聚集的是NO而不是H2?
_______________________________________________________。
(4)实验现象观察完毕，关闭止水夹K1，打开止水夹K2，在重力作用下，U形管右端的红棕色混合气体被酸液压入NaOH溶液中吸收，消除了环境污染。
解析 实验一：由题意可以看出A中发生的反应为C＋4HNO3(浓)△(△N)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O，要得到NO，则要E装置发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。为了防止NO被氧化成NO2，装置中要保持无氧的条件，则装入药品后，要通入一段时间的氮气，再滴加浓硝酸，点燃酒精灯。E装置出来的气体是CO2、NO、N2和少量的水蒸气。先用装置C除去CO2，再用装置B除去水蒸气。在装置D中探究一氧化氮(NO)能否与过氧化钠反应，以及反应后的产物中是否有亚硝酸钠(NaNO2)。
实验二：NO易与氧气反应，铜与稀硝酸反应制取NO，应排尽装置内的氧气。向U形管中加注稀硝酸时应加满，不留空隙。当收集一定量的气体后，将注射器中的气体注入U形管中，气体的颜色变为红棕色可确定是NO而不是H2。
答案 实验一：(1)h i d e b c f g(或g f) 排除装置中的空气，防止一氧化氮被空气中的氧气氧化为二氧化氮
(2)溶液由无色变成蓝色，有无色气泡产生
(3)除去一氧化氮中的二氧化碳
(4)取少量D中的固体于试管中，加入稀硫酸，若溶液中有气泡产生且在试管液面上方变成红棕色气体，则D中有亚硝酸钠生成(或其他合理答案)
(5)2NO＋2I－＋4H＋===2NO↑＋I2＋2H2O
实验二：(1)关闭 U形管右端稀硝酸接触胶塞
(2)3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(3)打开止水夹K1，把注射器中的空气压入U形管中，若观察到D处气体变红棕色，则证明收集的是NO，而不是H2
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