跟踪检测(二十一) 氮及其重要化合物

跟踪检测（二十一） 氮及其重要化合物
1．随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。

汽车尾气处理装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是( )
A ．反应中NO 为氧化剂，N 2为氧化产物
B ．汽车尾气的主要污染成分包括CO 、NO 和N 2
C ．NO 和O 2必须在催化剂表面才能反应
D ．催化转化总化学方程式为2NO ＋O 2＋4CO=====催化剂
4CO 2＋N 2
解析：选D 反应过程中NO 、CO 为还原剂，NO 2、O 2为氧化剂，N 2为还原产物；汽车尾气中的N 2不是污染物；NO 和O 2的反应不需要催化剂；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：2NO ＋O 2===2NO 2,2NO 2＋4CO=====催化剂N 2＋4CO 2，将两步反应式合并可得总化学方程式为2NO ＋O 2＋4CO=====催化剂4CO 2＋N 2，D 项正确。

2．氮元素在海洋中的循环是整个海洋生态系统的基础和关键。

海洋中无机氮的循环过程可用下图表示。

下列关于海洋氮循环的说法正确的是( )
A ．海洋中的氮循环起始于氮的氧化
B ．海洋中的氮循环属于固氮作用的是③
C ．海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与
D ．向海洋中排放含NO －3的废水会影响海洋中NH ＋
4的含量
解析：选D A 项，海洋中的氮循环起始于氮的还原，错误；B 项，海洋中的氮循环属于固氮作用的是②，错误；C 项，反硝化作用是氮元素化合价降低的过程，反硝化细菌在氧
气不足的条件下还原N 元素，不一定有氧气参与，错误；D 项，由氮的循环过程可知，NO －3增多，反硝化作用增强，会进一步影响海洋中NH ＋4的含量，正确。

3．如图所示是NH 3的两个性质实验，下列有关说法中正确的是( )
A ．两个实验均表现了NH 3易溶于水
B ．两个实验均表现了NH 3易挥发
C ．两个实验均表现了NH 3是碱性气体
D ．两个实验均表现了NH 3是还原性气体
解析：选C 实验一是氨气的喷泉实验，喷泉实验证明氨气极易溶于水，溶于水形成一水合氨弱碱溶液，滴加酚酞溶液变红色，证明氨气是碱性气体。

实验二中浓氨水挥发出的氨气和浓盐酸挥发出的氯化氢结合生成白烟氯化铵固体小颗粒，证明浓氨水易挥发，氨气遇到氯化氢发生反应生成氯化铵，证明氨气是碱性气体。

4．氨气溶于水得到氨水，氯气溶于水得到氯水，下列关于新制的氨水、氯水的描述正确的是( )
A ．“两水”都是混合物，溶液中含有的粒子种类、数目相同
B ．“两水”都有刺激性气味，都能漂白有机色素
C ．“两水”中都存在可逆反应的化学平衡和弱电解质的电离平衡
D ．“两水”放置时间较久后都会因为相同的原理而变质
解析：选C 新制氯水中存在的微粒有Cl 2、H 2O 、HClO 、Cl －、ClO －、H ＋和OH －，
新制氨水中存在的微粒有NH 3、H 2O 、NH 3·H 2O 、NH ＋4、H ＋和OH －，A 错误；氨水无漂
白性，B 错误；氯水变质是因为HClO 见光分解，氨水变质是由于氨气的挥发，D 错误。

5．科学家预测，氨有望取代氢能，成为重要的新一代绿色能源。

下列有关说法不正确的是( )
A ．液氨作为清洁能源的反应原理是4NH 3＋5O 2=====催化剂
△
4NO ＋6H 2O B ．液氨可以作为溶剂使用，而氢的沸点极低，不易液化
C ．氨气比空气轻，标准状况下密度约为0.76 g·L －1
D ．氨气与氢气相比，优点在于氨气不容易发生爆炸，使用时更安全
解析：选A 该反应中有污染性气体NO 产生，故不符合清洁能源的要求，A 错误；液氨易挥发属于极性分子，可作为溶剂使用，而氢的沸点极低(－250 ℃)，不易液化，B 正确；
氨气在标准状况下的密度ρ标＝M V m ＝17 g·mol －122.4 L·mol
－1≈0.76 g·L －1，氨气比空气轻，C 正确；氨气与氢气相比，可在纯氧中燃烧，优点在于氨气不容易发生爆炸，使用时更安全，D 正确。

6.如图所示，将相同条件下的m 体积NO 和n 体积O 2同时通入倒
立于水槽中且盛满水的试管内，充分反应后，试管内残留m 2
体积的气体，该气体与空气接触后立即变为红棕色。

则m 与n 的比值为( )
A ．3∶2
B ．2∶3
C ．8∶3
D ．3∶8
解析：选C 该过程中涉及的反应有2NO ＋O 2===2NO 2、3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO ，可将两个方程式“合并”为4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3。

剩余气体与空气接触立即变为红
棕色，说明剩余气体为NO 。

则可知m 2
体积的NO 气体与n 体积的O 2恰好完全反应。

4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3
4 3
m 2
n 4∶m 2
＝3∶n ，解得m ∶n ＝8∶3。

7．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NO 2，②NO 2和O 2，③NH 3和N 2。

将3支试管均倒置于盛水的水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V 1、V 2、V 3，则下列的关系正确的是( )
A ．V 1＞V 2＞V 3
B ．V 1＞V 3＞V 2
C ．V 2＞V 3＞V 1
D ．V 3＞V 1＞V 2
解析：选B 设各种气体的体积都为1体积。

①根据3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO ，即
剩余NO 的体积V 1＝⎝⎛⎭
⎫1＋13体积。

②根据4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3，即剩余O 2的体积V 2＝⎝⎛⎭
⎫1－14体积。

③剩余N 2的体积V 3＝1体积。

即B 项符合题意。

8．某化学兴趣小组进行了有关Cu 、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示。

下列有关说法正确的是( )
A．①中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生，稀硝酸被还原为NO2
B．③中反应的化学方程式为3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4===4CuSO4＋2NO↑＋4H2O C．③中滴加稀硫酸，铜片继续溶解，说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸的强
D．由上述实验可知，Cu在常温下既可与稀硝酸反应，又可与稀硫酸反应
解析：选B Cu与稀硝酸发生反应3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，稀硝酸被还原为NO，NO遇空气中的O2生成NO2，故试管口有红棕色气体产生，A错误；
③中溶液含有NO－3，滴加稀硫酸后，Cu、NO－3、H＋继续反应生成NO，B正确；③中铜片继续溶解，是因为稀硫酸提供H＋，与NO－3形成HNO3，HNO3继续与Cu反应，C错误；Cu是不活泼金属，在常温下，可与稀硝酸反应，但不能与稀硫酸反应，D错误。

9．一定温度下，探究铜与稀HNO3反应过程如下：
下列说法不正确的是()
A．过程Ⅰ中生成无色气体的离子方程式是3Cu＋2NO－3＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
B．步骤Ⅲ反应速率比Ⅰ快的原因是NO2溶于水，使c(HNO3)增大
C．由实验可知，NO2对该反应具有催化作用
D．当活塞不再移动时，再抽入空气，铜可以继续溶解
解析：选B A项，过程Ⅰ中铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu＋2NO－3＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，正确；B项，步骤Ⅲ中硝酸的浓度没有Ⅰ中大，因为部分硝酸转化成了一氧化氮，因此反应速率比Ⅰ快的原因不可能是c(HNO3)增大，错误；C项，由实验可知，步骤Ⅲ反应速率比Ⅰ快，说明NO2对该反应具有催化作用，正确；D项，当活塞不再移动时，再抽入空气，一氧化氮与氧气反应生成硝酸，能够与铜继续反应，正确。

10．在100 mL 稀HNO3和稀H2SO4组成的混合溶液中，两种酸的物质的量浓度之和
为0.4 mol/L。

向该溶液中加入足量的铜粉后加热，充分反应后，所得溶液中Cu2＋的物质的量浓度最大值为(反应前后溶液体积变化忽略不计)()
A．0.15 mol/L B．0.24 mol/L
C．0.30 mol/L D．0.36 mol/L
解析：选B反应的离子方程式为3Cu＋2NO－3＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，铜足量，由上述反应方程式可知，NO－3和H＋的物质的量之比为1∶4时恰好反应，生成的铜离子物质的量最大，设HNO3、H2SO4各为x mol、y mol，则n(NO－3)∶n(H＋)＝x∶(x＋2y)＝1∶4，x＋y＝0.4 mol/L×0.1 L，解得x＝0.016 mol、y＝0.024 mol，由方程式可知，生成
铜离子的物质的量为0.016 mol×3
2＝0.024 mol，故铜离子的最大浓度为0.024 mol
0.1 L
＝0.24
mol/L。

11．下图表示铁与不同浓度硝酸反应时，硝酸还原产物分布与硝酸溶液浓度的关系，下列说法不正确的是()
A．一般来说，不同浓度硝酸与铁反应的还原产物不是单一的
B．用一定量的铁粉与足量的9.75 mol·L－1HNO3溶液反应得到标准状况下气体2.24 L，则参加反应的硝酸的物质的量为0.1 mol
C．硝酸的浓度越大，其还原产物中高价态的成分越多
D．当硝酸浓度为12.2 mol·L－1时，反应的化学方程式为4Fe＋18HNO3===4Fe(NO3)3＋3NO↑＋3NO2↑＋9H2O
解析：选B根据图像可知，不同浓度的硝酸与铁反应的还原产物有多种，因此一般来说，硝酸与铁反应的还原产物不是单一的，A正确；参加反应的硝酸包括被还原的，以及没有被还原的(转化为硝酸铁)，因此参加反应的硝酸的物质的量大于0.1 mol，B错误；根据图像可知，随着硝酸浓度的增大，NO2的含量增大，这说明硝酸的浓度越大，其还原产物中高价态的成分越多，C正确；根据图像可知，当硝酸浓度为12.2 mol·L－1时，还原产物是NO、NO2，且其物质的量相等，D正确。

12．将一定质量的镁、铜合金加入到稀硝酸中，合金完全溶解，假设反应过程中还原产物全部是NO，向所得溶液中加入物质的量浓度为3 mol/L的NaOH溶液至沉淀完全，测得生成沉淀的质量比原合金的质量增加5.1 g，则下列有关叙述正确的是() A．反应中转移电子的总物质的量为0.3 mol
B．反应过程中，消耗硝酸的物质的量为0.3 mol
C．沉淀完全时消耗NaOH溶液的体积为100 mL
D．开始加入合金的质量可能为3.4 g
解析：选A A项，生成沉淀的质量比原合金的质量增加5.1 g，即结合OH－的物质的量为5.1÷17 mol＝0.3 mol，合金失电子数等于金属离子结合OH－数，反应中转移电子的总物质的量为0.3 mol，正确；B项，根据上述分析，反应中转移的电子总物质的量为0.3 mol，根据电荷守恒，合金与硝酸反应表现酸性的硝酸的物质的量为0.3 mol；硝酸的还原产物为NO，表现氧化性的硝酸的物质的量为0.1 mol，反应过程中，消耗硝酸的物质的量为0.4 mol，错误；C项，合金完全溶解后硝酸可能剩余，沉淀完全时消耗NaOH溶液的体积≥100 mL，错误；D项，转移电子的总物质的量为0.3 mol，合金的物质的量为0.15 mol，利用极值法，合金的质量介于3.6<m<9.6之间，错误。

13．如图是氮元素的几种价态与物质类别的对应关系，回答下列问题：
(1)写出N2的一种用途：____________________________________________________。

(2)从N元素化合价分析，N2具有氧化性和还原性。

各举一例说明(用化学方程式表示)
氧化性：________________________________________________________________。

还原性：_________________________________________________________________。

(3)HNO3与下图中的物质C常用于检验Cl－的存在，则C的化学式为
________________________________________________________________________。

(4)实验室制取物质B的化学方程式为_________________________________________
________________________________________________________________________。

(5)NO2与水反应生成物质A的化学方程式为___________________________________
________________________________________________________________________。

(6)浓硝酸与木炭在加热条件下反应的化学方程式为____________________________
________________________________________________________________________。

答案：(1)作保护气、保存粮食(或合成氨、制硝酸等)
(2)N 2＋3H 2催化剂高温、高压2NH 3(或N 2＋3Mg=====点燃Mg 3N 2)N 2＋O 2=====放电
2NO
(3)AgNO 3
(4)Ca(OH)2＋2NH 4Cl=====△CaCl 2＋2NH 3↑＋2H 2O
(5)3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO
(6)4HNO 3(浓)＋C=====△CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O
14．(2020·甘肃武威模拟)氮元素形成的化合物种类十分丰富。

请根据以下工业制硝酸的原理示意图回答含氮化合物相关的问题：
(1)下列有关NH 3的说法中，不正确的是________(双选)。

A ．工业合成NH 3需要在高温高压催化剂下进行
B ．NH 3可用来生产碳铵和尿素等化肥
C ．NH 3可用浓硫酸或无水氯化钙干燥
D ．NH 3受热易分解，须置于冷暗处保存 (2)NH 3易于水，标准状况下，用充满NH 3的烧瓶做喷泉实验，水充满整个烧瓶后所形成溶液的物质的量浓度为________mol·L －
1。

(3)氨气燃烧的化学方程式为________________________________________________。

(4)HNO 3是一种重要的化工原料，工厂生产出的浓硝酸可用铝槽车或铁槽车来运输。

在常温下能使铝、铁钝化，说明浓硝酸具有很强的__________性。

(5)“吸收塔” 尾部会有含NO 、NO 2等氮氧化物的尾气排出，为消除它们对环境的破坏作用，通常用以下两种方法处理：
①纯碱溶液吸收法。

纯碱溶液与NO 2的反应原理为：
Na 2CO 3＋2NO 2===NaNO 3＋________＋CO 2(请填写完成化学方程式)。

②氨转化法。

已知7 mol 氨恰好能将含NO 和NO 2共6 mol 的混合气体完全转化为N 2则混合气体中NO 和NO 2的物质的量之比为________，若用通式NO x 表示氧化物，则每摩尔氨可将________mol 的NO x 转化为N 2。

解析：(1)A 项，工业合成NH 3的反应条件是高温、高压、催化剂，正确；B 项，NH 3可与碳酸等反应生成碳铵等，也可以与二氧化碳反应生成尿素，正确；C 项，NH 3可与硫酸或氯化钙发生化合反应，不正确；D 项，NH 3不易分解，不正确。

C 、D 符合题意。

(2)水充满整个烧瓶后所形成溶液的物质的量浓度为1/22.4 mol·L －1≈0.045 mol·L －1。

(3)氨气燃烧的化学方程式为4NH 3＋3O 2=====点燃
2N 2＋6H 2O 。

(4)在常温下浓硝酸能使铝、铁钝化，说明其具有很强的氧化性。

(5)①纯碱溶液与NO 2的反应原理为：Na 2CO 3＋2NO 2===NaNO 3＋NaNO 2＋CO 2。

根据质量守恒定律可知，除NaNO 3和CO 2外，另一种产物为NaNO 2。

②7 mol 氨失去21 mol 电子，根据题意和电子守恒可得n (NO)＋n (NO 2)＝6 mol,2n (NO)＋4n (NO 2)＝21 mol ，解得n (NO)＝1.5 mol ，n (NO 2)＝4.5 mol ，则混合气体中NO 和NO 2的物质的量之比为1∶3，若用通式NO x 表示氧化物，反应过程中NO x 分子得到2x e －，则每摩尔氨可将3/2x mol 的NO x 转化为N 2。

答案：(1)CD (2)1/22.4(或0.045)
(3)4NH 3＋3O 2=====点燃2N 2＋6H 2O
(4)氧化 (5)①NaNO 2 ②1∶3 3/2x
15．某研究性学习小组的同学欲利用下图所示的装置验证浓硝酸与木炭反应时有NO 2、CO 2生成，探究是否还有NO 生成。

已知二氧化氮易液化(沸点为21.1 ℃)，而NO 、CO 2难液化。

(1)装置连接好后，首先要进行的操作是________；然后打开开关K ，通过导管向装置内通入N 2的目的是________________________。

(2)B 中的试剂是_________，C 是用于检验NO 2的，试剂X 最好是________(填“水”或“冰水”)，D 的作用是_________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(3)若将装置C 改为盛有淀粉-KI 溶液的试管，也能确定有NO 2生成，实验中不用此种方法的原因是________________________________________________________________
________________________________________________________________________； 假设E 中溶液的颜色慢慢褪去，则E 中最可能发生的反应的离子方程式为________________________________________________________________________；
若E 中没有明显的变化，C 、F 中出现了预期的现象，则A 中反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。

(4)将等物质的量的NO 2、NO 通入冰冻的水中只可得到一种比碳酸酸性强的酸，该酸的化学式为________，设计一种实验方案证明其酸性比碳酸的酸性强__________________
________________________________________________________________________。

解析：(1)涉及到制备气体的反应，装置连接好后，首先要进行的操作是检查装置的气密性；NO 易被氧气氧化成二氧化氮，所以需用氮气排尽装置中的氧气，所以实验开始，打开开关K ，通过导管向装置内通入氮气。

(2)验证浓硝酸与木炭反应时有NO 2、CO 2、H 2O 生成，因此，B 中用无水CaCl 2(或五氧化二磷)先除去水；二氧化氮易液化(沸点为21.1 ℃)，装置C 为向上排气法，X 成分为冰水，用于冷却、收集并除去NO 2，装置D 中盛放的是淀粉-KI 试纸，若有氧化性的二氧化氮剩余，会使试纸显示蓝色，所以D 的作用为检验二氧化氮是否已全部除去。

(3)由于该实验是要检验二氧化氮和二氧化碳，探究是否还有NO 生成，因此KI 溶液能与NO 2反应生成NO ，从而干扰对原反应是否有NO 生成的检验；二氧化碳中碳为＋4价，化合价为最高价，不能被氧化，只有NO 中氮元素为＋2价，可以被酸性高锰酸钾溶液氧化，
溶液褪色，反应的离子方程式为5NO ＋4H ＋＋3MnO －4===3Mn 2＋＋5NO －3＋2H 2O ；若E 中
没有明显的变化，说明没有NO 产生，C 、F 中出现了预期的现象，说明反应生成了NO 2、CO 2，A 中反应的化学方程式为C ＋4HNO 3(浓)=====△CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O 。

(4)根据氧化还原反应规律，在冰冻的水中，NO 2和NO 中的氮元素发生归中反应生成＋3价氮的含氧酸，该酸的化学式HNO 2；利用“强酸制备弱酸”规律可知，HNO 2和碳酸氢钠溶液反应生成二氧化碳即可证明亚硝酸的酸性大于碳酸；具体操作：向盛有少量NaHCO 3的试管里滴加亚硝酸溶液，有气泡产生。

答案：(1)检查装置的气密性 排出装置内的空气
(2)无水CaCl 2(或五氧化二磷) 冰水 检验NO 2是否全部液化了(或检验混合气体中是否还含有NO 2，合理即可)
(3)KI 溶液能与NO 2反应生成NO ，从而干扰了对原反应是否有NO 生成的检验 5NO ＋4H ＋＋3MnO －4===3Mn 2＋＋5NO －3＋2H 2O C ＋4HNO 3(浓)=====△
CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O
(4)HNO 2 向盛有少量NaHCO 3的试管里滴加亚硝酸溶液，有气泡产生
16．(2019·四川成都摸底)工业上制HNO 3的最后一步反应是NO 2被水吸收。

某兴趣小
组在实验室中探究NO2尽可能多地被水吸收。

回答下列问题：
(1)制备NO2
①原理：铜和浓硝酸反应制备NO2的离子方程式为__________________________
________________________________________________________________________。

②装置设计：用D装置收集NO2，选择图1中装置，仪器连接顺序为________(按气流方向，用小写字母表示)。

(2)用水吸收NO2按图2装置进行实验，球形干燥管Y的体积约为60 mL。

操作步骤实验现象化学方程式
打开K3①Y中___________________ ________________________ ________________________ ____________
待Y管中液面不再上升，打开K1，从注射器充入约10 mL气体，关闭
K1②Y中_________________
________________________
________________________
______________
③反应的化学方程式
为
__________________
__________________
__________________
__________________
④______________________________ _______________________________ 最后Y中气体几乎完全被吸收，水充满Y管
(3)优化操作：利用图2装置，提出一条比(2)中操作更简便且安全性高，又能让水充满干燥管的方案__________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

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解析：(1)①铜和浓硝酸反应生成Cu(NO3)2、NO2和水，离子方程式为Cu＋2NO－3＋4H ＋===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。

②铜和浓硝酸反应制NO2无需加热，选用B装置制NO2。

NO2的密度比空气大，用向上排空气法收集，因此NO2从d口进e口出。

NO2有毒，要进行尾气吸收，气体从E装置的长导管进短导管出，故仪器连接顺序为bdegf。

(2)①打开K3，NO2与水发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，因此Y中液面逐渐上升，气体体积逐渐减小，气体颜色由红棕色逐渐变成无色。

②～③从注射器充入氧气后，生成的NO与O2发生反应：2NO＋O2===2NO2，气体颜色又变为红棕色，生成的NO2与水反应，气体体积减小，剩余气体为无色的NO，液面上升但未充满。

④根据4NO2＋O2＋H2O===4HNO3，要使Y中60 mL NO2完全被吸收，管中充满水，所需O2的体积为15 mL，因此还需充入5 mL氧气。

(3)要使NO2完全被吸收，Y中充满水，可以先打开K3，再打开K1，从注射器中注入15 mL 氧气，之后关闭K1。

答案：(1)①Cu＋2NO－3＋4H＋===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O②bdegf
(2)①液面逐渐上升，气体体积逐渐减小，气体颜色由红棕色逐渐变成无色②气体由无色变成红棕色，后又变成无色，气体体积减小，液面上升但未充满③2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(合理即可)④待液面不再上升，打开K1，从注射器充入5 mL O2，关闭K1
(3)打开K3，再打开K1，从注射器中注入15 mL O2，关闭K1(或先打开K3，然后打开K1，直到水充满干燥管后关闭K1)。