培优 易错 难题氮及其化合物辅导专题训练含详细答案

培优易错难题氮及其化合物辅导专题训练含详细答案

一、氮及其化合物练习题（含详细答案解析）

1．A、B、C、D四种物质之间有下图所示的转化关系。

已知：A是气体单质，C 是红棕色气体。

回答下列问题：

（1）写出C的化学式：________；

（2）在上图D→B的过程中，D表现出强_____（填“氧化性”或“还原性”)；

（3）写出C→D转化的化学方程式_________。

【答案】NO2氧化性 3NO2+H2O=2HNO3+NO；

【解析】

【分析】

C为红棕色气体，则C是NO2，NO2溶于水生成硝酸和NO．A是空气中的主要成分，且能和氧气反应，所以A是氮气，则B是NO，D能与Cu反应得到NO2，故D为HNO3；

【详解】

(1)由上述分析可知，C为NO2，；

(2)D→B的过程为稀硝酸与铜的反应，发生反应的化学方程式是

3Cu+8HNO3(浓)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，反应中HNO3所含N元素化合价降低，硝酸表现出强氧化性；

(3)C是NO2，D为HNO3，C→D反应的化学方程式为3NO2+H2O=NO+2HNO3。

2．工业上制取硝酸铵的流程图如下，请回答下列问题：

（1）在上述工业制硝酸的生产中，B设备的名称是_____________，其中发生反应的化学方程式为________________________________________________。

（2）此生产过程中，N2与H2合成NH3所用的催化剂是______________。1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨，2007年化学家格哈德·埃特尔在哈伯研究所证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如下：

分别表示N2、H2、NH3。图⑤表示生成的NH3离开催化剂表面，图②和图③的含义分别是________________、____________________。

（3）在合成氨的设备（合成塔）中，设置热交换器的目的是_____________________；在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是______________________________。

（4）生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，可用如下两种方法处理：

碱液吸收法：NO+NO2+2NaOH＝2NaNO2+H2O

NH3还原法：8NH3+6NO27N2+12H2O（NO也有类似的反应）

以上两种方法中，符合绿色化学的是________________________________。

（5）某化肥厂用NH3制备NH4NO3。已知：由NH3制NO的产率是96%、NO制HNO3的产率是92%，则制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量（不考虑其它损耗）的

________%。

【答案】氧化炉 4NH3+5O2催化剂

加热

4NO+6H2O 铁砂网（或铁） N2、H2被吸附在催化剂

表面在催化剂表面，N2、H2中化学键断裂利用余热，节约能源可使NO循环利用，全部转化成HNO3 NH3还原法 53

【解析】

【详解】

（1）在工业制硝酸的生产中，氨的催化氧化在氧化炉中进行，故B设备的名称是氧化

炉，发生反应的化学方程式为4NH3+5O2催化剂

加热

4NO+6H2O。

（2）分析工艺流程知此生产过程中，N2与H2合成NH3所用的催化剂是铁砂网（或铁）；分析图示知图②和图③的含义分别是N2、H2被吸附在催化剂表面、N2、H2中化学键断裂。（3）合成氨的反应为放热反应，在合成氨的设备（合成塔）中，设置热交换器的目的是利用余热，节约能源；在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是可使NO循环利用，全部转化成HNO3。

（4）碱液吸收法中，只有当NO和NO2的物质的量之比小于等于1:1时尾气才能吸收完全，且生成物亚硝酸钠有毒，而NH3还原法生成物为氮气和水，对环境无影响，故两种方法中，符合绿色化学的是NH3还原法。

（5）设生产硝酸的NH3的物质的量为1mol，根据关系式：NH3～HNO3和题给信息计算生成HNO3的物质的量为：1mol×96%×92%=0.88mol；根据反应：NH3+HNO3＝NH4NO3知与硝酸反应的NH3的物质的量为0.88mol，故制HNO3用去NH3的质量占总消耗NH3的质

量分数为：

1mol

1mol0.88mol

×100%=53%。

3．细菌可以促使铁、氮两种元素进行氧化还原反应，并耦合两种元素的循环。耦合循环中的部分转化如下图所示。

（1）上图所示氮循环中，属于氮的固定的有________（填字母序号）。

a. N2转化为氨态氮

b. 硝化过程

c. 反硝化过程

（2）氮肥是水体中氨态氮的主要来源之一。

①氨气是生产氮肥的主要原料，工业合成氨的化学方程式为________。

②检验氨态氮肥中NH4+的实验方案是________。

（3）硝化过程中，含氮物质发生________（填“氧化”或“还原”）反应。

（4）氨态氮与亚硝态氮可以在氨氧化细菌的作用下转化为氮气。该反应中，当产生0.02 mol氮气时，转移的电子的物质的量为________ mol。

（5）土壤中的铁循环可用于水体脱氮（脱氮是指将氮元素从水体中除去），用离子方程式分别说明利用土壤中的铁循环脱除水体中氨态氮和硝态氮的原理：________、________。

【答案】a N2 + 3H2 2NH3取少量氮肥溶于适量蒸馏水中，向其中加入浓NaOH 溶液，加热，并将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，若观察到红色石蕊试纸变蓝，则证明氮肥中含有NH4+氧化 0.06 6Fe3+ + 2NH4+=6Fe2+ + N2↑+ 8H+ 10Fe2+ + 2NO3- +

12H+=10Fe3+ + N2↑ + 6H2O

【解析】

【分析】

（1）氮的固定是氮元素由游离态变为化合态；

（2）①工业上用氮气和氢气反应生成氨气；②铵根离子与碱反应放出氨气；

（3）硝化过程是铵根离子转化为硝酸根离子；

（4）氨态氮与亚硝态氮可以在氨氧化细菌的作用下转化为氮气，根据得失电子守恒，反应方程式是NH4++ NO2- =N2+2H2O；

（5）脱氮是指将氮元素转化为氮气从水体中除去，Fe3+把NH4+氧化为氮气，Fe2+把NO3-还原为氮气。

【详解】

（1）a. N2转化为氨态氮，氮元素由游离态变为化合态，属于氮的固定； b. 硝化过程是铵根离子转化为硝酸根离子，不是氮的固定； c. 反硝化过程是硝酸根离子转化为氮气，不是氮的固定；选a；

（2）①工业上用氮气和氢气反应生成氨气，反应方程式是N2 + 3H2 2NH3；