高考化学氮及其化合物(大题培优 易错 难题)及详细答案

高考化学氮及其化合物(大题培优 易错 难题)及详细答案

一、氮及其化合物练习题（含详细答案解析）

1．硝酸是一种重要的化工原料，用来制取一系列硝酸盐类氮肥，如硝酸铵、硝酸钾等；也用来制取含硝基的炸药等。试回答下列问题：

（1）某同学对铁与稀硝酸的反应进行探究，若HNO3只被还原成NO，则：

①写出铁与过量稀硝酸反应的离子方程式：__。

②写出过量铁与稀硝酸反应的离子方程式：__。

③若28g铁与含1.6mol硝酸的稀硝酸恰好完全反应，则生成的Fe3＋和Fe2＋的物质的量之比为__。上述反应结束后，向反应后的溶液中加足量氢氧化钠溶液，滤出沉淀洗涤后，在空气中灼烧至质量不变，最终得到的固体质量为__g。

（2）饮用水中NO3-对人类健康会产生危害，为了降低饮用水中NO3-的浓度，某饮用水研究人员提出，可在碱性条件下用铝粉将NO3-还原为N2。

①配平方程式：__Al＋__NO3-＋__OH－＋__=__[Al(OH)4]－＋__N2↑。

②上述反应中，还原剂与还原产物的物质的量之比是__，反应中转移电子0.3mol，生成__mL(标准状况下)N2。

【答案】Fe＋NO3-＋4H＋=Fe3＋＋NO↑＋2H2O 3Fe＋2NO3-＋8H＋=3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O

2∶3 40 10 6 4 18H2O 10 3 10∶3 672

【解析】

【详解】

(1)①铁与过量稀硝酸反应生成硝酸铁、NO和水，离子方程式为Fe＋NO3-＋4H＋=Fe3＋＋NO↑＋2H2O；

②过量铁与稀硝酸反应生成硝酸亚铁、NO和水，离子方程式为3Fe＋2NO3-＋8H＋=3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O；

③28g铁的物质的量为0.5mol，与含1.6mol硝酸的稀硝酸恰好完全反应，设生成的Fe3＋和Fe2＋的物质的量分别是xmol、ymol，即生成xmol硝酸铁和ymol硝酸亚铁，根据N原子守恒知，生成NO的物质的量为(1.6－3x－2y)mol，根据得失电子守恒有3x＋2y＝3(1.6－3x－2y)，又有x＋y＝0.5，解得x＝0.2，y＝0.3，则生成的Fe3＋和Fe2＋的物质的量之比为2∶3；上述反应结束后，向反应后的溶液中加足量氢氧化钠溶液，滤出沉淀洗涤后，在空气中灼烧至质量不变，由于生成的氢氧化亚铁在空气中易被氧化为氢氧化铁，氢氧化铁受热分解最终得到的固体是氧化铁，故其物质的量为0.5mol×12＝0.25mol，质量为40g；

(2)①根据得失电子守恒、原子守恒及电荷守恒，可知离子方程式为10Al＋6NO3-＋4OH－＋18H2O=10[Al(OH)4]－＋3N2↑；

②上述反应中，还原剂是Al，还原产物是N2，其物质的量之比为10∶3；由方程式可知，生成3molN2时转移电子30mol，所以反应中转移电子0.3mol，生成N2的体积(标准状况下)为0.3mol10×22.4L·mol－1＝0.672L＝672mL。

【点睛】

金属与硝酸反应的计算一般常采用以下方法：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；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(NO3－)＝c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)；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NO3－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NO3－进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。

2．在盛有一定量浓硝酸的试管中加入6.4 g铜片发生反应。请回答：

(1)开始阶段，观察到的现象为________________，反应的化学方程式是_____________。

(2)反应结束后，铜片有剩余，再加入少量20%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，反应的离子方程式是__________________。

(3)若6.4 g铜片消耗完时，共产生气体2.8 L(标准状况)。则整个反应过程中所消耗的硝酸的物质的量是_____________。

(4)实验室中硝酸通常保存在棕色试剂瓶中，原因是_____________(用化学方程式表示)。

(5)工业上通常用氨催化氧化法制硝酸，写出氨催化氧化的化学方程式：_______________。

【答案】铜片逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，产生红棕色的气体

Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O 0.325 mol

4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O 4NH3+5O24NO+6H2O

【解析】

【分析】

(1)开始时Cu与浓硝酸反应生成二氧化氮，据此解答；

(2)Cu与稀硝酸反应生成硝酸铜，反应后溶液中氢离子消耗完毕，但硝酸根离子有剩余，若再加入少量20%的稀硫酸，相当于稀硝酸溶液，铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水，据此书写离子方程式；

(3)铜与硝酸反应生成硝酸铜、NO2和NO的混合气体，根据Cu、N原子守恒计算整个反应过程中所消耗的硝酸的物质的量；

(4)浓硝酸见光或受热容易分解，据此书写方程式；

(5)氨催化氧化生成一氧化氮和水，据此书写反应的化学方程式。

【详解】

(1)开始时Cu与浓硝酸反应生成二氧化氮，发生反应为：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO)3+2NO2↑+2H2O，生成的二氧化氮为红棕色气体，因此现象为铜片逐渐溶解,溶液由无色变为蓝色，产生红棕色的气体，故答案为铜片逐渐溶解,溶液由无色变为蓝色,产生红棕色的气体；Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO)3+2NO2↑+2H2O；

(2)Cu与稀硝酸反应生成硝酸铜，反应后溶液中氢离子消耗完毕，但硝酸根离子有剩余，若再加入少量20%的稀硫酸，相当于稀硝酸溶液，铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水，反应的离子方程式为：3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O，故答案为3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O；

(3)6.4 g铜的物质的量为0.1mol，反应生成硝酸铜，结合硝酸根离子0.2mol，整个反应过程共产生标准状况下气体2.8L，即生成0.125molNO2和NO的混合气体，根据N原子守恒，反应过程中被还原的HNO3的物质的量为0.125mol，则整个反应过程中所消耗的硝酸的物质的量为0.2mol+0.125mol=0.325mol，故答案为0.325 mol；

(4)浓硝酸见光或受热容易分解，4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O，因此实验室中硝酸通常保存在棕色试剂瓶中，故答案为4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O；

(5)氨催化氧化生成一氧化氮和水，反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O，故答案为：4NH3+5O24NO+6H2O。

【点睛】

本题考查了铜与硝酸的反应。解答本题需要注意，浓硝酸和稀硝酸与铜的反应生成物不同。本题的易错点为(3)中的计算，要注意利用守恒法解答。

3．随着工业的发展，酸雨已经称为全球性的环境问题。

（1）当雨水的pH___________，我们称它为酸雨。

（2）用化学方程式来表示酸雨形成的主要途径之一：_____________________，_______________。

（3）常温下测得某次酸雨样品的pH=5，该样品放置一段时间后，酸性略有增强，其原因可能是___________________________。

（4）写出一条减少二氧化硫排放的措施_________________________________。

（5）检验某无色溶液中是否存在SO42-的方法是_____________________________。

【答案】＜5.6 SO2+H2OH2SO3 2H2SO3+O2=2H2SO4 酸雨中的亚硫酸被氧化成硫酸了

燃料脱硫（合理即可） 取样于试管中，先滴加盐酸无现象，再滴加BaCl2溶液，出现白色沉淀，说明有SO42-，如无沉淀，则不存在SO42-

【解析】

【分析】

（1）雨水的pH＜ 5.6时称为酸雨，据此解答；

（2）酸雨形成的主要途径有两种，一种的雨水和二氧化硫反应生成亚硫酸，亚硫酸与空气中氧气反应生成硫酸，另一种途径为二氧化硫在空气中飘尘的作用下与氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫与雨水反应生成硫酸，据此解答；

（3）亚硫酸酸性弱，而强酸酸性强，酸雨中的亚硫酸可能被氧化成硫酸，据此解答；

（4）减少二氧化硫排放的措施有用氨水吸收尾气，双碱脱硫，燃料脱硫等，据此解答；

（5）检验某无色溶液中是否存在SO的方法是取样于试管中，先滴加盐酸无现象，滴加盐酸主要目的是排出银离子、碳酸根、亚硫酸根等离子的干扰，再滴加BaCl2溶液，出现白色沉淀，说明有SO42-，如无沉淀，则不存在SO42-，据此解答；

【详解】

（1）由于雨水中含有溶液的二氧化硫生成亚硫酸，因此当雨水的pH＜ 5.6，我们称它为酸雨，故答案为：＜5.6； （2）用化学方程式来表示酸雨形成的主要途径有两种，一种的雨水和二氧化硫反应生成亚硫酸，亚硫酸与空气中氧气反应生成硫酸，另一种途径为二氧化硫在空气中飘尘的作用下与氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫与雨水反应生成硫酸，前者的反应方程式为SO2+H2OH2SO3，2H2SO3 + O2 = 2H2SO4；

（3）常温下测得某次酸雨样品的pH=5，该样品放置一段时间后，酸性略有增强，亚硫酸酸性弱，而强酸酸性强，其原因可能是酸雨中的亚硫酸被氧化成硫酸了；

（4）减少二氧化硫排放的措施有：用氨水吸收尾气，双碱脱硫，燃料脱硫等；

（5）检验某无色溶液中是否存在SO42-的方法是取样于试管中，先滴加盐酸无现象，滴加盐酸主要目的是排出银离子、碳酸根、亚硫酸根等离子的干扰，再滴加BaCl2溶液，出现白色沉淀，说明有SO42-，如无沉淀，则不存在SO42-。

【点睛】

亚硫酸酸性弱，而强酸酸性强，酸雨中的亚硫酸可能被氧化成硫酸而酸性增强。

4．人类农业生产离不开氮肥，科学合理使用氮肥，不仅能提高化肥的使用率，而且能够更好地保护环境，请回答下列问题：

(1)将N2转化为含氮化合物的过程称为固氮

① 人工固氮，将N2→NH3， N2发生_________反应

② 自然界固氮，可将少量N2转化为Ca(NO3)2等氮肥，转化途径如下(转化所需试剂及条件已略去)：N2→NO→NO2→HNO3MCa(NO3)2。写出NO→NO2→HNO3的化学方程式__________、__________。将HNO3转化为Ca(NO3)2，列举三种不同类别．．．．．．的化合物M_______(写化学式)。