（通用版）2022高考化學一輪復習 第四章 非金屬及其化合物 4.8 重點專攻 氨氣的制備金屬與硝酸反應的計算學案（含解析）

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1、（通用版）2022高考化學一輪復習 第四章 非金屬及其化合物 4.8 重點專攻 氨氣的制備金屬與硝酸反應的計算學案（含解析） [經(jīng)典實驗圖解] [高考創(chuàng)新考查] 合成氨工業(yè)的簡要流程可用方框圖表示為： (1)原料氣的制取 N2：將空氣液化、蒸發(fā)分離出N2或者將空氣中的O2與碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。 H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然氣等)在高溫下制取。用煤和水制H2的主要反應為： C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2。 (2)原料氣的凈化 制得的N2、H2需凈化、除雜質(zhì)，再用壓縮機壓縮至高壓。 (3)氨的合成

2、：在適宜的條件下，在合成塔中進行。 (4)氨的分離：經(jīng)冷凝使氨液化，將氨分離出來，為提高原料的利用率，將沒有完全反應的N2和H2循環(huán)送入合成塔，使其被充分利用。 [典例]?、?實驗室制取氨氣的常見方法如下： 序號 方法 裝置 ① 氯化銨與熟石灰固體混合加熱 ② 濃氨水加熱 ③ 濃氨水滴加到固體燒堿上 (1)方法①的化學方程式為___________________________________________________。 (2)依據(jù)表中所列方法，從下列圖中選擇合適的發(fā)生裝置并將其序號填入表中裝置欄中。 Ⅱ.甲同學設計了如圖所示實驗裝置(部分夾

3、持儀器未畫出)，探究氨氣的還原性并檢驗產(chǎn)物。 實驗現(xiàn)象為：黑色CuO變?yōu)榧t色，白色無水CuSO4粉末變?yōu)樗{色，同時生成一種無色、無污染的氣體。 (3)寫出氨氣與CuO反應的化學方程式：__________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)堿石灰的作用是________________________________________________________。 (5)該裝置存在明顯缺陷，應在上

4、述裝置最后連接一個尾氣吸收裝置，你認為可選用________(填字母)。 [解析]?、?(1)氯化銨與熟石灰固體混合加熱生成氨氣、氯化鈣和水，反應的化學方程式為2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。(2)氯化銨與熟石灰固體混合加熱制備氣體是固體＋固體===氣體的反應，選擇b裝置；濃氨水加熱是液體直接加熱得到氨氣，選擇裝置a；濃氨水滴加到固體燒堿上不需要加熱，利用固體燒堿溶解放熱使一水合氨分解生成氨氣，選擇裝置c。 Ⅱ.發(fā)生裝置是氯化銨和氫氧化鈣固體混合加熱反應生成氨氣、氯化鈣和水蒸氣，通過干燥管中堿石灰吸收水蒸氣，得到干燥氨氣，通過玻璃管與氧化銅加熱反應生成銅、

5、氮氣和水，最后通過無水硫酸銅檢驗生成的水蒸氣。(3)氨氣具有還原性，CuO具有氧化性，二者發(fā)生氧化還原反應生成氮氣、銅和水，反應的化學方程式為3CuO＋2NH33Cu＋N2＋3H2O。(4)堿石灰的作用是吸收氨氣中的水蒸氣，防止干擾產(chǎn)物水的檢驗。(5)氨氣極易溶于水，吸收需要防止倒吸，故選a或b或d。 [答案]　(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O (2)①b?、赼?、踓 (3)3CuO＋2NH33Cu＋N2＋3H2O (4)吸收氨氣中的水蒸氣，防止干擾產(chǎn)物水的檢驗 (5)a或b或d [備考方略]　實驗室制取氨氣的簡易方法 方法 化學方程式(或

6、原理) 發(fā)生裝置 加熱濃氨水 NH3·H2ONH3↑＋H2O 固體NaOH NaOH溶于水放熱，促使NH3·H2O分解，且OH－濃度的增大有利于NH3的生成 濃氨水＋固體CaO CaO與水反應，使溶劑(水)減少；反應放熱，促使NH3·H2O分解。化學方程式NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2 [綜合訓練] 1．實驗室制取氨氣、收集、驗證其還原性并進行尾氣處理的裝置和原理能達到實驗目的的是(　　) A．用裝置甲制取氨氣 B．用裝置乙收集氨氣時氣體應該從a口進b口出 C．裝置丙中黑色固體變成紅色時還原產(chǎn)物一定為銅 D．可以用裝置丁吸收氨氣，

7、進行尾氣處理 解析：選B　氯化銨受熱分解生成氨氣和氯化氫，二者在試管口遇冷又重新化合生成氯化銨，不能用裝置甲制取氨氣，A錯誤；氨氣密度小于空氣，可以用向下排空氣法收集，即用裝置乙收集氨氣時氣體應該從a口進b口出，B正確；裝置丙中黑色固體變成紅色時還原產(chǎn)物不一定為銅，因為氧化亞銅也是紅色的，C錯誤；氨氣極易溶于水，不能用裝置丁直接吸收，應防倒吸，D錯誤。 2．NH3及其鹽都是重要的化工原料。 (1)用NH4Cl和Ca(OH)2制備NH3，反應發(fā)生、氣體收集和尾氣處理裝置依次為________。 (2)按下圖裝置進行NH3性質(zhì)實驗。 ①先打開旋塞1，B瓶中的現(xiàn)象是________

8、____________，原因是___________________，穩(wěn)定后，關閉旋塞1。 ②再打開旋塞2，B瓶中的現(xiàn)象是_______________________________________。 解析：(1)制備氨氣時，加熱固體的試管口應略向下傾斜，所以制備裝置應選取裝置A；氨氣的密度比空氣的小，因此應用向下排空氣法收集，所以收集裝置應選取裝置C；氨氣極易溶于水，應防止發(fā)生倒吸，因此尾氣處理裝置應選取裝置G。 (2)A瓶的壓強大于B瓶的，因此A瓶中的氯化氫進入B瓶中，與氨氣反應生成氯化銨，可以看到B瓶中有白煙生成。由于氯化氫和氨氣反應導致B瓶中的壓強降低，且B瓶中的氯化氫相對過

9、量，因此當打開旋塞2時，石蕊水溶液會被倒吸入B瓶中，遇氯化氫溶液變紅色。 答案：(1)A、C、G　(2)①有白煙生成　A瓶中的氯化氫移動到B瓶中，與B瓶中的氨氣反應生成氯化銨，能看到白煙 ②液體進入B瓶中，溶液的顏色變紅 3．(2019·昆明調(diào)研)某?；瘜W研究性學習小組設計實驗驗證NH3能還原CuO，并對還原產(chǎn)物進行探究。 請回答下列問題： Ⅰ.驗證NH3能還原CuO (1)試劑X為________________。 (2)請將提供的裝置按合理順序連接：g→_________________________________。 (3)裝置B的作用是______________

10、________________________________________。 (4)證明NH3能還原CuO的實驗現(xiàn)象是_______________________________________ ________________________________________________________________________。 Ⅱ.探究還原產(chǎn)物的成分 [查閱資料]　Cu2O粉末呈紅色，在酸性溶液中不穩(wěn)定： Cu2O＋H2SO4(稀)===Cu＋CuSO4＋H2O。 [實驗探究] 實驗操作 實驗現(xiàn)象 實驗結論 取10.4 g紅色固體于燒杯中，加入足量稀硫

11、酸，充分攪拌，靜置 若無現(xiàn)象 ①證明紅色固體為_____________________ _______________________________________ (填名稱，下同) 若溶液 變藍 ②證明紅色固體肯定含有______________，可能含有________________________________ 取上述反應后的混合物過濾、洗滌、干燥、稱重，得固體6.4 g ③經(jīng)計算，紅色固體的成分及其物質(zhì)的量為 ________________________________________________________________________

12、 解析：Ⅰ.(1)氯化銨和氫氧化鈣反應生成氯化鈣、氨氣和水，試劑X用于干燥氨氣且不與氨氣反應，所以為堿石灰。 (2)裝置C生成氨氣后，首先經(jīng)過E干燥，再通入A中反應，生成的氣體通過D進行檢測，最后用B裝置吸收尾氣。所以連接順序為g→f→h→a→b→d→e→c。 (3)氨氣極易溶于水，吸收氨氣時一定要考慮防止倒吸，B裝置中，氨氣通入后先與CCl4接觸，并不溶于CCl4，會溶于上層的水，可以防止倒吸；B裝置前連接D裝置，其用于檢驗A裝置中是否產(chǎn)生水，則不能讓空氣中的水蒸氣進入D裝置，所以B裝置還可以隔絕空氣，防止空氣中的水蒸氣進入D裝置中。 (4)A中黑色粉末變?yōu)榧t色能證明CuO與NH3

13、反應生成了Cu或Cu2O，D中白色固體變?yōu)樗{色能證明CuO與NH3反應生成了H2O。 Ⅱ.①向紅色固體中加入稀硫酸無現(xiàn)象，說明紅色固體為Cu，其不與稀H2SO4反應。②有CuSO4生成，溶液變藍，則紅色固體中肯定含有Cu2O，不能確定是否含有Cu。③所得固體為Cu，物質(zhì)的量為0.1 mol；由反應前紅色固體質(zhì)量為10.4 g，反應后得固體質(zhì)量為6.4 g，可知紅色固體中一定有Cu2O，Cu2O的物質(zhì)的量可根據(jù)發(fā)生反應的化學方程式列式進行計算： 　Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O　Δm 　1 mol　　　　　　　 1 mol　　 80 g 0．05 mol　　　　　　0.05

14、 mol　　4 g 則原固體中還含有0.05 mol Cu。紅色固體的成分及其物質(zhì)的量：銅和氧化亞銅各0.05 mol。 答案：Ⅰ.(1)堿石灰 (2)f→h→a→b→d→e→c (3)吸收尾氣，防止倒吸，隔絕空氣，防止空氣中的水蒸氣進入D中 (4)A中黑色粉末變?yōu)榧t色，D中白色固體變?yōu)樗{色 Ⅱ.①銅?、谘趸瘉嗐~　銅　③銅和氧化亞銅各0.05 mol 考點二　金屬與硝酸反應的規(guī)律與計算 1．金屬與硝酸反應的規(guī)律 (1)HNO3與金屬反應不能產(chǎn)生H2。 (2)還原產(chǎn)物一般為HNO3(濃)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸還原產(chǎn)物也可能為N2O、N2或NH4NO3。

15、 與Cu反應 由銅與硝酸反應的化學方程式知，濃硝酸被還原為NO2，氮元素的化合價變化為＋5→＋4；稀硝酸被還原為NO，氮元素的化合價變化為＋5→＋2。一般情況下，硝酸的濃度越小，其還原產(chǎn)物的價態(tài)越低 與Zn反應 鋅與硝酸可發(fā)生如下反應 4Zn＋10HNO3(稀)===4Zn(NO3)2＋N2O↑＋5H2O， 4Zn＋10HNO3(極稀)===4Zn(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O (3)硝酸與金屬反應時既表現(xiàn)氧化性又表現(xiàn)酸性。 2．金屬與硝酸反應計算的思維流程 [考法精析] 考法一　金屬與硝酸反應的規(guī)律 [典例1]　如圖表示鐵與不同濃度硝酸反應時，各種還原

16、產(chǎn)物的相對含量與硝酸溶液濃度的關系，則下列說法不正確的是(　　) A．一般來說，硝酸與鐵反應的還原產(chǎn)物不是單一的 B．用一定量的鐵粉與大量的9.75 mol·L－1 HNO3溶液反應得到標準狀況下氣體2.24 L，則參加反應的硝酸的物質(zhì)的量為0.1 mol C．硝酸的濃度越大，其還原產(chǎn)物中價態(tài)越高的成分越多 D．當硝酸濃度為9.75 mol·L－1時還原產(chǎn)物是NO、NO2、N2O，且其物質(zhì)的量之比為5∶3∶1 [解析]　根據(jù)圖像可知硝酸的還原產(chǎn)物有多種，因此一般來說，硝酸與鐵反應的還原產(chǎn)物不是單一的，A正確；參加反應的硝酸包括被還原的，以及沒有被還原的(轉(zhuǎn)化為硝酸鐵)，因此參加反

17、應的硝酸的物質(zhì)的量大于0.1 mol，B錯誤；根據(jù)圖像可知隨著硝酸濃度的升高，NO2的含量增大，這說明硝酸的濃度越大，其還原產(chǎn)物中價態(tài)越高的成分越多，C正確；根據(jù)圖像可知當硝酸濃度為9.75 mol·L－1時還原產(chǎn)物是NO、NO2、N2O，且其物質(zhì)的量之比為10∶6∶2＝5∶3∶1，D正確。 [答案]　B 考法二　金屬與硝酸反應的計算 [典例2]　將Mg和Cu的合金2.64 g，投入適量的稀HNO3中恰好反應，固體全部溶解時，收集的還原產(chǎn)物為NO，體積為0.896 L(標準狀況下)，向反應后的溶液中加入2 mol·L－1NaOH溶液60 mL時，金屬離子恰好完全沉淀，則形成沉淀的質(zhì)量為(

18、　　) A．4.32 g　　　　　　　 B．4.68 g C．5.36 g D．6.38 g [解析]　根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，Mg、Cu生成0.896 L NO轉(zhuǎn)移的電子為0.896 L÷22.4 L·mol－1×(5－2)＝0.12 mol，Mg、Cu在反應中失去電子，最終生成Mg(OH)2、Cu(OH)2，根據(jù)電荷守恒可知，生成沉淀需要OH－的物質(zhì)的量一定等于Mg、Cu失去電子的物質(zhì)的量，所以反應后生成沉淀的質(zhì)量為2.64 g＋0.12 mol×17 g·mol－1＝4.68 g。 [答案]　B [備考方略]　“四法”突破金屬與硝酸的計算 原子守恒法 HNO3與

19、金屬反應時，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作為氧化劑轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物，這兩部分中氮原子的總物質(zhì)的量等于反應消耗的HNO3中氮原子的物質(zhì)的量 得失電子守恒法 HNO3與金屬的反應屬于氧化還原反應，HNO3中氮原子得電子的物質(zhì)的量等于金屬失電子的物質(zhì)的量 電荷守恒法 HNO3過量時反應后溶液中(不考慮OH－)，c(NO)＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金屬離子) 離子方程式計算法 金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應時，由于硝酸鹽中NO在H2SO4提供H＋的條件下能繼續(xù)與金屬反應，因此此類題目應用離子方程式來計算，先作過量判斷，然后根據(jù)完全反應的金屬

20、或H＋或NO進行相關計算，且溶液中要符合電荷守恒 [綜合訓練] 1．將11.2 g的Mg—Cu混合物完全溶解于足量的硝酸中，收集反應產(chǎn)生的氣體x(假定產(chǎn)生的氣體全部逸出)。再向所得溶液中加入足量的NaOH溶液，產(chǎn)生21.4 g沉淀。根據(jù)題意推斷氣體x的成分可能是(　　) A．0.3 mol NO2和0.3 mol NO B．0.2 mol NO2和0.1 mol N2O4 C．0.6 mol NO D．0.1 mol NO、0.2 mol NO2和0.05 mol N2O4 解析：選D　向Mg—Cu混合物與足量的硝酸反應所得溶液中加入足量的NaOH溶液，產(chǎn)生21.4 g沉淀為

21、氫氧化鎂、氫氧化銅，所以沉淀中m(OH－)為21.4 g－11.2 g＝10.2 g，物質(zhì)的量為＝0.6 mol，根據(jù)電荷守恒可知，11.2 g的Mg—Cu提供的電子為0.6 mol。生成0.3 mol NO2和0.3 mol NO，N元素獲得電子為0.3 mol×(5－4)＋0.3 mol×(5－2)＝1.2 mol，得失電子不相等，A錯誤；生成0.2 mol NO2和0.1 mol N2O4，N元素獲得電子為0.2 mol×(5－4)＋0.1 mol×2×(5－4)＝0.4 mol，得失電子不相等，B錯誤；生成0.6 mol NO，N元素獲得電子為0.6 mol×(5－2)＝1.8 mol

22、，C錯誤；生成0.1 mol NO、0.2 mol NO2和0.05 mol N2O4，N元素獲得電子為0.1 mol×(5－2)＋0.2 mol×(5－4)＋0.05 mol×2×(5－4)＝0.6 mol，得失電子相等，D正確。 2.向200 mL 2 mol·L－1 HNO3溶液中，逐漸加入鐵粉至過量(假設生成的氣體只有一種)，在此過程中，n(Fe2＋)隨n(Fe)變化如圖所示。下列有關說法正確的是(　　) A．該過程中產(chǎn)生標準狀況下的氫氣4.48 L B．向c點處的反應液中加入稀鹽酸后無明顯現(xiàn)象 C．圖中a＝1.5、b＝1.5 D．當加入鐵粉n mol時(0.1

23、)，溶液中n(Fe3＋)＝(0.3－2n)mol 解析：選D　硝酸與鐵反應生成硝酸鐵、NO和水，不生成氫氣，A錯誤；c點處的溶液是硝酸亞鐵，若加入鹽酸，H＋、NO和Fe2＋發(fā)生氧化還原反應生成Fe3＋，溶液變?yōu)辄S色，B錯誤；向硝酸中加入鐵粉發(fā)生的反應為Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，硝酸的物質(zhì)的量為0.4 mol，則消耗鐵的物質(zhì)的量為0.1 mol，b＝0.1，生成硝酸鐵0.1 mol，隨后發(fā)生反應2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)2，生成硝酸亞鐵為0.15 mol，則a＝0.15，C錯誤；根據(jù)上述分析，當加入鐵粉n mol時(0.1