跟踪检测（二十四）重点专攻——氨气的制备金属与硝酸反应的计算1．(2021·濮阳检测)下列装置用于实验室中制取干燥氨气的实验，其中能达到实验目的的是(　　)A．用装置甲制备氨气B．用装置乙除去氨气中的少量水C．用装置丙收集氨气D．用装置丁吸收多余的氨气解析：选D　A项，加热固体，试管口应略向下倾斜，错误；B项，NH3是碱性气体，不能用浓硫酸干燥，错误；C项，用胶塞堵住集气瓶口，空气排不出来，应去掉胶塞，在瓶口加一团棉花，错误；D项，干燥管起防倒吸的作用，正确。2．已知饱和氯化铵溶液与亚硝酸钠晶体混合加热可制备氮气。利用如图装置制取氮气，并用氮气制备Ca3N2，Ca3N2遇水发生水解反应。下列说法错误的是(　　)A．①中发生的化学反应为NaNO2＋NH4ClNaCl＋N2↑＋2H2OB．④、⑥中依次盛装的试剂可以是浓H2SO4、碱石灰C．③中盛放的试剂是NaOH溶液D．实验结束，取⑤中的少量产物于试管中，加适量蒸馏水，可以使试管口湿润的红色石蕊试纸变蓝解析：选C　由题干可知，装置①为制备氮气的装置，饱和氯化铵溶液与亚硝酸钠晶体混合加热生成氮气、氯化钠和水，所以反应方程式为NaNO2＋NH4ClNaCl＋N2↑＋2H2O，故A正确。Ca3N2遇水发生水解，所以产生的氮气需要干燥才能进入玻璃管中反应，装置④应为干燥装置，可选用浓硫酸作干燥剂；装置⑥中也应装有干燥剂，防止空气中的水蒸气进入，装置⑥中可盛放碱石灰，故B正确。装置中含有氧气，可利用装置③ 除去装置中的氧气，NaOH溶液不能除去氧气，可改成酸性氯化亚铁溶液，故C错误。实验结束后，装置⑤中有生成的Ca3N2，Ca3N2遇水发生水解反应生成NH3和Ca(OH)2，NH3可以使湿润的红色石蕊试纸变蓝，故D正确。3．Cu与浓硝酸反应生成氮的氧化物，这些氧化物恰好溶解在NaOH溶液中得到NaNO3和NaNO2的混合溶液，反应过程及有关数据如图所示。下列有关判断正确的是(　　)A．若铜片为51.2g，则生成0.2molNaNO3B．常温下，Cu遇浓硝酸发生钝化，不可能发生上述反应C．标准状况下收集的氮氧化物为20.16LD．反应过程中生成的Cu(NO3)2既是氧化产物，又是还原产物解析：选A　分析整个反应过程可知仅有两种元素的化合价发生变化，即Cu→Cu2＋，HNO3→NaNO2,51.2gCu的物质的量为0.8mol，共失去电子0.8mol×2＝1.6mol，由得失电子守恒可知HNO3→NaNO2得到1.6mol电子，故产物中NaNO2的物质的量为0.8mol，由Na原子守恒可得另一种产物NaNO3的物质的量为0.2mol，A正确；常温下，Cu能与浓硝酸反应，B错误；部分NO2会转化为N2O4，而NO2、N2O4在标准状况下都不是气体，C错误；反应过程中生成的Cu(NO3)2是氧化产物，不是还原产物，D错误。4.向50mL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，且每一阶段只对应一个反应。下列说法正确的是(　　)A．开始时产生的气体为H2B．AB段发生的反应为置换反应C．所用混合溶液中c(HNO3)＝0.5mol·L－1D．参加反应的铁粉的总质量m2＝5.6g解析：选D　已知氧化性：NO>Fe3＋>H＋，故向混合溶液中逐渐加入铁粉，OA段发生反应：Fe＋NO＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O；当溶液中NO完全被消耗之后，过量的铁能和Fe3＋反应生成Fe2＋：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋；当Fe3＋完全反应之后，过量的铁和稀硫酸反应生成Fe2＋和H2：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。由以上分析可知，开始生成的气体是NO，A错误；AB段的反应是Fe和Fe3＋的反应，不是置换反应，B错误；A点对应的气体是NO，生成的NO的物质的量是0.05mol，根据氮原子守恒可知，稀硝酸的物质的量浓度是＝1.0mol·L－1，C错误；生成氢气的体积是0.56L，物质的量为0.025mol，所以反应中共转移电子0.05mol×3＋0.025mol×2＝0.2mol，参加反应的铁最终在溶液中以Fe2＋ 的形式存在，因此根据得失电子守恒可知，消耗铁的物质的量是0.1mol，质量是5.6g，D正确。5．(2021·中山一中统测)FeS与一定浓度的HNO3反应，生成Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、NO2、N2O4、NO和H2O，当NO2、N2O4、NO的物质的量之比为1∶1∶1时，实际参加反应的FeS与HNO3的物质的量之比为(　　)A．1∶6B．1∶7C．2∶11D．16∶25解析：选B　假定参加反应的FeS的物质的量为1mol，根据S原子、Fe原子守恒，则溶液中Fe2(SO4)3的物质的量为mol，Fe(NO3)3的物质的量为mol；反应中Fe元素、S元素化合价升高，N元素化合价降低，设NO2、N2O4、NO的物质的量均为amol，根据电子转移守恒可得1mol×(3－2)＋1mol×[6－(－2)]＝amol×(5－4)＋amol×(5－4)×2＋amol×(5－2)，解得a＝1.5，所以NO2、N2O4、NO的物质的量均为1.5mol，则起氧化剂作用的HNO3的物质的量为1.5mol＋1.5mol×2＋1.5mol＝6mol，起酸的作用的硝酸生成Fe(NO3)3，则起酸的作用的硝酸的物质的量为mol×3＝1mol，参加反应的硝酸的物质的量为6mol＋1mol＝7mol，则实际参加反应的FeS与HNO3的物质的量之比为1mol∶7mol＝1∶7。6．一定量的金属Cu完全溶于适量浓硝酸中，收集到混合气体(含NO、N2O4、NO2)共1.8mol。将上述气体平均分为两份，一份与标准状况下8.96LO2混合后，用水吸收，无气体剩余；另一份恰好能被500mL2mol·L－1NaOH溶液完全吸收，生成含NaNO3和NaNO2的盐溶液，则其中NaNO3的物质的量为(　　)A．0.1molB．0.15molC．0.2molD．0.25mol解析：选C　由题意可知，一份气体恰好能被500mL2mol·L－1NaOH溶液完全吸收，生成含NaNO3和NaNO2的盐溶液，根据原子守恒，可知每份气体含有N原子的物质的量是1mol；一份气体与标准状况下8.96LO2混合后，用水吸收，无气体剩余，则完全生成硝酸，设混合气体中N元素的平均化合价为a，根据得失电子守恒有(5－a)×1mol＝×4，a＝3.4；设NaNO3和NaNO2的物质的量分别是xmol、ymol，根据钠原子守恒得①xmol＋ymol＝1mol，根据得失电子守恒得②(5－3.4)×x＝(3.4－3)×y，联立①②，解得x＝0.2，y＝0.8，所以NaNO3的物质的量为0.2mol，故C正确。7．实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下： 已知实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。(1)从图中选择制取气体的合适装置：氮气____________、氢气____________。(2)氮气和氢气通过甲装置，甲装置的作用除了将气体混合外，还有________________、__________________。(3)氨合成器出来经冷却的气体连续通入乙装置的水中吸收氨，________(填“会”或“不会”)发生倒吸，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________。(4)用乙装置吸收一段时间氨后，再通入空气，同时将经加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内，能使铂丝保持红热的原因是________________________________________。锥形瓶中还可观察到的现象是___________________________________________。(5)写出乙装置中氨氧化的化学方程式：_________________________________________________________。(6)反应结束后锥形瓶内的溶液中含有的离子为H＋、OH－、________、________。答案：(1)a　b(2)干燥气体　控制氢气和氮气的流速(3)不会　混合气体中含有大量难溶于水的氮气、氢气(4)氨的氧化反应是一个放热反应　有红棕色气体产生(5)4NH3＋5O24NO＋6H2O(6)NH　NO8．当硝酸与金属或非金属反应时，反应物或反应条件不同，硝酸被还原的产物也不同。请回答下列问题：(1)金属Zn与某浓度的硝酸反应时无气体产生，那么硝酸的还原产物为________________(填化学式)。(2)某混酸由200mL3mol·L－1的稀硝酸和200mL2.5mol·L－1的稀硫酸均匀混合而成(忽略溶液的体积变化)。将其分成两等份，分别与铜和铁反应，还原产物只有NO，则最多能溶解________molCu和________gFe。(3)200mL16mol·L－1的浓硝酸与3.2gCu反应，反应过程中还原产物只有NO2，则反应结束后，产生气体的体积为________(标准状况下)，溶液中c(H＋)∶c(NO)＝________∶________(忽略HNO3的挥发)。(4)已知氮元素有许多化合价，其化合价有－3、0、＋1、＋2、＋3、＋4、＋5 。下表是硝酸与某种金属M在某些条件下反应所得还原产物的关系：硝酸硝酸浓度大于10mol·L－1硝酸浓度为6．6～10mol·L－1、加热硝酸浓度为6．6～10mol·L－1还原产物NO2NO2NO、NO2硝酸硝酸浓度为0．1～6.6mol·L－1、加热硝酸浓度为0．1～6.6mol·L－1硝酸浓度小于0．1mol·L－1还原产物NONO、N2NH4NO3金属锌与某浓度的硝酸反应时，无气体产生，则此化学反应中被还原的硝酸与参加反应的硝酸物质的量之比是________。解析：(1)硝酸被还原，N元素化合价降低，若无气体产生，则还原产物为NH4NO3(或NH)。(2)设最多溶解xmolCu，一份溶液中n(NO)＝0.3mol，n(H＋)＝0.8mol，据3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O3　　8　　　2x　0.8　　0.3可知x＝0.3(NO过量)因在反应中Fe和Cu的化合价变化均为2价，则最多溶解Fe的物质的量也是0.3mol，质量为56g·mol－1×0.3mol＝16.8g。(3)据电子守恒V(NO2)＝(3.2g/64g·mol－1)×2×22.4L·mol－1＝2.24L。根据方程式：Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O，可知：c(H＋)∶c(NO)＝n(H＋)∶n(NO)＝(3.2－0.2)∶(3.2－0.1)＝30∶31。(4)金属锌与某浓度的硝酸反应时，无气体产生，说明硝酸被还原产生了硝酸铵。反应的化学方程式为4Zn＋10HNO3(稀)===4Zn(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O此化学反应中有10个HNO3参加反应，其中被还原的HNO3是1个。所以被还原的硝酸与参加反应的硝酸物质的量之比是1∶10。答案：(1)NH4NO3(或NH)(2)0.3　16.8 (3)2.24L　30∶31(4)1∶10