Question

2．I氮是地球上极为丰富的元素，氮及其化合物与人们的生活息息相关．在氮的单质和常见化合物中：
（1）常用作保护气（如填充灯泡、焊接保护等）的物质是N₂；
（2）能与酸反应生成盐，在常温下为气态的物质是NH₃；
（3）在通常状况下是晶体，易溶于水，可以作氮肥，遇碱会放出带刺激性气味气体．写出它们与NaOH等强碱溶液反应的离子方程式NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O．
II氮元素可形成多种离子，如N^3-、N₃^-、NH₂^-、NH₄⁺、N₂H₅⁺、N₂H₆²⁺等．
（1）氮元素在周期表中的位置是．请画出氮的原子结构示意图．
（2）氮的常见氢化物的结构式为，其空间构型为，它溶于水后显碱性的原因是NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-（用离子方程式说明）
（3）实验室可用铜与稀硝酸反应制取NO，其离子方程式是．为防止环境污染，可用碱液吸收氮的氧化物．NO与NO₂按物质的量之比1：1被NaOH溶液完全吸收后得到一种钠盐，该化学方程式是NaNO₂．
（4）同温同压下，3.5L NH₃恰好将3.0L NO和NO₂的混合气完全转化为N₂，则原混合气中 NO和NO₂的体积比是1：3．
（5）含有1mol HNO3的稀硝酸分别与不同质量的铁粉，所得氧化产物a、b与铁粉物质的量关系如图所示．氧化产物b是n3=p=0.15．

Answer 1

分析 I（1）可以用作食品保护气的物质应该具有的性质有：化学性质不活泼，无毒，对人体没有副作用；
（2）能和酸反应生成盐的物质应该具有碱性；
（3）可以作氮肥、遇碱会放出带刺激性气味气体的物质为铵盐；铵盐和氢氧化钠等强碱溶液能发生复分解反应．
II（1）氮元素原子核外电子排布为1s²2s²2p³，主族元素周期数=电子层数，主族族序数=最外层电子数，据此判断碳元素在周期表中位置，画出其原子结构示意图；
（2）氮的常见氢化物为氨气，氨气分子中氮原子与氢原子之间形成1对共用电子对，结构式中用“-”表示共用电子对；根据价层电子对互斥理论确定氨气空间构型；
（3）铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO与水；
NO与NO₂发生反应为归中反应，根据N元素的化合价可知应生成NaNO₂；
（4）氮氧化物与氨气发生的反应是氧化还原反应，氮氧化物把氨气氧化为氮气，本身被还原为氮气，可以利用反应方程式通过设未知列方程组计算；也可以根据氧化还原反应的电子守恒计算；也可以利用平均值法计算；
（5）向稀硝酸中加入铁粉时，开始先生成Fe（NO₃）₃，当铁过量时，过量的铁再与 Fe（NO₃）₃反应生成 Fe（NO₃）₂，反应涉及两个方程式Fe+4 HNO_3（稀）=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O、2Fe（NO₃）₃+Fe=3 Fe（NO₃）₂．

解答 解：I（1）N₂的化学性质不活泼，无毒，可以用作食品保护气，
故答案为：N₂；
（2）能和酸反应生成盐的物质应该具有碱性，在常温下为气态的物质是NH₃；
故答案为：NH₃；
（3）可以作氮肥、遇碱会放出带刺激性气味气体的物质为铵盐，铵盐都是易溶于水的物质，铵盐和氢氧化钠等强碱溶液能发生复分解反应，生成氨气和水，离子反应方程式为：NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O，
故答案为：NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O．
II（1）氮的原子序数为7，其核外电子排布为1s²2s²2p³，则N元素位于周期表中第二周期ⅤA族，其原子结构示意图为：，
故答案为：第二周期ⅤA族；；
（2）氮的常见氢化物为氨气，氨气中存在3个氮氢键，电子式为，用“-”表示共用电子对，氨气的结构式为：，氨气中氮原子含有3个σ键和1个孤电子对，所以其价层电子对个数是4，该分子属于三角锥形结构，氨电离产生氢氧根离子，使溶液呈碱性，化学方程式为NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，
故答案为：；三角锥形；NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-；
（3）铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO与水，反应离子方程式为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
NO与NO₂发生反应为归中反应，根据N元素的化合价可知应生成NaNO₂，
故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；NaNO₂；
（4）根据反应可知：氨气被氧化为氮气，NH₃～N₂～3e^-；一氧化氮被还原为氮气，NO～N₂～2e^-二氧化氮被还原为氮气NO₂～N₂～4e^-
设一氧化氮体积为x，二氧化氮体积为3-x，氨气的体积为3.5L，根据电子守恒可知：3.5L×3=2x+4×（3-x），x=0.75L，二氧化氮体积为2.25L，则相同条件下，混合气体中NO和NO₂的体积比等于物质的量之比=0.75：2.25=1：3；
故答案为：1：3；
（5）向稀硝酸中加入铁粉时，发生两个过程，开始先生成Fe（NO₃）₃，反应方程式为：Fe+4 HNO_3（稀）=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O，根据硝酸的物质的量为4mol利用方程式可计算出生成的 Fe（NO₃）₃为1mol，则硝酸为1mol生成的 Fe（NO₃）₃为0.25mol，所以参加反应的铁为0.25mol即n₁=0.25，a为 Fe（NO₃）₃，
Fe（NO₃）₃ 与过量的铁继续反应生成 Fe（NO₃）₂，反应方程式为：2Fe（NO₃）₃+Fe=3 Fe（NO₃）₂，P点为 Fe（NO₃）₃ 与 Fe（NO₃）₂物质的量相等的点，设生成的 Fe（NO₃）₂物质的量xmol，则利用方程式可求得，
2Fe（NO₃）₃+Fe=3 Fe（NO₃）₂，
2                          3
0.25mol-x             x
x=0.15，即P=0.15，
再根据铁原子守恒，n（Fe）=n（Fe（（NO₃）₂）+_n （Fe（NO₃）），所以 n（Fe）=0.3mol即n₂=0.3mol，
P点为 Fe（NO₃）₃ 与 Fe（NO₃）₂物质的量相等的点，物质的量为0.15mol，加入铁最后到r点，溶质全部为 Fe（NO₃）₂，2Fe（NO₃）₃+Fe=3 Fe（NO₃）₂消耗铁物质的量为0.075mol，生成硝酸亚铁0.225mol，则n₃=0.375mol，
故答案为：Fe（NO₃）₂；0.375；0.15．

点评 本题考查了含氮物质的性质，侧重考查了氮氧化物发生的化学反应、氧化还原反应电子转移、铁与稀硝酸的反应，注意铁和硝酸谁多谁少，以及加入的顺序，注意（5）图象中曲线的变化实质理解应用，题目难度中等．