含氮化合物常见计算类型分析

罗功举　周代华

氮族元素是元素化合物知识构成的重要内容，也是高考考查的热点，其有关计算一直为命题者所“亲睐”.下面就含氮化合物的常见计算类型归类分析如下，供参考.

一、氮的氧化物的有关计算

此类问题主要有以下几种设题形式：一是NOx与水或NOx和O2的混合气体与水反应计算；二是NOx和CO2的混合气体与Na2O2反应计算；三是NOx与NaOH溶液反应的有关计算；四是NOx的氧化还原反应计算等.

解法指要 处理这类问题时，一是运用关系式法（或原子守恒法）简化计算或判断，若NOx和O2中的N、O原子个数比满足2∶5，则可完全反应；二是运用电子得失守恒法计算.

例1 （2009年上海化学）烟气中NOx是NO和NO2的混合物（不含N2O4）.

（1）根据废气排放标准，1 m3烟气最高允许含400 mg NOx.若NOx中NO质量分数为0.85，则1 m3烟气中最高允许含NO

L（标准状况，保留2位小数）.

（2）工业上通常用溶质质量分数为0.150的Na2CO3水溶液（密度1.16 g·mL-1）作为NOx吸收剂，该碳酸钠溶液物质的量浓度为mol·L-1（保留2位小数）.

（3）已知：NO+NO2+Na2CO32NaNO2+CO2 ①

2NO2+Na2CO3NaNO2+NaNO3+CO2 ②

1 m3含2 000 mg NOx的烟气用质量分数为0.150的碳酸钠溶液吸收.若吸收率为80%，吸收后的烟气排放标准（填“符合”或“不符合”），理由：.

（4）加入硝酸可改变烟气中NO和NO2的比，反应为：NO+2HNO33NO2+H2O.当烟气中n（NO）∶n（NO2）=2∶3时，吸收率最高.1 m3烟气含2 000 mg NOx，其中n（NO）∶n（NO2）=9∶1.计算：（ⅰ）为了达到最高吸收率，1 m3烟气需用硝酸的物质的量（保留3位小数）.（ⅱ）1 m3烟气达到最高吸收率90%时，吸收后生成NaNO2的质量（假设上述吸收反应中，反应①比反应②迅速.计算结果保留1位小数）.

分析 （1）由题意知1 m3中含NO的质量为400 mg×0.85=0.34 g，则V（NO）=n（NO）·Vm=

m（NO）M（NO）·Vm=0.34 g30 g·mol-1×22.4 L·mol-1=0.25 L.

（2）假设Na2CO3溶液体积为1 L，则溶液质量为1160 g，溶质Na2CO3的质量为174 g，故该溶液的物质的量浓度为：

c=nV=mMV=174 g106 g·mol-11 L=

1.64 mol·L-1.

（3）1 m3烟气中含有2000 mg NOx，吸收率为80%，则剩余NOx的质量为400 mg，同时烟气中的CO2等气体被Na2CO3吸收了，导致气体体积小于1 m3，即吸收后烟气总体积减小，NOx含量仍超过400 mg·m-3，不符合排放标准.

（4）（ⅰ）30 g·mol-1·n（NO）+19×46 g·mol-1·n（NO）=2000 mg1000 mg·g-1，n（NO）=0.057 mol.又由方程式：

NO+2HNO33NO2+H2O

x 2x 3x

压强/Pa2×105Pa5×105Pa1×106Pa

D的浓度/mol·L-10.0850.200.44

根据表中数据，回答下列问题：

（1）压强从2×105Pa增大到5×105Pa时，平衡向反应方向移动（填“正”或“逆”）.

（2）压强从5×105Pa增加到1×106Pa，平衡向反应方向移动（填“正”或“逆”）.E可能变成了（填物质状态名称）.

3.一定条件下，反应2NO2（g）N2O4（g），ΔH<0，达到平衡后，要使混合气体颜色变深，可采取的措施是 （ ）.

A. 增大体积 B. 降低温度

C. 增大压强 D. 移走一部分N2O4气体

参考答案：

1.（1） 逆反应 （2）减小 （3）减小 （4）<

2.（1）逆 （2）正，液态或固态 3.C

（收稿日期：2015-08-12）

根据题意可列式为：19×0.057 mol+3x0.057 mol-x=32，解得：x=0.017 6 mol，则n（HNO3）=2x=0.0352 mol.

（ⅱ）n（NaNO2）=2n（NO）+1/2×[n（NO2）-n（NO）]=0.0887 mol，则m（NaNO2）=0.0887 mol×69 g·mol-1×90%=5.5 g.

二、氮的氢化物的有关计算

高考主要涉及到两种氢化物，一是NH3的有关计算，如氨溶于水或氨水混合（稀释）计算、氨的氧化还原反应计算、图像分析等；二是N2H4的有关计算，如组成推断、热化学方程式中ΔH计算、混合物计算等.

解法指要 解答NH3的有关计算时要注意两点，一是氨水中的溶质以氨分子计；二是氨水的质量分数或物质的量浓度越大，其密度越小.其它问题则按公式、反应方程式进行计算.

例2 （2011年上海化学卷）氨和联氨（N2H4）是氮的两种常见化合物，在科学技术和生产中有重要的应用.根据题意完成下列计算：

（1）联氨用亚硝酸氧化生成氮的另一种氢化物，该氢化物的相对分子质量为43.0，其中氮原子的质量分数为0.977，计算确定该氢化物的分子式.

该氢化物受撞击则完全分解为氮气和氢气.4.30 g该氢化物受撞击后产生的气体在标准状况下的体积为 L.

（2）联氨和四氧化二氮可用作火箭推进剂，联氨是燃料，四氧化二氮作氧化剂，反应产物是氮气和水.由联氨和四氧化二氮组成的火箭推进剂完全反应生成72.0 kg水，计算推进剂中联氨的质量.

（3）氨的水溶液可用于吸收NO与NO2混合气体，反应方程式为：6NO+4NH35N2+6H2O、6NO2+8NH37N2+12H2O.NO与NO2混合气体180 mol被8.90×103 g氨水（质量分数为0.300）完全吸收，产生156 mol氮气.吸收后氨水密度为

0.980 g/cm3.计算：①该混合气体中NO与NO2的体积比.②吸收后氨水的物质的量浓度（答案保留1位小数）.

（4）氨和二氧化碳反应可生成尿素CO（NH2）2.尿素在一定条件下会失去氨而缩合，如两分子尿素失去一分子氨形成二聚物：

COH2NNH2+

COH2NNH2

COH2NNHCONH2+NH3

已知常压下120 mol CO（NH2）2在熔融状态发生缩合反应，失去80 mol NH3，生成二聚物（C2H5N3O2）和三聚物.测得缩合产物中二聚物的物质的量分数为0.60，推算缩合产物中各缩合物的物质的量之比.

分析 （1）该氢化物中氢原子与氮原子个数比为（1-0.977）/1∶0.977/14=1∶3，则其最简式为HN3；再结合相对分子质量为43.0可知其分子式为HN3.

2HN3撞击H2+3N2，1 mol氢化物受撞击后产生的气体为2 mol，则其体积为4.48 L.

（2）根据反应式2N2H4+2NO23N2+4H2O，当生成72.0 kg水时，需要联氨

2×32×72.0 kg/（4×18）=64 kg.

（3）设NO与NO2的物质的量分别为x、y，则x+y=180、5x/6+7y/6=156，解得：x=162 mol、y=18 mol，即混合气体中NO与NO2的体积比为

162∶18=9∶1.

两反应消耗氨气的物质的量为108 mol+24 mol=132 mol，剩余氨气的物质的量为157 mol-132 mol=25 mol；气体被吸收后，氨水的质量为8900 g-132 mol×17 g/mol+198 mol×18 g/mol =10220 g，则反应后氨水的质量分数为（25 mol×17 g·mol-1/10220 g）×100%=4.16%，那么，吸收后氨水的物质的量浓度c=1000ρω/M=1000×0.980×4.16%/17=2.4 mol/L.

（4）三聚产物有两种分子式，一种为环状物

A（C3O3N3H3），结构简式为HNCONHCONHCO，另一种为链状物B（C3O3N4H6）.设缩合物中含二聚物a mol，三聚物A为b mol，三聚物B为c mol，则：2a+3b+3c=120、a+3b+2c=80、a/（a+b+c）=0.60，解得：a=30、b=10、c=10.故三种聚合物的物质的量之比为3∶1∶1.

三、金属与硝酸反应计算

一般有两类问题，一是金属（分单质与合金）与硝酸反应计算，要注意变价金属在产物中的化合价、硝酸浓稀的差异性；二是金属与混酸（如硝酸与硫酸的混合物）反应计算，二者的差异是后者溶液中NO-3可能完全反应.

解法指要 分析这类问题时，一要把握三个守恒，即氮原子守恒、电子得失守恒、电荷守恒；二要了解一个关系，即反应中起酸性作用的HNO3的物质的量等于生成的硝酸盐中NO-3的物质的量；三要熟悉一个技巧，可利用离子方程式快速找出各种量的相互关系.

例3 （2013年四川理综卷）1.52 g铜镁合金完全溶解于50 mL密度为1.40 g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中，得到NO2和N2O4的混合气体1120 mL（标准状况），向反应后的溶液中加入1.0 mol/L NaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到2.54 g沉淀，下列说法不正确的是（ ）.

A.该合金中铜与镁的物质的量之比是2∶1

B.该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是14.0 mol/L

C.NO2和N2O4的混合气体中，NO2 的体积分数是80%

D.得到2.54 g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是600 mL

分析 A项，设Cu、Mg的物质的量分别为X mol、Y mol，则存在以下等式：64X+24Y=1.52、X×98+Y×58=2.54，解得：X=0.02、Y=0.01.B项，c（HNO3）=1000ρω/M=1000×1.40×0.63/63=14.0 mol/L.C项，n（HNO3）=14.0×0.05=0.7 mol=n（NO2）+2n（N2O4），又n（NO2+N2O4）=1.12L/22.4L·mol-1，解得：n（NO2）=0.04 mol、n（N2O4）=0.01 mol，可知C正确.D项，与硝酸反应的NaOH的物质的量n（NaOH）1=0.7 mol-0.04 mol-0.02 mol=0.64 mol，与金属离子反应的NaOH的物质的量n（NaOH）2=0.06 mol，故NaOH总的物质的量n总=0.64 mol +0.06 mol=0.7 mol，故需要NaOH溶液的体积为700 mL.答案为D.

四、铵盐的有关计算

常见的问题有下列几类：一类是混合物计算，考查NH+4与碱的反应、铵盐的分解反应等；二类是铵盐溶液的配制；三类是结合图像、实验等分析物质的组成，如推算铵盐的化学式等.

解法指要 对于混合物计算，一要理清并正确书写反应方程式，二要合理选择解题方法，如方程组法、关系式法等；对于铵盐溶液的配制问题，则可选用守恒法；对于图像、实验类问题，则可根据数据特征或实验现象先推出组成微粒，再通过计算确定化学式.

例4 （2013年江苏化学卷）硫酸镍铵[（NH4）xNiy（SO4）m·nH2O]可用于电镀、印刷等领域.某同学为测定硫酸镍铵的组成，进行如下实验：

①准确称取2.3350 g样品，配制成100.00 mL溶液A；

②准确量取25.00 mL 溶液A，用0.04000 mol·L-1的EDTA（Na2H2Y）标准溶液滴定其中的Ni2+（离子方程式为Ni2++H2Y2-NiY2-+2H+），消耗EDTA标准溶液31.25 mL；

③另取25.00 mL溶液A，加足量的NaOH溶液并充分加热，生成NH3 56.00 mL（标准状况）.

（1）若滴定管在使用前未用EDTA标准溶液润洗，测得的Ni2+含量将 （填“偏高”、或“偏低”或“不变”）.

（2）氨气常用 检验，现象是 .

（3）通过计算确定硫酸镍铵的化学式（写出计算过程）.

分析 本题属于物质组成分析与化学综合计算题.利用电荷守恒计算n（SO2-4），利用质量守恒计算n（H2O）.

（1）滴定管在使用前未用EDTA标准溶液润洗，会使EDTA标准溶液的浓度降低，则滴定过程中消耗EDTA标准溶液量增大，故测得的Ni2+含量将偏高.

（2）氨气是碱性气体，通常用湿润的红色石蕊试纸检验，实验现象是试纸颜色由红变蓝.

（3）n（Ni2+）=0.04000mol·L-1×31.25 mL×10-3L·mL-1=1.250×10-3mol，n（NH+4）=56. 00 mL×10-3 L·mL-122. 4 L·mol-1=2.500×10-3mol，n（SO2-4）=2n（Ni2+）+n（NH+4）2=2×1. 25×10-3 mol+2. 500×10-3 mol2=2.500×10

-3mol，m（Ni2+）=59 g·mol-1×1.250×10-3mol=0.07375 g，m（NH+4）=18 g·mol-1×2.500×10-3mol=0.04500 g，m（SO2-4）=96 g·mol-1×2.500×10-3mol=0.2400 g，n（H2O）=2.3350 g×25.00 mL100.00 mL-0.07375 g-0.04500 g-0.2400 g18 g·mol-1=

1.250×10-2mol.

那么，x︰y︰m︰n=n（NH+4）︰n（Ni2+）︰n（SO2-4）︰n（H2O）=2︰1︰2︰10，则硫酸镍铵的化学式为（NH4）2Ni（SO4）2·10H2O.

通过上述分析，可以了解到高考对含氮化合物计算的常考类型，可以更有针对性的复习，以提高学习效率.