第四节--氮及其化合物

第四节氮及其化合物考纲要求1．了解氮单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。2．了解氮单质及其重要化合物对环境的影响。3．掌握氨气的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。4.了解化学与生活、材料、能源、环境、生命、信息技术等的关系。5．了解“绿色化学”的重要性。1氮气及氮的氧化物2氨和铵盐3硝酸的性质及应用4环境保护与绿色化学5综合演练提能——课堂真题练6综合演练提能——课下提能练目录CONTENTS考点一氮气及氮的氧化物1．氮气(1)物理性质无色、无味气体，密度比空气略___，___溶于水。小难(2)化学性质写出有关反应的化学方程式：①；②；③N2＋O2=====放电2NO。3Mg＋N2=====△Mg3N2N2＋3H2高温、高压催化剂2NH32．氮的氧化物(1)氮有多种价态的氧化物氧化物的化学式N2ONON2O3NO2、N2O4N2O5氮元素的价态＋1＋2＋3＋4＋5N2O俗称笑气，有麻醉作用；N2O3是亚硝酸的酸酐；N2O5为硝酸的酸酐。(2)NO和NO2的性质比较NONO2颜色无色红棕色毒性有毒有毒物理性质溶解性不溶于水能溶于水与O2反应2NO＋O2===2NO2化学性质与H2O反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO试剂Cu和稀HNO3Cu和浓HNO3制法收集只能用排水法收集只能用向上排空气法收集注意①氮的氧化物都有毒，其中NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。②验证某无色气体为NO的方法是向无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。(3)氮氧化物对环境的污染①光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。②酸雨：NOx排入大气中，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。④NO与血红蛋白结合使人中毒。3．NOx尾气的处理(1)碱液吸收法2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2ONO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2ONO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是：n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。4．氮的氧化物与O2、H2O反应的计算(1)利用关系式求解氮的氧化物溶于水的过程中所发生的反应有：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,2NO＋O2===2NO2。叠加后得①4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3；②4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3；③NO2＋NO＋O2＋H2O===2HNO3。若NO2、O2混合气体通入水中，由①式可知其体积比有：V(NO2)∶V(O2)＝4∶1，恰好反应，无剩余气体＜4∶1，O2过量，剩余气体为O2＞4∶1，NO2过量，剩余气体为NO因过量的NO2和水反应若NO、O2混合气体通入水中，由②式可知其体积比有：V(NO)∶V(O2)＝4∶3，恰好反应，无剩余气体＜4∶3，O2过量，剩余气体为O2＞4∶3，NO过量，剩余气体为NO若NO、NO2、O2混合气体通入水中，当V(NO)∶V(NO2)∶V(O2)＝1∶1∶1时，恰好转化为HNO3，即按③式反应。当V(NO)∶V(NO2)∶V(O2)≠1∶1∶1时，可先将NO2转化为NO，这样问题就转化为NO、O2混合气体溶于水的计算。(2)依据氮氧原子个数比求解通过上述方程式的关系，我们不难发现：无论是哪种情况，生成HNO3的NO、NO2、O2中氮氧原子个数比都为2∶5。上述反应都等效于硝酸的酸酐N2O5与H2O的反应。在解题时，我们也可以利用这个关系来进行分析判断，并最终得出结论。氮氧原子个数比＝2∶5，无剩余气体＜2∶5，剩余气体为O2＞2∶5，氧气不足，剩余气体为NO(3)利用电子守恒关系求解从氧化还原反应的电子得失角度分析上述反应，都是氮的氧化物被氧气氧化生成硝酸。NO――→失3e－HNO3NO2――→失1e－HNO3O2――→得4e－HNO3解题时，可以根据氮的氧化物失电子总数＝氧气得电子总数的关系来求解。5．重要的氮族元素——磷(1)磷的同素异形体白磷(黄磷，P4)为正四面体结构()，与红磷(赤磷)是同素异形体。(2)单质磷的化学性质①与氧气反应：P4＋5O2=====点燃2P2O5(五氧化二磷)。②与卤素单质反应：P4＋6Cl2=====点燃4PCl3(白雾)，P4＋10Cl2=====点燃4PCl5(白烟)。③与稀硝酸反应：3P＋5HNO3＋2H2O=====△3H3PO4＋5NO↑。(3)五氧化二磷五氧化二磷是磷酸的酸酐，有很强的吸水性，是一种干燥剂。(4)磷酸磷酸易溶于水、难挥发，属于三元非氧化性中强酸(可当作弱酸对待)，具有酸的通性。①电离方程式H3PO4H＋＋H2PO－4H2PO－4H＋＋HPO2－4HPO2－4H＋＋PO3－4②与碱反应NaOH＋H3PO4===NaH2PO4＋H2O(生成磷酸二氢盐)2NaOH＋H3PO4===Na2HPO4＋2H2O(生成磷酸氢盐)3NaOH＋H3PO4===Na3PO4＋3H2O(生成正盐)题点全练题点一NO、NO2的性质及对环境的影响1．随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是()A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应D．催化转化总化学方程式为2NO＋O2＋4CO======催化剂4CO2＋N2解析：反应过程中NO、O2为氧化剂，N2为还原产物；汽车尾气中的N2不是污染物；NO和O2的反应不需要催化剂；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：2NO＋O2===2NO2,2NO2＋4CO===N2＋4CO2，将两步反应式合并可得总化学方程式为2NO＋O2＋4CO催化剂,4CO2＋N2。2．氮氧化合物(用NOx表示)是大气污染的重要因素，根据NOx的性质特点，开发出多种化学治理氮氧化合物污染的方法。(1)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知：4NH3＋6NO=======催化剂△5N2＋6H2O,8NH3＋6NO2=======催化剂△7N2＋12H2O。同温同压下，3.5LNH3恰好将3.0LNO和NO2的混合气体完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的体积之比是______。(2)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：_____________________________________。②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是_________。1∶32NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2ONaNO2题点二氮氧化物溶于水的定量计算3．(2018·沈阳模拟)在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12mL通入足量水中，充分反应后剩余2mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为()①1.2mL②2.4mL③3mL④4mLA．①②B．②③C．③④D．①④解析：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3若剩余的气体是O2，则V(NO2)＝45×(12－2)＝8mL，V(O2)＝12mL－8mL＝4mL。若剩余的气体是NO(2mL)⇒6mLNO2。则V(O2)＝15×(12－6)＝1.2mL。4．如图所示，将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内，充分反应后，试管内残留m2体积的气体，该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为()A．3∶2B．2∶3C．8∶3D．3∶8解析：该过程中涉及的反应有2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，可将两个方程式“合并”为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。剩余气体与空气接触立即变为红棕色，说明剩余气体为NO。则可知m2体积的NO气体与n体积的O2恰好完全反应。4NO＋3O2＋2H2O===4HNO343m2n4∶m2＝3∶n，解得m∶n＝8∶3。5．将充有mmolNO和nmolNO2气体的试管倒立于水槽中，然后通入mmolO2，若已知n＞m，则充分反应后，试管中的气体在同温同压下的体积为()A．(4n－1)/2B．(n－m)/3C．(3m＋n)/3D．3(n－m)解析：根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO知，nmolNO2气体反应后生成n/3molNO气体，再根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3得(m＋n/3)∶m＞4∶3，则知NO过量，故剩余的体积为(m＋n/3)－4m/3＝(n－m)/3。考点二氨和铵盐1．氨的分子结构与物理性质电子式密度气味水溶性________比空气______________气味极易溶于水(1∶_____)小强烈刺激性7002．氨的化学性质(1)与水反应NH3＋H2ONH3·H2ONH＋4＋OH－。氨气溶于水得氨水，氨水中含有的粒子有：____________________________________。NH3·H2O为可溶性一元弱碱，不稳定，易分解，化学方程式为__________________________。NH3·H2O、H2O、NH3、NH＋4、OH－、H＋NH3·H2O=====△NH3↑＋H2O(2)与酸的反应蘸有浓盐酸(或)的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为。化学方程式分别为_____________________________________________。(3)与盐溶液的反应如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式：____________________________________。浓硝酸有白烟生成HCl＋NH3===NH4Cl、HNO3＋NH3===NH4NO3Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4(4)氨气的还原性性质方程式催化氧化_____________________________被CuO氧化2NH3＋3CuO=====△3Cu＋N2＋3H2O被氯气氧化2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl或8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl被氮氧化物氧化6NO＋4NH3===5N2＋6H2O6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O4NH3＋5O2催化剂△4NO＋6H2O注意①NH3是中学化学中唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，可在推断题中作为解题突破口。②氨水呈碱性，属于一元弱碱，计算氨水的浓度时，溶质按NH3进行计算。3．氨气的实验室制法经典实验图解高考创新考查4．工业合成氨合成氨工业的简要流程可用方框图表示为：(1)原料气的制取N2：将空气液化、蒸发分离出N2或者将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气等)在高温下制取。用煤和水制H2的主要反应为：C＋H2O(g)=====高温CO＋H2，CO＋H2O(g)======催化剂CO2＋H2。(2)制得的N2、H2需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压。(3)氨的合成：在适宜的条件下，在合成塔中进行。(4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，为提高原料的利用率，将没有完全反应的N2和H2循环送入合成塔，使其被充分利用。5．铵盐及NH＋4的检验(1)铵盐的物理性质铵盐都是___色固体，均易溶于水。白(2)铵盐的化学性质(3)NH＋4的检验未知液――→OH－呈碱性――→△湿润的___色石蕊试纸变___色，则证明含NH＋4。红蓝6．共性归纳——喷泉实验(1)喷泉实验的原理由于容器内外产生压强差而形成喷泉。气体迅速溶于水或某种溶液中，容器内压强小于容器外压强，从而产生喷泉。(2)形成喷泉的常见组合气体HClNH3CO2、Cl2、SO2、H2SNO2NO、O2(4∶3)吸收剂水、N