高一化学氮及其化合物

13.1单质氮、氨与铵盐一、氮气——N21.氮气的物理性质氮气是一种无色无味、难溶于水的气体，比较容易液化，形成的液氮可以做制冷剂。2.氮气的化学性质（1）与H2反应（工业合成氨的重要反应，又称为人工固氮）223N3H2NH催化剂高温、高压【注意】合成氨是所有人工合成含氮的化合物的第一步。（2）与O2反应22NO2NO放电/高温【注意】①夏天雷雨天气时会产生一定量的NO，这属于自然固氮，汽车尾气中氮的氧化物就是氮气与氧气在高温条件下产生的。②生成的NO不稳定，很容易被氧化成NO2。（3）与活泼金属反应232N3MgMgN点燃3.氮气的应用氮气是工业上合成氨、制氮肥、制硝酸的原料，氮气可用作焊接金属、充填白炽灯、保存粮食、水果的保护气，液氮用作制冷剂。二、氨气——NH31.氨气的物理性质NH3是一种有刺激性气味、密度比空气小的无色气体，易液化（可作制冷剂），极易溶于水（溶解体积比1:700）。【注】①收集氨气用向下排空气法，不能用排水法。②HCl、NH3等极易溶于水的气体易形成喷泉实验，此外下列较易溶于水的气体及其组合也可形成喷泉：Cl2/CO2/SO2/H2S——NaOH；喷泉后所得溶液的浓度为恒值，计算方法：c=1/22.4mol·L－1（气体为标况下气体）。③溶解或吸收氨气等溶解度很大的气体时，要用类似以下装置的原理防止倒吸。氮及其化合物2.NH3的化学性质（1）与H2O反应3232NHHONHHO324NHHONHOH【总结】①上面的反应能体现出氨水呈弱碱性的原因。②氨水的成分：NH3、NH3·H2O、H2O等三种分子；NH4+、OH－、H+等三种离子。（2）与酸反应①与HCl气反应34NH+HCl=NHCl现象：产生大量白烟。主要应用在检验氨气的存在或者泄露。②与H2SO4反应3244242NHHSO(NH)SO（3）与O2反应（氨的催化氧化）3224NH5O4NO6HO催化剂【注意】人工合成氮氧化合物均是通过这一反应得到的。3.NH3的实验室制法（1）制备原理422322NHClCa(OH)CaCl2NH2HO△↑（2）药品：氯化铵固体和熟石灰【注意】不能用NaOH代替Ca(OH)2，是因为NaOH吸水易结块不容易产生氨气，且高温下会腐蚀玻璃。（3）仪器装置：固+固△气+固（4）除杂净化：利用碱石灰干燥（碱石灰是NaOH固体和生石灰的混合物）（5）收集方法：向下排空气法（管口放棉花主要防止对流过快易引入杂质）（6）氨气的检验①湿润的红色石蕊试纸变蓝。②蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近气体，会产生大量白烟。（7）实验室其它制法加热浓氨水或将浓氨水滴入碱石灰中3232NHHONHHO△↑4.NH3的工业制法223N3H2NH催化剂高温、高压三、铵盐1.铵盐的物理性质大多数铵盐为白色固体，易溶于水。2.铵盐的化学性质（1）受热分解43NHClNHHCl△↑↑43322NHHCONHHOCO△↑↑（2）与碱反应432NHClNaOHNaClNHHO△↑432NHOHNHHO△↑3.NH4+的检验加入浓NaOH溶液并加热，产生有刺激性气味气体，该气体可以使湿润的红色石蕊试纸变蓝，即说明原样品为铵盐或溶液中存在NH4+。【例1】空气污染己成为人类社会面临的重大威胁。下列气体中，不会．．造成空气污染的是（）A．NO2B．Cl2C．SO2D．N2【例2】下列关于N2的说法中不正确的是()A．通常情况下N2性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气B．N2＋O2=====高温2NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一C．N2在空气中约占总质量的45D．在反应：3Mg＋N2=====高温Mg3N2中，N2作氧化剂【例3】加入氢氧化钡溶液共热，有气体放出又有不溶于稀硝酸的白色沉淀生成的是（）A．KNO3溶液B．NH4NO3溶液C．(NH4)2SO4溶液D．Na2SO4溶液例题精讲【例4】硫酸铵是一种常用的铵态氮肥。下表是硫酸铵化肥品质的主要指标。项目指标优等品一等品合格品外观白色结晶，无可见机械杂质无可见机械杂质氮(N)含量≥21.0%≥21.0%≥20.5%新华中学化学研究性学习小组为本地农业生产服务，对某农用品商店出售的一等品硫酸铵化肥的品质进行探究。【观察外观】该硫酸铵化肥无可见机械杂质。【实验探究】按下图所示装置进行实验。（1）烧瓶内发生反应的离子方程式为__________________________，烧杯中最适宜盛放的试剂是________(填“浓硫酸”“稀硫酸”或“水”)。（2）实验过程中，需往烧瓶中加入足量浓氢氧化钠溶液并充分加热的原因是__________________________________________________________________________。【交流讨论】（3）甲同学：根据此实验测得的数据，计算硫酸铵化肥的氮含量可能偏高，因为实验装置中存在一个明显缺陷是____________________________________________。（4）乙同学：实验装置中还存在另一个明显缺陷是_______________________________。经过大家充分讨论一致认为：针对甲、乙两位同学指出的实验装置中存在的明显缺陷，需改进实验装置，重新进行实验。【探究结论】（5）称取13.5g硫酸铵化肥样品，用改进后的实验装置重新进行实验，测得实验前后B装置增重3.40g。该化肥______(填“是”或“不是”)一等品。13.2氮氧化合物与硝酸一、氮的氧化物氮的氧化物种类较多，有N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等，中学阶段主要学习NO和NO2。1.一氧化氮——NO（1）NO的物理性质知识点睛NO通常为无色无味的有毒气体，难溶于水，比空气密度略大。（2）NO的化学性质①还原性222NOO2NO【注意】NO很容易被氧气氧化，在空气中立即变成NO2，所以收集NO一般用排水法。②氧化性222NO2CO2CON催化剂【注意】汽车尾气中的NO和CO，可以采用催化转化法除去。2.二氧化氮——NO2（1）NO2的物理性质通常NO2为红棕色、有刺激性气味的有毒气体，比空气密度大，溶于水能与水发生反应。（2）NO2的化学性质①与水的反应2233NOHO2HNONO②强氧化性223NOSOSONO③NO2自身化合2242NONO()()红棕色无色【总结】有关NO、NO2及O2的混合气体溶于水的计算。主要化学反应：222NOO2NO；2233NOHO2HNONO①NO2与水反应，气体体积减少2/3，3NO2+H2O=2HNO3+NO；②NO与O2按体积比4:3混合后与水反应，气体被足量的水全部吸收，4NO+3O2+2H2O=4HNO3③NO2与O2按体积比4:1混合后与水反应，气体被足量水全部吸收，4NO2+O2+2H2O=4HNO33.氮氧化物对环境的危害（1）氮氧化物在空气中主要危害有如下两方面：①形成硝酸型酸雨。②参与催化生成臭氧，形成光化学烟雾。（2）现在城市中主要的氮氧化物来源是汽车尾气。二、硝酸——HNO31.HNO3的物理性质浓硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，密度大于水。2.HNO3的化学性质（1)酸的通性HNO3=H++NO3-【注意】HNO3能够表现酸性，例如与碳酸盐的反应等。（2)不稳定性32224HNO4NOO2HO光↑↑【注意】HNO3见光容易分解，所以要保存在棕色试剂瓶中，并置于避光、阴凉处。（3)强氧化性①与金属反应（浓、稀HNO3均为氧化性酸，与金属反应不生成H2）33222Cu4HNO()Cu(NO)2NO2HO浓↑33223Cu8HNO()3Cu(NO)2NO4HO稀↑【注意】高中阶段在书写硝酸作氧化剂的反应时，除非专门注明，否则若用浓硝酸，还原产物统一写为NO2，稀硝酸对应的还原产物则统一写为NO。②常温下，Al、Fe在冷的浓HNO3中钝化，若要进一步发生反应，需在加热条件下进行：33322Fe6HNO()Fe(NO)3NO3HO△浓↑【注意】上面的反应为酸过量或铁不足时，如果铁过量，则会发生三价铁转化成二价铁的反应。③与非金属反应32224HNO()CCO4NO2HO△浓↑↑【注意】无论硝酸是浓还是稀均表现强氧化性，而硫酸中稀硫酸则不表现+6价硫的氧化性。主要是因为硝酸氧化性由H+加NO3-共同表现，而浓硫酸的氧化性由H2SO4分子表现的。【例5】将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积缩小为原体积的一半，则原混合气体中氮气和二氧化氮的体积比是()A．1∶1B．1∶2C．1∶3D．3∶1【例6】标准状况下，NO2和O2按4:1的体积比混合充满一个大试管，把大试管倒立于水中，水面逐渐上升，最后试管中溶液的物质的量浓度（不考虑试管中溶液扩散）为（）A．0.8mol/LB．0.72mol/LC．0.1mol/LD．0.036mol/L【例7】将充有amLNO和bmLNO2气体的试管倒立于水槽中，然后通入amLO2，气体体积均在同温同压下测定，且ba，则充分反应后，试管中气体在同温同压下的体积为（）A．(b－a)/3mLB．(a－b)/3mLC．(4b－1)/13mLD．3/(b－a)mL【例8】已知氮的氧化物跟NaOH溶液发生的化学反应如下：3NO2+2NaOH=2NaNO3+NO↑+H2O，NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O现有mmolNO2和nmolNO组成的混合气体，要用NaOH溶液使其完全吸收无气体剩余，现有浓度为amol/L的NaOH溶液，则需此NaOH溶液的体积是（）例题精讲A．m/aLB．2m/3aLC．2(m+n)/3aLD．(m+n)/aL【例9】无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、NH3、N2中的几种，将100mL甲气体经过下图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则气体的组成为（）A．NH3、NO2、N2B．NH3、NO、CO2C．NH3、NO2、CO2D．NO、CO2、N2【例10】实验室不需要棕色试剂瓶保存的试剂是（）A．浓硝酸B．硝酸银C．氯水D．浓硫酸【例11】某同学是位有心人，平时收集了大量学习资料，下列事实是从该同学的学习资料上摘录下来的，你知道这些事实表现了硝酸哪些性质？（1）浓硝酸敞口放置在空气中，质量会减小：；（2）久置的浓硝酸呈黄色：；（3）铝制、铁制的容器常温下可盛放浓硝酸：；（4）铜片放入硝酸中，溶液会变蓝：；（5）碳单质放入浓硝酸中加热，产生大量红棕色的气体：。【例12】如图是三种稀酸对Fe­Cr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果，下列正确的是（）A．稀硝酸对Fe­Cr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱B．稀硝酸和铁反应的化学方程式是：Fe＋6HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2OC．Cr含量大于13%时，因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大，所以对Fe­Cr合金的腐蚀性最强D．随着Cr含量增加，稀硝酸对Fe­Cr合金的腐蚀性减弱【例13】下列各组离子在水溶液中可以大量共存的是（）A.23HKFeNO、、、B.4OHNaNHCl、、、C.3NOOHClK、、、D.233MgNOHAl、、、【例14】有四种金属a、b、c、d，它们与浓HNO3反应时只有a不反应；把这四种金属混合加入盐酸，其中b、c溶解，过滤后，在滤液中加入过量的稀NaOH溶液，可得到c离子的沉淀。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序可能是（）①b、c、d、a②a、b、c、d③c、b、d、a④d、c、b、aA、只有①B、①或③C、②或④D、只有③【例15】在100mL某混合溶液中，c(HNO3)=0.4mol·L-1，c(H2SO4)=0.1mol·L-1，现向混合液中加入1.92g铜粉，微热，充分反应后溶液中Cu2+的物质的量浓度约为（）（假设反应前后溶液的体积保持不变）A．0.15mol/LB．0