教辅：高考化学复习之氮及其化合物

第11讲氮及其化合物考纲定位选项示例1.了解氮的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NO、NO2等对环境质量的影响。1.N2NH3NH4Cl(aq)。(2016年江苏卷T9－C)2.氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2，某同学在实验室中对NH3与NOx反应进行了探究。(2016年新课标卷Ⅰ)[考纲导视][基础反馈]判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)氨气溶于水能导电，所以氨气是电解质()。(2)将可调高度的铜丝伸入稀HNO3中，溶液变蓝，则Cu与稀HNO3发生置换反应()。(3)实验室用锌粒、稀HNO3以及试管、带导管的橡皮塞可制取H2()。(4)由于反应物浓度越大，反应速率越快，因而常温下，相同的铝片中分别加入足量的浓、稀硝酸，浓硝酸中铝片先溶解完()。(5)制二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气((6)用湿润的碘化钾淀粉试纸鉴别Br2(g)和NO2((7)液氨作为清洁能源的反应原理是4NH3＋5O2)。)。4NO＋6H2O()。答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×(8)√(8)在1mol·L－1氨水中，NH3·H2O、NH＋4、NH3的物质的量浓度之和为1mol·L－1()。考点一氮气和氮的氧化物【知识梳理】一、氮族元素N(氮)、P(磷)、As(砷)＋51．氮族元素包括____________________、Sb(锑)、Bi(铋)五种元素。在元素周期表中位于________族，最高正化合价为________，最高价氧化物的通式为________，其对应水化物的通式为________或________。最低负化合价为________，其氢化物的通式为________。H3RO4－3RH3第ⅤAR2O5HRO32．氮族元素原子结构的异同点。5增多增大减弱相同点是最外层都是________个电子；不同点是电子层数逐渐________，原子半径逐渐________。增强减弱3．氮族元素化学性质上的主要递变规律。减弱增强从上到下，元素的非金属性逐渐________，金属性逐渐________；最高价氧化物的水化物的酸性逐渐________；气态氢化物(RH3)的热稳定性逐渐________，还原性逐渐________。二、氮气与氮的固定1．物理性质。无无难78%______色、______味的气体，______溶于水，难液化，空气中含________(体积分数)的氮气。沸点为－195.8℃，熔点为－209.9℃。2．分子结构。∶N⋮⋮N∶N≡N氮气的电子式为________________；结构式为________；氮氮三键键能很高。3．化学性质。常温稳定，高温活泼。2NO2NH3(1)还原性：N2＋O2(2)氧化性：N2＋3H2_______。________。4．用途。合成氨、制硝酸、作保护气等。5．氮的固定。氮的固定自然固氮人工固氮使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的方法叫做__________。氮的固定主要有__________和__________。三、一氧化氮和二氧化氮的性质1．氮元素有＋1、＋2、＋3、＋4、＋5五种正价态，五种正价对应六种氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5。2．NO和NO2的性质比较。①与水反应：3NO2＋H2O===____________________；②自身化合生成___色的N2O4：2NO2氮的氧化物NONO2色、态、味____色、____味的气体________色、有__________气味的气体水溶性____溶于水与____反应化学性质①不与水反应；②常温下易被氧气氧化：2NO＋O2===_____________；③较强氧化性：可使湿润的淀粉－KI试纸变______无无红棕刺激性难水2NO22HNO3＋NO无N2O4蓝注意：(1)氮的氧化物都是大气污染物。(2)空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。(3)空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等。(4)NO2：既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。3.氮氧化物对环境的污染及防治。(1)常见的污染类型。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排入大气中后，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。(2)常见的NOx尾气处理方法。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。②催化转化法。在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。【考点集训】[例1]设NA为阿伏加德罗常数的数值，下列说法正确的是()。A.常温常压下，14g由N2和CO组成的混合气体含有的原子数为NAB.标准状况下，6.72LNO2与水充分反应转移的电子数目为0.1NAC.46gNO2和N2O4混合气体中含有的氮原子数为3NAD.2.24LNO2含有氧原子数为0.2NA思路指导：涉及混合物的题型，可以采用极端假设法。答案：A解析：N2和CO都是双原子分子，其摩尔质量均为28g·mol－1,14g混合气体的物质的量为0.5mol，含有的原子数目为NA，A项正确；NO2与H2O发生的反应为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,6.72LNO2为0.3mol，与水发生反应时转移0.2mol电子(即0.2NA)，B项错误；46gNO2和N2O4混合气体相当于含1molNO2气体，则含有氮原子数为NA，C项错误；没给特定的条件(温度、压强)，无法确定Vm的值，不能计算，D项错误。5mol·L－1NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液[例2](2016—2017学年河北邯郸大名一中月考)足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68LO2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸，若向所得硝酸铜溶液中加入的体积是()。A.60mLB.45mLC.30mLD.15mL答案：A解析：NO2、N2O4、NO的混合气体与1.68LO2(标准状况)混合后通入水中，完全生成HNO3，则整个过程中HNO3反应前后没有变化，即Cu失去的电子都被O2得到了，根据得失电子守恒：n(Cu)＝2n(O2)＝2×1.68L22.4L·mol－1＝0.15mol，所以Cu(NO3)2为0.15mol，则n(NaOH)＝0.15mol×2＝0.3mol，则NaOH的体积V＝nc＝0.3mol5mol·L－1＝0.06L，即60mL。●方法技巧氮氧化物与O2、H2O反应的计算方法(1)电子守恒法。当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。(2)原子守恒法。4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，都与N2O5＋H2O===2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。[例3](2015年湖南模拟)氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题。(1)下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。反应大气固氮N2(g)＋O2(g)2NO(g)工业固氮N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)温度/℃27200025400450K3.84×10－310.15×1080.5070.152①分析数据可知：大气固氮反应属于______(填“吸热”或“放热”)反应。②分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因_____________________________________________________。③从平衡视角考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500℃左右的高温，解释其原因______________________________________________________。(2)工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N2的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下随温度变化的曲线，如图所示的图示中，正确的是____(填“A”或“B”)；比较p1、p2的大小关系____________。ABC(3)20世纪末，科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H＋)为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜作电极，实现高温常压下的电化学合成氨，提高了反应物的转化率，其实验简图如C所示，阴极的电极反应式是__________________________________________。(4)近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N2(g)＋6H2O(l)4NH3(g)＋3O2(g)，则其反应热ΔH＝______________。[已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1,2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ·mol－1]答案：(1)①吸热②K值小，正向进行的程度小(或转化率低)，不适合大规模生产③从反应速率角度考虑，高温更好，但从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适(2)Ap2＞p1(3)N2＋6e－＋6H＋===2NH3(4)＋1530kJ·mol－1考点二氨和铵盐【知识梳理】一、氨1．物理性质。______色有________气味的气体，密度比空气______，易液化，________溶于水(通常1体积水能溶解700体积氨气)。2．分子结构。电子式：__________，空间结构：三角锥形。无刺激性小极易NH4＋OH－。3．化学性质。NH3·H2O(1)与水反应：NH3＋H2O__________＋氨气溶于水得氨水，密度小于1g·cm－3，氨水中含有的粒子有_____________________________________。氨水为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：NH3·H2O(2)与酸反应：得到相应的铵盐。_____________。NH3＋HCl===__________(两种气体相遇产生白烟，可用于两者检验)；NH4ClNH3·H2O、NH3、H2O、NH＋、OH－、H＋4NH3↑＋H2O(NH4)2SO4NH4NO3CH3COONH4NH4HCO32NH3＋H2SO4===______________(硫铵、肥田粉)；NH3＋HNO3===______________(硝铵、炸药)；NH3＋CH3COOH===____________；NH3＋CO2＋H2O===____________(碳铵)。(3)还原性。4NO＋6H2OAl(OH)3↓＋3NH4＋4NH3＋5O2____________(工业制硝酸)。(4)与某些盐反应。Al3＋＋3NH3·H2O===________________[实验室制Al(OH)3]。4．制法。(1)氨气的实验室制法。反应原理→______________________________________↓气体(与用KClO3和MnO2制反应装置→固体＋固体O2的装置相同)CaCl2＋2H2O＋2NH3↑2NH4Cl＋Ca(OH)2↓碱石灰向下排空气法白烟蓝色验满方式→净化装置→用____________________↓收集装置→______________________↓①将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有______产生②用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变_________收集时，一般在管口塞一团用水或稀硫酸浸湿→的棉花球，可减小NH3与空气的对流速率，收集到纯净的