第二单元第11讲氮及其化合物.ppt

第 11 讲 氮及其化合物考纲定位选项示例1.掌握氮单质及其主要化合物的主要性质，了解氮及其化合物的应用。2了解NO、NO2等对环境质量的影响。1.将22.4 L某气态氮氧化合物与足量的灼热铜粉完全反应后，气体体积变为11.2 L(体积均在相同条件下测定)，则该氮氧化合物的化学式为NO2。(2009年宁夏高考T7A)225 时，某浓度的氯化铵溶液的pH4，下列叙述中正确的是溶液中的c(H)c()c(Cl)c(OH)。(2011年广东佛山一模T22C)3设NA为阿伏加德罗常数的数值，1 mol NH3中含有3NA个NH键。(2011年广东深圳一模T10A)N(氮)、P(磷)、As(砷)、一、氮族元素1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_价，最高价氧化物的通式为_，其对应水化物通式为_或_。最低负化合价为_价，其氢化物通式为_。2氮族元素原子结构的异同点：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_。第A5R2O5HRO3H3RO43RH35增多增大3氮族元素化学性质上主要递变规律：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_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。减弱增强减弱减弱增强无无难78%2分子结构：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。4用途合成氨、制硝酸、作保护气等。5氮的固定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_。(1)还原性：N2O2 _。(2)氧化性：N23H2 _。放电NNNN2NO2NH3氮的固定自然固氮人工固氮三、一氧化氮和二氧化氮的性质氮的氧化物NONO2色、态、味 _色、_味的气体_色、有_气味的气体水溶性_溶于水与_反应化学性质常温下易被氧气氧化：2NOO2=_无无红棕刺激性难水2NO22HNO3NO无N2O4蓝四、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化学性质无刺激性小极易 NH3H2O(2)与酸反应：得到相应的铵盐。NH3HCl=_(两种气体相遇产生白烟，可用 2NH3H2SO4=_(硫铵、肥田粉)；NH3HNO3=_(硝铵、炸药)；NH3CH3COOH=_；NH3CO2H2O=_(碳铵)。于两者检验)；NH4Cl(NH4)2SO4NH4NO3 CH3COONH4NH4HCO3(3)还原性。(4)与某些盐反应。3制法(1)实验室制法：用氯化铵晶体和氢氧化钙固体混合加热。(2)工业制法：N23H2_。4用途：制氮肥、铵盐、硝酸、纯碱、作致冷剂等。催化剂 加热 CaCl22H2O2NH32NH3五、铵盐从反应上看，都是氨与酸反应的产物；从构成上看，都是 1物理性质：铵盐都是_溶于水的离子化合物。2化学性质(1)热稳定性差，受热分解。端内壁有白色固体附着)。NH4HCO3 _；NH4Cl _(NH3HCl NH4Cl，试管上冷易NH3HCl溶液：_(可用于 的检(2)与碱反应：铵盐与碱共热都能产生 NH3。固态：能写离子方程式)；_(不 验或铵盐的鉴别)。NaClH2ONH3 H2ONH33铵盐的检验(1)化学原理：铵盐与碱加热产生氨气。(2)检验方法：把 NaOH 溶液加到某物质的固体或溶液里，加热后产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，即判断该物六、硝酸1物理性质 纯硝酸是_色、易挥发(沸点83)、有_气味的液体，密度为1.50 gcm3。浓硝酸(市售)的质量分数为69%，易挥发出HNO3，通常为无色或黄色液体(因HNO3分解产生的NO2溶在其中而呈黄色)，密度为1.42 gcm3。无刺激性2化学性质(1)硝酸具有酸的通性：HNO3NaOH=_；2HNO3CuO=_；稀硝酸能使紫色石蕊试液变红，浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色。(2)硝酸不稳定，受热或见光易分解。4HNO3(浓)=_(硝酸越浓或温度越高、光越强，越易分解)。NaNO3H2OCu(NO3)2H2O2H2O4NO2O2(3)硝酸的强氧化性。硝酸能与除金、铂以外的所有金属反应，产物中没有氢气，硝酸被还原的产物与硝酸的浓度有关。Cu4HNO3(浓)=_。现象：迅速剧烈反应，放出大量红棕色气体，溶液变绿色。注意：试管口应塞上用碱液润湿的棉团。3Cu8HNO3(稀)=_。现象：反应较缓慢，放出无色气体，在试管口变成红棕色，溶液变蓝色。注意：试管口应塞上用碱液润湿的棉团。Cu(NO3)22NO22H2O3Cu(NO3)22NO4H2O(4)与有机物反应。_。3用途：制炸药、染料、塑料、硝酸盐。NO2H2O【基础导练】1从绿色化学的理念出发，下列实验不宜用图 2111所示装置进行的是()。A不同浓度的硝酸与铜反应B稀硫酸与纯碱或小苏打反应C铝与氢氧化钠溶液或盐酸反应DH2O2 在不同催化剂作用下分解解析：图中显示出仅有气体制备装置，无尾气处理装置，所以 A 中有 NOx 产生，不宜用此装置进行实验。A图 21112某氮的氧化物和 CO 在催化剂作用下充分反应，生成氮气和二氧化碳。若测得氮气和二氧化碳的物质的量之比为 12，则该氮的氧化物是()。解析：根据质量守恒定律配平化学方程式即得化学式。BAN2O BNO CNO2 DN2O53某无色混合气体可能由 CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl 中的某几种气体组成。在恒温恒压条件下，将此混合气体通过浓H2SO4时，总体积基本不变；通过过量的澄清石灰水，未见变浑浊，但混合气体的总体积减小；把剩余气体导出后，在 O2 中能够点燃，燃烧产物不能使 CuSO4 变色。则原混合气体的成分是()。ACH4和NH3 BHCl、H2和COCHCl和CO DHCl、CO和CO2答案：C 解析：本题的关键之处在“通过过量的澄清石灰水，未见变浑浊，但混合气体的总体积减小”一句上，粗心者错认为混合气体中可能含CO2，实际上题目强调澄清石灰水是过量的，因此如果有CO2溶液就会变浑浊。根据通过浓H2SO4时，总体积基本不变可排除NH3，通过过量的澄清石灰水，未见变浑浊，可排除CO2，但混合气体的总体积减小可确定存在HCl，在O2中能够点燃，燃烧产物不能使CuSO4粉末变色说明无水则排除CH4和H2。4在NO2 被水吸收的反应中，发生还原反应和氧化反应的物质的质量之比为()。A31C12B13D21答案：C 解析：在3NO2H2O=2HNO3NO中，3 mol NO2中有1 mol得电子发生还原反应，2 mol失电子发生氧化反应。5如图 2112 所示，将甲、乙两个装有不同物质的针筒用导管连接起来，将乙针筒内的物质压到甲针筒内，进行下表所列的不同实验(气体在同温同压下测定)。试回答下列问题：图 2112实验序号甲针筒内物质乙针筒内物质甲针筒的现象110 mL FeSO4溶液10 mL NH3生成白色沉淀，后变色220 mL H2S10 mL SO2330 mL NO2(主要)10 mL H2O(l)剩有无色气体，活塞自动向内压缩415 mL Cl240 mL NH3(1)实验 1 中，沉淀最终变为_色，写出沉淀变色的化学方程式为：_。(2)实验 2 甲针筒内的现象是：有_生成，活塞_移动(填“向外”、“向内”或“不”)。反应后甲针筒内有少量的残留气体，正确的处理方法是将其推入_溶液中。(3)实验 3 中，甲中最后剩余的无色气体主要是_，写出 NO2 与 H2O 反应的化学方程式为：_。(4)实验 4 中，已知：3Cl22NH3=N26HCl。甲针筒内活塞有移动，针筒内有白烟产生外，气体的颜色变化为_。最 后 针 筒 内 剩 余 气体的体积约为_mL。答案：(1)红褐 4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3(2)淡黄色固体 向内 NaOH(3)NO 3NO2H2O=2HNO3NO(4)由黄绿色变为无色5考点 1 氮的氧化物 1氮元素有1、2、3、4、5等五种正价态，五种正价对应六种氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5。其中N2O3和N2O5分别是HNO2和HNO3的酸酐。NO是一种无色还原性较强的气体，易被O2氧化生成NO2，NO2是一种红棕色的易溶于水且与水反应的气体，氧化性强，能氧化SO2，能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。2NO、NO2都是大气污染物，空气中NO、NO2主要来自石油产品和煤燃烧、汽车尾气以及制硝酸工厂的废气。其中空气中的 NO2 是造成光化学烟雾的主要因素。装置：铁架台、铁夹、铁圈、烧瓶、分液漏斗、胶塞、导管、酒精灯等。收集：排水集气法。检验：无色气体和空气接触立即变成红棕色。3NO、NO2的制法(1)NO的实验室制法。原理：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O。(2)NO2的实验室制法。原理：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O。装置：锥形瓶(或烧瓶)、分液漏斗、带导管胶塞等。收集：向上排空气法。【例 1】最新研究表明：NO 吸收治疗法可快速改善 SARS重症患者的缺氧状况，缓解病情。病毒学研究同时证实，NO对 SARS 病毒有直接抑制作用。下列关于 NO 的叙述正确的是()。ANO 是一种红棕色的气体B常温常压下，NO 不能与空气中氧气直接化合C含等质量的氧元素的 NO和14CO的物质的量相等DNO 易溶于水，不能用排水法收集解析：NO 是一种无色难溶于水的气体，可以用排水法收集。常温常压下，NO 容易与氧气直接化合生成 NO2。答案：C【变式训练】1对二氧化氮的下列说法不正确的是()。A二氧化氮不是硝酸的酸酐B二氧化氮不是造成大气污染的气体之一C二氧化氮不是硝基D在通常状况下测得的 NO2 的相对分子质量是不准确的 B 解析：3NO2H2O=2HNO3NO是氧化还原反应，NO2与HNO3中氮元素不是同价态，故A正确；NO2属氮的氧化物，是大气污染气体之一，B不正确；NO2与NO2(硝基)所带的总电子数不等，C正确；通常状况下，2NO2 N2O4，两种气体同时存在，故D正确。考点 2 氨气1氨气的实验室制法(1)原理：固态铵盐与碱加热反应：2NH4ClCa(OH)2CaCl22NH32H2O。(2)发生装置：固固加热型，与制备 O2 相似。(3)收集：向下排空气法。(4)干燥：在干燥管中盛放碱石灰作干燥剂。因起反应而不能用浓硫酸、P2O5、无水氯化钙作干燥剂，如CaCl2吸收氨气生成 CaCl28NH3。(5)验满：用湿润的红色石蕊试纸放在瓶口，若变蓝，则已集满；蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口，若产生白烟，则已集满。2喷泉实验原理：减小容器内压强，使容器内外产生较大压强差，在这种压强差的作用下，液体迅速流动，通过带尖嘴的导管喷出来，即形成喷泉。实验室制氨气的的注意事项(1)制氨气所用铵盐不能用硝铵、碳铵，因加热过程 中NH4NO3可能发生爆炸性的分解反应，发生危险；而碳铵受热分解产生 CO2，使生成的NH3中混有较多的CO2杂质。(2)消石灰不能用 NaOH、KOH代替，原因是：NaOH、KOH 具有吸湿性、易结块，不利于产生 NH3；在高温下能腐蚀试管。(3)因氨气比空气轻，易与空气发生对流，所以收集氨气时，导气管应插入收集气体的试管底部附近，管口塞一团干燥的棉花团，来防止 NH3与空气对流，确保收集到纯净的氨气。(4)快速制备 NH3 也可以通过加热浓氨水的方法，利 用 原理制备。也可以利用往生石灰中滴加浓氨水制备，原理：生石灰与水反应为放热反应，促进NH3H2O的分解。【例 2】都能用图 2113 所示装置进行喷泉实验的一组气体是(注：烧杯内为 NaOH 溶液)()。图 2113AHCl和CO2 BNH3和CH4CSO2和CO DNO2和NO 思路指导：满足下列条件时，均能形成美丽的喷泉：液体为水时，NH3、HBr、HCl、HI、SO2等易溶于水的气体或是NO2、NO2O2、NOO2、NO2NOO2等易与水反应的气体。液体是NaOH、KOH等强碱性溶液时，CO2、SO2、NO2、H2S等酸性气体。液体是盐酸或硫酸时，NH3等碱性气体。解析：在上述气体中，CH4、NO、CO不溶于NaOH溶液，也不与NaOH溶液反应，所以不能做喷泉实验，而HCl、SO2、CO2不仅可溶于NaOH溶液而且还可与NaOH溶液反应，所以能形成喷泉。答案：A【变式训练】2(双选)下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是()。答案：AC 解析：NH4Cl固体受热分解生成NH3和HCl，而当温度降低时，NH3和HCl又重新化合成固体NH4Cl，气体难进入干燥管，A项错误；向CaO中滴加浓氨水，CaO遇水生成Ca(OH)2，同时放出大量热量，使浓氨水分解出氨气，B项正确；固体加热制气体时，试管口应略向下倾斜，使产生的水能够流出，以免损坏试管，C项错误；对于D项，浓氨水加热制取NH3的方法和试剂都是正确的。考点 3 硝酸的强氧化性 硝酸不论浓稀都具有强氧化性，主要体现在以下几个方面：1金属与硝酸反应，不论金属活泼与否，也不论硝酸的浓度大小，一般无氢气放出。这是因为H得电子的能力不及硝酸中5价的氮元素得电子的能力。2金属活动顺序表中，较不活泼的金属(如铜、银等)都能和硝酸反应，通常浓硝酸被还原为NO2,稀硝酸被还原为NO，金属则变为相应的硝酸盐。这类反应中硝酸只有一部分体现氧化性被还原，另一部分体现酸性生成硝酸盐。Ag2HNO3(浓)=AgNO3NO2H2O3Ag4HNO3(稀)=3AgNO3NO2H2O3铁、铝常温下遇浓硝酸，由于浓硝酸具有很强的氧化性，所以在金属的表面形成一层致密的氧化膜，阻止反应继续进行，这个过程叫钝化，所以可用铁、铝容器装运冷浓硝酸(或浓硫酸)。4非金属(如碳、硫等)也可以和浓硝酸发生反应，非金属被氧化，硝酸完全被还原成 NO2，硝酸只体现氧化性，这和金属与硝酸的反应不同，在有关判断及计算题中应该注意。【例 3】物质的量之比为 25 的锌与稀硝酸反应，若硝酸被还原的产物为 N2O，反应结束后锌没有剩余，则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是()。A14B15C23D25思路指导：锌与硝酸的反应中，硝酸既表现出酸性也表现出氧化性。未被还原的硝酸的物质的量可由生成的 Zn(NO3)2确定，而被还原的硝酸的物质的量可由得失电子守恒确定。答案：A【变式训练】3(双选)锌与硝酸反应，若有 1 mol 硝酸参加反应，则有0.8 mol 的电子发生转移，此时硝酸的还原产物中 N 元素的化合价为()。A4B1C2D3BD 解析：从题目的所述中可知，若有8 mol的电子转移，就有4 mol的锌被氧化，有10 mol的硝酸参加反应，其中有8 mol的硝酸转化为Zn(NO3)2，还有2 mol HNO3，可能有以下情况：若2 mol的硝酸全部被还原，则N的化合价应降为(58/2)1，此时产物为N2O。若2 mol的硝酸只有1 mol HNO3被还原，则N的化合价应降为(58)3，此时产物为NH4NO3。探究实验体现的绿色思想考向分析对于氮族元素及其化合物，高考中主要考查氮、磷及其化合物的主要性质，需要特别注意硝酸的氧化性，氨气的制备以及喷泉实验。【典例】某兴趣小组设计出图 2114 所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”实验，以探究化学实验的绿色化。(1)实验前，关闭活塞 b，试管 d 中加水至浸没长导管口，塞紧试管 c 和 d 的胶塞，加热c。其目的是_。(2)在 d 中加适量 NaOH 溶液，c 中放一小块铜片，由分液漏斗 a 向 c 中加入 2 mL 浓硝酸。图 2114C 中反应的化学方程式是：_。再由 a 向 c 中加 2 mL 蒸馏水，c 中的实验现象是_。(3)下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是_。理由是_。(4)该小组还用上述装置进行实验证明氧化性：KMnO4Cl2Br2。操作步骤为_，实验现象为_；但此实验的不足之处是_。方案反应物甲Cu、浓HNO3乙Cu、稀HNO3丙Cu、O2、稀HNO3 思路指导：对铜与硝酸反应实验装置的改进设计有如下的几个要点：反应开始前怎样避免装置内的空气干扰；怎样使铜与稀硝酸反应能自动停止；反应后，能有效的通入空气，证明产生了NO；同时还要防止NO及生成的NO2逸散到空气中。解析：(2)c中放一小块铜片，由分液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸时发生反应为：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO2 2H2O；若再由a向c中加2 mL蒸馏水，浓硝酸的浓度变小，所以反应变得缓慢、产生无色的NO使气体颜色变浅。(3)甲方案制取硝酸铜的反应方程式为：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O，乙方案制取硝酸铜的反应方程式为：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，丙制取硝酸铜的反应方程式为：2CuO24HNO3=2Cu(NO3)22H2O。比较这三种方案的化学方程式可以发现均制取1 mol Cu(NO3)2时消耗硝酸的量分别为4 mol、mol、1 mol，丙方案消耗的硝酸的量最少且不产生污染。(4)若用上述装置进行实验证明氧化性：KMnO4Cl2Br2，根据氧化还原反应的规律可以得出应先用KMnO4制Cl2，再用Cl2制Br2。答案：(1)检查装置气密性(2)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O反应变缓，气体颜色变淡(3)丙 耗酸量最少，无污染(4)向 d 中加入 KBr溶液，c中加入固体KMnO4，由 a 向 c中加入浓盐酸c 中有黄绿色气体产生，d 中溶液变为棕黄色没有处理尾气【突破训练】1某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按图 2115 装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO，由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。图 2115可选药品：浓硝酸、3 mol/L 稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳。已知：氢氧化钠溶液不与 NO反应，能与NO2反应：2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O。(1)实验应避免有害气体排放到空气中。装置、中盛放的药品依次是_。(2)滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后_。(3)装置中发生反应的化学方程式是：_。(4)装置的作用是_，发生反应的化学方程式是：_。(5)该小组得出的结论所依据的实验现象是_。(6)实验结束后，同学们发现装置中溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下 4 个实验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是_(选填字母)。a加热该绿色溶液，观察颜色变化b加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化c向该绿色溶液中通入氧气，观察颜色变化d向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化 解析：本题主要考查HNO3的性质、化学基本实验设计和评价能力。先根据装置特点和实验目的来分析装置中各盛放什么物质：装置盛放浓HNO3以验证HNO3能将NO氧化成NO2，NO2由装置(NaOH)来吸收；装置应盛放稀硝酸以验证稀HNO3不能氧化NO，NO不能被NaOH吸收，所以由装置来收集。应是水，以使NO2变为NO。(2)由于装置中的空气能氧化NO而对实验产生干扰，所以滴加浓HNO3之前需要通入一段时间CO2赶走装置中的空气，之后要将装置中导管末端伸入倒置的烧瓶内，以防止反应产生的NO气体逸出。(5)NO被氧化后生成红棕色的NO2，所以可从气体是否变为红棕色来证明浓、稀HNO3是否氧化了NO。(6)方法一：将溶解的NO2赶走(a、c方案)再观察颜色是否变化；方法二：配制饱和Cu(NO3)2溶液与该溶液比较颜色；方法三：在饱和的Cu(NO3)2溶液中通入NO2气体(方案d)，观察颜色是否变化；方法四：稀释该溶液(方案b)，但该法使Cu(NO3)2稀释的同时也与NO2反应，所以没有可比性。答案：(1)3 mo/L 的稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液(2)通 CO2一段时间，关闭弹簧夹，将装置中导管末端伸入倒置的烧瓶内(3)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O(4)将NO2转化为NO3NO2H2O=2HNO3NO(5)装置中液面上方的气体仍为无色，装置中液面上方的气体由无色变为红棕色(6)acd题组一 氮的氧化物1将 22.4 L 某气态氮氧化合物与足量的灼热铜粉完全反应后，气体体积变为 11.2 L(体积均在相同条件下测定)，则该氮氧化合物的化学式为()。解析：根据2NxOy2yCu2yCuOxN2，以及题中数据反应后气体体积为反应前气体体积的一半，可以得到 x1，因此只有 A 选项符合题意。AANO2 BN2O3 CN2O DN2O4A题组二 氨气与铵盐3下列实验过程中，始终无明显现象的是()。ANO2通入FeSO4溶液中BCO2通入CaCl2溶液中CNH3通入AlCl3溶液中DSO2通入已酸化的Ba(NO3)2溶液中B 解析：NO2通入后和水反应生成具有强氧化性的硝酸，其将亚铁盐氧化为铁盐，溶液颜色由浅绿色变为黄色，排除A；CO2和CaCl2不反应，无明显现象，符合，选B；NH3通入后转化为氨水，其和AlCl3反应生成氢氧化铝沉淀，排除C；SO2通入酸化的硝酸钡中，其被氧化为硫酸，生成硫酸钡沉淀，排除D。4下列关于铵盐的叙述：铵盐中氮元素化合价都为3价；铵盐都是晶体，都易溶于水；铵盐与碱共热放出氨气；铵盐都不能与酸反应；所有铵盐均能分解；铵态氮肥不宜与草木灰混合施用，正确的是()。ACBDD题组三 硝酸的强氧化性5锌与很稀的硝酸反应生成硝酸锌、硝酸铵和水。当生成1 mol 硝酸锌时，被还原的硝酸的物质的量为()。A2 molC0.5 molB1 mol D0.25 mol 解析：锌在反应时失去2 mol e，而1 mol HNO3转化为 时得到8 mol e，故被还原的硝酸是0.25 mol。解答该题时要注意参加反应的硝酸与被还原的硝酸二者间的区别。D