2022年高考化学二轮复习讲义第12讲 氮及其化合物(讲)解析版.docx
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1、 第12讲 氮及其化合物【学科核心素养】1.变化观念与平衡思想:分析氮及其化合物的化学反应,预测在一定条件下氮及其化合物可能发生的化学变化。2.科学探究与创新意识:发现或提出对氮及其化合物有探究价值的化学问题,能依据探究目的设计并优化实验方案,完成实验操作,能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。3.科学态度与社会责任:关注氮及其化合物的社会热点问题,认识环境保护的重要性,形成可持续发展意识和绿色化学观念。【知识点解读】知识点一 氮气及其氧化物1氮的固定(1)自然固氮(2)人工固氮:合成氨工业2氮气(1)物理性质:无色无味气体,密度比空气略小,难溶于水。(2)化学性质3MgN2Mg3N2;N
2、23H22NH3;N2O22NO。3氮的氧化物(1)氮有多种价态的氧化物,氮元素从15价都有对应的氧化物,如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5,其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。(2)NO和NO2的比较性质NONO2色、态、味无色、无味气体红棕色、有刺激性气味气体溶解性难溶于水毒性有毒,大气污染物之一有毒,大气污染物之一与水反应不反应3NO2H2O=2HNO3NO与氧气反应NOO2=2NO2不反应对环境的影响NO与血红蛋白结合使人中毒,NO、NO2导致光化学烟雾、形成酸雨及破坏臭氧层【归纳总结】氮氧化物对环境的污染及防治(1)常见的污染类型光化学烟雾:NOx在紫外线
3、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。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。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。NO与血红蛋白结合使人中毒。(2)常见的NOx尾气处理方法碱液吸收法2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONO2NO2NaOH=2NaNO2H2ONO2、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。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
4、)。一般适用于汽车尾气的处理。知识点二 硝酸1物理性质硝酸是无色易挥发的液体,有刺激性气味。2化学性质(1)不稳定性反应:4HNO3(浓) 2H2O4NO2O2。(2)强氧化性硝酸无论浓、稀都有强氧化性,而且浓度越大,氧化性越强。与金属反应:稀硝酸与铜反应:3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O;浓硝酸与铜反应:Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O。与非金属反应:浓硝酸与C的反应:C4HNO3(浓)CO24NO22H2O。与还原性化合物反应:硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2等还原性物质。稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式:3Fe24H
5、NO=3Fe3NO2H2O。(3)与有机物反应硝化反应(与苯反应):HNO3(浓) H2O;显色反应:含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。【易错警示】 (1)HNO3与金属反应一般不能产生H2。(2)还原产物一般为HNO3(浓)NO2,HNO3(稀)NO;很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。(4)涉及HNO3的离子反应常见的易错问题忽视NO在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下NO不能与Fe2、I、SO、S2等还原性较强的离子大量共存。在书写离子方程式时,忽视HNO3的强氧化性,将氧化还原反应简单地写成复分解反应。(3)硝酸工业制法
6、的反应原理NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO:4NH35O24NO6H2O。NO进一步氧化生成NO2:2NOO2=2NO2。用水吸收NO2生成HNO3:3NO2H2O=2HNO3NO。(4)硝酸的保存保存硝酸:棕色瓶(避光)、玻璃塞(橡胶塞易被氧化)、阴凉处(防热)。存放的浓硝酸中,因分解产生的NO2溶于HNO3而使其呈黄色。与工业盐酸中因含Fe3而呈黄色易混。知识点三 氨、铵盐1氨的分子结构和物理性质电子式密度气味水溶性比空气小强烈刺激性气味极易溶于水(1700)2.氨的化学性质(1)氨与水的反应NH3H2ONH3·H2ONHOH,氨溶于水得氨水,氨水中含有的粒子有NH3
7、83;H2O、NH3、H2O、NH、OH、H。氨水为可溶性一元弱碱,易挥发,不稳定,易分解:NH3·H2ONH3H2O。(2)氨与酸的反应:蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近,其现象为有白烟生成,将浓盐酸改为浓硝酸,也会出现相同的现象。化学方程式:HClNH3=NH4Cl、NH3HNO3=NH4NO3。(3)与盐溶液的反应如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式:Al33NH3·H2O=Al(OH)33NH。(4)氨的还原性a催化氧化:4NH35O24NO6H2O。b在纯氧中燃烧:4NH33O22N26H2O。c与氯气反应:2NH33Cl2=N26HCl或8NH33C
8、l2=N26NH4Cl。d与CuO反应:2NH33CuON23Cu3H2O。 3氨的实验室制法(1)加热固态铵盐和碱的混合物一般加热NH4Cl和Ca(OH)2的混合物,化学方程式:2NH4ClCa(OH)22NH3CaCl22H2O。装置:“固体固体气体”(与用KClO3或KMnO4制O2的装置相同)。收集:只能用向下排空气法。验满方法:a.用湿润的红色石蕊试纸置于试管口,试纸变蓝色;b.将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口,现象是有白烟产生。尾气处理: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与空气的对流速度,收集到纯净的NH3,同时也可避免污染空气。(2)实验室制取氨的其他方
9、法方法化学方程式(或原理)气体发生装置加热浓氨水NH3·H2ONH3H2O浓氨水固体NaOHNaOH溶于水放热,促使氨水分解。且OH浓度的增大有利于NH3的生成浓氨水固体CaOCaO与水反应,使溶剂(水)减少;反应放热,促使氨水分解。化学方程式为NH3·H2OCaO=NH3Ca(OH)24.铵盐及NH的检验(1)铵盐的物理性质铵盐都是白色固体,均易溶于水。(2)铵盐的化学性质不稳定性aNH4Cl受热分解:NH4ClNH3HCl。bNH4HCO3受热分解:NH4HCO3NH3CO2H2O。与碱反应a在稀溶液中不加热:NHOH=NH3·H2O。b加热时或浓溶液:NHO
10、HNH3H2O。铵盐溶于水易水解:NHH2ONH3·H2OH。 (3)NH的检验未知液呈碱性湿润的红色石蕊试纸变蓝色,则证明含NH。【典例剖析】高频考点一 氮及其氧化物例1.(2018·全国卷)研究表明,氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关(如下图所示)。下列叙述错误的是()A雾和霾的分散剂相同B雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵CNH3是形成无机颗粒物的催化剂D雾霾的形成与过度施用氮肥有关【答案】C【解析】NH3参与反应生成铵盐,是反应物,不是催化剂,C项错误;雾和霾的分散剂都是空气,A项正确;雾霾中的无机颗粒物含有硝酸铵和硫酸铵,B项正确;过度施用氮肥会增加大气中氨的含
11、量,D项正确。【举一反三】德国科学家格哈德·埃特尔的成就之一是证实了气体在固体催化剂表面进行的反应,开创了表面化学的方法论。在汽车尾气净化装置里,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()ANO2是该过程的最终产物BNO和O2必须在催化剂表面才能反应C汽车尾气的主要污染成分是CO2和NOD.该催化转化的总化学方程式:2NOO24CO4CO2N2【答案】D【解析】A项,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程中先生成二氧化氮,然后在催化剂表面和一氧化碳反应,最终生成无毒气体,起到尾气净化的作用,错误;B项,NO和O2在常温下就会发生反应,错误;C项,汽车尾气的主要污
12、染成分是CO、NO、NO2等,错误;D项,尾气处理净化的目的是把有毒的污染气体在催化剂作用下转化为空气中的无毒成分,化学方程式为2NOO24CO4CO2N2,正好是过程图中的变化,正确。【变式探究】化学与生产、生活、环境等社会实际密切相关。下列相关叙述正确的是()ASO2、CO2、NO2都是可形成酸雨的气体B75%酒精消毒原理和“84”消毒液(主要成分NaClO)消毒的原理相同C纳米铁粉通过物理吸附去除污水中Hg2、Pb2等重金属离子D汽车尾气中含有的氮氧化物,会加剧酸雨的形成【答案】D【解析】SO2和NO2都是可形成酸雨的气体,CO2不能形成酸雨,但会造成温室效应,A项错误;75%的酒精消毒
13、的原理是使蛋白质发生变性,“84”消毒液是利用其主要成分NaClO的强氧化性杀菌消毒,原理不相同,B项错误;纳米铁粉能有效地处理污水中的Hg2、Pb2等重金属离子,与其还原性有关,C项错误。高频考点二 氮氧化物有关计算例2. (2018·海南卷)某工业废气所含氮氧化物(NOx)的氮氧质量比约为74,该NOx可表示为()AN2O BNO CN2O3 DNO2【答案】A【解析】,故NOx可表示为N2O。【变式探究】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()A3
14、2 B23C83 D38【答案】C【解析】该过程中涉及的反应有2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO,可将两个方程式“合并”为4NO3O22H2O=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。则可知体积的NO气体与n体积的O2恰好完全反应。4NO3O22H2O=4HNO343 n43n,解得mn83。【方法技巧】氮氧化物与O2、H2O反应的计算(1)关系式法NO和O2通入水中由2NOO2=2NO2和3NO2H2O=2HNO3NO得总反应为4NO3O22H2O=4HNO3NO2和O2混合气体通入水中由3NO2H2O=2HNO3NO和2NOO2=2NO2得总反应
15、为4NO2O22H2O=4HNO3NO、NO2和O2三种气体通入水中先按3NO2H2O=2HNO3NO计算出生成的NO体积,然后加上原来混合气体中NO体积,再按计算。(2)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。【变式探究】工业上可采用碱液吸收和氨还原处理含NOx尾气,其中用碱液吸收的化学方程式为NONO22NaOH=2NaNO2H2O,2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O。根据上述原理,下列气体中被过量NaOH溶液吸收后有气体剩余的是( )A1 mol O2和4 mol NO2 B1 mol NO和4 mo
16、l NO2C1 mol O2和7 mol NO D4 mol NO和4 mol NO2【答案】C【解析】1 mol O2和4 mol NO2会恰好完全转化为硝酸,能被氢氧化钠吸收,A错误;根据反应:NONO22NaOH=2NaNO2H2O,NO被吸收完毕,二氧化氮剩余,但是二氧化氮能直接被NaOH溶液吸收,B错误;1 mol O2和7 mol NO混合后反应生成二氧化氮,同时会有NO剩余,剩余的NO没法被NaOH完全吸收,C正确;4 mol NO和4 mol NO2的体积比是11,根据反应NONO22NaOH=2NaNO2H2O知道,能被完全吸收,D错误。高频考点三 氨气的制取和用途例3.下列
17、说法错误的是()A(2019江苏)NH4HCO3可用作化肥B.(2018江苏) NH4Cl与Ca(OH)2混合加热可生成NH3C(2017江苏)NH3易溶于水,可用作制冷剂D(2017天津)用烧碱处理含高浓度NH4+的废水并回收利用氨【答案】C【解析】NH4HCO3可以用作化肥是因为含有氮元素,A正确;实验室可用NH4Cl和Ca(OH)2混合共热制NH3,反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3+2H2O,B正确;液氨气化时吸收大量热,所以氨可用作制冷剂,C错误;烧碱可与铵根离子反应产生氨气,D正确。【举一反三】下列制备NH3并制取氨水的装置正确且能达到实验目的的是(
18、)A.制取NH3B.干燥NH3C.收集NH3D.吸收氨气【答案】D【解析】A项,加热固体时试管口应略向下倾斜,错误;B项,带有水蒸气的氨气能与五氧化二磷反应,不能用五氧化二磷干燥氨气,错误;C项,氨气密度小于空气,应用向下排空气法收集,错误;D项,氨气极易溶于水但不溶于四氯化碳,可通过四氯化碳层再进入水层吸收氨气可防止倒吸,正确。【变式探究】NH3是一种重要的化工原料,可以制备一系列物质(如图所示),下列说法正确的是()ANH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥BNH4Cl、HNO3和Na2CO3受热时都易分解CNH3和NO2在一定条件下可发生氧化还原反应D图中所涉及的O2都要用纯氧【答案】C【
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