2023届新高考新教材化学鲁科版一轮学案-第4章第13讲 氮的循环.docx
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1、第13讲氮的循环复习目标核心素养1.了解氮元素单质及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质和应用。2了解氮的化合物对环境质量的影响。1.变化观念与平衡思想:认识氮及其化合物可以在一定条件下相互转化,预测氮及其化合物可能发生的化学变化。2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,具有可持续发展意识和绿色化学观念。深刻理解化学和环境之间的相互关系。考点一氮气氮的氧化物1氮元素的存在与氮的固定2氮气写出下列有关反应化学方程式:N23MgMg3N2;N23H22NH3;N2O22NO。3氮的氧化物(1)氮有多种价态的氧化物氧化物的化学式N2ONON2O3NO2、N2O4
2、N2O5氮元素的价态12345(2)NO、NO2的比较NONO2物理性质无色气体,难溶于水通常为红棕色、有刺激性气味的气体化学性质与O2反应2NOO2=2NO2与H2O反应不反应3NO2H2O=2HNO3NO与人体、环境的关系NO与人体血红蛋白结合,使人中毒形成酸雨,光化学烟雾,破坏臭氧层微思考俗话说“雷雨发庄稼”,这说明雷雨中含有能被植物吸收利用的化合态的氮。请写出三个有关的化学方程式。提示:(1)N2O22NO(2)2NOO2=2NO2(3)3NO2H2O=2HNO3NO(1)固氮反应一定属于氧化还原反应。()(2)NO中的NO2杂质气体,可通过盛有水的洗气瓶除去。()(3)CO、NO、N
3、O2都是大气污染气体,在空气中都稳定存在。()(4)N2与O2在放电条件下直接化合成NO2。()(5)NO2溶于水时,NO2是氧化剂,水是还原剂。()(6)可用NO2与水反应制取硝酸,故NO2是酸性氧化物。()答案:(1)(2)(3)(4)(5)(6)题点一氮的氧化物对环境的影响1汽车排放的尾气中含有NO2,NO2是城市大气污染的主要污染物之一。在日光照射下,NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应,从而不断产生O3,加重空气污染。反应过程为2NO22NO2O,2NOO22NO2,OO2O3。下列对该反应过程及生成物叙述正确的是()ANO2起催化剂作用BNO起催化剂作用CNO2只起氧化剂作用DO3
4、与O2为同分异构体解析:A反应过程得O22O,OO2O3,NO2起催化剂作用,A项正确;NO为中间产物,B项错误;反应过程中NO2既做氧化剂又做还原剂,C项错误;O3与O2互为同素异形体,D项错误。2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N2CNO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2NOO24CO4CO2N2解析:DA项,反应中NO、O2均为氧化剂,N2为还原产物,错误;B项,N2不是污染成分,错误;
5、C项,NO与O2没有催化剂存在下就可以发生反应,错误;D项叙述正确。3汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质,这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。(1)汽车尾气中的CO来自 , NO来自 。汽车尾气对环境的危害主要有 (至少填两种)。(2)NOx能形成酸雨,写出NO2转化为HNO3的化学方程式: 。(3)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理,使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式: 。答案:(1)汽油的不完全燃烧N2与O2在汽车气缸内的电火花环境下的反应形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应(任填两种即可) (2)3
6、NO2H2O=2HNO3NO(3)2CO2NON22CO2题点二有关氮氧化物溶于水的计算典例如图所示,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()A32B23C83D38解析在一定条件下,将m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的容器中内,充分反应, NO和O2全部溶于水时按照下列反应进行,化学方程式为4NO3O2 2H2O=4HNO3,由于气体与空气接触后立即变为红棕色,所以容器内残留气体为NO,那么与O2反应的NO气体为m,NO和O2按照43混合溶于水恰好全部溶
7、解所以n43,所以mn83。答案C母题变式典例中剩余气体遇到空气无颜色变化,则m与n的比值为 。解析:剩余气体与空气接触无变化,说明剩余气体为O2。则可知m体积的NO气体与体积的O2恰好完全反应。4NO3O22H2O=4HNO34 3m 4m3,解得mn45。答案:45练后归纳氮氧化物溶于水的计算依据无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体,反应的实质是3NO2H2O=2HNO3NO,2NOO2=2NO2,故若有气体剩余只能是NO或O2,不可能是NO2。(1)若NO和O2通入水中,总关系式为4NO3O22H2O=4HNO3。(2)若NO2和O2通入水中,总关系式
8、为4NO2O22H2O=4HNO3。对点练在一定条件下,将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中,充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下),则原混合气体中氧气的体积为()1.2 mL2.4 mL3 mL4 mLABCD解析:D首先分析剩余的2 mL气体有两种可能。如果剩余2 mL O2,则V(NO2)(122) mL8 mL,则混合气中V(O2)12 mL8 mL4 mL。若剩余的2 mL气体是NO,则混合气中的V(O2)(12 mL2 mL3)1.2 mL,D项正确。考点二氨的转化与生成一、氨气1物理性质:无色有刺激性气味的气体,密度比空气小,易液化。极易溶于水(1700),可由喷泉实
9、验证明。2化学性质(1)与水反应反应原理:NH3H2ONH3H2ONHOH。氨水中的微粒有:NH3H2O、NH3、H2O、NH、OH、H。NH3H2O为可溶性一元弱碱,受热易分解,化学方程式为NH3H2ONH3H2O。微思考1现有1 molL1的氨水,则该溶液中NH3H2O浓度是1 molL1吗?为什么?提示:不是。溶液中NH3、NH、NH3H2O的浓度和为1 molL1。(2)与酸反应与盐酸反应的方程式为NH3HCl=NH4Cl。蘸有浓挥发性酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近,产生大量白烟。(3)与盐溶液的反应如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式:Al33NH3H2O=Al(OH)33NH
10、。(4)还原性催化氧化:4NH35O24NO6H2O。被CuO氧化:2NH33CuO3CuN23H2O。被氯气氧化:2NH33Cl2=N26HCl或8NH33Cl2=N26NH4Cl。3用途(1)液氨汽化时吸收大量的热,故用作制冷剂。(2)制硝酸、铵盐、纯碱、尿素等。4实验室制法(1)铵盐和碱石灰混合加热法(2)实验室制取氨气的其他方法方法化学方程式(或原理)气体发生装置加热浓氨水NH3H2ONH3H2O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;OH浓度增大,反应放热,促使氨水分解。化学方程式为NH3
11、H2OCaO=NH3Ca(OH)2微思考2如图所示装置能否制得纯净、干燥的氨气?为什么?提示:不能,因为NH4Cl固体受热分解生成NH3和HCl,它们在试管口遇冷又重新生成NH4Cl堵塞导管口发生危险。二、铵盐及NH的检验1物理性质:铵盐都是白色或无色晶体,都易溶于水。2化学性质3NH的检验未知液产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的刺激性气味气体,则证明含NH。(1)氨遇到浓盐酸、硫酸都会发生反应,产生白烟。()(2)加热盛有NH4Cl固体的试管,试管底部固体消失,试管口有晶体凝结,说明NH4Cl固体可以升华。()(3)氨水中含氮微粒中最多的微粒是NH。()(4)铵盐都易溶于水,其水溶液均呈酸性
12、。()(5)现有1 molL1的氨水,则该溶液中NH3H2O的浓度是1 molL1。()答案:(1)(2)(3)(4)(5)典例探究氨气及铵盐性质的过程中,下列根据实验现象得出的结论不正确的是()A将集有氨气的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨气极易溶于水B将pH11的氨水稀释1000倍,测得pH8,说明NH3H2O为弱碱C加热NH4HCO3固体,观察到固体逐渐减少,试管口有液滴产生,说明NH4HCO3受热不稳定D将红热的铂丝伸入如图所示的锥形瓶中,瓶口出现少量红棕色气体,说明氨气的氧化产物为NO2解析氨气极易溶于水生成氨水,所以将集有氨气的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,故A正确
13、;常温下,pH11的氨水中c(OH)103 molL1,稀释1000倍,测得pH8,c(OH)106 molL1,说明稀释时电离平衡正向移动,所以NH3H2O为弱碱,故B正确;碳酸氢铵加热分解为氨气、二氧化碳和水,故C正确;氨气的氧化产物为NO,NO在锥形瓶口与氧气反应生成NO2,所以瓶口出现少量红棕色气体,故D错误。答案D母题变式(1)上题A项试管中液体的物质的量浓度为多少?(设实验条件下的气体摩尔体积为Vm)(2)上题D项锥形瓶中会有白烟产生,产生该现象的原因是什么?提示:(1)1/Vm molL1。设试管的体积为V L,则氨气的物质的量为V/Vm mol,溶液的体积为V L,则溶液的物质
14、的量浓度为V/Vm molL1。(2)氨催化氧化生成NO,NO与O2反应生成NO2,NO2与水反应生成HNO3,HNO3与挥发出的NH3反应生成NH4NO3,产生白烟。对点练1(氨气、铵盐的性质及应用)NH3是一种重要的化工原料,可以制备一系列物质(如图)。下列有关表述正确的是()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图中所涉及的盐类物质均可以水解解析:CA项,NaHCO3不是化肥;B项,Na2CO3受热不易分解;D项,NaCl不水解。对点练2(氨气的实验室制法)某化学兴趣小组利用图1装置制取氨
15、气并探究氨气的有关性质。备选装置(其中水中含酚酞溶液)图2(1)装置A中烧瓶内试剂可选用 (填字母)。a碱石灰 b浓硫酸 c生石灰d五氧化二磷 e烧碱(2)若探究氨气的溶解性,需在K2的导管末端连接图2装置中的 装置(填序号),当装置D中集满氨气后,关闭K1、K2,打开K3,引发喷泉的实验操作是 。(3)若探究氨气的还原性,需打开K1、K3,K2处导管连接制取纯净、干燥氯气装置。D中氨气与氯气反应产生白烟,同时生成一种无色无味的气体。该反应的化学方程式为 。从K3处导管逸出的气体中含有少量Cl2,则C装置中应盛放 溶液(填化学式),反应的离子方程式为 。答案:(1)ace(2)或用热毛巾将烧瓶
16、捂热(其他合理答案均可)(3)3Cl28NH3=6NH4ClN2NaOHCl22OH=ClClOH2O练后归纳防倒吸装置创新考点三硝酸的性质1物理性质2化学性质(1)不稳定性:4HNO34NO2O22H2O。(2)强氧化性:不论浓、稀硝酸都有强氧化性,而且浓度越大氧化性越强。按要求完成下列反应的方程式: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
17、、Fe2等还原性物质。稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式:3Fe24HNO=3Fe3NO2H2O。微思考(1)久置的浓硝酸呈黄色,如何除去?(2)某同学认为1.0 molL1的KNO3溶液中可大量存在H、Fe2、Cl、SO,正确吗?请说明理由。提示:(1)浓硝酸显黄色是由于浓硝酸见光或受热发生分解,生成的NO2溶于浓硝酸所致,所以消除的方法是通入O2(或空气),使其发生反应4NO2O22H2O=4HNO3。(2)不正确;原因是NO在含H的溶液中具有强氧化性,能将Fe2氧化成Fe3而不能大量共存。3工业制法(1)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO:4NH35O24NO6H2O。(2)NO
18、进一步氧化生成NO2:2NOO2=2NO2。(3)用水吸收NO2生成HNO3:3NO2H2O=2HNO3NO。(1)硝酸可与Na2S反应制得H2S气体。()(2)Cu溶于稀HNO3:3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O。()(3)常温下,将Al片放入浓硝酸中无明显现象,原因是Al与浓硝酸不反应。()(4)浓硝酸、浓硫酸的浓度大,书写离子方程式时写分子式,不拆写为离子形式。()(5)浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色。()答案:(1)(2)(3)(4)(5)典例下述实验中均有红棕色气体产生,对比分析所得结论不正确的是()A由中的红棕色气体,推断产生的气体一定是混合气体B红棕色气体不能表
19、明中木炭与浓硝酸发生了反应C由说明浓硝酸具有挥发性,生成的红棕色气体为还原产物D的气体产物中检测出CO2,由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应解析A中灼热碎玻璃起加热作用,浓硝酸受热分解可生成红棕色NO2,硝酸中氮元素化合价降低,必有元素化合价升高,只能为氧元素,因此,还有O2生成,产生的气体为混合气体,A项正确;B.由可知,浓硝酸受热分解也可生成红棕色气体,所以中产生的红棕色气体不一定是木炭与浓硝酸发生反应产生的,B项正确;C中浓硝酸挥发才能与红热木炭接触,产生的NO2是还原产物,C项正确;D.红热的木炭还可与空气中的O2反应生成CO2,不一定是木炭与浓硝酸发生反应生成了CO2,D项错误。答案
20、D对点练1(硝酸的性质)在浓硝酸中放入Cu片。(1)反应开始时的化学方程式为 ,实验现象为 。(2)若Cu片有剩余,则反应将要结束时的化学方程式为 。(3)待反应停止后,再加入少量的稀硫酸,这时Cu片上又有气泡产生,原因是 。答案:(1)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O溶液逐渐变蓝色,有红棕色气体逸出(2)3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O(3)加入稀硫酸后,原溶液中硝酸根离子在H作用下表现出氧化性,又能与过量的铜反应对点练2(硝酸与金属反应的计算)将1.92 g铜粉投入一定量浓HNO3中,随着铜粉的溶解,反应生成的气体颜色逐渐变浅,当铜粉完全溶解后
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