《氮和磷》复习Word文档格式.docx
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无色气态
蜡状白色固体
暗红色固体
灰色固体
银白色固体
密度
小————————————————→大
熔沸点
小——————————→大
小———————→大
化合价
-3,+1,+2,+3,+4,+5
-3,+3,+5
(-3),+3,+5
化合物
NH3N2ONO
N2O3NO2N2O5
PH3PCl3
PCl5
AsH3
最高价氧化物水化物
HNO3
H3PO4
H3AsO4
Sb(OH)3
H3SbO4
Bi(OH)3
H3BiO4
酸性
强————————————————→弱
氢化物稳定性
非金属性
金属性
弱————————————————→强
二、氮及其氧化物
按下表要求填入你所知道的含有氮元素的物质的化学式:
物质类别
化学式或微粒符号
单质
H2
氢化物
NH3
氧化物
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5
含氧酸
HNO3HNO2
碱
NH3·
H2O
盐
NH4+NO3
络合物
[Ag(NH3)2]+
有机物
1、N2的物理性质
在空气中,N2体积分数78%,质量分数75%,化合态的N存在无机物和有机物中。
N2为无色无味的气体,标准状态下ρ=1.25ɡ/L,沸点-196℃,熔点-209℃,溶解度1:
0.02
思考:
请举出与N2密度相近的二种气体以及与CO2密度相近的二种气体。
N2式量为28,则式量为28的还有CO、C2H4,CO2的式量为44,则式量为44的有C3H8和N2O
2、N2的化学性质
N
N键能大,964kJ/mol常温稳定,常用做保护气
N2与CO、NO+互为“等电子体”。
互为“等电子体”应满足的条件是:
(1)在微粒的组成上:
微粒所含原子数目相同;
(2)在微粒的构成上:
微粒所含电子数目相同;
(3)在微粒的结构上:
微粒中原子的空间排列方式相同。
高温反应或放电 N2+O2
2NO
N2+3Mg
Mg3N2(支持第二主族金属燃烧)
N2+3H2
2NH3
Mg3N2的拓展
水解
酸解
离子化合物:
N3—在水溶液中不在
金属炭化物易水解,CaC2ZnC2
3、氮的氧化物
(1)氮元素共有五种价态,六种氧化物:
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5。
NO
NO2
色态味
无色
红棕色(类似Br2)
毒 性
有毒(毒性同CO)能与血红蛋白结合失去输氧功能
剧毒
与O2反应
2NO+O2==2NO2
与H2O反应
3NO2+H2O==2HNO3+NO
其它反应
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O
NO2+SO2==SO3+NO
2NO2
N2O4分子量测不准
鉴别
制法
3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+
2NO↑+4H2O
Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+
2NO2↑+2H2O
(2)氮氧化物转化过程
2NO+O2=2NO2气体颜色变化,氮元素化合价变化,气体质量不变;
3NO2+H2O=2HNO3+NO气体颜色变化,氮元素化合价变化,气体质量变化(1molNO2使溶液增重36克);
2NO2=N2O4气体颜色变化,氮元素化合价不变,气体质量不变,平均式量大于46
(3)氮的氧化物对大气的污染
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5氮的氧化物是大气主要污染物之一。
(1)污染对象:
氮的氧化物都是大气的污染物,常见的以NO和NO2为主。
它们都能刺激和损害呼吸系统,也伤害植物的生长和发育。
NO还易与血红蛋白结合,形成亚硝基血红蛋白而失去输氧能力。
NO2跟血红蛋白能生成硝基血红蛋白,同样失去输氧功能。
所以,空气中浓度大时,会导致严重的伤害甚至死亡。
在低浓度NO、NO2的空气中时间过长时,可因NO、NO2在肺中生成HNO3和HNO2而发生病变。
NO和NO2在湿空气中产生的硝酸,对金属、机械、建筑物等都有明显的腐蚀作用。
NO上升到臭氧层,也会对臭氧层产生破坏作用。
(2)污染来源:
污染大气的氮的氧化物,主要来源是化工燃料(煤、石油)的燃烧废气。
如汽车尾气、喷气飞机尾气和火电厂废气等。
未经处理的硝酸厂和某些工厂的废气排放,也会产生较高浓度的氮的氧化物。
(3)主要防污染发生:
伦敦和洛杉矶化学烟雾事件。
2CO+2NO=N2+2CO26NO+4NH3=5N2+6H2O6NO2+8NH3=7N2+12H2O
这些催化剂比较昂贵,也容易被含铅汽油的排放物损害。
汽车没有处理废气的设备和使用含铅汽油是极不利于环境保护的。
(4)酸酐:
酸分子内或分子间羟基与羟基脱水后形成的物质称为酸酐。
N2O3是亚硝酸的酸酐HNO2N2O5是硝酸的酸酐HNO3。
H—C—OHCO,CO能否称为酸酐?
为什么?
已知硝酸的结构式为
HO—N则其对应的酸酐的结构式如何表示?
不能称为酸酐,因为它是羟基与碳原子相连的氢原子脱水所形成的物质。
N—OH+H—O—NN—O—N(N2O5)+H2O
4、N2的用途
工业上用于合成氨,制造硝酸等;
可制氮肥、炸药;
焊接金属时做保护气;
充填灯泡;
保存农副产品。
5、N2的制备
分离空气法(沸点O2-182℃N2-196℃)
①工业上如何从空气中分离得到纯净N2?
工业制取N2有两种方法:
一种是将空气液化,然后蒸发,首先挥发出N2,另一种方法是将木炭在空气中燃烧,将所得气体通过碱洗后得到N2。
②实验室如何制取N2?
实验室制取N2:
NH4NO2
N2+H2O
将NH3通过灼热的CuO,2NH3+3CuO=N2+3Cu+3H2O得到N2,
NH4Cl饱和溶液和NaNO2饱和溶液混合加热,NH4Cl+NaNO2=NaCl+N2↑+2H2O
6、氮的固定
将空气中游离的N2分子转化为含氮化合物的反应叫“固氮反应”。
主要的固氮反应有:
生物固氮、自然固氮、化学固氮和人工模拟生物固氮。
(1)生物固氮:
是一种主要的自然固氮反应。
如植物在根瘤菌作用下直接吸收空气中的N2转化为氨等,进一步合成氮白质。
(2)自然固氮:
如闪电产生的巨大电压,其电火花足可以击破氮分子的叁键,促使其与氧气反应生成NO,进而生成NO2和HNO3等。
(3)化学固氮:
合成氨反应;
在放电条件下使氮气与氧气反应生成NO等;
氮气与镁反应生成氮化镁。
(4)人工模拟生物固氮:
通过化学方法,制备出类似生物“固氮菌”的物质,使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反应,转化为氨态氮或铵态氮。
进而实现人工合成大量的蛋白质等,最终实现工厂化生产蛋白质食品。
对比思考:
“固硫”反应的概念是将废气中对空气造成污染的SO2转化为固态含硫化合物。
如实验室用NaOH溶液吸收多余的SO2生成Na2SO3;
硫酸工业中用氨水吸收SO2生成亚硫酸铵;
燃烧煤等产生的SO2用Na2SO3溶液吸收生成NaHSO3,在煤中加入一定比例的CaCO3或CaO使SO2转化为CaSO3。
例题分析
例1、(1998年高考)起固定氮作用的化学反应是()
A、氮气与氢气在一定条件下反应生成氨气B、一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮
C、氨气经催化氧化生成一氧化氮D、由氨气制碳酸氢铵和硫酸铵
【分析】所谓氮的固定是指把空气中游离态的氮转化为氮的化合物的方法。
氮的固定分生物固氮(如豆科植物的根瘤菌可以把N2转化为氮的化合物,作为养料吸收)和化学固氮(如合成氨工厂)
例2、Murad等三位教授最早提出NO分子在人体内有独特功能,近年来此领域研究有很大进展,因此这三位教授荣获了1998年诺贝尔医学及生理学奖,关于NO的下列叙述不正确的是
A.NO可以是某些含低价N物质氧化的产物 B.NO不是亚硝酸酐
C.NO可以是某些含高价N物质还原的产物 D.NO是红棕色气体
【分析】该题考查NO的颜色,及氧化、氧化产物、还原、还原产物、酸酐等概念。
NO是无色气体。
NH3、N2等所含元素化合价较低的物质有还原性,可以被氧化,NO2、HNO3等所含元素化合价较高的物质有氧化性,可以被还原。
酸酐与相应的酸中的化合价一致。
亚硝酸的酸酐是N2O3。
例3、(94年高考)取一根镁条置于坩蜗内点燃,得到氧化镁和氮化镁混合物的总质量为0.47Og冷却后加入足量水,将反应产物加热蒸于并的烧,得到的氧化镁质量为0.486g。
(1)写出氮化镁与水反应生成氢氧化镁和氨的化学方程式。
(2)计算燃烧所得混合物中氮化镁的质量分数。
方法与技巧
1、氮氧化合物(+氧气)与水反应的计算
氮氧化合物、氧气与水“同归于尽”的量的关系为:
4NO2+O2+2H2O=4HNO3、4NO+3O2+2H2O=4HNO3,若有气体剩余,剩余气体仅可能为NO或O2。
(1)NO2溶于水的有关计算
一个容积为18mL装满NO2气体的试管,倒立于装满水的水槽中,经过一段时间后,反应已进行完全,液面上升一段距离,问;
试管中剩余哪种气体?
体积为多少?
(6mLNO)
(2)NO和NO2混合气体溶于水的计算
将10mLNO和NO2混合气体缓慢通入倒立于水槽中的盛满水的试管中,充分反应后,有5mL剩余气体,求原混合气体NO和NO2的体积比。
(1:
3)
(3)NO2和O2混合气体溶于水的有关计算
将20mLNO2和O2的混合气体通入水中剩余5mL气体,则原混合气体中NO2和O2各为多少毫升?
(剩5mLO2NO212mLO28mL剩5mLNONO219mLO21mL)
(4)NO和O2混合气体溶于水的有关计算
将盛有20mLNO气体的试管倒置于盛有水的水槽中,向试管中缓慢通入一定量的氧气后,试管中还有6mL剩余气体,求向试管中通入的氧气是多少毫升?
(剩6mLNO10.5mL剩6mLO221mL)
(5)NO、NO2和O2混合气体溶于水的有关计算
将盛有24mLNO、NO2的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的量筒内,然后再向其中通入12mLO2,充分反应后,量筒中剩余气体3mL,求在相同情况下,原混合气体中NO和NO2的体积各是多少毫升?
(剩3mLO2NO6mLNO218mL剩3mLNONO16.5mLNO27.5mL)
(6)与其它知识综合
在相同条件下,将CO2和O2组成的混合气体18mL,先通过足量的Na2O2使其充分反应后,再将余下的气体慢慢通入一倒立在水中充入了20mLNO的试管中,一边通气,一边振荡,使其充分反应。
试管内尚余气体2mL,计算混合气体中CO2和O2的体积各是多少?
(剩2mLO2CO22mLO216mL剩2mLNOVCO2=VO2=9mL)
例1、NO和O2反应后的气体密度是相同条件下氢气的19倍,则原混合气体中NO、O2的物质的量之比是。
【分析】反应后气体的平均分子量为19×
2=38(不等于NO2的分子量46)则反应后的气体可能是NO、NO2或O2、NO2的混合气体。
例2、根据硝酸尾气处理的反应原理:
2NO2+H2O=2HNO3+NONO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O下列气体中不能完全被NaOH吸收的是:
A、1molO2与4molNO2B、1molNO与4molNO2
C、1molO2与4molNOD、1molNO2与4molNO
【分析】根据题中给的化学方程式,结合HNO3+NaOH=H2O+NaNO3可以得到另外一个化学方程式:
2NO2+H2O=2HNO3+NO……………………①
NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O……………②
HNO3+NaOH=H2O+NaNO3……………③
①+②+③×
2得:
3NO2+4NaOH=2NaNO2+2NaNO3+2H2O………④
由反应②、④可以知道:
NO与NO2物质的量之比为1∶1时,可以全部,不是1∶1时,NO2多,才能被NaOH溶液吸收。
A.1molO2与4molNO2:
由O2+4NO2+2H2O=4HNO3可知,1molO2与4molNO2能恰好被
水吸收,生成的HNO3又能与NaOH反应,当然能被NaOH全部吸收。
B.1molNO与4molNO2:
即NO与NO21∶1混合后NO2过量,能被NaOH全部吸收。
C.1molO2与4molNO:
混合后先发生反应:
2NO+O2=2NO2,相当于2molNO2与2molNO混合,能被NaOH全部吸收。
D.1molNO2与4molNO:
即NO与NO21∶1混合后NO过量,不能被NaOH全部吸收。
答案选D。
例3、将充有MmLNO和NmLNO2的气体的试管倒立于水槽中,然后通入MmLO2,以知N>
M,则充分反应后,试管中的气体在同温同压下的体积为()
A、
B、
C、
D、3(N—M)
答案选B。
例4、有一支10ml的试管中充满NO2和O2,将其倒插在盛有足量水的水槽之中,若以y(ml)表示完全反应后试管内剩余气体的体积,x(ml)表示原混和气体中NO2的体积,
(1)试建立y=f(x)的函数关系
(2)在坐标系中作出y=f(x)的曲线
【分析】由4NO2+O2+2H2O=4HNO3知,若10mLNO2与O2的混和气体恰好完全反应,则NO2的体积为8mL,O2的体积为2mL,此时剩余气体为零。
即x=8mL时,y=0
(1)
当x>
8时,(10-x)mL氧气全部反应,余气为NO。
与氧气反应的NO2为4(10-x),只与水反应的NO2为10-5(10-x),即5x-40,则NO的体积为(5x-40)/3,
即y=(5x-40)/3(10>
x>
8mL
当x<
8时,(10-x)mL氧气过量。
与NO2反应的氧气为x/4,剩余的氧气为(10-x-x/4)mL,
即y=(10-5x/4)mL,(0<
x<
8mL)
(2)相关的函数曲线为:
三、氨气和铵盐
1、氨的分子结构和性质
(1)氨分子结构:
具有一对孤对电子,呈三角锥形,N—锥顶,H—锥底,键角—107°
18′
极性键,极性分子。
(2)在常温常压下呈气态(周期律和周期表知识)。
(3)比空气轻,标况0.771g/L(摩尔质量为17克/摩)。
(4)易溶于水,易液化,常压-33.5℃常温7~8个大气压液化,可作致冷剂(分子的极性,形成氢键)。
(5)易与酸反应生成铵盐(与H+结合成配位键。
)
(6)具有还原性,能被氧化(氮元素呈最低价态)。
重要实验:
氨溶于水实验(喷泉实验)
现象:
形成喷泉
解释:
烧瓶中NH3溶于挤入的水中,气压迅速降低形成喷泉。
引伸:
①用水吸收NH3制氨水或处理合成氨废气,为防止倒吸,须用倒置漏斗;
②能产生喷泉的气体还有:
NH3、HCl、SO2、HF、HBr、HI
烧瓶中气体
HCl、HBr、HI
SO2、NO2、CO2
滴管中液体
水
浓NaOH溶液
2、氨的化学性质
(1)氨与水反应
NH3+H2O=NH3·
H2O=NH4++OH-(中学唯一的碱性气体)
为什么能在浓氨水中加入NaOH固体可制取NH3?
②液氨和氨水是否相同?
液氨
氨水
物质成分
纯净物(非电解质)
混合物(NH3.H2O为弱电解质)
微粒种类
NH3分子
H2O、NH3·
H2O、NH3、OH-、NH4+、H+
主要性质
不具有碱性
具有碱的通性
存在条件
常混常压下不能存在
常混常压下能存在
给氨水加热[OH-]、电离度如何变化?
若煮沸呢?
不同,氨水混合物,液氨纯净物。
加热[OH-]、
均增大,若煮沸,氨水挥发,[OH-]要减小。
氨水中存在六种微粒:
H2O、NH3·
H2O、NH3、OH—、NH4+、H+、Cmol/L氨水中存在两个关系:
①[NH4+]+[H+]=[OH—];
②[NH4+]+[NH3]+[NH3·
H2O]=C。
氨水是电解质溶液,其电解质是NH3·
H2O,而不是NH3,计算氨水溶液浓度时,溶质是NH3,而不是NH3·
H2O。
氨水的检验
(2)氨与酸反应NH3+H+=NH4+
NH3+HNO3=NH4NO3(挥发性酸反应有白烟生成)
NH3+HCl=NH4Cl(冒白烟)检验NH3与挥发酸反应冒烟
2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4(无烟)
(3)盐溶液2NH3·
H2O+Fe3+=Fe(OH)3↓+2NH4+
3NH3·
H2O+Al3+=Al(OH)3↓+3NH4+
NH3·
H2O+Ag+=AgOH+NH4+(先沉淀后溶解)
AgOH+2NH3·
H2O=[Ag(NH3)2]++OH-
NH3+H2O+CO2+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl(侯氏制碱)
(4)还原性4NH3+5O2=4NO+6H2O4NH3+3O2(纯)=2N2+6H2O
2NH3+3Cl2=6HCl+N28NH3+3Cl2=6NH4Cl+N2
2NH3+3CuO=3Cu+N2+3H2O
NxHy+yCuO==yCu+x/2N2+y/2H2O利用这个反应,可测定氮的氧化物中氮和氧的质量比,进而推断它的化学式。
(5)液氨自电离NH3+NH3=NH4++NH2-
已知NH4+与H3O+(H+)相当,NH3与H2O相当,NH2-与OH-相当。
N3-(NH2-)与O2-相当。
试完成下列反应方程式
12Na+2NH3=2NaNH2+H2
②CH3COOC2H5+NH3=CH3CONH2+C2H5OH
M(NH2)2=MNH+NH3(M为金属)
④2NH4Cl+MO=MCl2+2NH3+H2O
3、氨的制法
工业:
4NH3+5O2
4NO+6H2O
实验室原理:
:
(NH4)2SO4+Ca(OH)2
CaSO4+2NH3+2H2O
装置;
同制O2
检验:
湿润红色石蕊试纸→蓝
收集:
向下排空气法
干燥:
碱石灰、固体NaOH(不能用CaCl2否则会生成CaCl2•8NH3)
尾气吸收:
通入水或通入H2SO4
操作:
大试管口稍向下倾斜,用棉花塞住集气管口。
4、铵盐性质
结构:
NH4+与酸根离子组成,含离子键、共价键和配位键,属于离子晶体,极易溶水,且溶于水吸热。
化学性质
(1)水解:
NH4++H2O=NH3·
H2O+H+
①请写出NH4+在D2O中水解的离子方程式
NH4++D2O=NH3·
HDO+D+或NH3·
HDO+D3O+
②试用平衡移动原理解释下列现象:
氨水加入Mg2+溶液出现白色沉淀Mg(OH)2而Mg(OH)2加入到饱和NH4Cl溶液沉淀又能溶解。
③Mg(OH)2能溶于饱和NH4Cl溶液有两种解释,一种是:
Mg(OH)2(s)=Mg2++2OH-,NH4++H2O==NH3·
H2O+H+,H+与OH-中和,促使Mg(OH)2的溶解平衡移动而溶解,另一种解释是:
Mg(OH)2(s)=Mg2++2OH-,OH-+NH4+=NH3·
H2O,使Mg(OH)2溶解。
试问:
你能否只用一种试剂验证哪种解释合理?
用CH3COONH4。
因为该溶液呈中性,若Mg(OH)2加入CH3COONH4溶液溶解,则第二种解释合理,若不溶解,第一种解释合理。
△
(2)与碱反应:
NH4++OH-==NH3↑+H2O
注意:
①该反应要生成NH3,必须要有加热条件,否则只能写成NH3·
②该反应有何重要应用?
一是实验室利用该反应来制取NH3,二是利用该反应检验或鉴定NH4+,请你说出鉴定NH4+方法?
(取样品加入NaOH溶液加热,若有使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体产生,即含NH4+。
(3)受热分解:
一般规律是:
若为非氧化性酸形成的铵盐,受热分解成NH3和对应的酸。
如:
NH4Cl=NH3+HClNH4HCO3=NH3↑+H2O+CO2↑(NH)2S=2NH3+H2↑+S若为氧化性酸形成的铵盐,受热分解发生氧化—还原反应,产物复杂一般不要求掌握。
①铵盐分解的实质是NH4+提供质子(H+)给酸根离子,则NH4F、NH4Cl、NH4Br、NH4I四种铵盐的热稳定性由大到小的顺序是____________(NH4I>
NH4Br>
NH4Cl>
NH4F)
②硫酸铵受分解的产物是N2、SO2、NH3、H2O和SO3,问该反应中每转移1mol电子,有多少摩(NH4)2
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