高三化学鲁科版复习讲义第3章 第2节 氮的循环.docx
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高三化学鲁科版复习讲义第3章第2节氮的循环
第2节 氮的循环
考纲定位
核心素养
1.掌握氮元素单质及其重要化合物的主要性质和应用。
2.掌握氨气的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。
3.了解氮及其重要化合物的制备方法。
1.宏观辨识——能从不同层次认识氮及其化合物的主要性质及应用。
2.变化观念——从氮的化合价变化,认识氮及其化合物反应原理及转化条件。
3.科学探究——从不同的角度探究NH3、NOx、HNO3的主要性质和制备方案,并进行实验验证。
4.社会责任——关注NO、NO2的污染、保护环境。
考点一|氮气及其氧化物
1.自然界中氮的存在和氮的固定
2.N2的性质及应用
(1)物理性质:
无色无味的气体,密度比空气略小,难溶于水,熔点、沸点比O2的低。
(2)化学性质
N2的电子式为∶N⋮⋮N∶,结构式为N≡N。
①与H2反应的化学方程式:
,N2表现氧化性。
②与Mg反应的化学方程式:
N2+3MgMg3N2,N2表现氧化性。
③与O2反应的化学方程式:
N2+O22NO,N2表现还原性。
提醒:
氮元素是一种活泼非金属,但N2稳定的原因是N2分子中氮氮叁键很稳定,不易断裂,难发生化学反应。
3.氮的氧化物
(1)氮有多种价态的氧化物,如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等,其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5;NO2与N2O4能相互转化2NO2N2O4(写化学方程式)。
(2)NO、NO2的比较
NO
NO2
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
难溶于水
易溶于水
与O2或
与H2O反应
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
收集方法
排水法
向上排空气法
与人体、环境的关系
①与血红蛋白结合,使人中毒;
②转化成NO2,形成酸雨、光化学烟雾
形成酸雨、光化学烟雾
(3)常见NOx的尾气处理方法
①碱液吸收法
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O;
NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O。
注意:
NO不能被碱液吸收。
②催化转化:
在催化剂、加热条件下,氨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。
正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)食品袋中充氮气可用来防腐。
( )
(2)氮的氧化物和硫的氧化物既是形成光化学烟雾,又是形成酸雨的主要物质。
( )
(3)NO2与H2O反应中,H2O为还原剂。
( )
(4)密闭容器中2molNO与1molO2充分反应,产物的分子数为2NA。
( )
(5)NO2和NO均可以用NaOH溶液吸收。
( )
(6)4NH3+5O24NO+6H2O属于人工固氮。
( )
答案:
(1)√
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
◎考法☆ 氮及其氧化物的性质及探究
1.下列说法正确的是( )
A.N2与O2、Mg反应中均体现了N2的氧化性
B.N2很稳定的原因是氮的非金属性较弱
C.N2→NO2与N2→NH3均能一步完成
D.NO不能用排空气法收集的原因是NO易被O2氧化
D [A项,N2与O2反应中,N2体现了还原性;B项,N2稳定的原因是NN的键很牢固,难断键;C项,N2→NO2不能一步完成。
]
2.(2018·济宁一模)工业上常用亚硝酸钠(NaNO2)作媒染剂、漂白剂、钢材缓蚀剂、金属热处理剂。
某兴趣小组用下列装置制备NaNO2并探究NO、NO2的某一化学性质(A中加热装置已略去)。
已知:
①2NO+Na2O2===2NaNO2;
②NO能被酸性KMnO4氧化成NO,MnO被还原为Mn2+。
请回答下列问题:
(1)装置A三颈烧瓶中发生反应的化学方程式为
_____________________________________________________。
(2)用上图中的装置制备NaNO2,其连接顺序为:
a→________→h(按气流方向,用小写字母表示),此时活塞K1、K2如何操作_____________________________________________________。
(3)E装置发生反应的离子方程式是
_____________________________________________________。
(4)通过查阅资料,NO2或NO可能与溶液中Fe2+发生反应。
某同学选择上述装置并按A→C→E顺序连接,E中装入FeSO4溶液,进行如下实验探究。
步骤
操作及现象
①
关闭K2,打开K1,打开弹簧夹通一段时间的氮气,夹紧弹簧夹,开始A中反应,一段时间后,观察到E中溶液逐渐变为深棕色
②
停止A中反应,打开弹簧夹和K2、关闭K1,持续通入N2一段时间
③
更换新的E装置,再通一段时间N2后关闭弹簧夹,使A中反应继续,观察到的现象与步骤①中相同
步骤②操作的目的是__________________________________;
步骤③C瓶中发生反应的化学方程式为_______________;通过实验可以得出:
________(填“NO2”或“NO”中的一种或两种)和溶液中Fe2+发生反应使溶液呈深棕色。
解析:
(1)Cu与浓硝酸反应生成NO2,配平方程式即可。
(2)A生成NO2,根据已知①可知,生成的NO2先通入C中的水中生成NO,然后干燥除去H2O与Na2O2反应的干扰,制备NaNO2,最后用酸性KMnO4吸收尾气NO。
在操作时注意反应装置中空气的排尽。
(3)根据化合价升降配平离子方程式。
(4)根据②③实验可知NO和Fe2+反应。
答案:
(1)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(2)d→e→b(或c)→c(或b)→f(或g)→g(或f) 关闭K1,打开K2
(3)3MnO+4H++5NO===3Mn2++5NO+2H2O
(4)排尽装置中残留的NO2 3NO2+H2O===2HNO3+NO NO
考点二|氨和铵盐
1.氨的性质
(1)氨的物理性质
无色、有刺激性气味的气体,密度比空气的小,易液化,液氨常作制冷剂,极易溶于水(1∶700),可由喷泉实验证明。
(2)氨的化学性质
①与水的反应——氨水
a.氨气溶于水呈碱性原因的方程式为NH3+H2ONH3·H2ONH+OH-。
b.氨水的粒子成分:
H2O、NH3·H2O、OH-、NH、NH3、H+,以溶解的NH3总量为溶质进行浓度计算。
②氨气与酸的反应
a.蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近,其现象为产生白烟,将浓盐酸改为浓硝酸,也会出现相同的现象。
化学方程式分别为HCl+NH3===NH4Cl,HNO3+NH3===NH4NO3。
b.氨气通入酸的本质反应为NH3+H+===NH。
③NH3的还原性——氨的催化氧化
化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。
该反应是工业制HNO3的基础反应。
[深度归纳] 氨水的性质
(1)不稳定性:
NH3·H2ONH3↑+H2O。
(2)碱的通性
①氨水使酚酞试剂变红。
②中和反应:
NH3·H2O+H+===NH+H2O。
③沉淀反应:
3NH3·H2O+Al3+===Al(OH)3↓+3NH。
注意:
涉及氨水反应的离子方程式书写时,NH3·H2O不可拆开。
2.铵盐的性质与检验
(1)铵盐的性质
铵盐均为离子化合物,无色晶体,易溶于水。
①不稳定性——受热易分解
a.NH4Cl受热分解:
NH4ClNH3↑+HCl↑。
b.NH4HCO3受热分解:
NH4HCO3NH3↑+H2O+CO2↑。
②与碱反应:
铵盐都可与碱溶液反应生成NH3·H2O(弱碱),但加热生成NH3和H2O。
写出铵盐与强碱溶液反应的离子方程式:
a.稀溶液不加热:
NH+OH-===NH3·H2O。
b.浓溶液或稀溶液加热:
NH+OH-NH3↑+H2O。
③“水解”——铵盐溶于水易水解,离子方程式:
NH+H2ONH3·H2O+H+,溶液水解呈酸性。
(2)NH的检验模板
3.NH3的实验室制法
(1)原理:
2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O。
注意:
①不能用NH4NO3,因NH4NO3受热爆炸;②Ca(OH)2不能用KOH或NaOH代替,因两者易吸湿,易结块,不利于产生NH3,且高温下腐蚀试管;③不能只用NH4Cl固体加热制取NH3,因为NH4Cl受热分解生成的NH3和HCl遇冷又化合成NH4Cl。
(2)实验装置
→
↓
→用碱石灰干燥(可用球形干燥管或U形干燥管)
↓
→向下排空气法
↓
→
↓
→
(3)制备NH3的其他两种简易方法
①加热浓氨水(见图1)
反应原理:
NH3·H2ONH3↑+H2O。
图1 图2
②浓氨水中加入固态碱性物质(见图2)
反应原理:
浓氨水中存在以下平衡:
NH3+H2ONH3·H2ONH+OH-,加入固态碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等),使平衡逆向移动,同时反应放热,促进NH3·H2O的分解。
加CaO的化学方程式为NH3·H2O+CaO===NH3↑+Ca(OH)2。
正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)氨易液化,且液氨汽化时要吸收大量热,故可作食品的制冷剂。
( )
(2)氨水能使酚酞变红,说明NH3为碱。
( )
(3)蘸有浓酸和浓氨水的玻璃棒靠近,均产生白烟。
( )
(4)氨水与AlCl3反应的离子方程式为Al3++3OH-===Al(OH)3↓。
( )
(5)氨的催化氧化反应可直接生成NO2。
( )
(6)铵盐不稳定,受热均生成NH3。
( )
(7)稀(NH4)2SO4溶液与稀NaOH溶液混合的反应离子方程式为NH+OH-===NH3·H2O。
( )
(8)实验室制NH3的试剂Ca(OH)2可以用NaOH代替。
( )
答案:
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)√ (8)×
◎考法1 氨与铵盐的主要性质及应用
1.如下图,利用培养皿探究氨气的性质。
实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水,立即用另一表面皿扣在上面。
下表中对实验现象所做的解释正确的是( )
选项
实验现象
解释
A
浓盐酸附近产生白烟
NH3与HCl反应产生了NH4Cl固体
B
浓硫酸附近无明显现象
NH3与浓硫酸不发生反应
C
氯化物溶液变浑浊
该溶液一定是AlCl3溶液
D
干燥红色石蕊试纸不变色,湿润红色石蕊试纸变蓝
NH3是一种可溶性碱
A [B项,NH3可与酸反应生成铵盐;C项,氯化物也可以是MgCl2等;D项,NH3与H2O反应生成的NH3·H2O为碱。
]
2.(2019·松江模拟)某同学探究氨和铵盐的性质,对相关实验操作及现象描述正确的是( )
A.室温下测定等浓度氨水和NaOH溶液的pH,比较氨水和NaOH碱性强弱
B.将氨水缓慢滴入AlCl3溶液中,研究Al(OH)3的两性
C.将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近,观察到白烟
D.加热除去NH4Cl中的少量NaHCO3
A [A项,pH越大,碱性越强;B项,Al(OH)3不溶于氨水;C项,浓硫酸稳定,不能形成白烟;D项,NH4Cl加热也分解,且NaHCO3加热后生成的Na2CO3不易除去。
]
◎考法2 氨气的制法及性质的实验探究
3.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( )
A.①② B.②③C.③④D.①③
D [①中NH4
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