5高三化学氮及其化合物 教师版.docx
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5高三化学氮及其化合物教师版
氮及其化合物
知识精要
一、氮族元素的结构及性质的相似性和递变性
1.原子结构
氮族元素在周期表中的位置:
VA族,2~6周期,N,P,As,Sb,Bi。
氮原子的原子结构图:
,氮原子的电子式:
。
2.相似性
(1)最外层电子数均为5e-
(2)均有化合价+3,+5价,最高价氧化物均为R2O5,对应水合物是HRO3或H3RO4
(3)氢化物为RH3,R显-3价。
(4)非金属性比同周期卤素、氧族元素弱。
3.递变性
随核电荷数的增大,
(1)电子层数逐渐增大,原子半径依次增加。
(2)单质的非金属性由强到弱,金属性由弱到强,N,P为非金属,As为半导体,Sb,Bi金属。
(3)氢化物稳定性依次减弱,还原性依次增强。
(4)最高价氧化物对应水化物的酸性依次减弱。
4.磷的同素异形体
白磷
白色蜡状固体(或黄色固体)分子式P4,正四面体型,键角600
不溶于水(保存在水中),易溶于CS2
剧毒
着火点40℃,易燃
红磷
分子晶体,暗红色粉末,结构复杂
不溶于水,不溶于CS2
无毒
着火点240℃
一定条件下可相互转换
二、氮气及其氧化物
1.氮气的结构和性质
电子式:
结构式:
无色无味气体,难溶于水。
与空气密度相近,在空气中体积分数为78%,在高温或放电时可与某些物质反应,N2既有氧化性,又有还原性。
(1)与氢气反应(工业上制备氨气)
(2)与氧气反应
(3)与某些金属反应:
(4)固氮:
2.氮的氧化物
化合价
-3
0
+1
+2
+3
+4
+5
氧化物
N2O
NO
N2O3
NO2,N2O4
N2O5
NO:
无色有毒气体,难溶于水。
NO2红棕色,有刺激气味,有毒气体。
易溶于水。
1不成盐氧化物①易于水反应:
2易于氧气反应
②能被碱完全吸收
3与NO2共存时可被碱液吸收
可逆反应2NO2
N2O4
氮的氧化物的计算:
(1)NO2或NO2与非O2的混合气体溶于水的计算(原理3NO2+H2O=2HNO3+NO差量法)
在一定温度和压强下,装有NO和NO2混合气的试管倒立于水中,充分反应后,试管内气体体积缩为原体积的3/5,则原混合气中NO和NO2的体积比为
(2)NO与O2混合气与水反应(4NO+3O2+2H2O=4HNO3,余气:
NO或O2)
V(NO)/V(O2):
等于4:
3时,恰好完全反应;大于4:
3时,剩余气体NO,小于4:
1时,剩余气体为O2
(3)“NO2+O2+H2O”型(原理4NO2+O2+2H2O=4HNO3余气:
NO或O2)
V(NO2)/V(O2):
等于4:
1时,恰好完全反应;小于4:
1时,剩余气体NO,大于4:
1时,剩余气体为O2
(4)“NO+NO2+NaOH溶液”型
(原理NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O)
规律:
当V(NO2)≥V(NO)时,混合气能被NaOH溶液完全吸收;当V(NO2) (5)NO+CO2+Na2O2 NO+CO2+Na2O2==NO2+Na2CO3 当NO与CO2体积比等于1: 1,反应后气体为NO2,体积是原混合气体体积的1/2 当NO与CO2体积比小于1: 1,反应后气体为NO2、O2,体积是原混合气体体积的1/2 当NO与CO2体积比大于1: 1,反应后气体为NO、NO2,体积是原混合气体中NO体积 三、氨与铵盐 1.氨的结构和性质 (1)结构: 电子式,分子空间构型为三角锥型,极性分子 (2)性质: 无色、有刺激性气味的气体。 易液化、极易溶于水。 (浓度越大,密度越小) 与水的反应: 碱性: NH3+HCl=NH4Cl(白烟)还原性 氨气的实验室制法 ①2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3气体+2H2O(加热) ②浓氨水和生石灰 ③浓氨水与NaOH固体混合 (3)喷泉实验 形成原理: 容器内外存在较大的压强差.在这种压强差的作用下,液体迅速流动,通过带有尖嘴的导管喷出来,即形成喷泉.(容器内气体极易溶于水或容器内气体易与溶液中的溶质发生化学反应) 气体 HCl NH3 CO2、Cl2、H2S、SO2 NO2+O2 CH2==CH2 吸收剂 水或NaOH 水、盐酸 NaOH溶液 水 溴水 喷泉实验成功的关键 (1)气体在吸收液中被吸收的既快又多 (2)装置的气密性要好.(3)烧瓶内气体纯度要大. 2.铵盐的性质及NH4+的检验 (1)性质 ①易溶于水的离子晶体。 ②与碱反应: ③受热分解: 规律: 铵盐受热易分解,一般生成NH3和相应的酸(硝酸铵例外-氧化还原反应)。 ④水解反应 (2)检验: 取样品与碱共热,用湿润的红色石蕊试纸检验是否变蓝;取样品与碱共热,用蘸有浓盐酸的玻璃棒检验是否生成盐酸。 三、硝酸及硝酸盐 1、物理性质 ①纯净的硝酸是无色,易挥发,有刺激性气味的液体。 浓硝酸久置呈黄色(分解产生N2O4) ②易挥发(沸点为83℃),形成白雾,98%的浓硝酸又叫发烟硝酸。 ③浓硝酸和浓盐酸的体积比为1: 3叫王水,能溶解金、铂 2.化学性质 (1)酸的通性: 注意: a.浓稀硝酸与金属反应均不会放出氢气b.可以使指示剂变色 (2)强氧化性: 浓、稀硝酸均有氧化性,浓度越大,氧化性越强,与还原性物质反应时,浓硝酸被还原为NO2,稀硝酸被还原为NO。 ①常温下,铁铝与浓硝酸发生钝化,所以用铝槽车装运浓硝酸。 ②与金属反应 ③与非金属反应 ④与其他还原剂反应: 热身练习 1.下列过程属于自然固氮的是(B) A.镁在氮气中燃烧B.雷雨固氮C.合成氨D.模拟生物固氮 2.只用一种试剂就能将NH4Cl、(NH4)2SO4、NaCl、Na2SO4四种溶液区分开,这种试剂是…………………………………………………………………………(C) ANaOH溶液BAgNO3溶液CBa(OH)2溶液DBaCl2溶液 3.将盛有N2和NO2的混合气体的试管倒立于水中经过足够时间后,气体体积减少为原来的一半,则原混合气体中N2和NO2的体积比是……………………(C) A1: 1B1: 2C1: 3D3: 1 4.下列性质的排列顺序正确的是(A) A.稳定性: H2O>NH3>PH3B.酸性: H3AsO4>H3PO4>HNO3 C.氧化性: 稀HNO3>浓HNO3D.还原性: N2>红磷 5.把aL含(NH4)2SO4和NH4NO3的混和溶液分成两等份,一份加入b摩烧碱并加热,恰好将 全部NH4+转变成NH3放出;另一份需含c摩BaCl2溶液恰能完全沉淀SO42-,则原溶液中NO3- 的物质的的浓度是(C) A.(2b-4c)/amol/LB.(b-2c)/amol/L C.(2b-c)/amol/LD.(b-4c)/amol/L 6.下列污染现象主要与NO2有关的是(B) A.臭氧空洞B.水体富营养化C.光化学烟雾D.温室效应 7.不能证明氮元素比磷元素非金属性强的事实是(C) A.NH3在空气中不能燃烧,而PH3在空气中能燃烧B.原子半径P>N C.氮气在空气中不能燃烧,磷在空气中能燃烧D.硝酸的酸性比磷酸的强 8.在1L1mol/L的氨水溶液中( D) A.含有1molNH3分子B.含NH3和NH4+之和为1mol C.含NH3·H2O1molD.含NH3,NH3·H2O,NH4+之和为1mol 9.对于铵盐的描述都正确的是(C) ①都溶于水②都是白色晶体③都有刺激性气味④加热后都有NH3放出 ⑤与碱混合后加热都有NH3放出⑥都能使石蕊试纸变蓝 A.全部B.①②⑤⑥C.①②⑤D.③④⑤ 10.已知 ,下列说法不正确的是(C) A.HNO3在反应中既表现氧化性也表现还原性。 B.每生成22.4LNO(标准状况)有3mol电子转移 C.HNO3做氧化剂,铜做还原剂,3molCu还原8mol的HNO3 D.HNO3做氧化剂,铜做还原剂,3molCu还原2mol的HNO3 精解名题 1.下列各项性质的递变规律错误的是 A.沸点: NH3>PH3>AsH3B.非金属性: N>P>As C.还原性: AsH3>PH3>NH3D.酸性: HNO3>H3PO4>H3AsO4 答案: A解析: 根据氮族元素性质的递变规律,B、C、D均符合规律。 NH3的式量最小,但氨分子间作用力最强,沸点比PH3高。 2.下列关于铵盐的叙述: ①铵盐中氮元素化合价都为—3价②铵盐都是晶体,都易溶于水③铵盐与碱共热放出氨气④铵盐都不能与酸反应⑤所有铵盐均能分解⑥铵态氮肥不宜与草木灰混合施用。 其中叙述正确的是() A.①②③B.②③④C.③④⑤D.②③⑤⑥ 答案: D解析: NH4NO3中NO3-中的N为+5价,(NH4)2CO3或NH4HCO3可与酸反应. 3. 右图是化学实验常用装置之一,若气体从右管进入,可用来收集的气体是(B) A.NOB.NO2C.COD.H2 4.密度为0.918/cm3的氨水,质量分数为25%,该氨水用等体积的水稀释后,所得溶液溶质质量分数为(C) A.12.5%B.>12.5%C.<12.5%D.无法确定 5.当氨和氧一起通过加热的铂丝网时,在导出的产物中不可能出现的物质是(C) A.NOB.NH4NO3C.N2D.H2O 6.一定量的浓硝酸与过量的铜充分反应,生成的气体是(C) A只有NO2B只有NOCNO2和NODNO2和H2 7.铜跟1mol/L的稀硝酸反应,若c(NO3-)下降了0.2mol/L,则c(H+)下降(A) A.0.8mol·L-1B.0.6mol·L-1C.0.4mol/LD.0.2mol/L 8.一包白色固体可能是下列化合物中的一种: NH4NO3、NaBr、NH4I、(NH4)2CO3,该固体易溶于水,生成的无色溶液分成两部分,取一部分加过量的NaOH溶液并微热,产生一种使湿润红色石蕊试纸变蓝色的气体,另一部分加入氯水振荡后,溶液呈棕色,则原固体是(C) A.NH4NO3B.NaBrC.NH4ID.(NH4)2CO3 9.氢化铵(NH4H)与氯化铵结构相似,又知NH4H与水反应有H2生成,下列叙述不正确的是BC A.NH4H是离子化合物B.NH4H溶于水,所形成的溶液显酸性 C.NH4H与水反应时,NH4H是氧化剂 D.NH4H固体投入少量的水中,有两种气体生成 10.现有等体积混合而成的4组气体.①NO2+NO、②NO2+O2、③HCl+N2、④Cl2+SO2现将其分别通入体积相同的试管中并立即倒立在足量水中,试管内水面上升的高度分别为h1、h2、h3、h4,则高度关系是A A.h4>h2>h3>h1B.h4>h3>h2>h1C.h2>h3>h1>h4D.h3>h2>h1>h4 『拓展』 1.1.92gCu片与定量的浓HNO3作用,当收集到NO2和NO气体共1.12L时(标准状况),金属铜恰好全部作用。 则反应中消耗HNO3_______mol被还原的HNO3________mol,转移电子________mol。 解析: ne=nCu×2= ×2=0.06mol =0.05mol ×2+0.05mol=0.11mol 答案: 0.11、0.05、0.06。 2.按下图装置,持续通入气态物质X,可以看到a处有红色物质生成,b处变蓝,c处得到无色液体,则X可能是(B) A.H2B.CH3CH2OH(g)C.NH3D.CO和H2 3.用图示装置制取PCl3,在E中放入足量白磷,将氯气不间断地通入E,氯气与白磷就会发生反应,并放出热量(温度高于75℃)。 已知: PCl3和PCl5遇水强烈反应, 熔点 沸点 PCl3 -112℃ 75℃ PCl5 148℃ 200℃ 它们熔沸点数据如下: C D E F 请根据上图装置回答下列问题: (1)检查该装置气密性的方法是。 (2)为得到氯气,若B中加入MnO2,则A中应加入,反应的化学方程式为______________________________________。 (3)若发现C中气泡产生过猛,需要进行的操作或对装置进行的改进是。 (4)在反应开始时主要生成PCl3,而后来有PCl5生成,原因可能是;从PCl3和PCl5的混合物中分离出PCl3的方法是(选填序号)。 a蒸馏b过滤c分液d升华 (5)生成的PCl3在G中收集,则F中盛有,作用是___________________________。 (6)C、D、H所盛的试剂分别是(选填序号): C;D;H。 a.饱和食盐水b.浓硫酸c.无水氯化钙d.碱石灰 (7)如果E中反应放热较多,G处的导管可能发生堵塞,其原因是。 巩固练习 1.下列说法中正确的是() A.NH3遇到磷酸、硫酸、硝酸、盐酸均冒白烟B.NH3的稳定性小于PH3 C.在空气中,PH3能燃烧,所以NH3也能燃烧D.铵盐分解不一定都产生氨气 2.锌与很稀的硝酸反应生成硝酸锌、硝酸铵和水。 当生成1mol硝酸锌时,被还原的硝酸的物质的量为( D ) A.2molB.1molC.0.5molD.0.25mol 3.工业废气中的氮氧化物(如NO、NO2等,用通式NOx表示)是主要的大气污染物之一.为了保护环境,工业上常通入氨气与之发生如下反应: NOx+NH3―→N2+H2O来消除污染.有关此反应,下列说法中错误的是( B ) A.N2既是氧化产物又是还原产物 B.当x=1时,每生成2.5molN2,被氧化的气体有3mol C.当x=2时,有1mol气体被还原,转移电子4mol D.反应通式配平表示为: 6NOx+4xNH3===(3+2x)N2+6xH2O 4.NO2和Br2蒸气均为红棕色气体,可用于鉴别它们的试剂是(AC) A.AgNO3溶液B.湿润的KI淀粉试纸C.水D.紫色石蕊试液 5.白磷在高压下隔绝空气加热后急速冷却,可得钢灰色固体——黑磷,其转化过程如下: 白磷 黑磷,黑磷性质稳定,结构与石墨相似。 下列叙述正确的是(B) A.黑磷与白磷互为同分异构体B.黑磷能导电 C.白磷转化为黑磷是物理变化D.黑磷能在空气中自燃 6.已知某溶液中存在较多的H+、SO42、NO3,则该溶液中还可能大量存在的离子组是(D) A.K+、PO43、ClB.Mg2+、Ba2+、Br C.Mg2+、Cl、ID.Na+、NH4+、Cl 7.将1molNH3与2molO2混合,在800度铂催化剂下反应,当恢复到常温常压下,产物为水和C A.NOB.NO2C.HNO3D.NO、HNO3 8.为了除去铁表面的铜层,可选用下列试剂中的(A) A.浓HNO3B.浓H2SO4C.稀HNO3D.稀H2SO4 9. 磷酸毗醛素是细胞重要组成部分,可视为磷酸(分子中有3个羟基)形成的酯,其结构式如右图,下列说法错误的是(D) A.能与金属钠反应 B.能使石蕊试液变红 C.能发生银镜反应 D.1mol该酯与NaOH溶液反应,最多消耗3molNaOH 10. 根据下图海水综合利用的工业流程图,判断下列说法正确的是D 已知: MgCl2·6H2O受热生成Mg(OH)Cl和HCl气体等。 A.过程①的提纯是物理过程,过程②通过氧化还原反应可产生2种单质 B.在过程③中将MgCl2·6H2O灼烧即可制得无水MgCl2 C.在过程④、⑥反应中每氧化0.2molBr-需消耗2.24LCl2 D.过程⑤反应后溶液呈强酸性,生产中需解决其对设备的腐蚀问题 11.右表为元素周期表短周期的一部分。 回答下列问题: (1)E元素原子核外有2个未成对电子,这2个电子所处亚层的符号是;请从物质的类别、化合价二方面归纳该元素+4价氧化物的化学性质: 。 (2)请指出G的非金属性比E的非金属性强的事实(写3点) 。 (3)E、G元素的原子均可形成与M原子电子层结构相同的简单离子,且E离子的半径更大,请解释。 (4)A与氢元素形成分子的空间结构可能是(选填序号)。 abcd 12.大气固氮(闪电时N2转化为NO)和工业固氮(合成氨)是固氮的重要形式。 下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值(K表示平衡常数): N2+O2 2NO N2+3H2 2NH3 温度 25℃ 2000℃ 25℃ 400℃ K 3.84×10-31 0.1 5×108 200 (1)固氮是指_________________________________________的过程,自然界固氮的另一途径为____________________。 (2)根据表中的数据,并结合所学知识分析,下列说法正确的是。 a.人类大规模模拟大气固氮实际意义很小b.通常状况下,大气固氮与工业固氮完成程度相差很大 c.两种固氮都是放热反应d.在常温下,大气固氮几乎不可能,而工业固氮很容易进行 (3)为研究反应条件的改变对化学平衡移动的影响,将N2和H2在一固定体积的密闭容器中进行反应,得到如下的图像,下列有关条件改变(每次只改变一个条件)的说法,正确的是。 a.t2可能是增加了原料的物质的量b.t4可能是充入了He气 c.t5是从反应体系中分离出氨气d.t7时可能是升高温度,使平衡向正反应方向移动 (4)目前工业固氮采用的是哈伯法,即在20~50MPa的高压和500℃左右的高温下,并用铁触 媒作为催化剂.俄勒冈大学的化学家使用了一种名为trans一Fe(DMeOPrPE)的新催化剂,在常温下合成氨,反应的化学方程式为: N2+3H2 2NH3.有关说法正确的是______。 a.新法不需要高温条件,可节约大量能源 b.新法能在常温下进行是因为不需要断裂化学键c.在相同温度下不同的催化剂其催化活性不同
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