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届一轮复习人教版氨和铵盐硝酸学案
第18讲 氨和铵盐 硝酸
一、氨和铵盐
1.氨的分子结构与性质
(1)分子结构
分子式:
NH3,电子式:
,空间构型:
三角锥形。
属于极性分子。
(2)物理性质
无色有刺激性气味的气体,密度比空气小,易液化,可用作制冷剂,极易溶于水(1∶700),可由喷泉实验证明。
(3)化学性质
①与水反应:
NH3+H2ONH3·H2ONH
+OH-,氨的水溶液叫氨水,呈弱碱性。
a.组成:
三种分子:
NH3、H2O、NH3·H2O;三种离子:
NH
、OH-、H+。
b.性质:
氨水质量分数越大,其密度越小。
c.NH3·H2O为可溶性一元弱碱,易挥发,不稳定,易分解:
NH3·H2O
NH3↑+H2O。
(可用于制备少量NH3)
②氨气与酸反应
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。
化学方程式为HCl+NH3===NH4Cl、NH3+HNO3===NH4NO3。
b.与CO2等酸性氧化物反应:
NH3+CO2+H2O===NH4HCO3或2NH3+CO2+H2O===(NH4)2CO3。
③NH3的还原性
氨的催化氧化:
4NH3+5O2
4NO+6H2O;
与CuO的反应:
2NH3+3CuO
3Cu+N2+3H2O;
与Cl2的反应:
2NH3+3Cl2===6HCl+N2或8NH3+3Cl2===6NH4Cl+N2。
④与盐溶液反应
将氨水加入下列溶液,完成下表:
2.氨气的制法
(1)工业制法:
N2+3H2
2NH3。
(2)实验室制法
实验装置
净化装置
3.铵盐及NH4的检验
(1)铵盐的物理性质
铵盐都是无色固体,均易溶于水。
(2)铵盐的化学性质
(3)NH
的检验
未知液
湿润的红色石蕊试纸变蓝色,则证明含NH
。
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)强酸性
与盐酸、硫酸并称三大强酸。
(2)强氧化性
①HNO3与金属反应时,不产生H2。
a.与除Au、Pt外大部分金属反应(如Cu):
与浓硝酸:
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
与稀硝酸:
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
b.常温下浓硝酸使Fe、Al钝化。
②与非金属(如木炭)反应
C+4HNO3(浓)
CO2↑+4NO2↑+2H2O。
③与某些还原性化合物(如Fe2+、SO2、SO
、H2S、S2-、HI、I-等)反应,稀硝酸与Fe2+反应的离子方程式为
3Fe2++4H++NO
===3Fe3++NO↑+2H2O。
(3)不稳定性
①反应方程式:
4HNO3(浓)
4NO2↑+O2↑+2H2O。
②硝酸保存在棕色试剂瓶中,置于冷暗处,不能用橡胶塞。
③市售浓硝酸呈黄色的原因是浓HNO3分解生成NO2,NO2溶于浓硝酸呈黄色。
1.正误判断,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)因为NH4HCO3受热易分解,故可用作氮肥。
( )
(2)下列物质间的转化能够实现
N2
NH3
NH4Cl(aq)。
( )
(3)NH4Cl溶液与Ca(OH)2溶液混合的离子方程式为H++OH-===H2O。
( )
(4)用生石灰与浓氨水制得的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,说明NH3为碱性气体。
( )
(5)检验溶液中是否含有NH
:
取少量试液于试管中,加入NaOH溶液并加热,用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体。
( )
(6)加热盛有NH4Cl的试管,试管底部有固体消失,试管口有晶体凝结,说明NH4Cl固体可以升华。
( )
答案
(1)×
(2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
2.硝酸被称为“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。
下列实验事实与硝酸的性质不相对应的一组是( )
A.浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色——酸性和强氧化性
B.不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性
C.要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性
D.能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液的红色褪去——强氧化性
答案 D
解析 硝酸与NaOH发生中和反应,则使滴有酚酞的NaOH溶液红色褪去,与酸性有关,而与强氧化性无关,故D错误。
考点1 氨气的性质
典例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与浓盐酸挥发的HCl气体反应产生了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,湿润的红色石蕊试纸变蓝
NH3是一种可溶性碱
解析 B项,浓H2SO4可与NH3发生反应;C项,该溶液也可能是MgCl2溶液等;D项浓氨水滴到NaOH固体上,放出大量的热,使NH3挥发出来的同时,也有水蒸气产生,故干燥的红色石蕊试纸也变蓝色。
NH3·H2O是碱,而NH3不属于碱。
答案 A
名师精讲
1.氨气的特殊性质
(1)氨是中学阶段所学的唯一的碱性气体,能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,利用这一点,可以在推断题中作为解题的突破口。
(2)氨水中含有三种分子(H2O、NH3·H2O、NH3)和三种离子(OH-、NH
、H+),其中含量最多的是NH3·H2O,但计算其物质的量浓度和溶质质量分数时,氨水的溶质以NH3代替。
(3)氨水中存在平衡:
NH3+H2ONH3·H2ONH
+OH-。
生成的一水合氨(NH3·H2O)是一种弱碱,很不稳定,受热会分解:
NH3·H2O
NH3↑+H2O。
当氨水作反应物时,在离子方程式中用分子式表示。
2.喷泉实验的原理及应用
(1)喷泉实验的原理
由于容器内外产生压强差而形成喷泉。
气体迅速溶于水或某种溶液中,容器内压强小于容器外压强,从而产生喷泉,依据这一原理,只要能够造成容器内气体大量溶于液体,就可以形成喷泉。
(2)形成喷泉的类型
①只要气体易溶于吸收剂,均可做喷泉实验,吸收剂可以是水,也可以是酸液、碱液等。
下面是几种常见的能形成喷泉的气体和液体。
②容器内的液体由于受热挥发(如浓盐酸、浓氨水、酒精等)或由于发生化学反应产生气体。
容器内产生大量气体,压强迅速增大,促使容器内液体迅速向外流动,也能形成喷泉。
如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等均是利用此原理。
1.某同学仿照“喷泉”实验的原理,在实验室做了一个“喷烟”实验,如图所示。
他在甲、乙两个烧瓶中分别充入X、Y两种无色气体,在胶头滴管中盛有含酚酞的NaOH溶液,实验时将胶头滴管内的液体挤入甲烧瓶内,然后打开止水夹,便可以看到甲烧瓶中的导管口喷出白色的烟,同时甲烧瓶中的溶液颜色逐渐变浅。
若已知X、Y是HCl、NH3、Cl2、O2、CH4、SO2、NO气体中的两种,则下列判断中正确的是( )
A.X是NH3,Y是HClB.X是Cl2,Y是NH3
C.X是SO2,Y是O2D.X是NO,Y是O2
答案 A
解析 根据题中已知的气体,能产生白烟的是HCl和NH3或Cl2和NH3,再根据题中信息“甲烧瓶中的溶液颜色逐渐变浅”可知X是NH3,Y是HCl,故A项正确。
2.某兴趣小组用如图所示装置探究氨的催化氧化。
(1)氨催化氧化的化学方程式为__________________________。
(2)加热玻璃管2一段时间后,挤压1中打气球鼓入空气,观察到2中物质呈红热状态;停止加热后仍能保持红热,该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)为保证在装置4中观察到红棕色气体,装置3应装入________;若取消装置3,在装置4中仅观察到大量白烟,原因是____________________。
(4)为实现氨的催化氧化,也可用装置5替换装置________(填装置代号);化合物X为________(只写一种),Na2O2的作用是______________________________________________________。
答案
(1)4NH3+5O2
4NO+6H2O
(2)放热
(3)浓H2SO4 生成的NO与O2反应生成NO2,NO2和水反应生成HNO3,NH3与HNO3反应生成了NH4NO3
(4)1 NH4Cl 与HCl反应生成氧气(其他合理答案均可)
解析
(1)氨催化氧化的化学方程式:
4NH3+5O2
4NO+6H2O。
(2)停止加热后催化剂Cr2O3仍能保持红热,说明该反应放出大量的热,是一个放热反应。
(3)经过装置2后的混合气体中含有NO、O2、水蒸气、NH3,NO与O2反应生成NO2,NO2和水反应生成HNO3,NH3和HNO3反应生成了NH4NO3,该反应有大量白烟生成。
要在装置4中看到红棕色的NO2气体,必须要用一种试剂吸收掉NH3和水蒸气而浓H2SO4正好符合题意。
(4)装置5与上面题目中的其他装置相比较,该装置要提供NH3和O2,故和装置1相类似,加热时既能提供NH3,同时又能和Na2O2反应产生O2的物质可以是NH4Cl,也可以是NH4HCO3等。
考点2 氨气的制法
典例2 某同学用下列装置(固定及夹持装置、加热仪器和橡胶管略)进行有关氨制取的实验探究。
请回答下列问题:
(1)若用装置①制取NH3,其反应的化学方程式为________________________________;若要测定生成的NH3的体积,则必须选择的装置是________(填装置序号),装置中所盛试剂应具有的性质是________。
(2)若用装置②制取并收集干燥的NH3,烧瓶内装的试剂是________,分液漏斗中装的试剂是________,收集装置应选择________(填装置序号)。
解析
(1)装置①适用于“固+固”加热制取气体,制取NH3时试剂选用NH4Cl和Ca(OH)2。
若测定NH3的体积,必须用排液体法,而NH3极易溶于水,故不能用排水法,所用的液体必须不与NH3反应也不溶解NH3才行。
(2)装置②是“固+液”不需加热的制气装置,制取NH3时,可用浓氨水和碱石灰等作用。
答案
(1)2NH4Cl+Ca(OH)2
2NH3↑+CaCl2+2H2O ③⑦ 氨气难溶于该试剂,且该试剂不易挥发,不与氨气反应
(2)CaO(或NaOH或碱石灰)固体 浓氨水 ⑥
名师精讲
1.实验室制备氨气的注意事项
(1)制取氨气时所用的铵盐不宜用硝酸铵、碳酸铵或碳酸氢铵。
因为在加热过程中,NH4NO3可能发生爆炸;而(NH4)2CO3、NH4HCO3受热易分解产生CO2,使生成的NH3中混有较多的CO2杂质。
(2)消石灰不能用NaOH、KOH代替,一方面Ca(OH)2比NaOH便宜,另一方面NaOH、KOH具有吸湿性,易结块,不利于产生NH3,且在加热条件下易腐蚀试管。
(3)氨是碱性气体,不能用酸性干燥剂(浓硫酸、P2O5)干燥,也不能用CaCl2干燥,因为CaCl2可以吸收NH3生成CaCl2·8NH3。
(4)吸收氨气(或HCl)时要注意防止倒吸。
可用于吸收氨气(或HCl)并能防倒吸的常用装置为:
(5)铵盐受热都能分解,但不是都产生NH3,如NH4NO3在200℃时分解生成N2O和H2O。
2.实验室快速制取氨气的方法
3.实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置,其中正确的是( )
A.①是氨气发生装置
B.③是氨气发生装置
C.②是氨气吸收装置
D.④是氨气收集、检验装置
答案 B
解析 装置①中NH4Cl受热易分解生成NH3和HCl,但在试管口附近两者又能结合生成NH4Cl,A错误;装置②中的漏斗放置过低,不能防止倒吸,C错误;装置④中的试管口应放一团干燥的棉花,以防氨气与空气对流,从而收集到较纯的NH3,D错误。
4.如图所示分别是某课外活动小组设计的制取氨气的两组装置,回答下列问题:
(1)用A图所示的装置可制备干燥的NH3:
反应的化学方程式为____________________________。
装置中收集NH3的试管口放置棉花团的作用是______________________________________________。
(2)用B图所示的装置可快速制取较大量NH3:
①用文字和化学方程式表示浓氨水滴入CaO中有大量NH3逸出的过程:
__________________________________________。
②检验NH3是否收集满的实验方法是_____________________
________________________________________________________。
答案
(1)2NH4Cl+Ca(OH)2
CaCl2+2NH3↑+2H2O 减少空气对流,收集到较纯净的NH3
(2)①CaO+H2O===Ca(OH)2,反应放热,NH3·H2O
NH3↑+H2O
②用蘸有少许浓盐酸的玻璃棒靠近收集NH3的容器口,若产生白烟,说明容器内已收集满NH3,反之,则没有收集满(或用湿润的红色石蕊试纸靠近收集NH3的容器口,若湿润的红色石蕊试纸变蓝,则说明NH3已收集满,反之,则没有收集满)(其他合理答案也可)
解析
(1)A图所示的装置中发生的反应为2NH4Cl+Ca(OH)2
CaCl2+2NH3↑+2H2O;为了防止氨气与空气对流,确保收集满纯净的氨气,故用棉花团堵住试管口。
(2)虽然一水合氨与生石灰不反应,但是生石灰与水反应剧烈且放热,使大量氨气逸出:
NH3·H2O
NH3↑+H2O。
考点3 铵盐 NH
的检验
典例3 (2017·郑州模拟)下列说法中正确的是( )
A.所有铵盐受热均可以分解,产物均有NH3
B.硝酸铵受热易分解爆炸,实验室常用加热氯化铵与氢氧化钙的固体混合物制备氨气
C.在盛有硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液的试管中,滴加少量NaOH溶液,在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验,试纸变蓝
D.铵盐都易溶于水,其水溶液均呈酸性
解析 铵盐分解不一定产生NH3,如NH4NO3在400℃以上分解生成N2、NO2和H2O,A项错误;Fe2+比NH
更易结合OH-,因而加入少量NaOH溶液,不会产生NH3,C项错误;NH4HCO3、(NH4)2S溶液等均呈碱性,D项错误。
答案 B
名师精讲
1.铵盐特例
(1)铵盐分解不一定产生NH3,如NH4NO3加热到一定温度时会发生爆炸,生成多种气体。
(2)铵盐遇碱性物质能发生反应产生氨,因此铵态氮肥不宜和碱性物质(如含K2CO3的草木灰)混合施用。
2.NH
的检验
5.
(1)氢化铵(NH4H)与氯化铵的结构相似,写出NH4H与H2O反应的化学方程式:
_________________________________________。
(2)用浓NH4Cl溶液处理过的舞台幕布不易着火,其原因是_______________________________________________________。
答案
(1)NH4H+H2O===NH3·H2O+H2↑
(2)NH4Cl分解吸热,使温度降低且产生的气体隔绝了空气
6.碳铵是一种较常使用的化肥,它在常温下易分解。
某化学兴趣小组对碳铵的成分存在疑问,进行了如下探究。
【定性实验】检验溶液中的阴、阳离子。
取少量固体放入试管中,加入盐酸,把生成的气体通入澄清石灰水中,有白色沉淀生成。
再另取少量碳铵放入试管中,加入浓NaOH溶液,加热,用湿润的红色石蕊试纸检验生成的气体,石蕊试纸变蓝色。
(1)根据实验现象,推测碳铵中含有的阴离子可能是________或________。
(2)根据实验现象,碳铵与足量NaOH溶液加热反应的离子方程式可能是____________________________________(任写一种)。
【定量实验】测定碳铵中C元素和N元素质量比。
该兴趣小组准确称取ag碳铵,加热使之分解,并把产物通入碱石灰中,如下图所示。
(3)碳铵固体应放在________(填字母)中进行加热。
A.大试管B.蒸发皿
C.烧瓶D.坩埚
(4)从安全的角度考虑,尾气处理的装置可以选用________(填字母)。
(5)若灼烧后没有固体残余,称量U形管在实验前后的质量差为bg。
由此测得N元素的质量是________g。
答案
(1)HCO
CO
(2)NH
+OH-
NH3↑+H2O(或NH
+HCO
+2OH-
NH3↑+2H2O+CO
)
(3)A (4)A (5)
解析
(1)气体为二氧化碳,碳铵中的阴离子为HCO
或CO
。
(2)碳铵中如果含有碳酸铵,离子方程式为NH
+OH-
NH3↑+H2O;碳铵中如果含有碳酸氢铵,离子方程式为NH
+HCO
+2OH-
NH3↑+2H2O+CO
。
(3)蒸发皿用于液体加热;坩埚属于开放容器不利于收集;烧瓶太大;试管最合适。
(4)B、C装置容易倒吸,D装置密封不科学,尾气中含有氨气,应该用向下排空气法收集,A装置符合,同时可以防止倒吸。
(5)碳铵分解生成二氧化碳、水、氨气,被碱石灰吸收的是二氧化碳和水,所以产生氨气的质量为(a-b)g,其中N元素的质量为
g。
考点4 硝酸的性质
典例4 下列说法正确的是( )
A.常温下将浓HNO3滴入铁粉中无明显现象,故浓HNO3与铁不反应
B.用如图装置进行实验,将装置①中的浓硝酸滴入装置②用砂纸打磨过的铝条中可观察到产生红棕色气体
C.HNO3见光会分解
D.向稀HNO3中滴加Na2SO3溶液:
SO
+2H+===SO2↑+H2O
解析 常温下浓HNO3使Fe钝化,不是不反应,A错误;B项中在常温下铝遇浓硝酸会发生钝化,不会产生二氧化氮,错误;C项中,硝酸见光和受热均会分解,正确;D项中,HNO3与Na2SO3发生氧化还原反应,生成SO
与NO,错误。
答案 C
名师精讲
1.硝酸的性质
(1)硝酸与非金属单质反应
硝酸与非金属单质反应时,非金属单质被氧化成最高价氧化物或其对应的含氧酸,硝酸只表现氧化性,完全转化为还原产物。
如:
C+4HNO3(浓)
2H2O+CO2↑+4NO2↑
S+6HNO3(浓)
2H2O+H2SO4+6NO2↑
(2)硝酸与金属反应
①硝酸与金属单质反应一般不产生氢气。
②硝酸与金属单质反应时一部分被还原,一部分生成硝酸盐,故硝酸既表现了酸性又表现了氧化性。
③浓硝酸与金属反应时,若金属过量,开始反应时浓硝酸被还原为NO2,随着反应的进行,HNO3浓度降低,还原产物会变为NO。
④硝酸在氧化还原反应中,其还原产物可能有多种价态的物质:
NO2、HNO2、NO、N2O、N2、NH4NO3等,这取决于硝酸的浓度和还原剂还原性的强弱,一般情况下,硝酸的浓度越小,其还原产物的价态越低。
实验证明,硝酸浓度越大,得电子的能力越强,因而其氧化能力越强。
2.NO
在酸性条件下的强氧化性
NO
在酸性条件下具有强氧化性,往往作为隐含条件出现在试题中,在解题中往往被忽视而形成易错点。
常见的隐含形式有
(1)在离子共存问题中,NO
在酸性条件下不与具有较强还原性的离子如S2-、I-、Fe2+等大量共存。
(2)SO
的检验中不能用HNO3酸化、不能用Ba(NO3)2作沉淀剂,以防止SO
的干扰。
(3)向Ba(NO3)2溶液中通入还原性气体SO2可得到BaSO4沉淀。
(4)向Fe(NO3)2溶液中加入非氧化性酸,如盐酸,Fe2+能被氧化为Fe3+。
(5)向过量铜与一定量硝酸反应后的混合物中加入非氧化性酸,铜能继续溶解。
(6)向含还原性离子的酸性溶液中加入硝酸盐,还原性离子可被氧化。
7.在通风橱中进行下列实验:
步骤
现象
Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色
Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止
Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡
下列说法不正确的是( )
A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式:
2NO+O2===2NO2
B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应
C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3
D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化
答案 C
解析 铁放入稀HNO3中发生反应Fe+4HNO3===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,NO逸出,遇到O2生成NO2,气体由无色变为红棕色,A正确;铁放入浓HNO3中,在常温下会钝化,即在Fe表面形成致密的氧化膜,阻止Fe进一步反应,B正确;浓HNO3的氧化性强于稀HNO3,C错误;在铁、铜之间加一个电流计,根据电子的流向,可判断铁是否被氧化。
若电子由铁移动到铜,则铁被氧化,D正确。
8.如图所示,向一定量的铁粉中加入一定体积12mol·L-1的硝酸,加热充分反应后,下列微粒在体系中一定大量存在的是( )
①NO
②Fe3+ ③H+ ④NO ⑤NO2
A.①B.①⑤C.②④⑤D.①②③⑤
答案 B
解析 Fe与浓HNO3反应可能生成Fe(NO3)2(Fe过量)或Fe(NO3)3(Fe不足)和NO2。
故一定存在NO
和NO2。
微专题
金属与硝酸反应计算的方法技巧
1.思维模型
2.计算技巧
原子守恒法
HNO3与金属反应时,一部分HNO3起酸的作用,以NO
的形式存在于溶液中;一部分作为氧化剂转化为还原产物,这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量
得失电子守恒法
HNO3与金属的反应属于氧化还原反应,HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量
电荷守恒法
HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH-),c(NO
)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)
离子方程式计算法
金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时,由于硝酸盐中NO
在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应,因此此类题目应用离子方程式来计算,先作过量判断,然后根据完全反应的金属或H+或NO
进行相关计算,且溶液中要符合电荷守恒
(建议用时:
40分钟)
一、选择题(每题7分,共84分)
1.下列说法不正确的是( )
A.氨气溶于水能导电,所以氨气是电解质
B.实验室用浓氨水与NaOH固体制取氨气
C.氨与酸反应生成铵盐,与挥发性酸相遇时能形成白烟
D.某晶体与NaOH共热放出一种使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,该晶体中含有NH
答案 A
解析 NH3本身不导电,溶于水,与水反应生成电解质NH3·H2O,故NH3不是电解质,A不正确。
2.下列说法正确的是( )
A.氨水中含氮微粒中最多的微粒是NH
B.把NH3通入稀硝酸中,当溶液的pH等于7时,是NH3和HNO3等物质的量反应
C.在1mol·L-1氨水中,NH3·H2O、NH
、NH3的物质的量浓度之和为1mol·L-1
D.氨气可以做喷泉实验,这是利用氨气能跟水起反应
答案 C
解析 氨水中存在大量的NH3·H2O和少量的NH
,A不正确;NH3和HNO3等物质的量反应时,得到NH4NO3溶液,
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