第12讲 氮及其化合物高考化学一轮复习名师精讲练.docx
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第12讲氮及其化合物高考化学一轮复习名师精讲练
第12讲氮及其化合物
【知识梳理】
一、氮气与氮的氧化物
1.氮气
自然界存在
氮元素在元素周期表中位于第二周期ⅤA族。
在自然界中,氮元素既有 态,也有化合态,大部分氮元素以游离态的形式存在于空气中。
将空气中游离的氮转变成氮的化合物的方法叫做氮的固定,氮的固定的方式有自然固氮、生物固氮、工业固氮
物理性质
N2是无色、无味气体,密度比空气略小,难溶于水
化学性质
稳定性
常温下,氮气化学性质稳定(氮氮三键的键能大),通常情况下不易发生化学反应
氧化性
3Mg+N2Mg3N2
N2+3H22NH3
还原性
N2+O22NO
2.一氧化氮和二氧化氮
氮的氧化物
NO
NO2
物理性质
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶
能溶
化学性质
与O2反应
2NO+O2===2NO2
与H2O反应
3NO2+H2O===2HNO3+NO
聚合反应
2NO2(红棕色)N2O4(无色)
实验室制法
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
与环境的关系
空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等,空气中NO、NO2是形成酸雨、光化学烟雾的主要因素
温馨提示:
(1)氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因,同时也可造成水体污染。
汽车尾气中的氮氧化物(燃料在发动机内高温燃烧时,空气中的氮气与氧气反应生成的)与碳氢化合物经紫外线照射发生反应生成形成的一种有毒的烟雾,称为光化学烟雾。
光化学烟雾具有特殊气味,刺激眼睛、伤害植物并使大气能见度降低。
(2)收集NO用排水法,收集NO2用向上排空气法,前者易与氧气反应,后者易与水反应。
(3)工业上就是利用3NO2十H2O=2HNO3+NO这一原理制取HNO3,为了提高NO2的吸收率,在吸收的过程中要补充适量的O2,所以总的吸收反应可表示为:
4NO2+O2+2H2O=4HNO3。
NO与O2配比适当时,也可以被水完全吸收。
总的吸收反应可表示为:
4NO+3O2+2H2O=4HNO3。
(4)通常“纯净”的NO2或N2O4并不纯,因为在常温、常压下能发生聚合反应。
由于此可逆反应的发生,通常实验测得NO2的相对分子质量大于它的实际值,或在相同条件下,比相同物质的量的气体体积要小。
同理,通常实验测得N2O4的相对分子质量小于它的实际值,或在相同条件下,比相同物质的量的气体体积要大。
此外涉及NO2气体的颜色深浅、压强、密度等要考虑此反应。
例题1、下列说法正确的是。
下列说法正确的是。
①用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO
②密闭容器中2molNO与1molO2充分反应,产物的分子数为2NA
③燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施
④氮元素有负化合价,正化合价和零价,因而常温下,N2既能与氧气反应,又能与H2反应
⑤1molN2与4molH2反应生成的NH3分子数为2NA
⑥NO可以是某些含低价氮物质氧化的产物
⑦NO是亚硝酸的酸酐
⑧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
⑨工业合成氨属于人工固氮
⑩制二氧化氮时,用水或NaOH溶液吸收尾气
⑪用湿润的碘化钾淀粉试纸鉴别Br2(g)和NO2
⑫N、Si、S的单质均能和氧气反应,生成的产物分别是NO2、SiO2和SO2
【指点迷津】氮的氧化物溶于水的计算
(1)NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水可依据3NO2+H2O=2HNO3+NO利用气体体积变化差值进行计算。
(2)NO2和O2的混合气体溶于水时由4NO2+O2+2H2O=4HNO3进行计算,当体积比V(NO2):
V(O2)=4:
1时,恰好反应;>4:
1时,NO2过量,剩余NO;<4:
1时,O2过量,剩余O2。
(3)NO和O2同时通入水中时,由4NO+3O2+2H2O=4HNO3进行计算,原理同②方法。
(4)NO、NO2、O2的混合气体通入水中,先按①求出NO的体积,再加上混合气体中NO的体积再按③方法进行计算。
二、硝酸
1.物理性质:
纯硝酸为无色、刺激性气味、易挥发液体,能与水以任意比例互溶,常用浓硝酸的质量分数大约为69%。
2、化学性质
化学性质
化学反应
应用(化学方程式)
不稳定性
浓硝酸遇光遇热易分解产生的NO2
浓硝酸贮存在棕色试剂瓶中,避光保存放置于阴凉处
强酸性
稀硝酸能使紫色石蕊试液变红色,浓硝酸能使石蕊试液先变红色,微热后褪色
鉴别浓、稀硝酸
强氧化性
除Pt、Au外,大部分金属均能与HNO3反应
王水(浓硝酸和浓盐酸体积之比为1∶3)能溶解铂和金
常温下,浓硝酸、浓硫酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化,
用铁、铝容器贮存冷的浓HNO3
Cu与浓HNO3反应
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
Cu与稀HNO3反应
3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
碳与浓HNO3反应
C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O
与某些还原性化合物或离子的反应
H2S、SO2、HBr、HI、FeCl2等
有机反应
与苯及其同系物发生硝化反应,与醇发生酯化反应,与蛋白质发生颜色反应等
鉴别蛋白质(带苯环)
温馨提示:
①浓硝酸贮存在棕色试剂瓶中,避光保存放置于阴凉处。
②无论浓稀硝酸均具有强氧化性,与金属反应时不放出氢气。
③常温下,浓硝酸、浓硫酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化,保护内部的金属不再跟硝酸反应,所以可以用铝质或铁质容器盛浓硝酸。
④浓硝酸和浓盐酸按体积之比为1∶3组成的混合物叫王水,王水能溶解铂和金。
⑤非金属和浓硝酸反应,非金属被氧化成高价的含氧酸或最高价氧化物。
⑥在溶液中NO3—几乎与所有离子能大量共存,当溶液的酸性较强时可形成硝酸溶液,具有还原性的某些离子则不能与其大量共存,如NO3—、H+、Fe2+中任意两者能大量共存,但三者混合则不能大量共存。
即NO3—在中性或碱性溶液中不表现氧化性,而在酸性溶液中表现强氧化性。
⑦氧化剂氧化能力的强弱决定于得电子能力的强弱,而不是本身的被还原程度。
实验证明:
硝酸越浓得电子的能力越强,因而氧化能力越强。
如稀硝酸能将HI氧化为I2,而浓硝酸可将HI氧化为HI03。
例题2、下列说法正确的是。
①1molFe溶于过量硝酸,电子转移数为2NAA
②将铜丝插入稀硝酸中:
Cu+4H++2NO===Cu2++2NO2↑+H2O
③将铁屑放入稀HNO3中证明Fe比H2活泼
④向稀HNO3中滴加Na2SO3溶液:
SO+2H+===SO2↑+H2O
⑤SO2和SO3混合气体通入Ba(NO3)2溶液可得到BaSO3和BaSO4
⑥将可调高度的铜丝伸入稀HNO3中,溶液变蓝,说明铜与稀HNO3发生置换反应
⑦稀硝酸可除去试管内壁的银镜
⑧过量的铜与浓硝酸反应,产物中一定有NO
⑨将相同质量的铜分别与足量的浓硝酸、稀硝酸反应,硝酸浓度越大消耗的硝酸越少,产生的有毒气体也越少
⑩Fe2+、Mg2+、Cl-、NO能大量共存于pH=0的溶液中
⑪向Fe(NO3)2溶液中滴加稀盐酸,无明显变化
⑫在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解,再加入Cu(NO3)2固体,铜粉仍不溶解
【指点迷津】硝酸与金属反应的一般规律
(1)金属与HNO3反应一般不生成H2,浓HNO3一般被还原为NO2,稀HNO3一般被还原为NO。
(2)足量金属与一定量浓硝酸反应时,随着硝酸浓度的降低,产物也发生改变。
(3)金属与H2SO4、HNO3的混合酸或金属与稀H2SO4、硝酸盐混合反应时,由于硝酸盐中NO在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应。
(4)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。
①金属+浓硝酸→金属硝酸盐+NO2↑+H2O:
反应中,表现氧化性(被还原)的HNO3占;表现酸性生成硝酸盐的HNO3占。
②金属+稀硝酸→金属硝酸盐+NO↑+H2O:
反应中,表现氧化性(被还原)的HNO3占;表现酸性生成硝酸盐的HNO3占。
三、氨气与铵盐
1.分子结构:
由极性键形成的三角锥形的极性分子,N原子有一孤对电子;N-3价,为N元素的最低价态。
2.物理性质:
无色、刺激性气味的气体,密度比空气小,极易溶于水,常温常压下1体积水能溶解700体积的氨气,易液化(可作致冷剂)。
温馨提示:
(1)喷泉实验的原理:
气体在溶液中溶解度大或者可与液体发生剧烈反应,且不再产生新的气体或者气体体积急剧减小,造成烧瓶内外压强差较大,即可发生“喷泉”现象。
(2)喷泉实验的操作要点:
烧瓶中充满干燥气体,挤出胶头滴管中的水,打开止水夹。
(3)喷泉实验成功的关键:
收集氨气的烧瓶要干燥;收集的氨气要全充满;装置要密闭不漏气;玻璃管的长度不能过长;实验不可能实现全充满。
3.化学性质
化学反应
化学方程式
备注
与水的反应
NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-
氨气溶于水得氨水,氨水中含有的粒子有NH3、H2O、NH3·H2O、NH4+、OH-、H+,氨水为可溶性一元弱碱,易挥发,不稳定,易分解
与酸反应
HCl+NH3===NH4Cl
蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近有白烟生成,该反应用于氨气或氯化氢气体的检验
与盐溶液反应
Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH
生成红褐色沉淀
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
生成白色胶状沉淀,白色沉淀可溶于盐酸和氢氧化钠溶液
Ag++NH3·H2O===AgOH↓+NH
AgOH+2NH3·H2O==[Ag(NH3)2]++OH-+2H2O
先生成白色沉淀后消失
与氧气反应
4NH3+5O24NO+6H2O
氨的催化氧化是工业制硝酸的基础反应
温馨提示:
①NH3是唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,可用于氨气的检验。
②氨水与液氨为不同物质,氨水为混合物,液氨为纯净物;NH3为非电解质,而NH3·H2O为弱电解质。
③氨水的密度小于水的密度,氨水的浓度越大,密度越小。
3.实验室制法
反应原理
2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑
制取装置
固体与固体反应加热制取气体的装置,与制氧气相似
收集方法
只能用向下排空气法收集,并在收集的试管口塞上棉花,防止生成的NH3和空气对流,确保收集到纯净的氨气
气体检验
①用湿润的红色石蕊试纸(变蓝);②用蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口(白烟)
气体干燥
用碱石灰做干燥剂
温馨提示:
①制氨气所用铵盐不能用硝铵、碳铵。
因为加热过程中NH4NO3可能发生爆炸而发生危险;而NH4HCO3受热极易分解产生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,原因是NaOH、KOH具有吸湿性,易结块,不利于产生NH3,在加热条件下能腐蚀试管。
③由于NH3极易溶于水,在制备收集过程中,都应尽可能地不与水接触,以防减少损失和防止倒吸现象。
④因氨气比空气轻,易与空气发生对流,所以收集氨气时,导气管应插入收集气体的试管底部附近,管口塞一团干燥的棉花团,来防止NH3与空气对流,确保收集到纯净的氨气。
⑤实验室快速制氨气的方法:
用浓氨水加固体NaOH或加热浓氨水。
4.铵盐
由铵离子和酸根离子构成
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