第四章第4讲氮及其化合物讲义.docx
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第四章第4讲氮及其化合物讲义
第4讲 氮及其化合物
[考纲要求] 1.了解NO、NO2的性质。
2.掌握硝酸的性质和用途,结合金属与HNO3的反应,掌握守恒法的计算技巧。
3.了解氮的氧化物及含磷洗涤剂对环境及人类健康的影响。
4.了解氨气、铵盐的性质及用途;掌握氨气的实验室制法。
5.掌握铵根离子的检验。
考点一 氮气及其氧化物
1.氮气
2.氮的氧化物
氮有多种价态的氧化物:
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。
完成NO和NO2的比较表:
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
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
特别提醒
(1)氮的氧化物都是大气污染物。
(2)空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。
(3)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。
(4)NO2:
既有氧化性又有还原性,以氧化性为主。
NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。
1.汽车排放的尾气中含有NO2,NO2是城市大气污染的主要污染物之一,在日光照射下,NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应,从而不断产生O3,加重空气污染。
反应过程为①2NO2―→2NO+2O,②2NO+O2―→2NO2,③O+O2―→O3。
下列对该反应过程及生成物叙述正确的是( )
A.NO2起催化剂作用B.NO起催化剂作用
C.NO2只起氧化剂作用D.O3与O2为同分异构体
答案 A
解析 反应过程①+②得O2―→2O,③O+O2―→O3,NO2起催化剂作用,反应过程中NO2作氧化剂,A项正确,B、C项错误;O3与O2的相对分子质量不相同,不是同分异构体,属同素异形体,D项错误。
2.氮的氧化物(用NOx表示)是大气污染物,必须进行处理。
(1)汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质,这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。
①汽车尾气中的CO来自于________________________,NO来自于__________________。
汽车尾气对环境的危害主要有________________________(至少填两种)。
②汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理,使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。
反应的化学方程式可表示为_____________________________。
答案
(1)①汽油的不完全燃烧 N2与O2在汽车汽缸内的高温环境下的反应 形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应(任填两种即可) ②2xCO+2NOx
2xCO2+N2 解析
(1)①汽车汽缸内不断进行着汽油的燃烧反应,当空气不足时,汽油不完全燃烧,会产生CO;当空气过量时,N2和O2在放电或高温条件下反应生成NO。
汽车尾气对环境的危害很大,可以形成硝酸型酸雨,导致光化学烟雾,产生温室效应。
②CO、NOx反应后生成的无毒气体为CO2和N2。
氮氧化物对环境的影响
1.常见的污染类型
(1)光化学烟雾:
NOx在紫外线作用下,与碳氢化合物发生一系列光化学反应,产生的一种有毒的烟雾。
(2)酸雨:
NOx排入大气中后,与水反应生成HNO3和HNO2,随雨雪
降到地面。
(3)破坏臭氧层:
NO2可使平流层中的臭氧减少,导致地面紫外线辐
射量增加。
2.常见的NOx尾气处理方法
(1)碱液吸收法
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O
NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是:
n(NO2)≥
n(NO)。
一般适合工业尾气中NOx的处理。
3.如图所示,试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物),当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内水面上升,
但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,可以观察到试管中水柱继续上升,经过多次重复后,试管内完全被水充满,原来试管中盛装的气体是( )
A.可能是N2与NO2的混合气体
B.只能是O2与NO2的混合气体
C.可能是NO与NO2的混合气体
D.只能是NO2一种气体
答案 C
解析 解答本题要注意以下两点:
(1)明确氮气不溶于水,且常温下不与其他物质发生化学反应;
(2)NO2可与水反应生成不溶于水的NO,NO2和NO分别与氧气按适当的比例可被水完全吸收。
考点二 硝酸的性质及应用
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)不稳定性
反应:
4HNO3
2H2O+4NO2↑+O2↑。
(2)强氧化性
硝酸无论浓、稀都有强氧化性,而且浓度越大氧化性越强。
按要求完成下列反应的方程式:
①与金属反应:
稀硝酸与铜反应:
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O;
浓硝酸与铜反应:
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
②与非金属反应:
浓硝酸与C的反应:
C+4HNO3(浓)
CO2↑+4NO2↑+2H2O;
③与还原性化合物反应:
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2+等还原性物质。
稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式:
3Fe2++4H++NO
===3Fe3++NO↑+2H2O。
(3)与有机物反应
①硝化反应(与C6H6反应):
C6H6+HNO3
C6H5NO2+H2O;
②颜色反应:
蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。
题组一 硝酸的酸性和强氧化性
1.下列有关硝酸化学性质的叙述中,正确的是( )
A.浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色
B.硝酸能与FeO反应,只表现氧化性
C.硝酸可与Na2S反应制得H2S气体
D.浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色
答案 D
解析 硝酸是一种具有强氧化性的强酸,并且浓度越大,氧化性越强。
浓硝酸可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色,故选项A错;硝酸是一种强氧化性酸,可氧化许多还原性物质,因此硝酸与Na2S反应不能生成H2S,与FeO反应时表现氧化性和酸性,所以选项B、C错,选项D正确。
2.下列说法正确的是( )
A.投入铁片产生H2的溶液中可大量存在H+、Mg2+、SO
、NO
B.可用稀硝酸除去试管内壁上的银镜
C.1.0mol·L-1的KNO3溶液中可大量存在H+、Fe2+、Cl-、SO
D.硫化铜溶于硝酸的离子方程式为CuS+2H+===H2S↑+Cu2+
答案 B
解析 硝酸具有强氧化性,因而含有NO
的酸性溶液不能与铁反应产生H2,A项错;硝酸可溶解银,B项正确;Fe2+在稀HNO3中不能大量存在,C项错;硝酸与CuS不能发生复分解反应,而是氧化还原反应,D项错。
1.硝酸与金属反应的规律
(1)HNO3与金属一般不能产生H2。
(2)还原产物一般为HNO3(浓)→NO2,HNO3(稀)→NO;很稀的
硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。
(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。
2.涉及HNO3的离子反应常见的易错问题
(1)忽视NO
在酸性条件下的强氧化性。
在酸性条件下NO
不
能与Fe2+、I-、SO
、S2-等还原性较强的离子大量共存。
(2)在书写离子方程式时,忽视HNO3的强氧化性,将氧化还原
反应简单的写成复分解反应。
3.在标准状况下将1.92g铜粉投入一定量浓HNO3中,随着铜粉的溶解,反应生成的气体颜色逐渐变浅,当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12L,则反应消耗HNO3的物质的量为( )
A.0.8molB.0.6molC.0.11molD.无法计算
答案 C
解析 原子守恒法
①被还原的硝酸物质的量即为气体NO2与NO物质的量的总和,n(HNO3)被还原=
=0.05mol,
②未被还原的HNO3的物质的量等于Cu(NO3)2中NO
的物质的量,
n(Cu)=
=0.03mol,所以n[Cu(NO3)2]=0.03mol,
③消耗的HNO3的物质的量为0.03mol×2+0.05mol=0.11mol,故C项正确。
4.有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸,其中H2SO4和HNO3的物质的量浓度分别是4mol·L-1和2mol·L-1,取10mL此混合酸,向其中加入过量的铁粉,待反应结束后,可产生标准状况下的气体的体积为(设反应中HNO3被还原成NO)( )
A.0.448LB.0.672LC.0.896LD.0.224L
答案 B
解析 金属和混酸反应通过离子方程式计算比较简便,3Fe+8H++2NO
===3Fe2++2NO↑+4H2O(铁过量,产物为Fe2+),反应中Fe和H+过量,生成的NO的量以NO
为准来计算,共得NO0.448L,若只考虑到这一步反应,得答案A是错误的,因为过量的铁还可以和溶液中过量的H+反应产生H2,即有Fe+2H+===Fe2++H2↑,生成的H2为0.224L,所以气体体积共计0.672L,应选B。
金属与硝酸反应计算题的一般方法
1.思维模型
2.计算中的守恒思想的应用
(1)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。
(2)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。
(3)电荷守恒法
HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH-)则有:
c(NO
)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)。
(4)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。
考点三 氨和铵盐
1.氨的分子结构和性质
(1)物理性质
氨气是无色有刺激性气味的气体,易液化可作制冷剂,常温、常压下,1体积的水可溶解700体积的氨气。
(2)分子结构
电子式:
,空间结构:
三角锥形。
(3)氨的化学性质
①与水的反应
NH3+H2ONH3·H2ONH
+OH-,氨气溶于水得氨水,氨水中含有的粒子有NH3·H2O、NH3、H2O、NH
、OH-、H+。
氨水为可溶性一元弱碱,易挥发,不稳定,易分解:
NH3·H2O
NH3↑+H2O。
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
化学方程式:
4NH3+5O2
4NO+6H2O。
④与盐溶液反应
将氨水加入下列溶液,完成下表:
被滴试剂
现象
离子方程式
FeCl3溶液
生成红褐色沉淀
Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH
AlCl3溶液
生成白色沉淀
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
(4)氨气的实验室制法
2.铵盐及NH
的检验
(1)铵盐的物理性质
铵盐都是白色固体,均易溶于水。
(2)铵盐的化学性质
(3)NH
的检验
未知液
呈碱性
湿润的红色石蕊试纸变蓝色,则证明含NH
。
3.追根求源——喷泉实验的原理
中学教材中喷泉实验装置如右图所示。
实验操作是:
打开橡皮管上的夹子,挤
压滴管的胶头,则烧杯中的水由玻璃管进入烧瓶,形成喷泉。
(1)喷泉实验的原理
因为烧瓶内气体易溶于水或易与水反应,使瓶内压强减小,形成压强差,大气压将烧杯中
的水压入烧瓶而形成喷泉。
(2)能形成喷泉的条件
从原理上讲,气体要易溶于水或易与水反应,以形成足够大的压强差;从实验条件上讲,烧瓶内气体要充满,气体和仪器均要干燥,装置的气密性要好。
(3)可以形成喷泉的组合
液体是水时,NH3、HCl、SO2、NO2+O2等气体均可;液体是NaOH溶液时,Cl2、CO2、H2S、SO2等气体均可。
另外SO2和氯水、CH2===CH2与溴水等组合也可形成喷泉。
总之,组合条件是:
气体在溶液中的溶解度很大或通过反应,使气体的物质的量迅速减小,产生足够的压强差(负压)。
产生压强差的方法一般有:
一是使烧瓶外气压增大,烧瓶内气压不变;二是使烧瓶外气压不变,烧瓶内气压减小。
上述形成喷泉的组合选用的是第二种方法。
1.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,实验室常加热氯化铵与氢氧化钙的混合物制备氨气
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
答案 B
解析 铵盐分解不一定产生氨气,如NH4NO3在400℃以上分解生成N2、NO2和H2O,A项错;Fe2+比NH
更易结合OH-,因而加入少量NaOH,不会产生NH3,C项错;NH4HCO3、(NH4)2S等均呈碱性,D项错。
2.右图的装置中,干燥烧瓶内盛有某种气体,烧杯和滴管内盛放某种溶液。
挤
压滴管的胶头,下列与实验事实不相符的是( )
A.CO2(NaHCO3溶液)/无色喷泉
B.NH3(H2O中含酚酞)/红色喷泉
C.H2S(CuSO4溶液)/黑色喷泉
D.HCl(AgNO3溶液)/白色喷泉
答案 A
解析 CO2在NaHCO3溶液中的溶解度很小,因此不能形成喷泉;NH3极易溶于水生成NH3·H2O,NH3·H2O发生电离生成OH-,遇酚酞使之显红色;H2S和CuSO4反应生成CuS黑色沉淀;HCl极易溶于水,且和AgNO3发生反应生成白色沉淀;因此A不正确。
3.下图所示是实验室制取氨气的装置和选用的试剂,其中错误的是________。
答案
(1)(3)
解析 实验室制取氨气的方法有:
①铵盐与碱加热制取氨,常用固体NH4Cl与Ca(OH)2反应,试管口向下倾斜;②在浓氨水中加CaO,因为在氨水中存在平衡NH3+H2ONH3·H2ONH
+OH-,加入CaO,平衡向左移动,同时又放热促进氨水分解为氨气;③加热浓氨水,加快氨水分解为氨气。
(1)错在直接加热氯化铵(NH4Cl分解生成的NH3和HCl在试管口又冷凝成NH4Cl);(3)错在试管口向上倾斜。
考点四 氮及其重要化合物转化关系的综合应用
1.NH3是一种重要的化工原料,可以制备一系列物质(如图)。
下列有关表述正确的是( )
A.NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥
B.NH4Cl、HNO3和Na2CO3受热时都易分解
C.NH3和NO2在一定条件下可发生氧化还原反应
D.图中所涉及的盐类物质均可以水解
答案 C
解析 NaHCO3不能用作肥料,A项错;Na2CO3很稳定,受热时不易分解,B项错;图中的NaCl是强酸强碱盐,不水解,D项错。
2.实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下:
已知实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。
(1)从图中选择制取气体的合适装置:
氮气___________、氢气______________。
(2)氮气和氢气通过甲装置,甲装置的作用除了将气体混合外,还有________、________________________________。
(3)氨合成器出来经冷却的气体连续通入乙装置的水中吸收氨,________(“会”或“不会”)发生倒吸,原因是_______________。
(4)用乙装置吸收一段时间氨后,再通入空气,同时将经加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内,能使铂丝保持红热的原因是_______________________,
锥形瓶中还可观察到的现象是_____________________________________。
(5)写出乙装置中氨氧化的化学方程式:
________________________。
(6)反应结束后锥形瓶内的溶液中含有的离子为H+、OH-、________、________。
答案
(1)a b
(2)干燥气体 控制氢气和氮气的流速
(3)不会 因为混合气体中含有大量难溶于水的氮、氢两种气体
(4)氨的氧化反应是一个放热反应 有红棕色气体产生
(5)4NH3+5O2
4NO+6H2O
(6)NH
NO
练出高分
1.下列说法不正确的是( )
A.豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮气,属于化学变化
B.汽车尾气中排放的氮氧化合物主要是由游离态氮转化来的
C.化石燃料燃烧通常不释放出氮氧化合物
D.植物秸秆燃烧时放出氮氧化合物,参与了氮的循环
答案 C
解析 因是游离态的氮元素转化为化合态的氮元素,属于化学变化,A正确;汽车尾气中的NOx主要是空气中的N2、O2在气缸内化合生成,B正确;化石燃料燃烧也能释放氮氧化合物,C错;植物秸秆燃烧时放出氮氧化合物,随雨水转化为HNO3进入土壤,被植物吸收,参与了氮的循环,D正确。
2.(2012·上海,16)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,选项A错误;装置②中的漏斗放置过低,不能防止倒吸,选项C错误;装置④中的试管口应放一团湿润的棉花,选项D错误。
3.下列推断正确的是( )
A.N2、NO、NO2都是大气污染气体,在空气中都能稳定存在
B.向AlCl3溶液中滴加过量的氨水能看到先产生白色沉淀,后沉淀溶解
C.可用浓硫酸或者浓硝酸除去镀在铝表面的铜镀层
D.在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解;再加入Cu(NO3)2固体,铜粉就会溶解
答案 D
解析 A项中N2不是污染气体,NO在空气中不能稳定存在,错误;Al(OH)3不能溶于氨水,浓硫酸只有在加热时才能与铜反应,热的浓硫酸不能使铝钝化,因而B、C均不正确;在稀硫酸中加入Cu(NO3)2,NO
在H+作用下能溶解铜,D项正确。
4.[2012·江苏,16
(2)(3)(4)]利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的Ca(NO2)2,其部分工艺流程如下:
(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入,石灰乳从吸收塔顶喷淋),其目的是__________;滤渣可循环使用,滤渣的主要成分是________(填化学式)。
(3)该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。
若n(NO)∶n(NO2)>1∶1,则会导致________________;若n(NO)∶n(NO2)<1∶1,则会导致_____________________________。
(4)生产中溶液需保持弱碱性,在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解,产物之一是NO,其反应的离子方程式为__________________________________。
答案
(2)使尾气中的NO、NO2被充分吸收 Ca(OH)2
(3)排放气体中NO含量升高 产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高
(4)3NO
+2H+===NO
+2NO↑+H2O
5.(2013·大纲全国卷,28)制备氮化镁的装置示意图如下:
回答下列问题:
(1)检查装置气密性的方法是________,a的名称是________,b的名称是________。
(2)写出NaNO2和(NH4)2SO4反应制备氮气的化学方程式________________。
(3)C的作用是________,D的作用是________,是否可以把C与D的位置对调并说明理由________________________________________________________________________。
(4)写出E中发生反应的化学方程式__________________________________________。
(5)请用化学方法确定是否有氮化镁生成,并检验是否含有未反应的镁,写出实验操作及现象________________________________________________________________________。
答案
(1)微热b,这时G中有气泡冒出,停止加热冷却后,G中插在溶液里的玻璃管形成一稳定的段水柱,则气密性良好 分液漏斗 圆底烧瓶
(2)(NH4)2SO4+2NaNO2△,2N2↑+Na2SO4+4H2O
(3)除去氧气(及氮氧化物) 除去水蒸气 不能,对调后无法除去水蒸气
(4)N2+3Mg△,Mg3N2
(5)取少量产物于试管中,加入少量蒸馏水,试管底部有沉淀生成,可闻到刺激性氨味(或把湿润的红色石蕊试纸放在管口,试纸变蓝),证明产物中含有氮化镁;弃去上层清液,加入盐酸,若观察到有气泡产生,则证明产物中含有未反应的镁
解析
(1)检查装置气密性时要将装置设置成密闭体系(关闭分液漏斗活塞并在G中加入水),然后利用热膨胀原理来检验。
(2)NaNO2中N元素显+3价,在反应中将(NH4)2SO4中-3价氮氧化,两者发生归中反应生成N2,根据电子守恒和质量守恒来配平化学方程式。
(3)由于开始装置中含有空气,故利用硫酸亚铁除去空气中的O2及反应中生成的氮氧化物;浓硫酸的作用是作吸水剂,将生成的N2干燥。
(4)镁是活泼金属,在加热条件下能与氮气反应生成氮化镁。
(5)Mg3N2能与水反应生成NH3,故只要检验加入水后能否生成氨气即可知是否有Mg3N2生成;金属镁的检验可以通过加入酸来检验。
6.下图中A~J分别代表相关反应的一种物质。
已知A分解得到等物质的量的B、C、D,图中有部分生成物未标出。
请填写以下空白:
(1)A的化学式________。
(2)写出反应①②的化学方程式:
①________________________________________________________________________,
②________________________________________________________________________。
(3)写出反应③的离子方程式:
________________________________________。
(4)J与F反应的化学方程式:
_
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- 第四 及其 化合物 讲义