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第4講氮及其化合物最新展示1.了解氮元素單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)和應(yīng)用。2.了解氮元素單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響。熱點(diǎn)定位1.不同價(jià)態(tài)氮元素的轉(zhuǎn)化。2.HNO3、NOx的性質(zhì)及有關(guān)計(jì)算。3.NH3、NH4+的性質(zhì)及NH3的實(shí)驗(yàn)室制法。4.考查含氮化合物及其相關(guān)工業(yè)對(duì)環(huán)境的影響。一、氮?dú)饧暗难趸?.氮在自然界中的循環(huán)(1)氮的固定①含義:使空氣中

的氮轉(zhuǎn)化為

氮的過(guò)程。游離態(tài)化合態(tài)(2)圖解如下(括號(hào)內(nèi)填含氮微粒符號(hào),線上填固氮名稱)2.氮?dú)?.氮的氧化物(1)物理性質(zhì)顏色氣味毒性密度溶解性NO比空氣NO2比空氣與水發(fā)生反應(yīng)無(wú)色有毒稍重不溶紅棕色有刺激性氣味有毒重(2)化學(xué)性質(zhì)①NO―→NO2:

。②NO2―→HNO3(NO):

.(3)氮的氧化物對(duì)環(huán)境的污染①形成

,污染空氣。②形成酸雨。③破壞臭氧層。2NO+O2===2NO23NO2+H2O===2HNO3+NO光化學(xué)煙霧二、氨和銨鹽1.氨氣(1)物理性質(zhì)色味態(tài):

。水溶性:

,在常溫常壓下,1體積水能溶解

體積氨氣。無(wú)色有刺激性氣味氣體極易溶于水700(2)化學(xué)性質(zhì)(3)主要用途:

(填兩方面)(4)實(shí)驗(yàn)室制取化學(xué)方程式為:

。制硝酸、制化肥2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O2.銨鹽(1)(2)銨根離子的檢驗(yàn)取樣品與堿共熱,用

試紙檢驗(yàn),若試紙

,說(shuō)明含NH4+(或?yàn)殇@鹽)。濕潤(rùn)的紅色石蕊變藍(lán)1.試想實(shí)驗(yàn)室中還可用什么方法制取氨氣?【提示】

(1)加熱濃氨水法原理:NH3·H2O NH3↑+H2O;裝置:同用二氧化錳和濃鹽酸制氯氣的裝置。(2)堿石灰滴加濃氨水(如右圖)原理:堿石灰吸水,增大氨水的濃度;堿石灰溶解放熱,氨水溫度升高;堿石灰的溶解增大了氨水中OH-的濃度。這些變化都有利于以下反應(yīng)的發(fā)生:NH4++OH- NH3↑+H2O。三、硝酸1.物理性質(zhì)色味態(tài):

;揮發(fā)性:

。水溶性:

;發(fā)煙硝酸:

。無(wú)色有刺激性氣味液體易揮發(fā)與水以任意比互溶質(zhì)量分?jǐn)?shù)在98%以上的硝酸2.(1)如何除去濃硝酸中的黃色物質(zhì)?(2)濃硝酸與Cu反應(yīng)產(chǎn)生NO2氣體,稀HNO3與Cu反應(yīng)產(chǎn)生NO氣體,有人說(shuō)稀HNO3氧化性更強(qiáng),這種說(shuō)法對(duì)嗎?【提示】

(1)濃HNO3中的黃色物質(zhì)為NO2,可充入O2除去,發(fā)生如下反應(yīng):4NO2+O2+2H2O===4HNO3。(2)不對(duì)。雖然硝酸與銅反應(yīng)時(shí)濃硝酸被還原為NO2(N化合價(jià)從+5價(jià)降為+4價(jià)),稀硝酸被還原為NO(N化合價(jià)從+5價(jià)降為+2價(jià)),似乎稀硝酸被還原的程度比濃硝酸的大,稀硝酸的氧化性應(yīng)該比濃硝酸強(qiáng)。其實(shí),這是對(duì)物質(zhì)氧化性強(qiáng)弱標(biāo)準(zhǔn)的一種誤解。一種物質(zhì)氧化性的強(qiáng)弱取決于其奪取電子能力的大小(這種能力可用奪取電子的難易來(lái)衡量),而不取決于其奪得電子數(shù)的多少。同一物質(zhì)在相同條件下與濃、稀硝酸反應(yīng)的劇烈程度不同,如銅與濃硝酸的反應(yīng)比銅與稀硝酸的反應(yīng)要?jiǎng)×业枚?,說(shuō)明濃HNO3比稀HNO3容易得電子。1.(2009年寧夏高考)將22.4L某氣態(tài)氮氧化合物與足量的灼熱銅粉完全反應(yīng)后,氣體體積變?yōu)?1.2L(體積均在相同條件下測(cè)定),則該氮氧化合物的化學(xué)式為 (

)A.NO2

B.N2O3C.N2O D.N2O4【解析】

相同條件下,氣體的體積比即為物質(zhì)的量之比,由題知NOx和生成的N2物質(zhì)的量之比為2∶1,設(shè)氮氧化合物化學(xué)式為NOx。NOx+xCu xCuO+N2,可知x=1或2均可。(根據(jù)原子守恒,觀察可得出)【答案】

A2.(2009年江蘇高考)下表所列各組物質(zhì)中,物質(zhì)之間通過(guò)一步反應(yīng)就能實(shí)現(xiàn)如下圖所示轉(zhuǎn)化的是 (

)物質(zhì)選項(xiàng)abcAAlAlCl3Al(OH)3BHNO3NONO2CSiSiO2H2SiO3DCH2==CH2CH3CH2OHCH3CHO【解析】

A項(xiàng),Al(OH)3變?yōu)锳l不可能一步實(shí)現(xiàn);B項(xiàng)正確;C項(xiàng),SiO2變?yōu)镠2SiO3、H2SiO3變?yōu)镾i都不可能一步實(shí)現(xiàn);D項(xiàng),CH3CHO不可能一步變?yōu)镃H2CH2?!敬鸢浮?/p>

B3.(2008年上海高考)已知?dú)怏w的摩爾質(zhì)量越小,擴(kuò)散速度越快。右圖所示為氣體擴(kuò)散速度的實(shí)驗(yàn),兩種氣體擴(kuò)散相遇時(shí)形成白色煙環(huán)。下列關(guān)于物質(zhì)甲、乙的判斷正確的是 (

)A.甲是濃氨水,乙是濃硫酸B.甲是濃鹽酸,乙是濃氨水C.甲是濃氨水,乙是濃鹽酸D.甲是濃硝酸,乙是濃氨水【解析】

A項(xiàng)中濃H2SO4不是揮發(fā)性酸,不會(huì)產(chǎn)生白色煙環(huán);B、C、D三項(xiàng)中由于NH3的摩爾質(zhì)量小,擴(kuò)散速度快,所以離白色煙環(huán)遠(yuǎn)的甲為濃氨水,故C正確?!敬鸢浮?/p>

C4.(2009年海南高考)工業(yè)上常用氨氧化法生產(chǎn)硝酸,其過(guò)程包括氨的催化氧化(催化劑為鉑銠合金絲網(wǎng))、一氧化氮的氧化和水吸收二氧化氮生成硝酸。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)氨催化氧化的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________;(2)原料氣中空氣必須過(guò)量,其主要原因是_________________________________________________________________________________________________;(3)將鉑銠合金做成薄絲網(wǎng)的主要原因是_________________________________________________________________________________________________;(4)水吸收二氧化氮生成硝酸為放熱反應(yīng),其化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________,為了提高水對(duì)二氧化氮的吸收率,可采取的措施為_(kāi)_______________________________________________________________________(答2項(xiàng))?!敬鸢浮?/p>

(1)4NH3+ 4NO+6H2O(2)提高氨的轉(zhuǎn)化率和一氧化氮的轉(zhuǎn)化率(3)增大單位質(zhì)量的催化劑和反應(yīng)物的接觸面積(4)3NO2+H2O===2HNO3+NO加壓降溫一、氮的氧化物溶于水的計(jì)算1.NO2和O2的混合氣體溶于水時(shí),由4NO2+O2+2H2O===4HNO3①可知,當(dāng)體積比V(NO2)∶V(O2)2.NO和O2同時(shí)通入水中時(shí),其反應(yīng)是:2NO+O2===2NO2,4NO2+O2+2H2O===4HNO3,總式為:4NO+3O2+2H2O===4HNO3②3.值得注意的是:4NO2+O2和4NO+3O2從組成上均相當(dāng)于2N2O5的組成,即1、2兩種情況中的總反應(yīng)式都與N2O5+H2O===2HNO3等效。這不僅是記憶①②兩式的一種好方法,也為上述問(wèn)題的解法提供了新的思路,即利用混合氣體中的N、O原子個(gè)數(shù)比進(jìn)行分析判斷:【應(yīng)用指南】

(1)當(dāng)NO2或NO轉(zhuǎn)化為HNO3時(shí)要失去電子,若NO2或NO與O2混合通入水中時(shí),O得電子,N失電子,且得失電子數(shù)必然相等,這是用電子得失守恒法解答此類題目的依據(jù)。(2)因?yàn)镹O2在水溶液中發(fā)生反應(yīng),3NO2+H2O===2HNO3+NO,所以無(wú)論何種情況下水溶液中都不會(huì)剩余NO2。(3)當(dāng)NO2和N2O4的混合氣體作用于H2O時(shí),不要忽視由于NO2的消耗,N2O4會(huì)轉(zhuǎn)化為NO2。

現(xiàn)有等體積混合而成的4組氣體。①NO2+NO、②NO2+O2、③HCl+N2、④Cl2+SO2?,F(xiàn)將其分別通入體積相同的試管中并立即倒立在足量水中,試管內(nèi)水面上升的高度分別為h1、h2、h3、h4,則高度關(guān)系是(

)A.h4>h2>h3>h1 B.h4>h3>h2>h1C.h2>h3>h1>h4 D.h3>h2>h1>h4【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)抓住以下關(guān)鍵:(1)根據(jù)氣體量的關(guān)系,正確寫出各自反應(yīng)的化學(xué)方程式;(2)氣體減小的體積等于試管內(nèi)進(jìn)一步進(jìn)入水的體積?!緡L試解答】氣體通入試管中的有關(guān)反應(yīng)為:3NO2+H2O===2HNO3+NO,4NO2+O2+2H2O===4HNO3,Cl2+SO2+2H2O===2HCl+H2SO4,HCl極易溶于水,設(shè)各取每種氣體4體積,則剩余氣體①中為 體積的NO;②中為3體積的O2;③中為4體積的N2;④中Cl2與SO2、H2O恰好完全反應(yīng),生成H2SO4和HCl,則剩余氣體為0體積,所以試管內(nèi)水面上升的高度為h4>h2>h3>h1。【答案】

A【拓展訓(xùn)練】

1.向一支充滿水且倒立于水槽中的大試管中依次通入V1mLNO2、V2mLO2、V3mLNO,最后試管中充滿溶液,則V1、V2、V3的比值可能為(

)①1∶1∶1

②6∶3∶2

③2∶5∶6

④8∶5∶4A.①

B.①②C.①②③

D.都有可能【解析】根據(jù)得失電子守恒,有關(guān)系式4V2=V1+3V2,將①~④逐一代入驗(yàn)證知D項(xiàng)符合題意?!敬鸢浮?/p>

D二、氨氣的實(shí)驗(yàn)室制取1.原理:2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O2.裝置:“固體+固體 氣體”(與用KClO3或KMnO4制O2的裝置相同)3.干燥:見(jiàn)圖Ⅰ或圖Ⅱ4.收集:向下排空氣法(試管口塞一團(tuán)棉花,防止空氣對(duì)流,使收集到的NH3盡量純凈)。5.驗(yàn)滿:(1)將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙放置在試管口附近,若試紙變藍(lán)色,說(shuō)明NH3已收集滿;(2)將蘸有濃鹽酸的玻璃棒置于試管口,有白煙生成。6.環(huán)保措施:用稀硫酸吸收多余的氨氣,吸收時(shí)用防倒吸裝置,如右圖。7.注意事項(xiàng)(1)收集NH3時(shí)所用儀器必須干燥,導(dǎo)氣管要插入管底;試管口要塞一團(tuán)棉花球,可減小NH3與空氣的對(duì)流速度,使收集的NH3盡量純凈,同時(shí)也可避免污染空氣。(2)干燥NH3應(yīng)用堿石灰、CaO、固體NaOH等堿性干燥劑,不能用濃H2SO4、P2O5(固體)等酸性干燥劑;不能用無(wú)水CuSO4,也不能用無(wú)水CaCl2(因NH3與CaCl2能形成CaCl2·8NH3)。(3)制氨氣時(shí)所用銨鹽不能是硝酸銨、碳酸氫銨。因?yàn)榧訜徇^(guò)程中NH4NO3可能發(fā)生爆炸而有危險(xiǎn);NH4HCO3受熱極易分解產(chǎn)生CO2,使生成的NH3中混有較多的CO2雜質(zhì)?!緫?yīng)用指南】實(shí)驗(yàn)室快速制取少量NH3的兩種簡(jiǎn)易方法(1)加熱濃氨水法:NH3·H2O NH3↑+H2O(2)向固體燒堿中滴加濃氨水法裝置如右圖:A中的液體為濃氨水,B中的固體為NaOH。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是方便,快捷,不需加熱,缺點(diǎn)是成本較高。原理:NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-當(dāng)加入NaOH時(shí),溶液中c(OH-)增大,平衡向左移動(dòng),結(jié)果使NH3逸出;并且NaOH溶解放出大量的熱,減小了NH3的溶解度并且NH3·H2O不穩(wěn)定受熱易分解,這些都有利于NH3的逸出。

制取氨氣并完成噴泉實(shí)驗(yàn)(圖中夾持裝置均已略去)。(1)寫出實(shí)驗(yàn)室制取氨氣的化學(xué)方程式:___________________________________________________________________________________________。(2)收集氨氣應(yīng)使用____________法,要得到干燥的氨氣可選用________作干燥劑。(3)用圖A所示裝置進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn),上部燒瓶已裝滿干燥的氨氣,引發(fā)噴泉的操作是__________________________,該實(shí)驗(yàn)的原理是________________________________。(4)如果只提供如圖中B所示裝置,引發(fā)噴泉的方法是________________________________________________________________________。【名師解析】

(1)實(shí)驗(yàn)室制氨氣的化學(xué)方程式為:2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O(2)NH3的密度比空氣的小,故可用向下排空氣法收集,干燥NH3可用堿性干燥劑,如堿石灰。(3)打開(kāi)彈簧夾,從膠頭滴管中擠入少量水后,因NH3極易溶于水,致使燒瓶中氣壓降低,形成噴泉。(4)B裝置與A裝置相比,B裝置沒(méi)有膠頭滴管,引發(fā)該噴泉可用熱毛巾捂熱圓底燒瓶,趕出導(dǎo)管內(nèi)的空氣,使NH3與水接觸,從而形成噴泉?!敬鸢浮?/p>

(1)2NH4Cl+Ca(OH)2 2NH3↑+CaCl2+2H2O(2)向下排空氣堿石灰(3)打開(kāi)彈簧夾,擠出膠頭滴管中的水氨氣極易溶于水,致使燒瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)迅速減小,水迅速進(jìn)入燒瓶,形成噴泉(4)打開(kāi)彈簧夾,用手(或熱毛巾等)將燒瓶捂熱,氨氣受熱膨脹,趕出玻璃導(dǎo)管內(nèi)的空氣,氨氣與水接觸,即發(fā)生噴泉【拓展訓(xùn)練】

2.下面是實(shí)驗(yàn)室制取氨氣的裝置和選用的試劑,其中錯(cuò)誤的是 (

)A.①②

B.②③C.③④

D.①③【解析】

NH4Cl受熱可產(chǎn)生NH3和HCl,但兩者遇冷會(huì)重新凝結(jié)產(chǎn)生NH4Cl,在此過(guò)程中還有可能出現(xiàn)堵塞導(dǎo)管的情況,因此不能用①的方法制取氨氣,③中試管口未向下傾斜,會(huì)導(dǎo)致液體倒流入試管而使試管破裂,③不可行。濃氨水滴入氧化鈣固體中,會(huì)發(fā)生CaO+NH3·H2O===Ca(OH)2+NH3↑,故可用②的方法制取氨氣。濃氨水受熱產(chǎn)生氨氣,通過(guò)堿石灰吸收水蒸氣后即得干燥的NH3,所以④符合要求?!敬鸢浮?/p>

D三、硝酸的強(qiáng)氧化性1.金屬與硝酸反應(yīng)(1)一般通式①金屬+濃硝酸―→金屬硝酸鹽+NO2↑+H2O②金屬+稀硝酸―→金屬硝酸鹽+NO↑+H2O(2)反應(yīng)規(guī)律①金屬與硝酸反應(yīng)一般不生成H2。濃HNO3一般被還原為NO2,稀HNO3一般被還原為NO。②鐵與稀硝酸反應(yīng),先生成Fe(NO3)3,若Fe過(guò)量,F(xiàn)e(NO3)3再和Fe反應(yīng)生成Fe(NO3)2。③銅與濃HNO3反應(yīng),若Cu過(guò)量,開(kāi)始時(shí)硝酸的還原產(chǎn)物為NO2,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,濃HNO3變稀,硝酸的還原產(chǎn)物為NO,最終應(yīng)得到NO2和NO的混合氣體。2.變價(jià)金屬氧化物與硝酸反應(yīng)如FeO與稀HNO3反應(yīng):3FeO+10HNO3(稀)===3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O,反應(yīng)中,硝酸既表現(xiàn)了氧化性,又表現(xiàn)了酸性。而不能錯(cuò)誤地認(rèn)為:FeO+2HNO3===Fe(NO3)2+H2O。【應(yīng)用指南】金屬與硝酸反應(yīng)的計(jì)算方法(1)原子守恒法HNO3與金屬反應(yīng)時(shí),一部分HNO3起酸的作用,以NO的形式存在于溶液中;一部分作為氧化劑轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物,這兩部分中氮原子的總物質(zhì)的量等于反應(yīng)消耗的HNO3中氮原子的物質(zhì)的量。(2)電子守恒法HNO3與金屬的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng),HNO3中氮原子得電子的物質(zhì)的量等于金屬失電子的物質(zhì)的量。(3)離子方程式計(jì)算法金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應(yīng)時(shí),由于硝酸鹽中NO3-在H2SO4提供H+的條件下能繼續(xù)與金屬反應(yīng),因此此類題目應(yīng)用離子方程式來(lái)計(jì)算,先作過(guò)量判斷,然后根據(jù)完全反應(yīng)的金屬或H+或NO3-進(jìn)行相關(guān)計(jì)算,且溶液中要符合電荷守恒。 38.4mg銅與適量的濃硝酸反應(yīng),銅全部作用后,共收集到氣體22.4mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。反應(yīng)消耗的HNO3的物質(zhì)的量可能是 (

)A.1.0×10-3mol B.1.6×10-3molC.2.2×10-3mol D.2.4×10-3mol【思路點(diǎn)撥】

n[Cu(NO3)2],再由N原子守恒列出等式求解。反應(yīng)后生成Cu(NO3)2的物質(zhì)的量n[Cu(NO3)2]=n(Cu)=6×10-4mol根據(jù)N原子守恒有n(HNO3)=2n[Cu(NO3)2]+n(氣體)=2×6×10-4mol+1×10-3mol=2.2×10-3mol。【答案】

C【拓展訓(xùn)練】

3.在標(biāo)準(zhǔn)狀況下將1.92g銅粉投入一定量濃HNO3中,隨著銅粉的溶解,反應(yīng)生成的氣體顏色逐漸變淺,當(dāng)銅粉完全溶解后共收集到由NO2和NO組成的混合氣體1.12L,則混合氣體中NO的體積為 (

)A.112mL B.1008mLC.224mL D.448mL【解析】

氣體的總物質(zhì)的量為 =0.05mol,1.92g銅的物質(zhì)的量為0.03mol。設(shè)NO的物質(zhì)的量為n1,則NO2為0.05-n1根據(jù)得失電子相等得:3n1+(0.05mol-n1)×1=0.03mol×2解得n1=0.005mol,V(NO)=0.005mol×22.4L/mol=0.112L=112mL。【答案】

A1.起固氮作用的化學(xué)反應(yīng)是 (

)A.N2和H2在一定條件下反應(yīng)生成NH3B.NO與O2反應(yīng)生成NO2C.NH3催化氧化生成NOD.由NH3制NH4HCO3和(NH4)2SO4【解析】

氮的固定是指將空氣中N2轉(zhuǎn)化為氮的化合物的過(guò)程。符合題意的為A項(xiàng)?!敬鸢浮?/p>

A2.將盛有12mLNO2和O2的混合氣體的量筒倒立于水槽中,充分反應(yīng)后,還剩余2mL無(wú)色氣體,則原混合氣體中O2的體積和剩余的2mL氣體分別是 (

)A.1.2mL,NO

B.2.4mL,O2C.3.5mL,O2

D.4mL,NO【解析】

解題依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)原理為:4NO2+O2+2H2O===4HNO33NO2+H2O===2HNO3+NO設(shè)O2的體積為x,剩余的氣體有兩種可能:①若剩O2,則V剩=x-(12mL-x)=2mL,解得x=4mL,選項(xiàng)B、C不正確。②若剩NO,則V剩=[(12mL-x)-4x]=2mL,解得x=1.2mL,選項(xiàng)D不正確,選項(xiàng)A正確?!敬鸢浮?/p>

A3.(2010年湛江調(diào)研)能正確表示下列反應(yīng)的離子方程式的是 (

)A.向Fe(NO3)2稀溶液中加入鹽酸:3Fe2++4H++NO3-===3Fe3++NO↑+2H2OB.銅片與濃HNO3:Cu+NO3-+4H+===Cu2++NO↑+2H2OC.氯化銨濃溶液跟濃NaOH溶液混合后加熱:NH4++OH- NH3·H2OD.碳酸氫銨溶液與足量的NaOH溶液混合后加熱:NH4++OH- NH3↑+H2O【解析】

【答案】

A4.如右圖所示,向一定量的鐵粉中加入一定體積12mol·L-1的硝酸,加熱充分反應(yīng)后,下列微粒在體系中一定大量存在的是 (

)①NO3-

②Fe3+

③H+

④NO⑤NO2A.①

B.①⑤C.②④⑤

D.①②③⑤【解析】本題對(duì)Fe與濃HNO3的反應(yīng)由于相對(duì)量不同而得到不同產(chǎn)物的知識(shí)進(jìn)行了考查。Fe與濃HNO3反應(yīng)可能生成Fe(NO3)2(Fe過(guò)量)或Fe(NO3)3(Fe不足)和NO2。故一定存在NO3-和NO2?!敬鸢浮?/p>

B5.有某硫酸和硝酸的混合溶液20mL,其中含有硫酸的濃度為2mol·L-1,含硝酸的濃度為1mol·L-1,現(xiàn)向其中加入0.96g銅粉,充分反應(yīng)后(假設(shè)只生成NO氣體),最多可收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體的體積為 (

)A.89.6mL B.112mLC.168mL D.224mL【解析】銅粉溶解于酸的離子方程式為3Cu+8H++2NO3-===3Cu2++2NO↑+4H2O0.015mol0.1mol0.02mol經(jīng)比較Cu不足。由Cu的量求得生成NO為0.01mol,即標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體的體積為224mL?!敬鸢浮?/p>

D6.右圖表示

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