第14讲 氮及其化合物(精讲)-2022年一轮复习讲练测(原卷版).docx
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1、第四章 非金属及其化合物第14讲 氮及其化合物(精讲)【考情分析】高考对本讲内容的考查仍将以氨气、铵盐、一氧化氮、二氧化氮和硝酸等物质的性质为重点,突出考查反应方程式的书写和有关氧化还原反应的计算。其题目新颖、知识覆盖面广、思维跨度大。考查形式灵活多样,题型多变,大多以选择、推断、综合实验、计算题的形式出现。预计今后1.以氨气的还原性为起点命制实验题;2.以硝酸的用途入题考查硝酸的氧化性;3.以氮的化合物对环境的污染为背景,命制环境保护试题;4.用信息题考查其他氮族元素,如磷和砷。【核心素养分析】1.变化观念与平衡思想:分析氮及其化合物的化学反应,预测在一定条件下氮及其化合物可能发生的化学变化
2、。2.科学探究与创新意识:发现或提出对氮及其化合物有探究价值的化学问题,能依据探究目的设计并优化实验方案,完成实验操作,能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。3.科学态度与社会责任:关注氮及其化合物的社会热点问题,认识环境保护的重要性,形成可持续发展意识和绿色化学观念。【网络构建】【知识梳理】知能点一 氮气及其氧化物1氮的固定(1)自然固氮(a.雷电固氮:将N2转化NO;b.根瘤菌固氮将N2转化NH4+)(2)人工固氮:合成氨工业2氮气(1)结构:分子式:N2 电子式: 结构式:NN(2)物理性质:无色、无味的气体,密度比空气略小,在水中溶解度很小(体积比=1:0.02),在压强为101K
3、Pa下,氮气在195.8时变成无色液体,氮气分子在209.9时变成雪花状固体,N2空气中N2的体积分数红为0.78。(3)化学性质1)通常状况下很难与其它物质发生化学反应2)在一定条件下,能与一些物质发生化学反应与H2反应:N23H22NH3;与某些金属反应:3Mg+N2Mg3N2Mg3N2离子化合物,在水中强烈水解Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3与O2反应:在通常情况下,与O2不发生反应,但在放电或高温的条件下能与O2直接化合生成NO。N2+O22NO(闪电、汽车引擎中发生的反应)(4)用途:工业原料,合成氨,制化肥,HNO3,保护气,制冷剂(5)工业制法:1)分离液态空气:
4、2)耗氧法: 3氮的氧化物(1)氮有多种价态的氧化物,氮元素从15价都有对应的氧化物,如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5,其中N2O5、N2O3分别是硝酸、亚硝酸(HNO2)的酸酐。(2)NO和NO2的比较 NONO2物理性质色态味无色、无味、气体红棕色、刺激性气味、气体密度密度略大于空气密度比空气大熔沸点很低低,易液化溶解性不溶易溶化学性质毒性有毒有毒与水不反应3NO2+H2O=2HNO3+NONO2既是氧化剂,又是还原剂与碱不反应2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2ONONO2 2NaOH=2NaNO2 +H2O氧化性2NO+2CO=2CO2+N22NO
5、2+2KI=I2+2KNO2还原性2NO+O2=2NO2可使KMnO4褪色可使KMnO4褪色与O2混合,通入水中4NO+3O2+2H2O=4HNO34NO2+O2+2H2O=4HNO3实验室制取3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2 +2NO+4H2OCu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2 +2H2O 收集方法排水法向上排空气法(3)氮的氧化物溶于水的几种情况分析1)NO2或NO2与N2混合气体溶于水时,3NO2+H2O=2HNO3+NO,利用气体体积变化差进行计算。2)NO2与O2的混合气体溶于水,由3NO2+H2O=2HNO3+NO及2NO+O2=2NO2,得:4NO2+
6、O2+2H2O=4HNO3 ,可知,3)NO和O2同时通入水中时,其反应是2NO+O2=2NO2 ,3NO2+H2O=2HNO3+NO ,将×3+×2得总反应式为:4NO+3O2+2H2O=4HNO3。 4)NO、NO2、O2三种混合气体通入水中,可先按情况(1)求出NO2与H2O反应生成的NO的体积,再加上原混合气体中的NO的体积即为NO的总体积,再按情况(3)进行计算。(4)氮氧化物对环境的污染及防治1)常见的污染类型光化学烟雾:NOx在紫外线作用下,与碳氢化合物发生一系列光化学反应,产生了一种有毒的烟雾。酸雨:NOx排入大气中后,与水反应生成HNO3和HNO2,随雨雪
7、降到地面,形成酸雨pH5.6,酸雨的主要危害是能直接破坏农作物、森林、草原,使土壤、湖泊酸化,还会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电信电缆的腐蚀。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。NO与血红蛋白结合使人中毒。2)常见的NOx尾气处理方法碱液吸收法:2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O;NO2NO2NaOH=2NaNO2H2ONO2、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。催化转化法:在催化剂、加热条件下,氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2),或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒
8、气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。知能点二 氨、铵盐(一)氨1氨的分子结构分子式电子式结构式空间构型分子极性NH3键角107°18三角锥形极性分子2.氨的物理性质通常状况下,氨是一种无色、有刺激性气味的气体,密度比空气小,极易溶于水(常温常压下,体积比为1700),氨的水溶液称为氨水。氨在加压下容易液化,液氨气化时吸收大量的热,使周围环境温度急剧降低,工业上可使用液氨作制冷剂。3.氨的化学性质(1)氨与水的反应NH3H2ONH3·H2ONHOHa.氨溶于水得氨水,氨水是混合物,溶液中存在的微粒有三种分子:NH3·H2O、NH3、H2O;三种离子:NH
9、4+、OH及少量的H+。b.NH3·H2O为可溶性一元弱碱,具有碱的通性。氨水可使紫色石蕊试液变蓝,故常用湿润的红色石蕊试纸检验NH3的存在。c.NH3·H2O不稳定,易分解:NH3·H2ONH3H2O。(2)氨与酸的反应:氨气与酸反应生成铵盐NH3+HCl=NH4Cl(白烟)NH3+HNO3=NH4NO3(白烟)2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4注: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。(3)与盐溶液的反应:一般生成难溶的碱,如氯化铁溶液与氨水反应:Fe3+3NH3·H2O=Fe(
10、OH)3+3NH4+又如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式:Al33NH3·H2O=Al(OH)33NH。注:与Cu2+、Zn2+、 Ag+反应先生成沉淀Cu(OH)2、Zn(OH)2、 Ag2O,继续加入NH3·H2O或通入NH3,沉淀溶解,分别生成Cu(NH3)42+、Zn(NH3)42+、 Ag(NH3)2+。(4)氨的还原性a催化氧化:4NH35O24NO6H2O(用于工业制硝酸)。b在纯氧中燃烧:4NH33O22N26H2O。c与氯气反应:2NH33Cl2=N26HCl或8NH33Cl2=N26NH4Cl(用于检验Cl2管道泄漏)。d与CuO反应:2NH33Cu
11、ON23Cu3H2O(用于实验室制少量N2)。4氨的实验室制法(1)原理:利用复分解反应强碱制弱碱 2 NH4Cl +Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H2O(2)药品的选择:铵盐:制取NH3时,一般用NH4Cl而不用NH4NO3、(NH4)2SO4或(NH4)2CO3,原因如下:铵盐不选用的理由NH4NO3受热分解,会发生爆炸,不安全(NH4)2SO4与Ca(OH)2反应时生成CaSO4,反应物呈块状,不利于NH3逸出,且反应后试管难清洗(NH4)2CO3受热分解会产生CO2,使收集到的NH3不纯 碱:一般用熟石灰,不用NaOH或KOH,因为NaOH或KOH易吸水结块,而且对玻璃仪器腐
12、蚀性较强。(3) 装置:固固反应加热装置(同制O2) 发生装置的试管口略向下倾斜; 加热温度不宜过高,并用酒精灯外焰由前向后逐渐加热。(4)干燥:碱石灰(或固体NaOH、固体CaO)【特别提醒】不能用浓H2SO4、CaCl2干燥,CaCl2与NH3反应:CaCl2+8NH3= CaCl2·8 NH3。(5)收集:向下排空气法收集。收集装置和反应装置的试管和导管必须是干燥的。由于氨气的密度比空气小,因此收集氨气时,导管应插入接近试管的底部。(6)验满:用湿润的红色石蕊试纸放置在试管口附近,若变蓝,说明已经收集满。 用蘸取浓盐酸的玻璃棒靠近试管口,若有白烟生成,说明已经收集满。(7)尾气
13、吸收:多余的氨要吸收掉(可在导管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球),以避免污染空气。但多余气体在尾气吸收时要防止倒吸。常采用的装置有: (6)氨气的其它实验室制法方法化学方程式(或原理)气体发生装置加热浓氨水NH3·H2ONH3H2O浓氨水固体NaOHNaOH溶于水放热,促使氨水分解。且OH浓度的增大有利于NH3的生成浓氨水固体CaOCaO与水反应,使溶剂(水)减少;反应放热,促使氨水分解。化学方程式为NH3·H2OCaO=NH3Ca(OH)2(二)铵盐及NH的检验1.铵盐(1)铵盐的物理性质铵盐都是离子化合物,都是白色固体,均易溶于水。(2)铵盐的化学性质1)不稳定性aN
14、H4Cl受热分解:NH4ClNH3HCl(用于除去或分离铵盐)。bNH4HCO3或(NH4)2CO3受热分解:NH4HCO3NH3CO2H2O;(NH4)2CO32NH3+CO2+H2Oc.硝酸铵的分解有四种情况:110 时分解:NH4NO3HNO3NH3185 200 分解:NH4NO3N2O2H2O230°C以上,同时有弱光:2NH4NO3=2N2+O2+4H2O在400°C以上时,剧烈分解发生爆炸:4NH4NO3=3N2+2NO2+8H2O注:一般情况下写为5NH4NO34N2+2HNO3+9H2Od.硫酸铵分解两种情况硫酸铵在280就开始分解,分解产物放出氨气而生成
15、硫酸氢铵(酸式硫酸铵):(NH4)2SO4=NH3+NH4HSO4;513时则硫酸铵完全分解,分解放出氨气、氮气、二氧化硫及水:3(NH4)2SO4=3SO2+6H2O+N2+4NH32)与碱反应a在稀溶液中不加热:NHOH=NH3·H2O。b加热时或浓溶液:NHOHNH3H2O。铵盐溶于水易水解:NHH2ONH3·H2OH。2.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。知能点三 硝酸 硝酸盐(一)硝酸1物理性质无色,易挥发,具有刺激性气味的液体,易溶于水。浓硝酸常因为溶解有NO2而呈黄色。质量分数为69%的硝酸为常用浓硝酸。98%以上的硝酸称之为发烟硝
16、酸。2化学性质(1)硝酸具有酸的通性与金属反应:一般不生成氢气与碱性氧化物反应:如CuO、Na2O、Fe2O3等与碱反应:Cu(OH)2、NaOH等与盐反应:NaHCO3、Na2CO3等与指示剂反应:浓硝酸可使石蕊先变红后褪色【特别提醒】在利用HNO3的酸性时,要注意考虑它的强氧化性。如FeO与稀硝酸反应时的方程式应是:3FeO+10HNO3(稀)=3Fe(NO3)3+NO+5H2O,而不是FeO+2HNO3 (稀)=Fe(NO3)2+H2O。(2)不稳定性硝酸是不稳定性酸,受热或者光照易分解,所以实验室中常用棕色瓶储存硝酸。4HNO3(浓) 2H2O4NO2O2。(3)强氧化性由于HNO3中
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