1、第4节 氮及其化合物,-2-,考纲要求:1.了解氮元素单质及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及其应用。 2.了解氮元素单质及其重要化合物对环境的影响。 3.掌握氨气的实验室制法(包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法)。,-3-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,氮气及氮的氧化物的性质 1.氮的固定,2.氮气 (1)物理性质:无色无味气体,密度比空气略小,难溶于水。 (2)化学性质:,-4-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,3.氮的氧化物 (1)氮有多种价态的氧化物,氮元素从+1+5价都有对应的氧化物,如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5,其中属
2、于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。,-5-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(2)NO和NO2性质比较。,-6-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-7-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-8-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-9-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,2.电子守恒法 当NOx转化为硝酸时要失去电子,如果是NOx与O2混合,则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。 3.原子守恒法 4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成,都与N2O5+H2O=2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体
3、通入水中时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。,-10-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,例1将容积为50 mL的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体,将量筒倒置在盛满水的水槽里,一段时间后,量筒里剩余气体体积为5 mL,若向量筒内鼓入氧气后,量筒内水柱继续上升,直至量筒内完全被水充满,则原混合气体中NO2和O2体积比是( ) A.437 B.187 C.41 D.223,A,解析:NO2、O2与水的反应属于循环反应,可简化为4NO2+O2+2H2O=4HNO3;根据“若向量筒内鼓入氧气后,可以观察到量筒内水柱继续上升,直至量筒内完全被水充满”可知,反应后剩余气体为NO,其体积
4、为5 mL,结合反应3NO2+H2O=2HNO3+NO可知生成5 mL NO,需消耗NO2的体积为5 mL3=15 mL,其余的35 mL混合气体按V(NO2)V(O2)=41恰好发生反应,则混合气体中氧气的体积为35 mL =7 mL,则二氧化氮的体积为50 mL-7 mL=43 mL,故原混合气体中NO2和O2体积比为437。,-11-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,例2(2018全国)研究表明,氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关(如下图所示)。下列叙述错误的是( ),A.雾和霾的分散剂相同 B.雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵 C.NH3是形成无机颗粒物的催化剂 D.雾
5、霾的形成与过度施用氮肥有关,答案,解析,-12-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,归纳总结 NOx的处理方法 氮的氧化物均有毒,是主要的污染性气体,对其处理主要有如下三种方法: (1)转化为HNO3。利用NOx、O2、H2O共同作用生产HNO3。 (2)转化为N2。利用NOx的氧化性,与CO、NH3等在催化剂作用下生成无毒无害的N2。 (3)碱液吸收法。主要化学方程式有: 2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O; NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O。,-13-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,跟踪训练 1.把一支充满NO2气体的试管,倒置于水槽
6、中,向其中缓慢通入O2直至试管全部充满水。假设整个过程中溶质不会扩散入水槽,则硝酸的物质的量浓度c(HNO3)与通入O2的体积V(O2)关系正确的是 ( ),答案,解析,-14-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,2.利用石灰乳与硝酸工业的尾气(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:,-15-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(1)一定条件下,NO与NO2存在下列反应:NO(g)+NO2(g)N2O3(g),其平衡常数表达式为K= 。 (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
7、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11。 若n(NO)n(NO2)11,则会导致 ; 若n(NO)n(NO2)11,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 。,-16-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-17-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,氨 铵盐的性质 1.氨 (1)氨气的分子结构和物理性质。,(2)化学性质。,-18-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(3)实验室制取氨气。,-19-,考点一,考点二
8、,基础梳理,考点突破,考点三,-20-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(4)氨气的用途。 化工原料,用于制硝酸、铵盐、纯碱、尿素,用作制冷剂。 特别提醒(1)制氨时,选用的铵盐及碱都有一定的要求。选铵盐时,不选(NH4)2CO3、NH4HCO3、NH4NO3等,因它们受热易分解,使产生的NH3中混有较多的杂质气体,另外NH4NO3易爆炸;选碱时,用Ca(OH)2而不用NaOH或KOH,因NaOH、KOH具有吸湿性,易结块,不利于产生氨气,且在高温下均能腐蚀玻璃。 (2)干燥氨气不能用浓硫酸,也不能用无水CaCl2(8NH3+CaCl2=CaCl28NH3),通常用碱石灰干燥氨气。
9、,-21-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,2.铵盐 (1)物理性质。 铵盐都是白色或无色晶体,都易溶于水。 (2)化学性质。,-22-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-23-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)由于NH4HCO3受热易分解,故可用作氮肥 ( ),(3)加热盛有NH4Cl固体的试管,试管底部固体消失,试管口有晶体凝结,NH4Cl固体可以升华 ( ) (4)NH3能使酚酞溶液变红、NH3可用于设计喷泉实验,上述叙述均正确并有因果关系 ( ) (5)浓氨水可检验氯气管道是否泄漏 ( ) (6
10、)因为NH4Cl为强酸弱碱盐,所以可用加热法除去NaCl中的NH4Cl ( ),-24-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(7)可用蘸浓盐酸的棉棒检验输送氨气的管道是否漏气 ( ) (8)液氨汽化时要吸收大量的热,可用作制冷剂 ( ) (9)检验 时,往试样中加入NaOH溶液,微热,用湿润的蓝色石蕊试纸检验逸出的气体 ( ),-25-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,1.喷泉实验的原理及应用 (1)喷泉实验的原理。 使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差,利用压强差形成喷泉。 (2)形成喷泉的类型。 下面是几种常见的能形成喷泉的气体和液体。,-26-,考点一,考点二,基础
11、梳理,考点突破,考点三,-27-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,例3(2018山东泰安模拟)某化学兴趣小组利用图1装置制取氨气并探究氨气的有关性质。,图1,-28-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-29-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(1)装置A中烧瓶内试剂可选用 (填字母代号)。 a.碱石灰 b.浓硫酸 c.生石灰 d.五氧化二磷 e.烧碱 (2)在K2的导管末端连接图2装置中的 (填序号)装置,当装置D中集满氨气后,关闭K1、K2,打开K3,引发喷泉的实验操作是 。 (3)若探究氨气的还原性,需打开K1、K3,在K2处导管连接制取纯净、干燥氯气的
12、装置。 用二氧化锰与浓盐酸制取氯气,生成的气体必须通过分别盛有 、 试剂的洗气瓶; D中氨气与氯气反应产生白烟,同时生成一种无色无味的气体,该反应的化学方程式为 ; 从K3处导管逸出的气体中含有少量Cl2,则C装置中应盛放 (填化学式)溶液,反应的离子方程式为 。,-30-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,答案 (1)ace (2)或 用热毛巾将烧瓶包住(其他合理答案均可) (3)饱和食盐水 浓硫酸 3Cl2+8NH3=6NH4Cl+N2 NaOH(答案合理即可) Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O(答案合理即可),-31-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,解析
13、 (1)在浓氨水中存在平衡:,向其中加入碱石灰、生石灰或烧碱,都会使平衡左移,同时放出大量的热促进氨水的挥发,都可快速制备氨气。 (2)氨气极易溶于水,不溶于CCl4,需选择防倒吸装置进行实验探究,因此需选择图2中的或。根据喷泉实验的原理,要使装置D中发生喷泉现象。用热毛巾将烧瓶包住,可使D中氨气受热膨胀通过导管与水接触,进而产生“喷泉”。,-32-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(3)用二氧化锰与浓盐酸反应制取的氯气中混有氯化氢气体和水蒸气,要得到纯净、干燥的氯气需通过饱和食盐水除去氯化氢,通过浓硫酸除去水蒸气。 探究氨气具有还原性,氯气与氨气反应产生“白烟”的成分为氯化铵,氯
14、元素化合价降低,则生成的“无色无味的气体”必为氨气的氧化产物,可推知为氮气。 氯气是有毒气体,可与强碱溶液反应,因此可用氢氧化钠溶液进行尾气吸收。,-33-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,归纳总结(1)引发喷泉的几种方法: 使烧瓶内的气体迅速溶于水或某种液体中。 使烧瓶内气体温度降低,从而使气压减小。 使烧瓶外待喷液面上的气压增大。,-34-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(2)喷泉实验的几种常见装置:,-35-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,说明:装置中最好采用顶部有孔的烧瓶。装置引发喷泉的方法是打开止水夹,用热毛巾或双手焐热烧瓶,松开后片刻即形成喷
15、泉现象。,-36-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,跟踪训练 3.中学实验中,通常利用如图所示的装置进行喷泉实验,来验证气体的“溶解性”,下列有关说法不正确的是( )A.用滴管加入液体后,由于气体的“溶解”,使瓶内压强减小,导致瓶内压强小于外界压强,从而形成喷泉 B.选用合适的溶液,CO2也能用于做喷泉实验 C.HCl、NH3和SO2均能用该装置做喷泉实验 D.用NO2和N2O4的混合气体做喷泉实验,烧瓶中将充满稀硝酸,答案,解析,-37-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,4.(2018江西师大附中月考)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.是氨
16、气发生装置 B.是氨气发生装置 C.是氨气吸收装置 D.是氨气收集、检验装置,答案,解析,-38-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,硝酸 1.物理性质 纯硝酸是无色、有刺激性气味的液体,易挥发,易溶于水。 2.化学性质,-39-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,特别提醒(1)浓、稀硝酸均具有强氧化性,浓度越大,氧化性越强,其还原产物的价态越高。还原产物一般为HNO3(浓)NO2, HNO3(稀)NO。 (2)浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红后褪色,该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性。 (3)常温下,铁、铝遇浓硝酸能发生“钝化”并非不反应。,-40-,考点三,考点一,考
17、点二,基础梳理,考点突破,自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)将铁屑放入稀硝酸中有气体放出证明Fe比H2活泼 ( ),(3)稀硝酸可除去试管内壁的银镜 ( ) (4)浓硝酸滴入用砂纸打磨过的铝条,产生红棕色气体 ( ) (5)将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN溶液,有气体生成,溶液呈红色,稀硝酸将Fe氧化为Fe3+ ( ) (6)将可调高度的铜丝伸入稀硝酸中溶液变蓝,所以Cu与稀硝酸发生置换反应 ( ),-41-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(7)Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应 ( ) (8)用浓硝酸与Cu反
18、应制备NO2 ( ) (9)过量的铜与浓硝酸反应生成一氧化氮 ( ),-42-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,1.化学反应中硝酸表现的性质,-43-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-44-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-45-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,例4当硝酸与金属或非金属反应时,反应物或反应条件不同,硝酸被还原的产物也不同。请回答下列问题: (1)金属Zn与某浓度的硝酸反应时无气体产生,则硝酸的还原产物为 (填化学式)。 (2)某混酸由200 mL 3 molL-1的稀硝酸和200 mL 2.5 molL-1的稀硫酸均匀混合而
19、成(忽略溶液的体积变化)。将其分成两等份,分别与足量的铜和铁反应,还原产物只有NO,则最多能溶解 mol Cu和 g Fe。 (3)200 mL 16 molL-1的浓硝酸与3.2 g Cu反应,反应过程中还原产物只有NO2,则反应结束后,产生气体的体积为 (标准状况下),溶液中c(H+)c( )= (忽略HNO3的挥发)。,答案:(1)NH4NO3(或N H 4 + ) (2)0.3 16.8 (3)2.24 L 3031,-46-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-47-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,答题模板硝酸与金属反应的分析思路,-48-,考点三,考点一,考
20、点二,基础梳理,考点突破,跟踪训练 5.将22.4 g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中,若反应只收集到0.2 mol NO2和0.3 mol NO,下列说法正确的是 ( ) A.反应后生成的盐只有Fe(NO3)3 B.反应后生成的盐只有Fe(NO3)2 C.反应后生成的盐为Fe(NO3)2和Fe(NO3)3,其物质的量之比为13 D.反应后生成的盐为Fe(NO3)2和Fe(NO3)3,其物质的量之比为31,答案,解析,-49-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,6.如图是用浓硝酸、铜片、水等试剂探究浓、稀硝酸的强氧化性并观察还原产物的实验装置。,.浓硝酸的强氧化性实验 将铜片放入具支试管
21、,在分液漏斗中加入约5 mL浓硝酸,从分液漏斗往具支试管中放入约2 mL浓硝酸,用排水法收集产生的气体。 (1)写出具支试管中发生反应的化学方程式: 。 (2)实验中观察到能证明浓硝酸有强氧化性的现象是 。,-50-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,.稀硝酸的强氧化性实验 (3)上述反应完成后,欲进一步证明稀硝酸也具有强氧化性,紧接的简便、合理的实验操作是 。 (4)能证明稀硝酸与铜反应产生NO的实验现象是 (填写序号)。 A.c中收集到无色气体 B.c中收集到的无色气体接触空气后变为红棕色 C.b中产生的无色气体接触空气后变为红棕色 .实验反思 (5)利用该装置先进行铜与浓硝酸的
22、反应,再进行铜与稀硝酸反应的实验,其好处是 。,-51-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,答案:(1)Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O (2)铜片逐渐溶解,溶液变蓝,放出红棕色气体 (3)往分液漏斗中加水稀释浓硝酸,打开活塞,向具支试管中放入稀硝酸 (4)C (5)利用Cu与浓硝酸反应生成的NO2排出具支试管中的空气,有利于观察Cu与稀硝酸反应的产物 解析:.铜与浓硝酸反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,实验中具支试管中溶液变蓝,且有红棕色气体产生。 .向分液漏斗中加水将浓硝酸稀释后,可以继续进行铜与稀硝酸反应
23、的实验,这样可以利用Cu与浓硝酸反应产生的NO2排出具支试管中的空气,有利于观察铜与稀硝酸反应的产物。,-52-,利用浓氨水制取氨气,-53-,-54-,例题(2016全国)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题: (1)氨气的制备,-55-,氨气的发生装置可以选择上图中的 ,反应的化学方程式为 。 欲收集一瓶干燥的氨气,选择上图中的装置,其连接顺序为:发生装置 (按气流方向,用小写字母表示)。,-56-,(2)氨气与二氧化氮的反应 将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻
24、璃管Y中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。,-57-,-58-,-59-,跟踪训练 1.下列有关实验装置中进行的相应实验,能达到实验目的的是( ),A.用图所示装置制取少量纯净的CO2气体 B.用图所示装置验证镁与盐酸反应的热效应 C.用图所示装置制取并收集干燥的NH3 D.用图所示装置制备Fe(OH)2并能较长时间观察到白色,答案,解析,-60-,2.氨与硝酸都是氮的重要化合物,在工农业生产中有广泛应用。 .实验室模拟工业氨催化氧化法制取硝酸,装置如图所示。,(1)若分液漏斗中氨水的浓度为9.0 molL-1,配制该浓度的氨水100 mL
25、,用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、量筒、 、 。 (2)甲装置不需要加热即能同时产生氨气和氧气,烧瓶内固体X的化学式为 。 (3)写出受热时丙装置内发生反应的化学方程式 。当戊中观察到石蕊溶液变红,则说明已制得硝酸。,-61-,.NH3的性质 (4)氨的水溶液显弱碱性,其原因为 (用离子方程式表示),将等浓度、等体积的氨水和硝酸混合,所得溶液中离子浓度从大到小的顺序为 。 (5)已知:氨在纯氧中燃烧生成一种单质和水,利用此原理设计成氨气氧气燃料电池。在碱性条件下,该电池的负极反应式为 。,-62-,-63-,-64-,-65-,-66-,2,1,3,4,1.下列有关氮及其化合物的说法不正确的是(
26、 ) A.浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色 B.铵态氮肥不宜与碱性肥料混合使用 C.常温下铁、铝不与浓硝酸反应 D.NO可用排水法收集,NO2可用向上排空气法收集,C,解析:浓硝酸不稳定,光照条件下易分解生成二氧化氮,所以浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色,A项正确;铵态氮肥应避免与碱性肥料混合使用,防止铵根离子与氢氧根离子反应生成氨气,降低肥效,B项正确;常温下,铁、铝遇浓硝酸“钝化”,属于化学反应,C项错误;NO不溶于水,可以利用排水法收集,二氧化氮与水反应,密度比空气的大,可以利用向上排空气法收集,D项正确。,-67-,2,1,3,4,2.下列说法错误的是( ) A
27、.检验溶液中是否含有 的实验操作是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 B.加热NH4Cl和Ca(OH)2混合物,并将产生的气体通入酚酞溶液中,酚酞溶液变成红色 C.施肥时,草木灰(有效成分为K2CO3)不能与NH4Cl混合使用的原因是K2CO3与NH4Cl反应生成氨气会降低肥效 D.因NH4HCO3受热易分解,所以可用作氮肥,D,解析: 与NaOH溶液共热生成氨气,氨气是碱性气体,能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,A正确;NH4Cl与Ca(OH)2混合加热生成氨气,氨气是碱性气体,通入酚酞溶液中,酚酞溶液变成红色,B正确; K2CO3溶于水显碱性,与NH4
28、Cl反应生成氨气,会降低肥效,C正确; NH4HCO3中含有氮元素,可用作氮肥,D错误。,-68-,4,3,1,2,3.(2017北京理综)下述实验中均有红棕色气体产生,对比分析所得结论不正确的是( ),A.由中的红棕色气体,推断产生的气体一定是混合气体 B.红棕色气体不能表明中木炭与浓硝酸产生了反应 C.由说明浓硝酸具有挥发性,生成的红棕色气体为还原产物 D.的气体产物中检测出CO2,由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应,答案,解析,-69-,4,3,1,2,4.在100 mL HNO3和H2SO4的混合溶液中,两种酸的物质的量浓度之和为0.6 molL-1。向该溶液中加入足量的铜粉,加热,充分反应后,所得溶液中Cu2+的物质的量浓度最大值为(反应前后溶液体积变化忽略不计)( ) A.0.225 molL-1 B.0.30 molL-1 C.0.36 molL-1 D.0.45 molL-1,C,
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