高中化学58个精讲23氮和磷

高中化学58个精讲23氮和磷

高中化学58个考点精讲 ‎23、氮和磷 ‎1．复习重点 1． 氮族元素性质的相似性和递变规律；‎ 2． 氮气的分子结构及其化学性质；‎ 3． 磷的两种同素异形体的有关性质。‎ ‎2．难点聚焦 ‎1．知识要点：‎ 一． 氮族元素 ‎1．氮族元素的原子结构与性质 ‎（1）周期表中的位置：第VA族（N、P、As、Sb、Bi）‎ ‎（2）原子结构：‎ 相同点：最外层电子数相同（5e－）‎ 不同点：电子层数不同，原子半半径依次增大 ‎（3）主要性质：‎ ‎①相似性：a、最高价态为＋5，负价为－3，能形成氢化物RH3，Sb、Bi无负价；最高价氧化对应水化物HRO3或H3RO4 呈酸性。 ‎ ‎②递变性：（按原子序数增大顺序）：a、原子半径由小到大；b、氢化物的稳定性由强到弱；c、最高价含氧酸的酸性由强到弱；d、非金属性由强到弱，且比同周期卤族元素、氧族元素弱，金属性渐强。‎ ‎2．氮气的性质 ‎（1）氮气的物理性质：无色无味，不溶于水比空气略轻的气体。‎ ‎（2）氮气的化学性质：‎ 分子中N≡N非常牢固，通常情况下不易与其他物质反应。‎ N2 与氢气反应生成NH3（高温高压铁触媒）‎ 与氧气在放电条件下生成NO 点燃 ‎ 与活泼金属反应 3Mg+N2 Mg3N2‎ ‎(3)氮气的用途：‎ ‎ 工业上合成氨制硝酸；用作保护气，用于：焊接金属、填充灯泡、保鲜食品；医学上用于冷冻麻醉；高科技中用液氮制造低温环境等。‎ ‎ 3．磷的同素异形体：白磷和红磷 名称 白磷 红磷 分子结构 分子式P4、正四面体型、键角60°‎ 分子晶体、结构复杂 颜色状态 白色或黄色固体 暗红色粉末或固体 溶解性 不溶于水，易溶于CS2‎ 不溶于水，不溶于CS2‎ 毒性 剧毒 无毒 着火点 ‎40℃‎ ‎240℃‎ 保存方法 保存在水中 密封 相互转化 ‎4．磷及其化合物的性质 ‎（1）磷单质的化学性质和用途 ‎ ‎4P+5O2 2P2O5 2P＋3Cl2 2PCl3（l） 2P＋3Cl2 2PCl5（s）‎ 用途：制高纯度磷酸、红磷用于制农药、安全火柴、白磷制造燃烧弹和烟幕弹。‎ ‎（2）磷的化合物 ‎①P2O5：极易溶于水，是较好的干燥剂（吸湿性很强）能与水作用：‎ P2O5+H2O（冷）=2HPO3（剧毒） P2O5+3H2O（热）=2H3PO4（无毒）‎ ‎②H3PO4：无色晶体，与水任意比例互溶，有吸湿性，可作干燥剂，属非氧化性酸，沸点高。‎ 化学性质：具有酸的通性，是三元中强酸，是一种高沸点酸。能与碱中和、与NaBr、NaI作用。‎ ‎③磷酸盐：‎ 溶解性：磷酸二氢盐均易溶于水，溶液呈酸性；磷酸盐和磷酸一氢盐除钾、钠、铵盐外不溶于水。‎ 相互转化：‎ 磷酸盐 磷酸一氢盐 磷酸二氢盐 ‎2．原理、规律、疑难剖析：‎ ‎1．氮族元素最外层电子都是5个，主要显+5、+3、－3价。本族元素形成的+3、－3价化合物中其原子已达到稳定结构，如NH3、PCl3、BiCl3、Mg3N2。‎ ‎2．在氮族元素中氮和其它元素比较，有很大的特殊性，它的主要化合价有－3、+1、+2、+3、+4、+5等多种氮元素能以不同的价态与氧结合，可以形成多种氧化物：N2O、NO、N2O3、N2O4、NO2、N2O5。在这些氧化物中NO2和N2O4可以通过非氧化还原反应相互转化：2NO2 N2O4。‎ 有关氮的氧化物知识应注意：‎ ‎①NO是一种无色无味气体，能与人血液中的血红蛋白结合而使人中毒。接触空气后立即被氧化为NO2而变红棕色，收集NO气体必须用排水集气法。实验室中制NO气体是铜与硝酸反应：‎ ‎3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O NO在神经信号传递、血压生理调控、血流量控制、免疫调节、抵抗感染等方面起到了重要作用，被称为“明星分子”或“信使分子”。‎ ‎②NO2是一种红棕色、具有剌激性气味、有毒的气体。它与水反应，而易溶于水：‎ ‎3NO2+2H2O=2HNO3+NO↑‎ 在反应中NO2既是氧化剂又是还原剂。‎ 在NO2中，因N的价态较高，它的氧化性较强，NO2能氧化SO2、KI等物质：NO2+SO2=SO3+H2O ‎ NO2+2KI=2KNO2+I2（NO2能使湿润的淀粉KI试纸为蓝）‎ ‎③ 隐含反应2NO2 N2O4的应用：‎ 在实验测定NO2、N2O4的相对分子质量、比较相同条件下相同物质的量的气体体积大小，以及涉及到NO2气体的颜色深浅、压强、密度等方面时要考虑此反应。‎ ‎3．磷酸与碱反应的规律：‎ ‎=1∶1时生成NaH2PO4 ‎ ‎=1∶2时生成Na2HPO4‎ ‎=1∶3时生成Na3PO4‎ 介于1∶1和1∶2之间，则生成 NaH2PO4和Na2HPO4的混合物 介于1∶2和1∶3之间，则生成Na2HPO4和Na3PO4的混合物。‎ ‎3．例题精讲 有关NO、NO2、O2的混合气体和水反应的计算 基本反应 ： 2NO+O2=2NO2------------------（1） 3NO2+H2O=2H2NO3+NO------（2）‎ ‎1、NO（N2）、NO2混合气体与水反应 例1． 将20ml充满NO和NO2的混合气体的试管倒立于盛水的水槽中，充分反应后，剩余气体的体积变为10ml，求原混合气体中NO和NO2 各占多少毫升？‎ 解析：NO不与水反应，NO2与水反应时每一体积的NO2会生成1/3体积的NO ，所以剩余的气体为未参加反应的NO 和生成的NO ‎ 解法一：设原混合气体中含NO2 xml ，则含NO（20-x）ml ‎ 3NO2+H2O=2H2NO3+NO ‎ 3 1‎ ‎ x y ‎3/x=1/y解之得：y=x/3‎ 由题意得：（20-x）+x/3=10 解得x=15ml 则原NO的体积 20-15=5ml 答：（略）‎ 解法二： （差量法）设原混合气体中含NO2气体xml ‎ 3NO2+H2O=2H2NO3+NO △V ‎ 3 （3-1）‎ x (20-10)‎ ‎ 3/x=(3-1)/(20-10) 解得 x=15ml 答：（略）‎ ‎2、NO2和O2 的混合气体与水的反应 关系式：4NO2+O2+H2O=4HNO3‎ 将（2）×2-（1）得到，目的：消去中间产物NO）‎ 讨论如下：‎ NO2与O2的体积比 发生的化学反应 剩余气体 ‎=4:1‎ ‎4NO2+O2+H2O=4HNO3‎ 无 ‎<4:1‎ ‎4NO2+O2+H2O=4HNO3‎ O2‎ ‎>4:1‎ ‎4NO2+O2+H2O=4HNO3‎ ‎3NO2+H2O=2H2NO3+NO NO 例2.将充满NO2和O2的混合气体的量筒倒置于水中，充分反应后，保持气体压强不变，水进入至量筒体积的一半处停止了，则原混合气体中NO2和O2的体积比是多少？‎ 解析：NO2和O2的体积比不等于4:1，则需讨论NO2和O2分别过量时的两种情况 设混合气体的体积为1，混合气体中NO2的体积为x，则O2为(1- x)‎ ‎（1）假定原混合气体中V（NO2）：（O2）<4：1‎ ‎ 4NO2+O2+H2O=4HNO3‎ ‎ 4 1 ‎ ‎ x y ‎4/x=1/y 解得y=x/4‎ 剩余的O2：（1-x）-x/4=1/2 解得x=2/5‎ V（NO2）:V（O2）=2/5:(1-2/5)=2:3‎ ‎(2) 假定原混合气体中V（NO2）:V（O2）>4:1‎ ‎4NO2+O2+H2O=4HNO3‎ ‎4 1 ‎ y (1-x)‎ ‎4/ y =1/(1-x) 解得：y=4(1-x)‎ 暂时剩余NO2：1-[4(1-x)+(1-x)]=5x-4‎ 由反应式：3NO2+H2O=2H2NO3+NO可知 最后剩余NO ：（5x-4）/3‎ 由（5x-4）/3=1/2得 x=11/10(不合题意，舍去)‎ 小结： NO2和O2的混合气体与水反应时，当剩余气体的体积大于原混合气体体积的1/3时，只有一个条件：V（NO2）:V（O2）>4:1（此结论由同学们自行证明）‎ ‎3、NO与O2分别通入水中 关系式：4NO+3O2+H2O=4HNO3‎ 讨论如下：‎ NO与O2的体积比 发生的化学反应 剩余气体 ‎=4:3‎ ‎4NO+3O2+H2O=4HNO3‎ 无 ‎<4:3‎ ‎4NO+3O2+H2O=4HNO3‎ O2‎ ‎>4:3‎ ‎4NO+3O2+H2O=4HNO3‎ NO 例3.一定条件下，将等体积的NO和O2混合于一试管中，然后将试管倒立于盛有水的水槽中，充分反应后剩余气体的体积与原混合气体的体积之比是多少？‎ 解析： 因为混合气体中NO和O2的体积比<4:3，则剩余气体为O2‎ 设混合气体中NO 的体积为x，则O2的体积也为x ‎4NO+3O2+H2O=4HNO3‎ ‎4 3 ‎ x y ‎4/ x =3 / y 解得：y=3x/4‎ 剩余的O2为x-3x/4=x/4‎ 它与原混合气体的体积比为x/4:2x=1:8‎ ‎4、NO2、NO、O2的混合气体与水反应 关系式： V（O2）= V（NO2）/4+ 3V（NO）/4‎ 特例，当V（NO）: V（NO2）::V（O2）=1:1:1时，混合气体全部与水反应，无气体剩余。‎ 例4.常温下盛有10mlNO2和10mlNO组成的混合气体的大试管倒立于水中，当缓缓通入O2一段时间后，试管内残留2ml气体，则通入O2体积可能为多少毫升 解析：残留2ml气体可能是NO也有可能是O2，应予以讨论 ‎（1）若残留气体是NO ，则转化为HNO3的NO为10ml-2ml=8ml 则：4NO2+O2+H2O=4HNO3‎ ‎ 4 1‎ ‎ 10ml y ‎ ‎4 /10ml =1/ y 解得：y=2.5ml ‎4NO+3O2+H2O=4HNO3‎ ‎4 3‎ ‎8ml x ‎4/8ml =3/ x 解得：x=6ml 共耗氧气V（O2）=2.5ml+6ml=8.5ml ‎(2)若残留气体2ml是O2，则：‎ ‎4NO+3O2+H2O=4HNO3‎ ‎4 3‎ ‎10ml z ‎4/10ml =3/ z 解和z=7.5ml 故通入 V（O2）=2.5+7.5+2=12ml 答：（略）‎ 例5．关于非金属N、O、Cl、P的叙述，正确的是（ ）‎ A．在通常情况下其单质均为气体 B． 其单质均由双原子分子组成 C． 都属于主族元素 D． 每种元素公生成一种氢化物 解析：N、O、Cl通常情况下单质为气体，且为双原子分子，而P不是，白磷为P4分子，其中N的氢化物有NH3、N2H4等，O的氧化物有H2O、H2O2，所以A、B、D选项均不正确。正确答案为C。‎ 例6．氮气与其他单质化合一般需要高温，有时还需高压等条件，但金属锂在常温、常压下就能与氮气化合生成氮化锂，这是因为（ ）‎ ‎①此反应可能是吸热反应 ②此反应可能是放热反应 ‎③此反应可能是氮分子不必先分解成为原子④此反应前可能氮分子先分解成为原子 A．①② B．②④ C．②③ D．①④‎ 解析：氮分子中存在N≡N，键能很大，非常 牢固，通常情况下很难断裂N≡N键成为氮原子与其他物质反应，如果氮分子能与这种物质容易反应，只可能是氮分子不必先分解为氮原子这种情况；另外化学反应中放热反应一般比较容易发生。综上所述正确选项应为C选项。‎ 例7．（2002年南京市模拟题）工业废气的氮 氧化物（如NO、NO2等，用通式NOx表示）是主要的大气污染物之一。为了保护环境，工业上常通入氨气与之发生如下反应：‎ NOx+NH3 N2+H2O ‎ 有关此反应，下列说法中错误的是（ ）‎ A．N2既是氧化产物又是还原产物 B． 当x=1时，每生成2.5mol N2，被氧化的 气体有3mol C．当x=2时，有1mol气体被还原，转移电子4mol D．反应通式配平表示为：‎ ‎6 NOx +4x NH3 = （3+2x）N2+6x H2O ‎ 解析：分析平配平方程式得到A、D选项均正确，将x=1代入6 NOx +4x NH3 = （3+2x）N2+6x H2O中得到6NO+4NH3=5 N2+6H2O 分析可知：每生成5mol，被氧化的气体有4mol（被氧化的气体为NH3），则每生成2.5mol N2，被氧化的气体只有2mol。同理可推得C选项正确。所以，答案应为选项B。‎ 例8．（1994·全国·17）已知磷酸分子 ‎（ ）中的三个氢原子都可以跟重 水分子（D2O）中的D原子发生氢交换。又知次磷酸（H3PO2）也可以跟D2O进行氢交换，但次磷酸钠（NaH2PO2）却不能再跟D2O发生氢交换。由此可推断H3PO2的分子结构是（ ）‎ B.‎ D.‎ ‎ ‎ ‎ A. ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ C. ‎ 解析：题中所给磷酸分子的结构式是给的一个信息：含氧酸中只有与O原子直接结合的H原子才可能电离出H+，即题中所说的与D2O中的D原子发生氢交换。把信息迁移到H3PO2中，由于NaH2PO2不能与D2O进行氢交换，所以H3PO2只是一元酸，因而其结构式中只有一个—OH，再应用O原子只能有两个共价键的基础知识，就不难推出正确选项为B。‎ ‎4．实战演练 ‎1.有一种磷的结构式是 有关它的下列叙述中不正确的是 A.它完全燃烧时的产物是P2O5‎ B.它不溶于水 C.它在常温下呈固态 D.它与白磷互为同分异构体 ‎2.下列反应起了氮的固定作用的是 A.N2与H2在一定条件下反应生成NH3 B.NH3经催化氧化生成NO C.NO与O2反应生成NO2 D.由NH3制碳铵和尿素 ‎3.关于氮族元素的性质，下列推断错误的是 A.最高价氧化物为R2O5，其水化物化学式为HRO3或H3RO4 B.非金属性：磷＞砷，气态氢化物的还原性：PH3＞AsH3 C.最高价含氧酸的酸性：硒酸＞砷酸＞锗酸 D.所形成的氢化物中BiH3最不稳定 ‎4.下列比较中正确的是 A.硝酸酸性比磷酸强 B.PH3的稳定性大于NH3 C.PH3的还原性大于NH3 D.氮气的化学性质比磷活泼 ‎5.新电灯泡的玻璃柱上涂有一点暗红色物质，以除去灯泡内残留的氧，该物质是 A.Cu2O B.Fe2O3 C.红磷 D.铜粉 ‎6.红磷和白磷在一定条件下可以相互转化，这一变化属于 A.物理变化 B.化学变化 C.氧化还原反应 D.分解反应 ‎7.在两密闭容器中分别盛有‎31 g白磷和1 mol氧气，控制条件使其发生反应，容器甲：P4＋5O2===Ｐ4O10，容器乙：P4＋3O2===Ｐ4O6，经充分反应后，两容器中分别所得的P4O10和P4O6的物质的量的比为 A.5∶4 B.4∶5 C.4∶3 D.3∶5‎ ‎8.将（NH4）2CO3加热全部气化后，将气体先通过Na2O2，固体质量增加x g，再通过浓H2SO4，溶液质量增加y g；若先通过浓H2SO4，溶液增重z g，再通过Na2O2,固体质量增加w g，则x、y、z、w的质量大小排列顺序正确的是 A.x＞y＞z＞w B.w＞z＞y＞x C.y=z＞x=w D.z＞y＞x＞w ‎9.在一定温度和压强下，将一支容积为15 mL的试管充满NO2后，倒置于一个盛水的水槽中，当试管内液面上升至一定高度不再变化时，在相同条件下再通入O2，若要使试管内的液面仍保持在原高度，则通入O2的体积为 A.3.75 mL B.7.5 mL C.8.75 mL D.10.5 mL ‎10.在下列反应中，氨作氧化剂的是 A.8NH3＋3Br2===6NH4Br＋N2 B.2NH3＋H2S===(NH4)2S C.2NH3＋2Na===2NaNH2＋H2 D.NH3＋NaH===NaNH2＋H2 ‎11.下列关于磷及其化合物的叙述不正确的是 A.红磷用于制造安全火柴、农药和燃烧弹 B.磷酸二氢盐都易溶于水 C.磷酸是三元酸，比硝酸的酸性强 D.P2O5溶于热水生成磷酸，溶于冷水生成偏磷酸 ‎12.下列制氮气的方法中，不合理的是 A.分离液态空气 B.加热使NH3分解 C.将空气通过足量灼热的铜网 D.将空气通过加热的镁粉 ‎13.把等质量的镁分别放在下列气体中完全燃烧：①纯O2中，②空气中，③CO2中，‎ ‎④Cl2中，⑤N2中，得到固体物质的质量分别为：m1、m2、m3、m4、m5，其由大到小的关系正确的是 A.①②③⑤④ B.④③①②⑤ C.④③②①⑤ D.④①③②⑤ ‎14.关于磷的下列叙述中，正确的是 ‎①红磷没有毒性而白磷剧毒 ②白磷在空气中加热到‎260℃‎可转化为红磷 ③少量白磷保存于水中 ④红磷可升华，且转化为白磷时属化学变化 ⑤白磷和红磷都可溶于CS2 ‎ ‎⑥白磷为非金属单质，其晶体为正四面体型的原子晶体 A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.③⑤⑥ ‎15.为了测知红磷在氯气中燃烧的产物，可以根据它的质量增加来确定。现有红磷‎31 g，在氯气中燃烧其质量增加‎150 g，由此可判断这个反应中，红磷燃烧的产物是 A.只有PCl3 B.只有PCl5 C. PCl3和PCl5 D.无法确定 二、非选择题（共55分） ‎16.(8分)第ⅤA族某元素的单质‎15.5 g在空气中充分燃烧生成最高价氧化物。其质量比原单质质量增加‎20 g。该元素是 ，此元素原子结构示意图为 。‎ ‎17.(9分)雷雨时，从天空落下的雨水中常含有少量硝酸，其原因是(用化学方程式表示)：‎ ‎① ‎ ‎② ‎ ‎③ ‎ ‎18.(8分)实验室合成氨装置如下图。试回答： 装置甲的作用是： ‎① ‎ ‎② ‎ 从乙处导出的气体是 ，检验产物的简单化学方法是 。‎ ‎19.(10分)如右所示A、B、C、D、E变化关系网，均省去了反应所需条件， ‎(1)如果A为气体单质，则：A ，B ，C ，D ，E 。‎ ‎(2)如果A为固体单质，则： A ，B ，C ，D ，E 。(均填分子式)‎ ‎20.(11分)实验室常用饱和NaNO2与NH4Cl溶液反应制取纯净氮气，反应式为：NH4Cl＋NaNO2NaCl＋N2↑＋2H2O，ΔH＜0，实验装置如下图所示，试回答： ‎ (1)装置中A部分的分液漏斗与蒸馏烧瓶之间连接的导管所起的作用是 (填写编号)。‎ a.防止NaNO2饱和溶液蒸发b.保证实验装置不漏气c.使NaNO2饱和溶液容易滴下 ‎(2)B部分的作用是 。‎ a.冷凝 b.冷却氮气 c.缓冲氮气流 ‎(3)加热前必须进行的一个操作步骤是 ；加热片刻后，即应移去酒精灯以防反应物冲出，其原因是 。‎ ‎(4)收集N2前，必须进行的操作步骤是(用文字说明) 。收集N2最适宜的方法是(填写编号) 。‎ a.用排气法收集在集气瓶中b.用排水法收集在集气瓶中c.直接收集在球胆或塑料袋中 ‎21.（9分）实验室用稀硝酸与铜反应来制备NO气体，如果采用（Ⅰ)装置（烧瓶内加入稀硝酸和铜片，必要时可加热）。实验效果不十分理想，因为从观察到的现象不能有力证明反应产物是NO；有人设计了（Ⅱ)装置（橡皮塞下端连有铜丝圈），用来做该实验可以达到满意的效果。‎ ‎（1）用Ⅰ装置做实验时，用排水法收集到的气体的颜色为 色；实验过程中由于观察到 现象，而不能有力证明反应产物是NO。 ‎（2）用Ⅱ装置做实验时，将有关操作补充完全： ‎①将分液漏斗的活塞打开，从U形管的B侧管口注入稀硝酸，一直注到 为止。‎ ‎②关闭活塞，用酒精灯在U形管的A侧加热，当 时，立即撤去酒精灯。‎ ‎（3）回答下列问题： ‎①反应在什么情况下可以自动停止？可在何处观察到无色的NO气体？ ‎②如果再将分液漏斗的活塞慢慢打开，可立即观察到哪些明显现象？‎ 附参考答案 一、1.D2.解析：氮的固定是把单质氮转变成化合物的氮的过程。答案：A3.B 4.AC ‎5.解析：反应消耗灯泡内少许氧气。答案：C 6.B ‎7.解析：依反应方程式进行过量与适量的判断后计算。答案：B ‎8.D 9.C 10.CD 11.C 12.BD ‎13.解析：用差量法求解比较方便，但注意2Mg+CO2===2MgO+C，固体物质是两部分。答案：B ‎14.C 15.C ‎17.①N2＋O22NO ②2NO＋O2===2NO2③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO↑ ‎18.①干燥气体 ②使两种气体充分混合,并通过观察气泡以调节氢气、氮气流速 NH3及N2和H2的混合物 用湿润的红色石蕊试纸检验气体，试纸变蓝(或其他合理方法) ‎19.(1)N2 NO2 NO NH3 HNO3 (2)S SO3 SO2 H2S H2SO4 ‎20.(1)c (2)a (3)检查装置的气密性 本反应为放热反应 (4)将系统内空气排尽 c ‎21.（1）无 烧瓶内有红棕色气体 ‎（2）①单孔塞下沿与液面间不留有空隙（无气泡存在） ②铜丝上有气泡产生 ‎（3）①当产生的NO气体将稀HNO3排入U型管B侧管内使铜丝网与稀HNO3脱离后反应会立即停止；在U型管A侧管中可观察到无色的NO气体。②U型管的B侧管中的稀HNO3又回到A侧管内，分液漏斗中有红棕色气体出现。‎