北京市2021高考化学一轮复习专题二元素及其化合物第11讲氮及其化合物课件

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第11讲　氮及其化合物 一、氮气和氮的氧化物 (一)氮气的性质 通常情况下,N 2 化学性质很稳定,只在高温、放电、催化剂等条件下才能发生 一些化学反应。 写出相关反应的化学方程式:   教材研读 (二)氮的氧化物 1.NO和NO 2 NO NO 2 物理性质 颜色 无色 ③ 　 红棕      色 毒性 有毒 有毒 溶解性 不溶于水 溶于水,并与水反应 化学性质 与O 2 反应 2NO+O 2   2NO 2 — 与H 2 O反应 — ④ 　 3NO 2 +H 2 O   2HNO 3 +NO 2.人类活动对自然界氮循环和环境的影响 (1)固氮及影响 a.含义:使空气中游离态氮转化为化合态氮。 b.方法   c.影响   (2)NO x 的污染 a.氮氧化物:有NO、N 2 O、NO 2 、N 2 O 3 、N 2 O 4 、N 2 O 5 等,其中NO和NO 2 是最主 要的空气污染物。 b.污染源:石油产品的燃烧和煤的燃烧,汽车尾气及工业废气的排放,农田土壤 及动物排泄物中含氮化合物的转化等。 c.污染 大气污染   (3)对生产中氮氧化物污染的防治 a.控制进入自然界的有害物质的数量。 b.增强生态系统对有害物质的吸收能力。 自测1 　判断正误,正确的画“√”,错误的画“ ✕ ”。 (1)NO 2 溶于水时生成HNO 3 ,故NO 2 是硝酸的酸酐   ( ✕ ) (2)CO、NO、NO 2 都是大气污染气体,在空气中都能稳定存在       ( ✕ ) (3)NO 2 溶于水时发生氧化还原反应   ( √ ) (4)NO 2 通入FeSO 4 溶液中始终无明显现象   ( ✕ ) (5)用排水法收集NO 2 ,用向上排空气法收集NO   ( ✕ ) (6)用湿润的淀粉-KI试纸可鉴别NO 2 和溴蒸气   ( ✕ ) 自测2 　俗话说“雷雨发庄稼”,这说明雷雨中含有能被植物吸收和利用的 化合态的氮,请同学们写出三个有关的化学方程式: (1) 　　　　　　　　　　　　     ; (2) 　　　　　　　　　　　　     ; (3) 　　　　　　　　　　　　     。 答案 　(1)N 2 +O 2   2NO (2)2NO+O 2   2NO 2 (3)3NO 2 +H 2 O   2HNO 3 +NO 自测3 　反应3NO 2 +H 2 O   2HNO 3 +NO中,氧化剂为 　　　     ,还原剂为 　     　     ,氧化剂与还原剂物质的量之比为 　　　     ,1 mol NO 2 参与反应转移电 子的个数为 　　　     。 答案 　NO 2 　NO 2 　1∶2       N A 二、氨和铵盐 (一)氨的结构与性质 1.结构: 电子式为①     H ··   ·· H   。 2.物理性质: 无色、有刺激性气味的气体,密度比空气小,易液化,极易溶于 水。 3.化学性质 (1)与水反应 NH 3 +H 2 O   NH 3 ·H 2 O   N   +OH - NH 3 是中学化学中唯一能使湿润的红色石蕊试纸② 　 变蓝      的气体,常用此 性质检验NH 3 。 (2)与氧气反应(氨的催化氧化) ③ 　 4NH 3 +5O 2   4NO+6H 2 O     (写化学方程式)。 (二)铵盐的性质和N   的检验 1.铵盐的性质 (1)易溶于水的离子化合物。 (2)与碱反应 N   +OH -   NH 3 ↑+H 2 O (3)受热分解 如NH 4 Cl   NH 3 ↑+HCl↑ (4)水解反应 N   +H 2 O   NH 3 ·H 2 O+H + 2.N   的检验 (1)取样品与碱共热,用湿润的④ 　 红色石蕊      试纸检验产生的气体,观察试 纸是否变蓝。 (2)取样品与碱共热,用蘸有⑤ 　 浓盐酸      的玻璃棒检验产生的气体,观察是 否有白烟产生。 (三)氨气的制法 1.氨气的实验室制法 (1)原理:铵盐与碱共热,产生氨气。 实验室常用反应的化学方程式为⑥ 　 2NH 4 Cl+Ca(OH) 2   CaCl 2 +2NH 3 ↑+ 2H 2 O      。 (2)制取装置:   1)收集:由于氨气极易溶于水,密度比空气小,所以只能用向下排空气法收 集。 2)检验:a.用湿润的红色石蕊试纸接近试管口(变蓝);b.将蘸有浓盐酸的玻璃棒 接近试管口(产生白烟)。 3)棉花团的作用:在收集NH 3 的试管口放置一团松软的干棉花,是为了防止试 管内的NH 3 与试管外的空气形成对流,以便在较短时间内收集到较为纯净的 NH 3 。 2.氨气的工业制法 N 2 +3H 2   2NH 3 自测4 　判断正误,正确的画“√”,错误的画“ ✕ ”。 (1)用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上,试纸变蓝色,是因为浓氨水呈 碱性   ( √ ) (2)可用蘸有浓盐酸的棉棒检验输送氨气的管道是否漏气   ( √ ) (3)液氨汽化时要吸收大量的热,可用作制冷剂   ( √ ) (4)实验室用NH 4 Cl和Ca(OH) 2 制备NH 3 涉及氧化还原反应   ( ✕ ) (5)检验N   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   ( ✕ ) 自测5 　如图是课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案。下列有关操 作不可能引发喷泉现象的是   (　 　)   A.挤压装置①的胶头滴管,使CCl 4 全部进入烧瓶,片刻后打开止水夹 B.挤压装置②的胶头滴管,使NaOH溶液全部进入烧瓶,片刻后打开止水夹 C.用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹 D.向装置④的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹 答案     B　H 2 不溶于NaOH溶液,不能形成较大压强差,不能引发喷泉现象。 自测6 　氨水中存在的三个平衡是 　　　　　　　　　     、 　　　　　　     　　     、 　　　　　　　　　     。根据上述平衡分析氨水中存在的粒子有      。 答案 　NH 3 +H 2 O   NH 3 ·H 2 O　NH 3 ·H 2 O   N   +OH - 　H 2 O   H + +OH -      NH 3 、NH 3 ·H 2 O、H 2 O、N   、OH - 、H + 三、硝酸 1.物理性质 (1)纯硝酸为无色、有刺激性气味的液体。 (2)硝酸沸点较低,易挥发,在空气中遇水蒸气形成白雾。 (3)质量分数在69%以上的硝酸称为浓硝酸。 2.化学性质 (1)强酸性 稀硝酸能使紫色石蕊溶液变红。 (2)不稳定性 a.浓硝酸不稳定,见光或受热易分解,反应的化学方程式为① 　 4HNO 3 (浓)   2H 2 O+4NO 2 ↑+O 2 ↑      。 b.存放:浓HNO 3 应盛放在棕色试剂瓶里,并存放在黑暗阴凉处。 c.浓硝酸常呈黄色是HNO 3 分解产生的NO 2 溶于硝酸的缘故,除去硝酸中黄色 的方法是通入少量O 2 ,发生的反应为② 　 4NO 2 +O 2 +2H 2 O   4HN O 3      。 (3)强氧化性 a.与金属反应(大部分金属能与硝酸反应) Cu与浓、稀硝酸均能反应,化学方程式分别为: ③ 　 Cu+4HNO 3 (浓)   Cu(NO 3 ) 2 +2NO 2 ↑+2H 2 O      、④ 　 3Cu+8HNO 3 (稀)   3Cu(NO 3 ) 2 +2NO↑+4H 2 O      。 常温下,铁、铝遇冷的浓HNO 3 发生⑤ 　 钝化      。 b.与非金属反应,如C+4HNO 3 (浓)   CO 2 ↑+4NO 2 ↑+2H 2 O。 c.与其他还原剂反应,如与H 2 S、SO 2 、Na 2 SO 3 、FeSO 4 、KI、NaBr等发生氧 化还原反应。 d.王水 浓硝酸和浓盐酸按体积比为1∶3混合即得王水,它的氧化性更强,能溶解Pt、 Au等金属。 3.用途 制化肥、炸药、染料等。 自测7 　判断正误,正确的画“√”,错误的画“ ✕ ”。 (1)浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色   ( ✕ ) (2)硝酸能与Na 2 CO 3 反应,但不生成CO 2   ( ✕ ) (3)用浓HNO 3 与Cu反应制备NO 2   ( √ ) (4)过量的铜与浓硝酸反应有一氧化氮生成   ( √ ) (5)常温下,铝和铁在浓HNO 3 中“钝化”,说明铝和铁与浓HNO 3 不反应 ( ✕ ) (6)将可调高度的铜丝伸入稀HNO 3 中,溶液变蓝,说明Cu与稀HNO 3 发生置换 反应   ( ✕ ) 自测8 　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   (　 D 　)       ① ② ③ A.由①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②中木炭与浓硝酸发生了反应 C.由③说明浓硝酸具有挥发性,生成的红棕色气体为还原产物 D.③的气体产物中检测出CO 2 ,由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应 答案     D　本题考查硝酸的氧化性、不稳定性、挥发性等性质。③中的CO 2 可能是木炭与空气中的氧气反应的产物。 考点一　氨的制备与性质   一、氨气的实验室制法 考点突破 1.加热NH 4 Cl和Ca(OH) 2 的混合物 2NH 4 Cl+Ca(OH) 2   2NH 3 ↑+CaCl 2 +2H 2 O 2.实验室制取氨气的其他方法 方法 化学方程式(或原理) 气体发生装置 加热浓氨水 NH 3 ·H 2 O   NH 3 ↑+H 2 O   浓氨水+固态碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等) 浓氨水中存在以下平衡:NH 3 +H 2 O   NH 3 ·H 2 O   N   +OH - ,加入固态碱性物质后:①消耗水且使 c (OH - )增大,使平衡逆向移动;②反应放热,促进NH 3 ·H 2 O的分解   为 c (NH 3 ·H 2 O)> c (OH - )> c (N   )> c (H + )。 (2)性质 ①容易挥发,浓氨水敞口久置于空气中溶液质量减小,浓度变小。 ②氨水质量分数越大,其密度越小。 ③氨水中存在平衡:NH 3 +H 2 O   NH 3 ·H 2 O   N   +OH - ,氨水呈碱性。 ④氨水是很好的沉淀剂,能使Mg 2+ 、Al 3+ 、Fe 2+ 、Fe 3+ 转化为氢氧化物沉淀。   二、氨水的成分及性质 (1)组分 三种分子:NH 3 、NH 3 ·H 2 O、H 2 O;三种离子:N   、OH - 、H + ;粒子浓度大小顺序 典例1 　下列装置用于进行指定实验时,能达到实验目的的是       (　 　)   答案     D　A项,装置甲中试管口应略向下倾斜;B项,氨气能与浓硫酸反应;C 项,装置丙中只有气体的入口,没有气体的出口。 A.用装置甲制备氨气 B.用装置乙除去氨气中少量水蒸气 C.用装置丙收集氨气 D.用装置丁吸收多余的氨气 1-1 　如图利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨 水,立即用另一培养皿扣在上面。下表中对实验现象的解释不正确的是 (     　)   选项 实验现象 解释 A 浓盐酸附近产生白烟 NH 3 与浓盐酸挥发出来的HCl反应产生了NH 4 Cl固体 B 浓硫酸附近无明显现象 NH 3 与浓硫酸不发生反应 C 氯化物溶液中有红褐色沉淀 该溶液一定是FeCl 3 溶液 D 干燥的红色石蕊试纸不变色,湿润的红色石蕊 试纸变蓝 NH 3 ·H 2 O是碱而NH 3 不是碱 答案     B　NH 3 与浓H 2 SO 4 反应生成(NH 4 ) 2 SO 4 。 1-2 　某学习兴趣小组探究氨气的制取实验: (1)甲同学拟用下列实验方法制备氨气,其中合理的是 　　　     (填字母)。 A.将氯化铵固体加热分解,收集产生的气体 B.将浓氨水滴入氢氧化钠固体中,收集产生的气体 C.将碳酸氢铵加热分解,用碱石灰干燥产生的气体 D.将氯化铵稀溶液滴入氢氧化钠固体中,收集产生的气体 (2)根据上述正确的原理,该同学欲用下列常见的实验室制气装置制取氨气, 适宜的装置是 　　　     。   (3)气体的性质是气体收集方法选择的主要依据。下列性质与收集方法无关 的是 　　　     (填序号)。 ①密度　②颜色　③溶解性　④热稳定性　⑤与氧气反应 (4)下图是甲同学设计的收集氨气的几种装置,其中可行的是 　　　     ,集气 的原理是          。   答案 　(1)BC　(2)CD　(3)②④　(4)d　氨气密度小于空气,采用短管进氨气, 长管出空气,即可收集氨气 解析 　(1)氯化铵受热分解产生氯化氢和氨气,遇冷又转化为氯化铵固体;在 溶液中,用NH 4 Cl和NaOH反应制取氨气时,应用浓的NH 4 Cl溶液并加热。 (2)将浓氨水滴入氢氧化钠固体中制氨气选用C装置;将碳酸氢铵加热分解产 生的气体用碱石灰干燥制氨气选用D装置。 (3)气体收集方法的选择要考虑密度、溶解性及能否与空气中成分反应。 (4)氨气极易溶于水,密度比空气小,故采用向下排空气法收集,而b装置集气瓶 口不应加橡胶塞。 考点二　守恒法在含氮物质相关计算中的应用   一、有关氮的氧化物的计算 1.关系式法 (1)NO 2 和O 2 的混合气体溶于水的计算 由4NO 2 +O 2 +2H 2 O   4HNO 3 可知,当体积比 V (NO 2 )∶ V (O 2 )   (2)NO和O 2 的混合气体溶于水的计算 2NO+O 2   2NO 2 ,4NO 2 +2H 2 O+O 2   4HNO 3 总反应方程式为4NO+3O 2 +2H 2 O   4HNO 3 ,当体积比 V (NO)∶ V (O 2 )   2.原子守恒法 4NO 2 +O 2 和4NO+3O 2 从组成上均相当于2N 2 O 5 ,上述两个总反应都与N 2 O 5 +H 2 O   2HNO 3 等效。当混合气体溶于水时,利用混合气体中N、O原子个数比 进行分析判断。 N (N)∶ N (O)   二、金属与硝酸反应的规律和相关计算 1.反应规律   (1)HNO 3 与金属的反应 还原产物:浓HNO 3 →NO 2 ,稀HNO 3 →NO。 (2)Cu与浓HNO 3 的反应 Cu与浓HNO 3 反应时,若Cu足量,开始时还原产物为NO 2 ,随着反应的进行,浓 HNO 3 变稀,还原产物为NO,最终得到NO 2 与NO的混合气体。 (3)Fe与稀HNO 3 的反应 Fe过量,氧化产物为Fe 2+ ;Fe不足,氧化产物为Fe 3+ 。 2.计算方法 (1)N原子守恒法 HNO 3 与金属反应时,一部分HNO 3 起酸性作用;另一部分HNO 3 作氧化剂被还 原,反应产生的硝酸盐及还原产物中氮原子的总物质的量等于反应消耗的 HNO 3 中氮原子的物质的量。 (2)得失电子守恒法 HNO 3 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 在任何溶液中,阴离子所带负电荷总数与阳离子所带正电荷总数在数值上是 相等的。   典例2 　在某100 mL的混合液中,硝酸和硫酸的物质的量浓度分别是 0.4 mol/ L、0.1 mol/L,向该混合液中加入1.92 g铜粉,加热,待充分反应后,所得溶液中 铜离子的物质的量浓度(不考虑溶液体积变化)是   (　 B 　) A.0.15 mol/L　　B.0.225 mol/L C.0.30 mol/L　　D.0.45 mol/L 答案     B　反应的离子方程式为3Cu+8H + +2N     3Cu 2+ +2NO↑+4H 2 O,分 析可知H + 不足,应根据 n (H + )进行计算,所以 n (Cu 2+ )=   × 0.06 mol=0.022 5 mol, c (Cu 2+ )=   =0.225 mol/L。 2-1 　将一定量硫酸、硝酸和KNO 3 溶液混合成100 mL溶液,其中H 2 SO 4 、 HNO 3 和KNO 3 的物质的量浓度分别是6 mol/L、2 mol/L和1 mol/L,向其中加 入过量的铁粉,可产生标准状况下混合气体的体积为   (　 C 　) A.11.2 L　　B.6.72 L　　C.8.96 L　　D.4.48 L 答案     C　100 mL溶液中含有氢离子的物质的量为0.1 L × 6 mol/L × 2+0.1 L × 2 mol/L=1.4 mol,含有硝酸根离子的物质的量为0.1 L × 2 mol/L+0.1 L × 1 mol/L= 0.3 mol,加入过量的铁粉,发生反应的离子方程式为3Fe+2N   +8H +   3Fe 2+ + 2NO↑+4H 2 O和Fe+2H +   Fe 2+ +H 2 ↑,则: 3Fe+2N   + 8H +   3Fe 2+ +2NO↑+4H 2 O 2　　 8　　 2 　　0.3 mol　1.2 mol　　 0.3 mol 剩余的氢离子的物质的量为1.4 mol-1.2 mol=0.2 mol, Fe+2H +   Fe 2+ +H 2 ↑ 　 2　　 1 　 0.2 mol　　 0.1 mol 产生气体的物质的量为0.3 mol+0.1 mol=0.4 mol,标准状况下气体的体积为 0.4 mol × 22.4 L/mol=8.96 L。 2-2 　如下图所示,将相同条件下的 m 体积NO和 n 体积O 2 同时通入倒立于水槽 中且盛满水的试管内,充分反应后,试管内残留   体积的气体,该气体与空气 接触后立即变为红棕色。则 m 与 n 的比值为   (　 C 　)   A.3∶2　　B.2∶3　　C.8∶3　　D.3∶8 答案     C　剩余气体与空气接触立即变为红棕色,说明剩余气体为NO,则   体 积的NO与 n 体积的氧气恰好完全反应,由4NO+3O 2 +2H 2 O   4HNO 3 得   =   n , 即 m ∶ n =8∶3。 2-3 　将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应,铜完全溶解,产生的NO和 NO 2 混合气体在标准状况下的体积为11.2 L。请回答下列问题: (1)NO的体积为 　　　     L,NO 2 的体积为 　　　     L。 (2)参加反应的HNO 3 的物质的量为 　　　     。 (3)待产生的气体全部释放后,向溶液中加入 V mL a mol·L -1 的NaOH溶液,恰好 使溶液中的Cu 2+ 全部转化成沉淀,则原硝酸的浓度为 　　　　　　     mol·L -1 。 (4)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO 3 ,至少需 要30%的双氧水 　　　     g。 答案 　(1)5.824　5.376　(2)1.52 mol　(3)   　(4)57.8 解析 　(1) n (Cu)=   =0.51 mol,设混合气体中NO的物质的量为 x ,NO 2 的 物质的量为 y 。则 x + y =   =0.5 mol,3 x + y =(0.51 × 2)mol,解得: x =0.26 mol, y =0.24 mol。则 V (NO)=0.26 mol × 22.4 L·mol -1 =5.824 L, V (NO 2 )=11.2 L-5.824 L= 5.376 L。 (2)参加反应的HNO 3 分两部分:一部分显酸性,生成Cu(NO 3 ) 2 ;另一部分被还原 成NO 2 和NO,所以参加反应的HNO 3 的物质的量为0.51 mol × 2+0.5 mol=1.52 mol。 (3)HNO 3 在反应中一部分被还原变成气体,一部分以N   的形式留在溶液中。 变成气体的HNO 3 的物质的量为0.5 mol。加入NaOH溶液恰好使溶液中的Cu 2+ 全部转化成沉淀,此时溶液中的溶质只有NaNO 3 ,其物质的量为 aV × 10 -3 mol, 也就是以N   形式留在溶液中的HNO 3 的物质的量为 aV × 10 -3 mol。所以, c (HNO 3 )=   mol·L -1 。 (4)由得失电子守恒得2 × n (Cu)=2 × n (H 2 O 2 ), n (H 2 O 2 )= n (Cu)=0.51 mol,则 m (H 2 O 2 )= 17.34 g,至少需要30%的双氧水:17.34 g ÷ 30%=57.8 g。