《氮及其化合物》PPT课件.ppt

全局性掌控 本节重要知识有 N2、 NO、 NO2、 NH3、 HNO3、铵 盐的性质及用途， NH3的制法， NH的检验等，主要考 查硝酸的强氧化性，如离子共存，氨气的性质、实验室 制法及相关探究性实验，硝酸与金属反应的相关计算， 大气污染等硝酸的强氧化性一直是高考的热点，硝酸 与金属的反应也经常出现，预测 2012年的高考中氮及其 化合物知识仍会与理论知识结合起来综合考查 . 全局性掌控 O2(高温 、 催化剂 ) 4HNO3(浓 )=4NO2+ 2H2O+O2 强氧化 性 不稳定 性 HNO3 NaNO2 NaOH Mg N2O4 H2O NH3.H2O NH3 N2 NO NO2 Ag(NH3)2+ NH4Cl AgNO3 NaOH HCl H 2O Mg3N2 Cl2、 CuO H2加热加压 O2(放电 ) NH3 O2 SO2 H2O Cu HCl Cu、 Fe2+、 、 I- 与金属反应 :Cu 与非金属反应： C、 S Fe、 Al在冷 、 浓 HNO3 钝化 Pt、 Au能溶解于王水 (浓 HNO3:浓 HCl=1:3） 与还原性化合物反应： Fe2+、 SO2、 H2S、 HI 有机物 硝化反应： C6H6 酯化反应： C3H5(OH)3 一，氮气 1氮气的存在和物理性质 存在：既有游离态又有化合态。空气中含 N2 78 (体积分数 )或 75 (质量分数 )；化合态氮存在于多种 无机物和有机物中，氮元素是构成蛋白质和核酸不 可缺少的元素。 物理性质： 纯净的氮气通常状况是无色气体，密度比空气略小。 氮气在水中的溶解度很小。在常压下，经降温后， 氮气变成无色液体，再变成雪花状固体。 2氮气的化学性质 氮气分子中 NN非常牢固，氮气的化学性质稳 定、不活泼，通常情况下不易与其他物质反应。 但在一定条件下可以和一些物质发生化学反应。 与氢气反应 N2 +3H2 2NH3 （该反应是一个可逆反应，是工业合成氨的原理。） 与氧气反应 N2 + O2 2NO （在闪电或行驶的汽车引擎中会发生的反应。） 放电 与金属的反应 3Mg+N2 点燃 Mg3N2 （ Mg3N2为黄绿色固体，遇水发生剧烈反应，生 成 Mg(OH)2沉淀和 NH3) 3氮气的用途： 合成氨，制硝酸； 代替稀有气体作焊接金属时的保护气，以防止金属被 空气氧化； 在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发； 保存粮食、水果等食品，以防止腐烂； 医学上用液氮作冷冻剂，以便在冷冻麻醉下进行手术； 利用液氮制造低温环境，使某些超导材料获得超导性 能。 二，氮的含氧化合物 1氧化物的种类 氮元素主要化合价有 3、 0、 +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。 2 NO、 NO2性质的比较 氮的氧化 物 一氧化氮 (NO) 二氧化氮 (NO2) 物理性质 化学性质 为无色、不溶于水、有 毒的气体 为红棕色、有刺激性气 味、有毒的气体，易溶 于水 极易被空气中的 O 2氧 化： 2NO + O2= 2NO2 NO中的氮为 +2价，处 于中间价态，既有氧化 性又有还原性 与 H2O反应： 3NO2 + H2O 2HNO3 + NO (工业制 HNO3原理在 此反应中， NO2同时作 氧化剂和还原剂 ) 3有关氮的氧化物知识 NO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气体是铜与稀硝酸反应： 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”。 NO2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。 a.实验室制备 NO2反应： Cu+4HNO3（ 浓） =Cu(NO3)2+2NO2+2H2O b.收集：排空气法，不用排水法： 3NO2+H2O=2HNO3+NO （在反应中 NO2既是氧化剂又是还原剂）。 c.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 + H2O H2SO4 + NO 4NO2 +2KI 2NO + 2KNO3 + I2 （ NO2能使湿润的淀粉 KI试纸为蓝，这点与同样 为红棕色的溴蒸汽相同） d. 隐含反应 2NO2(红棕色 ) N2O4(无色 ) 的应用： NO2气体往往混有 N2O4，是混合气体，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） N2O俗称“笑气”，可作医用麻醉剂。 （ 4） N2O3是 HNO2的酸酐， N2O5是 HNO3的酸酐， NO2 可以与水反应生成硝酸，但 NO2不是硝酸的酸酐。 4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=2HNO3+NO （ 2） NO（ N2）、 NO2混合气体与水反应： 3NO2+H2O=2HNO3+NO 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 4:1 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 3NO2+H2O=2HNO3+NO 无 O2 NO NO与 O2分别通入水中 关系式： 4NO+3O2+H2O=4HNO3 NO与 O2的体积比 发生的化学反应 剩余气体 =4:3 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 无 4:3 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 NO NO2、 NO、 O2的混合气体与水反应 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 剩余气体为： O2 ； NO，计算时可处理为先发生反应， 后发生反应 2(O )V2(NO )V 特例，当 V（ NO） : : =1:1:1时，混合气体全部与水反应 ，无气体剩余。 三，氨、铵盐 1氨的结构、性质和用途 （ 1）氨的结构： 电子式： 结构式： 空间构型：三角锥形；键角： 107 18 ， NH3是极性分子。 （ 2）物理性质：无色有特殊剌激性气味的 气体，极易溶于水，常温常压下 1体积水能 溶解 700体积的 NH3 。 （ 3）化学性质： 与水反应： NH3+H2O NH3H 2O NH4 +OH 与酸的反应： NH3+HCl=NH4Cl（生成白烟） NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 与氧化剂反应： 4NH3+5O2 4NO+6H2O （这一反应叫做氨的催化氧化或叫接触氧化，是工业 上制硝酸的反应原理之一。） 2NH3+3CuO N2+3Cu+3H2O 8NH3 + 3Cl2 = N2 + 6NH4Cl 2氨的实验室法：用铵盐与碱共热 2NH 4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H2O (1)发生装置：固固加热型。 与制备 O2 气体相似。 (2)检验： a.用润湿的红色石蕊试纸检验； b.用沾有浓盐酸的玻璃棒检验，产生白烟。 (3)干燥：碱石灰。 (4)收集：只能用向下排空气法。 (5)验满：用湿润的红色石蕊试纸放在试管口， 也可用玻璃棒蘸有浓氨水，靠近试管口。 (5)注意： a棉花的作用为防止气体对流，提高收集氨气的 速率和纯度。 b不使用 NaOH的原因是加热时 NaOH碱性强， 容易腐蚀试管。消石灰碱性相对弱，且比较疏松， 氨气容易逸出。 c制取干燥氨气也不能用 CaCl2作干燥剂，原因 是 CaCl2和 NH3加合生成 CaCl28NH3。 3氨的工业制法 N2 +3H2 2NH3 4铵盐 （ 1）结构：离子晶体，具有离子键、共价键和配位 键，是由非金属元素组成的离子化合物。 （ 2）物理性质：都是晶体，都易溶于水。 （ 3）化学性质 （ 4）用途：可用作氮肥，炸药，焊药。 （ 5） NH4 的检验：往待测液中加入 NaOH溶液 加热，放出能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体， 则证明含 NH4 。 5.关于氨水的几个问题 （ 1）氨气或液氨溶于水得氨水，氨水的密度比 水小，并且氨水浓度越大密度越小，计算氨水浓 度时，溶质是 NH3，而不是 NH3H2O。 （ 2）在氨水溶液中存在如下平衡： NH3+H2O NH3H2O NH4+OH 氨水显弱碱性，具有碱的通性。氨水可使红色石蕊试纸变蓝，故 常用湿润的红色石蕊试纸检验 NH3的存在。 （ 3）氨水是混合物，溶液中存在微粒有： 三种分子： NH 3H2O、 NH3、 H2O 三种离子： NH4+、 OH 、及少量 H+ （ 4）氨水是弱电解质溶液，但电解质是 NH3H2O而 不是 NH3。 （ 5）氨水是很好的沉淀剂，可使多种阳离子： Mg2 、 Fe3 、 Al3 、 Ag 、 Cu2 等生成沉淀。其中 AgOH、 （或 Ag2O）、 Cu(OH)2 等沉淀遇过量的氨水会生成络 离子而溶解。如： Al3 +3 NH3H2O=Al(OH)3 +3NH4 Ag +2 NH3H2O=Ag(NH3)2+ +2H2O （ 6）涉及氨水的离子方程式的书写 氨水作反应物，用分子式 NH3H2O表示。 生成氨水时，如使用的反应物为浓溶液或在加 热条件下，用下式表示： NH4 +OH NH3+H2O 生成氨水时，如使用的反应物为稀溶液，用下 式表示： NH4 +OH = NH3H2O 氨水遇酸、酸性氧化物可以成盐，又根据氨水 与酸的量关系分别得到正盐和酸式盐。如： 用氨水吸收少量二氧化硫的离子方程式 ： 2NH3.H2O+SO2=2NH4+SO32-+H2O 用氨水吸收 :过量二氧化硫的离子方程式 ： NH3.H2O+SO2=NH4+HSO3- 四，硝酸 1物理性质：纯净硝酸是无色、易挥发，有刺激性 气味的液体，密度比水大，熔沸点较低。因为硝酸分 子为强极性分子，所以它能以任意比溶于水。常用浓 硝酸的质量分数大约是 69%。 98%以上的浓硝酸叫 “发烟硝酸”。浓硝酸为挥发性酸，打开瓶盖露置于 空气中，瓶口上方观察到白雾。 2化学性质： 具有酸的通性：与碱发生中和反应；与碱性氧化物 反应生成盐和水，但由于硝酸是强氧化性酸，某些方 面有些不同，如： 与金属反应一般没有氢气生成； 浓 HNO3先使指示剂变色，后褪色（因为浓 HNO3 的强氧化性而具有漂白性）； 与某些具有还原性盐，如 FeCl2、 Na2SO3、 Na2S、 KI等发生氧化还原反应。 不稳定性： HNO3见光或受热发生分解， HNO3越浓， 越易分解硝酸分解放出的 NO2溶于其中而使硝酸呈黄 色。有关反应的化学方程式为： 4HNO3 2H2O + 4NO2+O2（条件为光照或加热） 强氧化性：不论是稀 HNO3还是浓 HNO3，都具有 极强的氧化性。 HNO3浓度越大，氧化性越强。其氧化 性表现在以下几方面： 几乎能与所有金属 (除 Hg、 Au外 )反应。一般反应 规律为： 金属 + HNO3(浓 ) 硝酸盐 + NO2 + H2O 不活泼金属 + HNO3(稀 ) 硝酸盐 + NO + H2O 较活泼的金属 (如 Mg、 Zn等 ) + HNO3(稀 ) 硝酸盐 + H2O + NO (或 N2O 、 N2、铵盐等 ) 常温下，浓 HNO3能将金属 Fe、 Al钝化，使 Fe、 Al 的表面氧化生成一薄层致密的氧化膜因此，可用 铁或铝制容器盛放浓硝酸，但要注意密封，以防止 硝酸挥发变稀后与铁、铝反应 (与浓硫酸相似 )。如果 加热就会继续反应。 铁在过量的浓硝酸中加热发生反应为： Fe+6HNO3（浓） Fe (NO3)3+3NO2+3H2O 过量的铁在稀硝酸中发生反应为： 3Fe+8HNO3（稀） 3Fe (NO3)2+2NO+4H2O (1)原子守恒法 HNO3与金属反应时，一部分 HNO3起酸的作用，以 NO3-的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为 还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消 耗的 HNO3中氮原子的物质的量 (2)电子守恒法 HNO3与金属的反应属于氧化还原反应， HNO3中氮原 子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量 金属与硝酸反应有关计算计算方法 ( 3) 离子方程式计算法 金属与 H 2 SO 4 、 HNO 3 的混合酸反应时，由于硝酸盐中 NO 3 在 H 2 SO 4 提供 H 的条件下能继续与金属反应，因 此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然 后根据完全反应的金属或 H 或 NO 3 进行相关计算，且 溶液中要符合电荷守恒 浓 HNO3与浓盐酸按体积比 1 3配制而成的混合液叫 王水。王水溶解金属的能力更强，能溶解金属 Pt、 Au。 能把许多非金属单质 (如 C、 S、 P等 )氧化，生成最 高价含氧酸或最高价非金属氧化物。例如： S + 6HNO3（浓） H2SO4+6 NO2+2H2O P + 5HNO 3（浓） H3PO4+5 NO2+H2O P4 + 20HNO3（浓） 4H3PO4+20 NO2+4H2O C + 4HNO3(浓 ) CO2+ 4NO2+ 2H2O 能氧化某些具有还原性的物质，如 H2S、 SO2、 Na2SO3、 HI、 HBr、 Fe2 等。 3Na2SO3+2HNO3（稀） =3Na2SO4+2NO+H2O 3H2S+2HNO3=3S+2NO+4H2O 6NaBr+8HNO3（稀） = 6NaNO3+2NO+3Br2+4H2O 6KI+8HNO3（稀） =6KNO3+I2+2NO+4H2O 能氧化并腐蚀某些有机物，如皮肤、衣服、纸张、橡 胶等。不慎将浓硝酸弄到皮肤上，应立即用大量水冲洗 ，再用小苏打或肥皂液洗涤 。 与有机物的反应 三 .苯的化学性质 取代反应 卤代 硝化 （苯分子中的 H 原子被硝基取代的反应） + H O NO 2 浓 H 2 SO 4 50 6 0 NO 2 （硝基苯） + H 2 O + B r 2 F e （溴苯） + H B r + C l 2 Fe （氯苯） + H C l 三硝基甲苯是一种黄色烈性炸药，俗称 TNT。 3保存方法：带玻璃塞的棕色试剂瓶中，并贮存在 黑暗且温度较低的地方。 4硝酸的制法 （ 1）硝酸的实验室制法 硝酸有挥发性，所以在实验室里可以把硝酸盐 跟浓硫酸共同加热来制取。反应为： NaNO 3+H2SO4（浓） NaHSO4+HNO3 （ 2）硝酸的工业制法（氨的催化氧化法） 氨氧化生成一氧化氮 两个阶段 一氧化氮氧化生成二氧化氮 ，二氮 化氮被 水吸收而生成硝酸 反应方程式： 4NH3（气） +5O2（气） 催化剂 4NO（气） +6H2O（气） 2NO（气） +O2（气） = 2NO2（气） 3NO2（气） + H2O（液） = 2HNO3（液） +NO（气） 设备：氧化炉、吸收塔 吸收剂：水 浓缩剂：硝酸镁或浓硫酸 尾气吸收剂：氢氧化钠溶液（ NO+NO2+NaOH=2NaNO2+H2O） 注意 ：在吸收反应进行过程中补充一些空气，使吸收生成的 NO 再氧化为 NO2， NO2溶于水又生成 HNO3和 NO，经过多次的氧化 和吸收，二氧化氮可以完全地被水吸收，能够尽可能多地转化为 硝酸。因此起始物和反应终产物物质的量间关系为： 1molNH3 1molHNO3。