非金属及其化合物第4节氮及其重要化合物

第四节 氮及其重要化合物 一、氮气 1. 氮元素的存在及氮的固定 (1)存在：自然界中以 _和 _两种形式存在。 (2)氮的固定：将 _转变为 _的方法。可分为 _和 _。 2. 氮气的性质 (1)物理性质：无色无味气体，密度比空气略小，不溶于水。 (2)氮气的化学性质 与 H2反应： _(_反应，工业合成氨原理 )。 与 O2反应： _。 与金属镁反应： 3Mg N2=Mg3N2 3. 工业制法：从液态空气中，利用 _的沸点比 _的沸点低加以分离而制得 氮气。 1. (1)游离态 化合态 (2)游离态的氮 氮的化合物 自然固氮 人工固氮 2. (2) N2 3H2 2NH3 放热 N2 O2=2NO 3. 液态氮 液态氧 答案： 二、氮的氧化物 氧化物 NO NO2 颜色 毒性 溶解性 化学性 质 与 O2反 应 与 H2O 反应 3NO2 H2O=2HNO3 NO 实验室制法 收集方法 尾气处理 NO：收集 NO2(或 NO、 NO2混合气体 )：碱液吸收 (如 NaOH溶液 ) 与人体、环境的 关系 与血红蛋白结合，使人中毒；转化成 NO2形成酸雨、光化学烟雾 形成酸雨、光化学 烟雾 无色 红棕色 有毒 有毒 不溶于水 与水发生反应 2NO O2=2NO2 3Cu 8HNO3(稀 )=3Cu(NO3)2 2NO 4H2O Cu 4HNO3(浓 )=Cu(NO3)2 2NO2 2H2O 排 水法 向上排空气法 答案： 【 想一想 】 NO2与溴蒸气有哪些相似性？如何鉴别 NO2与溴蒸气？ NO2和 Br2在性质上有相似性：均具有氧化性；溶于水均有酸生成；均可与碱反应； 均为红棕色等。所以不能用淀粉 KI试纸、 pH试纸、 NaOH溶液来鉴别，但二者性质又 有差别，可以用下列方法鉴别： AgNO3溶液； CCl4；用水洗法。 三、氨、铵盐 1. 氨 科目一考试 http:/ 2016年科目一模 拟考试题 科目二考试 http:/ 2016年科目二考试技巧、 考试内容、考试视频 【 想一想 】 液氨和氨水在组成上有哪些区别？ 无 有刺激性 小 碱 NH3 H2O NH3H 2O NH4+ OH 白烟 NH3 HCl=NH4Cl Al3 3NH3H 2O=Al(OH)3 3NH4+ 4NH3 5O2=4NO 6H2O 2NH4Cl Ca(OH)2=CaCl2 2NH3 2H2O 制 HNO3、铵盐、纯碱、尿素、制冷剂等 液氨是由氨气液化而得到的纯净物，所含微粒只有 NH3分子；氨水是由 NH3溶于水而形成 的混合物，所含微粒有三种分子： NH3、 NH3H 2O、 H2O，三种离子： NH4+、 OH 、 H 。 2. 铵盐 铵根离子 酸根离子 白 易溶 NH4Cl=NH3 HCl NH4Cl NaOH=NH3 NaCl H2O 湿润的红色石蕊 答案： 不相同， NH4Cl固体受热分解成 NH3和 HCl，发生了化学变化；固态碘受热升华成为碘 的蒸气，是物理变化。 四、硝酸 无 有刺激性 易 水 4HNO3(浓 )=4NO2 O2 2H2O 黄 棕色试剂瓶 橡 胶塞 铁、铝 金、铂 Cu 4HNO3(浓 )=Cu(NO3)2 2NO2 2H2O、 3Cu 8HNO3(稀 )=3Cu(NO3)2 2NO 4H2O C 4HNO3(浓 )=CO2 4NO2 2H2O 1 3 答案： 【 想一想 】 酸的挥发性和不稳定性有何区别？ 酸的挥发性是一种物理性质，指的是酸以分子状态离开溶液逸出。一般低沸点酸挥发性强。 而不稳定性指化学性质，指的是酸分子分解生成新的物质。 酸性指酸中 H 表现出的性质；氧化性有时是 H 表现出的性质，有时指酸根离子表现出的， 即其中心原子被还原，此时不生成 H2。 氮的氧化物 【 例 1】 (2009高考 宁夏卷， 7) 将 22.4 L某气态氮氧化物与足量的灼热铜粉完全反应 后，气体体积变为 11.2 L(体积均在相同条件下测定 )，则该氮氧化物的化学式为 ( ) A. NO2 B. N2O3 C. N2O D. N2O4 【 自主解答 】 A 解析：根据 2NxOy 2yCu=2yCuO xN2，以及题中数据知，反应后气体体积为反应前 气体体积的一半，可以得到 x 1，因此只有 A选项符合题意。 1. NO和 NO2 (1)氮元素有 1、 2、 3、 4、 5等五种正价，对应六种氧化物： N2O、 NO 、 N2O3、 NO2、 N2O4、 N2O5，它们都是大气污染物。 N2O、 NO、 NO2均不属于酸酐， N2O3和 N2O5分别是 HNO2和 HNO3的酸酐。 (2)因在常温常压下发生反应 2NO2 N2O4，所以通常“纯净”的 NO2或 N2O4并不 纯。由于此可逆反应的发生通常实验测得 NO2的相对分子质量大于它的实际值。 2. 氮的氧化物与 O2、 H2O混合的计算方法 (1)加合式法 NO2和 O2混合气体溶于水的计算 由 4NO2 O2 2H2O=4HNO3可知，当体积比： NO与 O2同时通入水中： 由 4NO 3O2 2H2O=4HNO3可知，当体积比： NO2、 NO、 O2三种混合气体通入水中 可先将 NO和 O2转化为 NO2，再按上述各种情况分别处理；也可先将 NO2和 H2O反应转化 为 NO，按 4NO 3O2 2H2O=4HNO3情况处理。 (2)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的混合气溶于水时利用混合气体中 N、 O原子个数比进行分析判断。 (3)得失电子守恒法 当 NO2或 NO转化为 HNO3时要失去电子，若上述两种气体与 O2混合， O2得电子，且得失电 子数必然相等，这是得失电子守恒法解答此类题目的依据。 1. 将 8 mL NO2和 O2的混合气体通入倒立于水槽中装满水的量筒，充分反应后，剩余气体为 1 mL，则原混合气体中 NO2和 O2的体积比可能为 ( ) A. 7 5 B. 3 7 C. 7 1 D. 1 7 C 解析： 1 mL剩余气体可能为 NO或 O2。 (1)若为 NO，则由 3NO2 H2O=2HNO3 NO，说明 NO2和 O2与水反应后剩余 NO2 3 mL， 设原混合气体中 O2的体积为 x，则有： 4NO2 O2 2H2O=4HNO3 4 1 8 3 x x (8 3 x )/x 4/1，求得 x 1 mL V(NO2) V(O2) (8 1) mL 1 mL 7 1。 答案： (2)若为 O2，设原混合气体中 NO2的体积为 y，则有： 4NO2 O2 2H2O=4HNO3 4 1 y 8 1 y y /(8 1 y) 4/1，求得 y 5.6 mL V(NO2) V(O2) 5.6 mL (8 5.6) mL 7 3。 答案： 氨气、铵盐 【 例 2】 (2010高考 重庆卷， 27)某兴趣小组用如图装置探究氨的催化氧化。 (1)氨催化氧化的化学方程式为 _。 (2)加热玻璃管 2一段时间后，挤压 1中打气球鼓入空气，观察到 2中物质呈红热 状态；停止加热后仍能保持红热，该反应是 _反应 (填“吸热”或“放 热” )。 (3)为保证在装置 4中观察到红棕色气体，装置 3应装入 _；若取消 3，在 4中仅观察到大量白烟，原因是 _。 (4)为实现氨催化氧化，也可用装置 5替换装置 _(填装置代号 )；化合 物 X为 _(只写一种 )， Na2O2的作用是 _。 【 自主解答 】 (1)4NH3 5O2=4NO 6H2O (2)放热 (3)浓 H2SO4 生成的 NO与 O2反应生成 NO2， NO2与水反应生成 HNO3, NH3与 HNO3反应生成了 NH4NO3 (4)1 NH4Cl 与 HCl反应生成氧气 (合理答案均给分 ) 解析： (1)NH3和 O2反应生成 NO和 H2O。 (2)该反应为放热，故不加热后仍能保持红热状态。 (3)产物中有 NO和未反应的 NH3， NO会被 O2氧化生成 NO2，在与空气中的水蒸气反应生成 HNO3，而 HNO3与 NH3反应会产生白烟。 (4)装置 5与 1均产生 NH3。 NH4Cl加热分解可得 NH3和 HCl，而 HCl与 Na2O2反应可生成 O2。 一、氨气的实验室制法 1. 加热固态铵盐和碱的混合物 一般加热 NH4Cl和 Ca(OH)2的混合物： 2NH4Cl Ca(OH)2=2NH3 CaCl2 2H2O (1)装置：“固体固体 气体”。 (与用 KClO3或 KMnO4制 O2的装置相同 )。 (2)干燥：用碱石灰 (NaOH和 CaO固体的混合物 )。 (气体的干燥装置大致分三种：洗气瓶、 干燥管、 U型管。洗气瓶中盛放液体干燥剂，而干燥管和 U型管只能盛放固体干燥剂。 ) (3)收集：只能用向下排空气法。 (4)验满：用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，若试纸变蓝色，说明氨已收集满了；将 蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，若有白烟产生，说明已收集满了。 (5)环保措施：收集时，一般在管口塞一团用水或稀 H2SO4浸湿的棉花球，可减小 NH3与空气 的对流速度，收集到纯净的 NH3，同时也可避免污染空气。 2. 加热浓氨水 (1)反应原理： NH3H 2O=NH3 H2O (2)装置： 3. 浓氨水中加固态碱性物质 (1)反应原理：浓氨水中存在以下平衡： NH3 H2O NH3H 2O NH4 OH 加入固态碱性物质 (如 CaO、 NaOH、碱石灰等 )，使平衡逆向移动，同时反应放热，促 进 NH3H 2O的分解。 (2)装置： 【 温馨提示 】 (1)干燥 NH3不能用浓 H2SO4、 P2O5(固体 )等酸性干燥剂，也不能用无水 CaCl2(因 NH3与 CaCl2能形成 CaCl28NH3)。 (2)制氨气时所用铵盐不能是硝酸铵、碳酸氢铵因为加热过程中 NH4NO3可能发生爆炸而 有危险； NH4HCO3受热极易分解产生 CO2，使生成的 NH3中混有较多的 CO2 杂质。 二、喷泉实验 1. 喷泉形成的原理 容器内外存在较大的压强差，在这种压强差的作用下，液体迅速流动，通过带有尖嘴 的导管喷出来，即形成喷泉。 (如下图 ) 2.使容器内外产生较大的压强差的方法 (1)减小容器内压强 容器内气体极易溶于水； 容器内气体易与溶液中的溶质发生化学反应而被吸收。 当外部的水或溶液接触容器内气体时，由于气体大量溶解或与溶液中的溶质发生化学反应 而被吸收，从而使容器内气压迅速降低，在外界大气压作用下，外部液体迅速进入容器， 通过尖嘴导管喷出，形成喷泉。 (2)增大容器内压强 容器内的液体由于受热挥发 (如浓盐酸、浓氨水、酒精等 )或由于发生化学反应，容器内产 生大量气体。使容器内压强迅速增大，促使容器内液体迅速向外流动，也能形成喷泉。例 如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等均是利用了此原理。 3. 中学化学中常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂 气体 HCl NH3 CO2、 Cl2、 H2S、SO 2 NO2和 O2 CH2=CH2 吸收剂 水、 NaOH 溶液 水、盐 酸 NaOH溶液 H2O 溴水 4. 喷泉实验成败的关键 (1)装置气密性要好； (2)烧瓶要干燥； (3)气体的纯度要高。 2. 在如图所示装置中，干燥烧瓶内盛有某种气体，烧杯和滴管内盛放某种溶液。挤压 滴管的胶头，下列与实验事实不相符的是 ( ) A. CO2(NaHCO3溶液 )/无色喷泉 B. NH3(H2O含酚酞 )/红色喷泉 C. H2S(CuSO4溶液 )/黑色喷泉 D. HCl(AgNO3溶液 )/白色喷泉 3. (2009高考 上海卷， 4)用浓氯化铵溶液处理过的舞台幕布不易着火。其原因是 ( ) 幕布的着火点升高 幕布的质量增加 氯化铵分解吸收热量，降低了温度 氯化铵分解产生的气体隔绝了空气 A. B. C. D. 2. A 解析： CO2与 NaHCO3溶液不反应，且 CO2在 NaHCO3溶液中的溶解度很小，因此， CO2与 NaHCO3溶液不会产生喷泉； NH3极易溶于水且氨水呈碱性，因此， NH3与含酚酞 的 H2O会产生红色喷泉； H2S CuSO4=CuS H2SO4，由于 CuS为黑色沉淀，因此形成 黑色喷泉； HCl AgNO3=AgCl HNO3， AgCl为白色沉淀，因此形成白色喷泉，故选 A。 3. B 答案： 硝酸 【 例 3】 (2011山东省实验中学高三诊断 )19.2 g铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后， 共收集到气体 11.2 L(标准状况 )，反应消耗的 HNO3的物质的量可能是 ( ) A. 0.5 mol B. 0.8 mol C. 1.1 mol D. 1.2 mol 【 自主解答 】 C 解析： n(Cu) 0.3 mol， n(气体 ) 0.5 mol。 (1)若 Cu完全与浓硝酸反应，则 n(气体 ) 0.6 mol；若 Cu完全与稀硝酸反应，则 n(气体 ) 0.2 mol，所以题目收集到的 0.5 mol 气体是 NO和 NO2的混合气体。设 n(NO2) x， n(NO) y， Cu 4HNO3(浓 )=Cu(NO3)2 2NO2 2H2O 1/2x 2x x 3Cu 8HNO3(稀 )=3Cu(NO3)2 2NO 4H2O y 4y y 【 自主解答 】 2. 硝酸与金属反应的计算 (1)一般类型有： 电子守恒：金属失电子数生成气体时 HNO3得电子数 物料守恒：耗 HNO3的量盐中 NO3 的量 (表现酸性的 HNO3)气体中的 N原子 (表现 氧化性的 HNO3)的量。 电荷守恒： HNO3过量时反应后溶液中 (不考虑 OH )有： c(NO3 ) c(H ) n c(Mn )(Mn 代表金属离子 )。 (2)金属与硝酸反应时，有关 c(H )、 pH、金属与 NO3 、 H 混合液的计算，常用离子方 程式进行分析。 4. 某溶液 100 mL，其中含硫酸 0.03 mol，硝酸 0.04 mol，若在该溶液中投入 1.92 g铜粉 微热，反应后放出 NO气体约为 ( ) A. 0.02 mol B. 0.01 mol C. 0.015 mol D. 无法计算 A 解析： n(Cu) 0.03 mol； n(NO) 0.04 mol； n(H ) 2n(H2SO4) n(HNO3) 0.1 mol。 此题若根据 3Cu 8HNO3(稀 )=3Cu(NO3)2 2NO 4H2O来计算，将得出错误答案。由于溶液中 H 足量，且生成的 Cu(NO3)2中有 NO，故它们能与铜继续反应，此题必须根据离子方程式计算。 3Cu 8H 2NO=3Cu2 2NO 4H2O 0 03 mol 0.1 mol 0.04 mol 由上式可看出 Cu少量，故 n(NO) 0.02 mol。 答案：