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第四节 氮及其重要化合物,1,一、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：3MgN2=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。,2,1. (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)N23H2 2NH3 放热 N2O2=2NO 3. 液态氮 液态氧,答案：,3,二、氮的氧化物,4,无色 红棕色 有毒 有毒 不溶于水 与水发生反应 2NOO2=2NO2 3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O 排水法 向上排空气法,答案：,5,【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,6,【想一想】 液氨和氨水在组成上有哪些区别？,无 有刺激性 小 碱 NH3H2O NH3H2O NH4+OH 白烟 NH3HCl=NH4Cl Al33NH3H2O=Al(OH)33NH4+ 4NH35O2=4NO6H2O 2NH4ClCa(OH)2=CaCl22NH32H2O 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、NH3H2O、H2O，三种离子：NH4+、OH、H。,7,2. 铵盐,铵根离子 酸根离子 白 易溶 NH4Cl=NH3HCl NH4ClNaOH=NH3NaClH2O 湿润的红色石蕊,答案：,8,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。,9,四、硝酸,10,无 有刺激性 易 水 4HNO3(浓)=4NO2O22H2O 黄 棕色试剂瓶 橡胶塞 铁、铝 金、铂 Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O、 3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O C4HNO3(浓)=CO24NO22H2O 13,答案：,11,【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。,12,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2NxOy2yCu=2yCuOxN2，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x1，因此只有A选项符合题意。,13,1. 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4NO2O22H2O=4HNO3可知，当体积比：,14,NO与O2同时通入水中： 由4NO3O22H2O=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4NO3O22H2O=4HNO3情况处理。,15,(2)原子守恒法 4NO2O2和4NO3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，都与N2O5H2O=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。,16,1. 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. 75 B. 37 C. 71 D. 17,C 解析：1 mL剩余气体可能为NO或O2。 (1)若为NO，则由3NO2H2O=2HNO3NO，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： 4NO2O22H2O=4HNO3 4 1 83x x (83x )/x4/1，求得x1 mL V(NO2)V(O2)(81) mL1 mL71。,答案：,17,(2)若为O2，设原混合气体中NO2的体积为y，则有： 4NO2O22H2O=4HNO3 4 1 y 81y y /(81y)4/1，求得y5.6 mL V(NO2)V(O2)5.6 mL(85.6) mL73。,答案：,18,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_。,19,【自主解答】,(1)4NH35O2=4NO6H2O (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。,20,一、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： 2NH4ClCa(OH)2=2NH3CaCl22H2O,(1)装置：“固体固体气体”。 (与用KClO3或KMnO4制O2的装置相同)。,21,(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。,22,(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：NH3H2O=NH3H2O (2)装置：,23,3. 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： NH3H2O NH3H2O NH4OH 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NH3H2O的分解。 (2)装置：,24,【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),25,2.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。,26,3. 中学化学中常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂,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。,27,2. 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,28,3. (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. ,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；H2SCuSO4=CuSH2SO4，由于CuS为黑色沉淀，因此形成黑色喷泉；HClAgNO3=AgClHNO3，AgCl为白色沉淀，因此形成白色喷泉，故选A。 3. B,答案：,29,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， Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O 1/2x 2x x 3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O y 4y y,30,【自主解答】,31,1. 硝酸的强氧化性 (1)金属与硝酸反应一般不产生H2，且浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3被还原为NO，随着反应进行很稀的HNO3有可能被还原为N2O，甚至是NH4NO3。硝酸在反应中体现氧化性和酸性。 (2)铁与硝酸反应要考虑Fe的用量，若Fe不足则生成Fe(NO3)3，若Fe过量则生成Fe(NO3)2。 (3)铜与浓HNO3反应，若Cu过量，开始时HNO3的还原产物为NO2，随着反应进行浓HNO3变稀，HNO3的还原产物为NO，最终应得到NO2和NO的混合气体。 (4)硝酸与FeO反应实质是HNO3氧化Fe2，与FeI2反应不但氧化Fe2，也氧化I。 (5)离子共存判断中的NO3若在H条件下NO3会体现出强氧化性，不能与Fe2、S2、I、SO32、Br等离子共存。 (6)NO3在酸性条件下显示强氧化性，c(H)越大，HNO3的氧化性越强，即浓HNO3的氧化性强于稀HNO3，在中性或碱性溶液中NO3不具有强氧化性。,32,2. 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)nc(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。,33,4. 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 3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O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=3Cu22NO4H2O 003 mol 0.1 mol 0.04 mol 由上式可看出Cu少量，故n(NO)0.02 mol。,答案：,34,1. 在室温的条件下，把下列气体混合，不能发生反应的是( ) A. H2O和NO2 B. NH3和HCl C. NO和O2 D. N2和O2 2. 用氨气做喷泉实验的装置如下图所示，该实验有三个主要的操作： a. 快速挤压胶头滴管；b. 打开开关；c. 把导管放入到烧杯的水面下。按照下列操作顺序进行实验肯定不能产生喷泉现象的是( ),c b a B. b c a C. c a b D. b a c,答案： 1. D 2. D,35,3. 将装有50 mL NO2、NO混合气体的量筒倒立于水槽中，反应后气体体积缩小为30 mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是( ) A. 53 B. 35 C. 32 D. 23 4. (2011江苏盐城中学高三期中)将0.1 mol Cu与40 mL 10 mol/L HNO3充分反应，测得反应后的溶液里含有a molH由此可知( ) A. 生成的气体一定是NO2，在标准状况下的体积为4.48 L B. 生成的气体一定是NO，在标准状况下的体积约1.49 L C. 被还原的硝酸的物质的量为(0.2a) mol D. 反应后的溶液里含有0.2 mol NO3,36,3. C 解析：解答此题可用差量法。 设混合气体中NO2的体积为x 3NO2H2O=2HNO3NO V 3 mL 1 mL 312 mL x 503020 mL x30 mL 则原混合气体中V(NO)50 mL30 mL20 mL 故V(NO2)V(NO)30 mL20 mL32。 4. C 解析：剩余硝酸n(HNO3)n(H)a mol，则Cu完全反应；反应消耗的硝酸n(HNO3)0.4 mola mol，其中表现酸性的硝酸n(HNO3)2n(Cu)0.2 mol, 被还原的硝酸n(HNO3)(0.4 mola mol)0.2 mol(0.2a) mol，C正确。反应开始生成的气体一定是NO2，随着反应的进行，浓硝酸逐渐变成稀硝酸，有NO气体生成，A、B均错误。反应后n(NO)2n(Cu)a mol(0.2a) mol，D错误。,答案：,37,5. A至H等8种物质存在如下转化关系(反应条件，部分产物未标出)。已知：A是正盐， B是能使品红溶液褪色的气体，G是红棕色气体。按要求回答问题：,(1)写出下列物质的化学式： A_，B_，C_。 (2)写出下列反应的化学方程式： EF_； GH_。 (3)检验某溶液中是否含D中阴离子的方法是_。,38,5. (1)(NH4)2SO3 SO2 SO3 (2)4NH35O2=4NO6H2O 3NO2H2O=2HNO3NO (3)取少量该溶液于试管中，加足量盐酸酸化，未见白色沉淀，然后加入氯化钡溶液有白色沉淀说明含有硫酸根离子 解析：本题有两个较为明显的突破口。根据“B是能使品红溶液褪色的气体”可知B是SO2气体，则C是SO3，D是硫酸。根据“G是红棕色气体” 可知G是NO2气体，逆推，F是NO气体，E是NH3。A能与硫酸反应放出SO2，其阴离子必然是亚硫酸根离子或亚硫酸氢根离子，但考虑到是正盐，可以确定其阴离子是亚硫酸根离子；同时A又能与NaOH溶液反应放出氨气，A中必然含有铵根离子。由此判断A为(NH4)2SO3。,答案：,39,
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