2019-2020年高中化学 4.2《生产生活中的含氮化合物》学案 苏教版必修1.doc

2019-2020年高中化学 4.2生产生活中的含氮化合物学案 苏教版必修1【学海导航】一、氮气和氮氧化物 1. 氮气：无色无味、难溶于水的气体。空气中78%（体积分数）是氮气。放电 氮分子（N2）为双原子分子，结构稳定，决定了氮气性质的稳定性，常温下氮气很稳定，很难与其它物质发生反应，因此，生产上常用氮气作保护气。但这种稳定是相对的，在一定条件下（如高温、放电等），也能跟某些物质（如氧气、氢气等）发生反应。N2 + O2 2NON2 + 3H2 2NH3 2. 固氮作用：游离态氮转变为化合态氮的方法。途径 举例自然固氮 闪电时，N2 转化为NO生物固氮 豆科作物根瘤菌将N2 转化为化合态氮 工业固氮 工业上用N2 和H2合成氨气3、氮氧化物（NO和NO2）：NONO2色、态（常温下）无色气体红棕色气体气 味没有气味刺激性气味毒 性有 毒有 毒重要反应2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO氮氧化物对环境的污染、危害及防治措施硝酸型酸雨的产生及危害造成光化学烟雾的主要因素破坏臭氧层 措施：使用洁净能源，减少氮氧化物的排放；为汽车安装尾气转化装置；处理工厂废气 氮的氧化物是大气污染气体，常用碱液（NaOH溶液）吸收。二、氮肥的生产和使用1、氨的合成： N2 + 3H2 2NH3 2、氨气的物理性质：氨气是无色、有刺激性气味的气体，在标准状况下，密度是0.771g.L-1，比空气小。氨易液化，液氨气化时要吸收大量的热，使周围温度急剧下降，所以液氨可作致冷剂。氨极易溶于水，常温常压下，1体积水中大约可溶解700体积的氨气。氨的水溶液称氨水。计算氨水的浓度时，溶质应为NH3 。3、氨的化学性质：（1）氨溶于水时，大部分氨分子和水分子形成一水合氨分子（NH3H2O）。一水合氨分子（NH3H2O）不稳定，受热时分解为氨气和水。NH3 + H2O NH3H2O NH3H2O NH4+ + OH- 氨水显弱碱性。 比较液氨与氨水：名 称液 氨氨 水形 成氨降温加压液 化氨溶于水物质分类纯净物混合物成 分NH3NH3、NH3H2O 、H2O 、 NH4+ 、 OH- 、H+ （2）氨具有弱碱性，可以与酸（硫酸、硝酸、盐酸等）反应，生成铵盐。 NH3 + H+ = NH4+（3）与氧气反应（具有还原性） 氨气在催化剂（如铂等）、加热的条件下，生成一氧化氮和水，并放出热量。此反应是放热反应，是工业制硝酸的基础。 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O4、铵盐：由铵离子和酸根离子构成的盐。如：硫酸铵【（NH4）2SO4 ，俗称硫铵，又称肥田粉】，氯化铵【NH4Cl，俗称氯铵】，硝酸铵【NH4NO3，俗称硝铵】，碳酸氢铵【NH4HCO3，俗称碳铵】，它们都是白色、易溶于水的晶体。铵盐属于铵态氮肥。常用氮肥有硝态氮肥和尿素【 CO（NH2）2 】 铵盐受热易分解： NH4Cl NH3 + HCl NH4HCO3 NH3 + H2O + CO2铵盐能与碱反应放出氨气： NH4Cl + NaOH NaCl + NH3 + H2O铵态氮肥，要避免与碱性肥料混合施用。5、实验反思：喷泉实验的实质是什么？氨气为什么可做喷泉实验？是否只有氨气才能做该实验？用氯化铵和氢氧化钙固体混合共热制氨气，应使用什么实验装置？注意哪些问题？三、硝酸：1、硝酸的工业制法：氨催化氧化法原理： 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 总反应式：NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O2、硝酸的物理性质：纯硝酸为无色有刺激性气味的液体，沸点较低（83），易挥发，在空气中遇水蒸气形成硝酸的小液滴而呈白雾状。98%以上的浓硝酸称为“发烟硝酸”，69%的硝酸溶液称为浓HNO3。浓HNO3由于HNO3分解产生的NO2溶于硝酸中而一般呈黄色。3、硝酸的化学性质：（1）不稳定性：4HNO34NO2 + 2H2O + O2硝酸越浓越易分解，因此浓HNO3应存放在棕色试剂瓶中。（2）强酸性：具有酸的通性。（3）强氧化性： HNO3中的+5价N元素处于最高价态，具有很强的氧化性。如：Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2OC + 4HNO3(浓) = CO2 + 4NO2 + 2H2O钝化作用：常温下, 浓HNO3使Fe、Al钝化。4、氮及其化合物的性质和转化关系： NH4NO3 NH3 HNO3 N2 NO NO25、自然界中氮的循环：硝酸盐植物 雷电 细菌分解 亚硝酸盐空气中的氮气 遗 体 固氮 动物氨或铵盐 作用 遗体 【例题解析】【例题1】(12分)下图中，A是一种无色液体，G是极易溶于水的碱性气体，Y是胃酸的主要成分，K是不溶于稀硝酸的白色沉淀，反应是工业制X的主要反应之一。 请按要求填空：(1)写出下列物质的化学式：A： ，E： F： ，Y： 。(2)反应的化学方程式为： 。(3)1molB通过反应得到1molF，B中F的质量分数为72%，则B的化学式为： 。分析：解题要寻找突破口，如“G是极易溶于水的碱性气体”，中学阶段只能是NH3 ，“Y是胃酸的主要成分”，推知Y是HCl；反应是以氨为原料制取X，联想工业制硝酸的原理，可推出C是O2，J是NO，A是H2O，再推知D是H2，E是N2，X是HNO3，I是AgNO3,K是AgCl，H是NO2。反应是：4NH3+5O2 4NO+6H2O，反应是：3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO。（3）中1molB通过反应得到Ag和N2，从已知条件出发，B中F的质量分数为72%，从而推知F的化学式为AgN3 。【答案】(12分)(1)H2O N2 Ag HCl (2)4NH3+5O2 4NO+6H2O (3)AgN3，【例题2】汽车尾气（含有烃类、CO、SO2与NO等物质）是城市空气的污染源。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金作催化剂）。它的特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。（1）写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式 （2）“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高空气的酸度，其原因是 （3）控制城市空气污染源的方法可以有 （多选扣分）a 开发氢能源 b 使用电动车 c 植树造林 d 戴上呼吸面具 分析：解此题，一方面应从反应物自身的性质入手，汽车尾气中，CO具有较强的还原性，NO具有较强的氧化性，一定条件下，可能发生氧化还原反应；另一方面，应紧扣题意，寻找突破口，由“生成可参与大气生态循环的无毒气体”，推出生成产物为CO2和N2。 【答案】（1） 2CO + 2NO 2CO2 + N2， （2）SO2转化成SO3，产生硫酸酸雾。（3） a、b。【例题3】在下图装置中,烧瓶中充满干燥气体a,将滴管中的液体b挤入烧瓶内,轻轻振荡烧瓶,然后打开弹簧夹f,烧杯中的液体b呈喷泉状喷出,最终几乎充满烧瓶.则a和b分别是( ) 分析：此题考查形成喷泉的实验，从而了解形成喷泉的实质，是要形成内外气压差。【答案】（BD）【例题4】在100ml NaOH溶液中加入NH4NO3和(NH4)2SO4的固体混合物，加热充分反应。右图表示加入的混合物质量和产生的气体体积（标准状况）的关系，试计算：（1）NaOH溶液的物质的量浓度（2）当NaOH溶液的体积为140mL，固体混合物质量是51.6g时，充分反应后，生成气体的体积为多少升？（3）当NaOH溶液体积为180mL时，固体混和物的质量为51.6g时，充分反应后，生成气体的体积为多少升？解析：（1）由图可见：34.4g混合物和100mLNaOH溶液恰好完全反应。 n（NaOH）=n（NH3）= =0.5molc（NaOH）= = = 5.00mol/L （2）V（NaOH）=140mL完全反应所需固体质量= =48.16g51.6g，故NaOH过量，固体51.6g完全反应, = V（g）=16.8L【答案】：（1）5.00mol/L （2）15.68L （3）16.8L。【习题精练】一、选择题：（每小题只有一个选项正确）1、据称xx年冬季将是自1869年人类有气象观测记录以来的四大暖冬之最。江苏气温预计 较常年偏高46。这与下列各组中的两种气体在大气中的含量都有关系的是： （ ）ASO2、CO2 BNO2、CO CCO2、CH4 DNO、O3 2、美国三位医学教授因发现X 物质在人体血管系统内具有传送信号的功能而荣获xx年度诺贝尔生理学或医学奖。因此 X 物质被誉为“生物信使分子”。已知 X 是一种奇电子数分子，也是一种污染大气的无色气体，且能使血红蛋白失去携氧能力。则 X 是： （ ）A.CO B.HF C.CO2 D.NO3、起固氮作用的化学反应的是： （ ）A.工业上用氮气和氢气合成氨气B.一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮C.氨气经催化氧化生成一氧化氮D.由氨气制碳酸氢氨和硫酸氨4、在标准状况下, HClNH3 SO2 NO2分别充满容积相同的烧瓶做喷泉实验, 都获成功, 则生成溶液物质的量浓度相同的是： ( )A BC D5、在NO2与水的反应中，水： （ ）A是还原剂 B是氧化剂C既是氧化剂又是还原剂D既不是氧化剂又不是还原剂6、密度为0.91 gcm-3的氨水,质量百分比浓度为25%(即质量分数为0.25),该氨水用等体积的水稀释后,溶液中溶质的质量分数为 ( )A等于12.5% B.大于12.5%C小于12.5% D.无法确定7、在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是： （ ）A使用吸收塔设备 B使用尾气吸收装置C使用H2作原料 D使用催化剂8、工业废气中氮氧化合物是造成污染的主要来源。为治污，工业上通常通入NH3与之发生下列反应：NOX+NH3N2+H2O。现有NO、NO2的混合气3L，可用同温同压下的3.5LNH3恰好使其完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的物质的量之比： （ ） A.1:3 B.2:1 C.1:1 D.1:4 9、限用一种试剂, 经过一次性实验就能鉴别下列四种溶液：Na2CO3、(NH4)2SO4、NH4Cl、KNO3, 应选用： （ ）AAgNO3溶液 BNaOH溶液CBa(OH)2溶液 D盐酸10、Inorganic Syntheses一书中，有一如右图所示的装置，用以制备某种干燥的纯净气体。该装置中所装的药品正确的是：（ ）A.A中装浓硫酸，B中装浓盐酸B.A中装浓盐酸，B中装浓硫酸C.A中装氢氧化钠浓溶液，B中装浓氨水D.A中装浓氨水，B中装氢氧化钠浓溶液11、对下列事实的解释正确的是： （ ） A.浓硝酸在光照下变黄，证明硝酸不稳定，且产物有红棕色气体可溶于浓硝酸 B.向某溶液中加入氯化钡溶液和稀硝酸，生成白色沉淀，则原溶液一定含有SO42 C.常温下，将铜放入浓硫酸中无明显变化，说明铜在冷的浓硫酸中钝化 D.氯气使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，说明氯气可与淀粉反应 12、在某100mL混合液中，HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4molL-1和0.1molL-1。向该混合液中加入1.92g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中的Cu2+的物质的量浓度（molL-1）是： （ ）A.0.15 B.0.225 C.0.35 D.0.45水氨气图1图2二、填空题：13制取氨气并完成喷泉实验（图中夹持装置已略去）。写出实验室制取氨气的化学方程式： .收集氨气用 法，要得到干燥的氨气可选用 作干燥剂。 用图1装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥氨气，引发水上喷的操作是 该实验的原理是 .如果只提供如图2的装置，请说明引发喷泉的方法。 .14.A、B、C、D均为中学所学的常见物质且均含有同一种元素，它们之间的转化关系如下图所示(反应条件及其他物质已经略去)： 。（1）若A、D的水溶液均能使湿润的蓝色石蕊试纸变红，且D为强酸，则A、D分别为(填写化学式)A： ，D： 。写出AB转化的化学方程式： 。（2）若A的水溶液能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，D的稀溶液能使蓝色的湿润石蕊试纸变红。则A为 ，写出AB转化的化学方程式： 15 NO分子因污染空气而臭名昭著。近年来，发现少量的NO在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、免疫、增强记忆的功能，而成为当前生命科学的研究热点，NO亦被称为“明星分子”。请回答下列问题。（1）NO对环境的危害在于（填以下项目的编号）A破坏臭氧层 B高温下能使一些金属被氧化C造成酸雨 D与人体血红蛋白结合（2）在含Cu+ 离子的酶活化中心中，亚硝酸根离子(NO2)可转化为NO，写出Cu+和亚硝酸根离子在酸性水溶液中反应的离子方程式：。（3）在常温下，把NO气体压缩到100个大气压，在一个体积固定的容器里加热到50，发现气体的压力迅速下降，压力降至略小于原压力2/3就不再改变，已知其中一种产物为N2O，写出上述变化的化学方程式：。16人类也可主动地参与氮循环,合成氨工业就是参与上图过程 的手段之一,氮肥的生产和使用促进了植物体内蛋白质和核酸的合成,使农业生产取得了飞速发展,以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法,它具有污染小、成本低等诸多优点。 其过程大体如下：(1)请写出用天然气制备氢气的化学方程式： (2)写出合成尿素CO（NH2）2反应的化学方程式： (3)某工厂以标准状态下的含CH489.6%的天然气100 m3为原料经过上述过程，只生产NH4NO3，不生产尿素， 若生产中氮元素无损失，求最多可制得NH4NO3化肥的质量。17下图是铜与稀硝酸反应的两个实验装置图，请回答下列问题：（1）铜与稀硝酸反应的离子方程式_ _ 。（2）I实验装置中能否证明铜与稀硝酸反应生成的是NO气体_（填“能”或“不能”），简述理由_ _ 。（3）若用实验装置进行实验，以证明铜与稀硝酸反应生成的气体是NO，则：检查气密性的操作是_。在烧杯中加入一定体积的稀硝酸，打开止水夹，用注射器慢慢抽取干燥管内的空气，稀硝酸沿着干燥管慢慢上升，直到充满整个干燥管，停止抽拉注射器，关闭止水夹，观察干燥管内的现象_ _。反应停止后，打开止水夹，用注射器抽取干燥管内的气体（事先已将注射器内原有的空气推出），关闭止水夹后取下注射器，并抽取一定量的空气，观察到的现象是_ _ 。（4）上述实验完成后，将注射器内的气体通入到NaOH溶液中，其目的是_ 。18.某化肥厂用NH3为原料制取硝酸，再进一步制取NH4NO3。已知：由NH3制取HNO3时的产率为88%；由NH3与HNO3反应生成NH4NO3的产率为98%。若用100t NH3制取硝酸铵，则用于制硝酸的氨的质量为多少吨？可制得硝酸铵多少吨？【答案】一、选择题：（每小题只有一个选项正确）1、C 2、D 3、A 4、B 5、D 6、C7、D 8、A 9、C 10、B 11、A 12、B 二、填空题：132NH4Cl + Ca(OH)2 2NH3 + CaCl2 + 2 H2O 向下排空气 ， 碱石灰打开止水夹，挤出胶头滴管中的水 ； 氨气极易溶于水，致使烧瓶内气体压强迅速减小。 打开止水夹，用手或热毛巾将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，使得氨气与水接触，即可发生喷泉现象。14、（1）A：H2S D：H2SO4 2H2S+3O2 = 2SO2+2H2O；（2）A：NH3 4NH3+5O2 = 4NO + 6H2O 15（1）C、D。（2） Cu+ + NO2- + 2H+ = Cu2+ + NO+H2O（3） 3NO = N2O +NO2 16（1）CH4 + 2H2O CO2 + 4H2（2）2NH3 + CO2 = CO（NH2）2 + H2O（3）426.5Kg17（1）3Cu + 2NO3 + 8H+ 3Cu2+ + 2NO+ 4H2O （2）不能，因为圆底烧瓶中有空气，空气中的氧气会与NO反应生成NO2，出现红棕色。 （3）关闭止水夹，将干燥管放入带有水的烧杯中，若干燥管内的液面比烧杯中的液面低，且过一段时间后干燥管内的液面位置保持不变，则表明该装置的气密性良好。铜片溶解，且表面有无色气泡产生，溶液变成蓝色，液面下降。有红棕色气体产生。（4）防止污染环境。18、52.7t, 218t