2019-2020年高考化学一轮复习专题十九氮及其化合物考点一氮及氧化物和硝酸教学案.doc

2019-2020年高考化学一轮复习专题十九氮及其化合物考点一氮及氧化物和硝酸教学案1氮气及其氧化物(1)氮的原子结构氮元素位于元素周期表中第二周期第A族，原子结构示意图为，最外层有5个电子，在化学反应中能获得3个电子而表现出3价。(2)氮元素在自然界中的存在及氮的固定(3)氮气的性质学霸巧学卡(1)N2约占空气总体积的78%、总质量的75%。(2)N2中氮元素处于中间价态，既可表现还原性，又可表现氧化性。(3)N2可作保护气，是因为在通常情况下N2的化学性质很稳定，不与O2、酸、碱等发生反应；性质稳定是由氮气分子内氮氮三键的键能大决定的。(4)物质Mg3N2遇水可发生反应：Mg3N26H2O=3Mg(OH)22NH3。(4)氮的氧化物氮的氧化物有：N2O(笑气，有麻醉作用)；N2O5(硝酸酸酐)；N2O3(亚硝酸酸酐)；NO、NO2(主要的大气污染物)；N2O4。NO、NO2性质的比较(见下表) 学霸巧学卡(1)氮的氧化物都是有毒气体，都是大气污染物。(2)空气中的NO2等是造成光化学烟雾的主要因素。(3)空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂废气等。(4)NO2虽然与水反应生成HNO3，但不是硝酸的酸酐。NO2既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。如NO2能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝：2NO22KI=2KNO2I2。(5)验证某无色气体是NO的方法是向无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。(6)NO2气体存在平衡：2NO2N2O4，故没有纯净的NO2或N2O4气体。(7)实验室制NO只能用排水法收集，制NO2只能用排空气法收集。2硝酸(1)物理性质纯硝酸为无色、有刺激性气味的液体。硝酸沸点较低，易挥发，在空气中遇水蒸气形成白雾。质量分数在69%以上的硝酸称为浓硝酸。(2)化学性质化学性质酸的通性使紫色石蕊溶液变红；与金属单质反应，不产生H2；与金属氧化物反应；与碱反应；与某些盐反应不稳定性4HNO34NO2O22H2O(保存在棕色瓶中，放置在阴凉处)强氧化性铝、铁在冷的浓硝酸中发生钝化，因此常温下铝、铁制品可以盛放冷的浓硝酸与金属反应不产生H2：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O与非金属反应：C4HNO3(浓)CO24NO22H2O与还原性化合物反应：3Fe24HNO=3Fe3NO2H2O(3)硝酸的制法与用途制法实验室制法NaNO3H2SO4(浓)NaHSO4HNO3工业制法4NH35O24NO6H2O2NOO2=2NO23NO2H2O=2HNO3NO用途用于制炸药、染料、塑料、硝酸盐等学霸巧学卡(1)质量分数达98%以上的浓硝酸称为“发烟硝酸”，“烟”实为雾(硝酸小液滴)，体现了HNO3的挥发性。(2)浓硝酸能使紫色石蕊溶液变红，加热褪色。在这一反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性，可将红色物质氧化成无色物质。(3)王水：浓HNO3和浓盐酸按体积比为13混合即为王水，它的氧化性更强，能溶解Pt、Au等金属。3氮族元素包括氮(7N)、磷(15P)、砷(33As)、锑(51Sb)、铋(83Bi)五种元素。氮族元素位于元素周期表中第A族，其代表元素为氮和磷。相似性 递变性氮族元素的结构最外层电子数都是5原子半径随N、P、As、Sb、Bi顺序逐渐增大，原子核对外层电子吸引力减弱，非金属性减弱，金属性增强氮族元素的性质最高价氧化物的通式为R2O5；最高价氧化物对应水化物的通式为HRO3或H3RO4；气态氢化物的通式为RH3；最高化合价为5价，最低化合价为3价单质从非金属过渡到金属，非金属性：NPAs，金属性：SbH3PO4H3AsO4H3SbO4；与氢气反应越来越困难；气态氢化物稳定性逐渐减弱：NH3PH3AsH3学霸巧学卡(1)主要化合价：氮有3、1、2、3、4、5价；磷和砷有3、3、5价；锑、铋有3、5价。(2)在氮族元素的单质中，氮、磷具有较明显的非金属性；砷虽然是非金属，但有一些金属性；锑、铋为金属。1.思维辨析(1)常温下，N2既能与O2反应又能与H2反应。()(2)NO2溶于水时生成HNO3，故NO2是硝酸的酸酐。()(3)CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在。()(4)NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象。()(5)硝酸与活泼金属Mg、Al等反应产生H2，而与Cu反应产生NO或者NO2。()(6)将浓硝酸滴在干燥的蓝色石蕊试纸上，现象是先变红后褪色。()(7)硝酸可与Na2S反应制得H2S气体。()(8)常温下，可用铁制或铝制容器盛放浓HNO3，说明Fe、Al与浓HNO3不反应。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是()N2NO2NO2NONO2HNO3N2NON2NH3A BC D答案C解析该题有两个要求：(1)必须加入氧化剂；(2)一步反应就能完成。反应、从化合价角度来看都升高，但反应N2NO2不能一步反应完成；而反应NO2HNO3，虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能实现，如3NO2H2O=2HNO3NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应N2NO必须加入氧化剂且一步反应就能完成。考法综述本考点主要考查氮气的结构与性质、氮氧化物的制取和性质、氮氧化物对环境的影响、氮氧化物之间的转化以及以氮气、氮氧化物为载体，考查化学反应原理、化学实验、化学计算等。命题法1氮氧化物对环境的污染与防治典例1NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。(1)NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式：_。(2)在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NOx的排放，当尾气中空气不足时，NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式：_。解析(2)根据题目信息可知NO被CO还原为N2，而CO被氧化成CO2，化学方程式为2NO2CON22CO2。答案(1)3NO2H2O=2HNO3NO(2)2NO2CON22CO2【解题法】NOx尾气的处理方法(1)碱液吸收法2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONO2NO2NaOH=2NaNO2H2ONO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。(2)催化转化法 在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。命题法2氮的氧化物溶于水的计算典例2同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体，它们是NO和NO2，NO2和O2，NH3和N2。将3支试管均倒置于盛水的水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是()AV1V2V3 BV1V3V2CV2V3V1 DV3V1V2解析设各种气体的体积都为1体积。根据3NO2H2O=2HNO3NO，即剩余NO体积V1体积。根据4NO2O22H2O=4HNO3，即剩余O2体积V2体积。剩余N2体积V31体积。即B项符合题意。答案B【解题法】氮氧化物溶于水计算的原理及方法一、原理解答氮氧化物溶于水的计算问题首先明确原理，无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2H2O=2HNO3NO,2NOO2=2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。二、方法氮的氧化物与O2、H2O反应的计算，常见的有三种方法1加合式法(1)NO2和O2混合气体溶于水的计算由4NO2O22H2O=4HNO3可知：V(NO2)V(O2)(2)NO与O2同时通入水中2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO总的化学方程式为4NO3O22H2O=4HNO3可知：V(NO)V(O2)(3)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，再按4NO3O22H2O=4HNO3情况处理。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)3电子守恒法NO与O2的混合气体通入水中发生反应：2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO，在这当中，存在着NO向NO2转化、NO2向HNO3转化的同时又生成NO的循环反应。但总体来讲，NOHNO3，N的化合价升高是由于被O2氧化，因此可写出在氧化还原反应中得失电子数必然相等。命题法3硝酸与金属反应的规律和计算方法典例3将9 g铜和铁的混合物投入100 mL稀硝酸中，充分反应后得到标准状况下1.12 L NO，剩余4.8 g金属；继续加入100 mL等浓度的稀硝酸，金属完全溶解，又得到标准状况下1.12 L NO。若向反应后的溶液中加入KSCN溶液，溶液不变红，则下列说法正确的是()A原混合物中铜和铁各0.075 molB稀硝酸的物质的量浓度为0.5 molL1C第一次剩余4.8 g金属为铜和铁D再加入上述100 mL稀硝酸，又得到标准状况下1.12 L NO解析第一次加稀硝酸时金属有剩余，溶解的4.2 g金属均被氧化为2价，溶解的金属的物质的量为30.075 mol，金属的摩尔质量为56 gmol1，因此为铁；第二次加稀硝酸后金属完全溶解，由题意可知Fe2未被氧化，溶解的4.8 g金属被氧化为2价，同理可知溶解的金属的摩尔质量为64 gmol1，是铜，铜的物质的量为0.075 mol，所以A项正确，C项错误；第一次加硝酸，生成的硝酸亚铁的物质的量为0.075 mol，其中氮的物质的量为0.15 mol，由氮原子个数守恒知，硝酸的物质的量为0.15 mol0.05 mol0.2 mol，因此硝酸的物质的量浓度为2 molL1，所以B项错误；若金属完全溶解后再加100 mL稀硝酸，反应为3Fe24HNO=3Fe3NO2H2O，HNO3足量，0.075 mol Fe2生成0.025 mol NO，标况下体积为0.56 L，所以D项错误。答案A【解题法】反应规律及计算方法总结(1)思维模型(2)反应规律金属与硝酸反应一般不生成H2。浓硝酸中，HNO3一般被还原为NO2；稀硝酸中，HNO3一般被还原为NO。铁与稀硝酸反应，先生成Fe(NO3)3，若Fe过量，Fe(NO3)3再和Fe反应生成Fe(NO3)2。铜与浓硝酸反应，若铜过量，开始时还原产物为NO2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，还原产物为NO，最终得到NO2和NO的混合气体。(3)计算中守恒思想的应用原子守恒法HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO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。得失电子守恒法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。电荷守恒法HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH)则有：c(NO)c(H)nc(Mn)(Mn代表金属离子)。离子方程式计算法金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO在H2SO4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进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。命题法4磷及其化合物典例4次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性。回答下列问题：(1)H3PO2是一元中强酸，写出其电离方程式_。(2)H3PO2及NaH2PO2均可将溶液中的Ag还原为银，从而可用于化学镀银。H3PO2中，P元素的化合价为_。利用H3PO2进行化学镀银反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为41，则氧化产物为_(填化学式)。NaH2PO2为_(填“正盐”或“酸式盐”)，其溶液显_ (填“弱酸性”“中性”或“弱碱性”)。(3)H3PO2的工业制法是：将白磷(P4)与Ba(OH)2溶液反应生成PH3气体和Ba(H2PO2)2，后者再与H2SO4反应。写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式_。解析(1)H3PO2为一元中强酸，则其电离方程式为H3PO2HH2PO。(2)在化合物中，各元素正、负化合价的代数和为零，故H3PO2中P元素化合价为1价。设氧化产物中P元素的化合价为x价，依题意并根据得失电子守恒有4(1)01x(1)，解得x5，故氧化产物为H3PO4。因H3PO2为一元酸，故NaH2PO2为正盐；H3PO2为中强酸，故NaH2PO2溶液呈弱碱性。(3)根据得失电子守恒及原子守恒，可写出P4与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式：2P43Ba(OH)26H2O=3Ba(H2PO2)22PH3。答案(1)H3PO2H2POH(2)1 H3PO4 正盐 弱碱性(3)2P43Ba(OH)26H2O=3Ba(H2PO2)22PH3【解题法】解答信息题的几点注意教材中没有介绍磷单质及磷的化合物，也没有介绍其他氮族元素的单质及其化合物，所以考查磷单质及磷的化合物(或其他氮族元素的单质及其化合物)的试题一般是信息题，以信息作载体，主要考查化学反应原理、化学实验和化学计算。即主要考查学生学习化学的能力。因此对于本题型值得注意的有以下几个方面：(1)平时学习时，要注意加强化学学习能力的培养。(2)学习元素及其化合物知识时，要注意发挥元素周期律和元素周期表的指导作用。(3)学习过程中，适当拓展知识面。(4)认识磷元素的三种含氧酸，分别是次磷酸(H3PO2)、亚磷酸(H3PO3)、磷酸(H3PO4)。在次磷酸分子中，磷原子连两个氢原子、一个羟基、一个双键氧原子，羟基上的氢原子才能电离，故次磷酸是一元酸；在亚磷酸分子中，磷原子连一个氢原子、两个羟基、一个双键氧原子，故亚磷酸是二元酸；在磷酸分子中，磷原子连三个羟基、一个双键氧原子，故磷酸是三元酸。1下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是()A氮元素均被氧化B工业合成氨属于人工固氮C含氮无机物和含氮有机物可相互转化D碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环答案A解析在雷电作用下N2与O2反应生成NO，氮元素被氧化，工业合成氨属于人工固氮，合成氨过程中氮元素被还原，A项错误，B项正确；由图可看出含氮无机物和含氮有机物可以相互转化，C项正确；合成蛋白质的过程中就有碳、氢、氧元素的参与，D项正确。2在一定条件下，将充满NO2和O2的试管倒立于水槽中，充分反应后，剩余气体体积为原混合气体的，原混合气体中NO2和O2的体积比是()81737141A BC D答案B解析设原NO2和O2混合气体为8体积，后来剩余气体1体积。若剩余1体积O2，则原NO2为体积，原O2为体积，NO2和O2的体积比为73。若剩余1体积气体为NO，产生1体积NO需要3体积NO2，则NO2、O2和水恰好反应时为5体积，所以原O2为体积，原NO2为7体积，NO2和O2的体积比为71。3a mol FeS与b mol FeO投入V L c molL1的HNO3溶液中充分反应，产生NO气体，所得澄清溶液可看做Fe(NO3)3、H2SO4的混合液，则反应中未被还原的HNO3可能为()A(ab)63 g B(ab)169 gC. mol D(ab) mol答案C解析FeS6HNO3=Fe(NO3)3H2SO43NO2H2O a mol a mol 3a mol3FeO10HNO3=3Fe(NO3)3NO5H2Ob mol b mol mol反应中未被还原的HNO3的物质的量等于反应后溶液中NO的物质的量，即3(ab) mol，未被还原的HNO3的质量为(ab)189 g。作氧化剂的HNO3为 mol，则未被还原的HNO3为 mol。综上所述，本题选C。