2020版高考化学大一轮复习第3讲元素化学考点20氮及其氧化物学案.docx

考点20氮及其氧化物知识条目加试要求1.氮氧化物的产生、转化及其性质a2.氮及其化合物的相互转化关系c一、氮气1氮的存在及氮的固定自然界中N元素大部分以游离态存在于空气中，也有一部分以化合态存在于动、植物体内，土壤及无机盐中。游离态的氮转化为化合态的氮的过程，叫作氮的固定。2分子结构和物理性质电子式结构式颜色气味水溶性密度NNNN无色无味难溶于水与空气接近3.化学性质通常情况下，N2化学性质很稳定，只在高温、放电、催化剂等条件下才能发生一些化学反应。(1)与H2反应：N23H22NH3(2)与O2反应：N2O22NO(3)与Mg反应：N23MgMg3N2二、氮的氧化物氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。1NO和NO2的比较NONO2物理性质颜色无色红棕色溶解性不溶能溶毒性有毒有毒化学性质与O2反应2NOO2=2NO2与H2O反应3NO2H2O=2HNO3NO实验室制法(填化学方程式)3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2OCu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O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2.氮的氧化物与水反应的几种情况(1)NO2或NO2与N2(非O2且不溶于水的其他气体均可)的混合气体溶于水可依据3NO2H2O=2HNO3NO，利用气体体积差值进行计算。(2)NO2和O2混合气体溶于水的计算由4NO2O22H2O=4HNO3可知，当体积比：V(NO2)V(O2)41时，O2过量，剩余气体为O2；V(NO2)V(O2)41时，恰好完全反应；V(NO2)V(O2)41时，NO2过量，剩余气体为NO。(3)NO与O2同时通入水中2NOO2=2NO2,3NO2H2O=2HNO3NO。总反应方程式为4NO3O22H2O=4HNO3。当体积比：V(NO)V(O2)43时，余O2；V(NO)V(O2)43时，恰好完全反应；V(NO)V(O2)43时，余NO。3NO2与溴蒸气的鉴别方法由于NO2和Br2在性质上有不少相似性：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。【例1】某氮的氧化物和一氧化碳在催化剂的作用下充分反应，生成氮气和二氧化碳。若测得氮气和二氧化碳的物质的量之比为12，则该氮的氧化物为()AN2OBNOCNO2DN2O5【解析】设该氮氧化物的分子式为NOx，根据氧化还原反应规律写出反应的化学方程式为2NOx2xCON22xCO2，由于n(N2)n(CO2)12，得出x1，因此该氮的氧化物为NO。【答案】B【提炼】本题主要考查运用氧化还原反应规律分析、解决氮氧化物相关问题，由此推广到其他类似的题目也可用相同的方法分析。【例2】将容积为50mL的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体，倒置量筒在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为5mL。则原混合气体中NO2和O2的体积比可能是_或_。【解析】NO或NO2与O2的混合气体与水的反应计算关系式，可由下列化学方程式推导出来。2NOO2=2NO23NO2H2O=2HNO3NO由2得4NO2O22H2O=4HNO3由324NO3O22H2O=4HNO3、两式就是平时计算经常用到的关系式。假设剩余的5mL为O2，则参加反应的NO2和O2的总体积为50mL5mL45mL。则原混合气体里，NO2的体积为45mL4/536mL，O2的体积为50mL36mL14mL，即NO2与O2的体积比为3614187。假设剩余的5mL为NO，由式得过量的NO2体积为15mL，则发生反应的NO2和O2的总体积为50mL15mL35mL。则原混合气体里，O2的体积为35mL1/57mL，NO2的体积为50mL7mL43mL，即NO2与O2的体积为437。【答案】187437【提炼】本题主要考查氮氧化物与O2、H2O反应的计算，相关分析见【知识整理归纳】。【例3】氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NOx反应进行了探究。回答下列问题：(1)氨气的制备氨气的发生装置可以选择上图中的_，反应的化学方程式为_。欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置_(按气流方向，用小写字母表示)。(2)氨气与二氧化氮的反应将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。操作步骤实验现象解释原因打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中Y管中_反应的化学方程式_将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到温室Y管中有少量水珠生成的气态水凝聚打开K2_【解析】(1)实验室制取氨气的常用方法是Ca(OH)2与NH4Cl混合加热，或者CaO中滴入浓氨水(不需要加热)。这里提供的装置只有A适合第一种方法。要收集干燥的氨气应用碱石灰进行干燥，干燥管应“大进小出”，即d进c出；由于氨气的密度比空气小，应用向下排空气法进行收集，即f进e出；最后应进行尾气处理，并要防止倒吸，应接i。(2)：NH3和NO2反应，根据氧化还原反应规律，生成N2，反应的化学方程式为8NH36NO27N212H2O，产物均无色，因此随着反应的进行，NO2的红棕色会逐渐变浅。：当产物中的H2O为液体时，反应过程中气体总物质的量减小，恢复原体积后装置中气压小于大气压，因此NaOH溶液会倒吸。【答案】(1)ACa(OH)22NH4ClCaCl22NH32H2Odcfei(2)气体红棕色逐渐变浅8NH36NO27N212H2ONaOH溶液倒吸入Y管当产物中的H2O为液体时，反应过程中气体的总物质的量减小，恢复原体积后装置中气压小于大气压【提炼】本题主要考查氨的制备、净化、收集和尾气吸收，以及通过氨的还原性来分析、解决问题。可针对气体的发生装置、收集装置、尾气处理等进行适当小结归纳。【例4】研究氮氧化物反应机理，对于控制汽车尾气、保护环境有重要意义。(1)NO在空气中存在如下反应：2NO(g)O2(g)2NO2(g)H上述反应分两步完成，其中第一步反应如下，写出第二步反应的热化学方程式(其反应的焓变H2用含H、H1的式子来表示)：2NO(g)N2O2(g)H10_(2)工业制HNO3的尾气中含有的NO2和NO常用NaOH溶液吸收，反应的化学方程式为：NONO22NaOH=2NaNO2H2O,2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O，现有平均组成为NOx的NO、NO2混合气体，通入足量的NaOH溶液中，充分反应后没有气体剩余，则：x的取值范围为_。反应后溶液中n(NO)n(NO)_(用含x的代数式表示)。(3)电解法处理氮氧化合物是目前大气污染治理的一个新思路，原理是将NOx在电解池中分解成无污染的N2和O2除去，如图所示，两电极间是新型固体氧化物陶瓷，在一定条件下可自由传导O2，电解池的阴极反应为_。【解析】(1)由盖斯定律可得总反应2NO(g)O2(g)2NO2(g)，所以总的热化学方程式可得，则的热化学方程式为O2(g)N2O2(g)2NO2(g)H2HH1。(2)平均组成为NOx的NO、NO2混合气体，通入足量的NaOH溶液中，充分反应后没有气体剩余，根据反应NONO22NaOH=2NaNO2H2O和2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O，说明只有当n(NO2)n(NO)1时，混合气体才能被NaOH溶液完全吸收。当n(NO)n(NO2)1时，x1.5；当只有NO2时，x2；故x取值范围为1.5x2。NOx被NaOH溶液完全吸收时，根据氧化还原反应中得失电子守恒规律，可写出反应的化学方程式：2NOx2NaOH=(52x)NaNO2(2x3)NaNO3H2O，因此反应后溶液中n(NO)n(NO)(52x)(2x3)。(3)阴极发生还原反应，根据题意，阴极上是NOx获得电子生成N2与O2，因此电极反应式为2NOx4xe=N22xO2。【答案】(1)O2(g)N2O2(g)2NO2(g)H2HH1(2)1.5x2(52x)(2x3)(3)2NOx4xe=N22xO2【提炼】本题主要考查在氮氧化物情景中盖斯定律的应用、氧化还原反应中的电子守恒规律和电极反应方程式的书写，可以总结电极反应方程式的书写规律：先确定阴、阳极，根据阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应的规律分析两极分别发生反应的物质或微粒；书写电极反应式，分析电子得失；根据电解质分析电荷守恒，配平需要添加的微粒；根据原子守恒配平。