高考化学复习课件：第3单元第11讲生活中的含氮化合物

欢迎进入化学课堂 第11讲生活中的含氮化合物 一 氮的氧化物1 氮氧化物的产生 1 空气中含量最多的是氮气 氮是生命物质的重要组成元素 人体内运输氧气的血红素和植物内催化光合作用的叶绿素中都含有氮 氮元素是农作物必需的元素 2 氮气 无色无味 不溶于水的气体 空气中78 体积分数 是氮气 氮分子 N2 性质稳定 很难与其他物质发生反应 因此 生产上常用氮气作保护气 但在一定条件下 如高温 放电等 与某些物质 如氧气 氢气等 发生反应 3 固氮作用 把游离态氮转变为化合态氮的过程 叫做氮的固定 也即让氮气通过化学变化转变为含氮化合物的过程 分为人工固氮 如工业合成氨 自然固氮 如雷雨天产生NO 生物固氮 如豆科植物的根瘤 2 一氧化氮 二氧化氮的性质 1 NO 无色无味的气体 微溶于水 有毒 在空气中易被氧化 N2 O2 2NO 2NO O2 2NO2 是大气污染物之一 但由于在人体内有一定的生物活性 可以在神经系统承担递质作用 还可以帮助细胞记忆和再获信息 在心血管系统中还可以起到使血管扩张的作用 因而被评为 明星分子 放电 2 NO2 红棕色的气体 有刺激性气味 有毒 易与水反应生成硝酸 3NO2 2H2O 2HNO3 NO 加压时可转化为N2O4 空气中的NO2在一定条件下易形成光化学烟雾 并且对高空平流层臭氧的分解起到催化的作用 是一种大气污染物 3 氮氧化物的来源 危害及防治措施 1 来源 氮肥生产 金属冶炼和汽车等交通工具的尾气 火山爆发 雷鸣电闪 2 危害 形成硝酸型酸雨 造成光化学烟雾 破坏臭氧层 3 防治措施 使用洁净能源减少氮氧化物的排放 为汽车等交通工具安装尾气转化装置 2NO 2CO N2 2CO2 对于生产化肥 硝酸工厂排放的废气进行处理 NO NO2 2NaOH 2NaNO2 H2O 2NO2 2NaOH 2NaNO2 NaNO3 H2O 催化剂 二 硝酸的性质1 硝酸的物理性质纯硝酸是无色 易挥发 有刺激性气味的液体 密度为1 5027g cm 3 沸点83 98 以上的浓硝酸在空气中由于挥发出HNO3而产生 发烟 现象 通常叫发烟硝酸 常用浓硝酸的质量分数大约为69 2 硝酸的化学性质 1 酸的通性 硝酸的强酸性HNO3 H 2 不稳定性 4HNO3 4NO2 O2 2H2O 光照或加热 3 强氧化性 与金属反应稀硝酸和铜反应 3Cu 8HNO 稀 3Cu NO3 2 2NO 4H2O 实验室制NO 浓硝酸和铜 Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 实验室制NO2 硝酸是一种很强的氧化剂 不论稀硝酸还是浓硝酸都有强氧化性 几乎能跟所有的金属 除金 铂等少数金属外 发生氧化还原反应 浓硝酸一般被还原为NO2 稀硝酸一般被还原为NO 常温下 浓HNO3可使Fe Al钝化 即在Fe Al的表面形成一层致密的氧化膜 阻止了反应的进一步进行 与非金属反应浓硝酸和碳反应 C HNO3 浓 CO2 4NO2 2H2O3 硝酸的用途 硝酸是一种重要的化工原料 可用于制造炸药 染料 塑料 硝酸盐等 4 硝酸的制法 1 实验室制法 NaNO3 s H2SO4 浓 NaHSO4 HNO3 微热 2 工业制法 4NH3 5O2 4NO 6H2O 2NO O2 2NO2 3NO2 H2O 2HNO3 NO三 氨和铵盐1 氨 1 氨的工业生产合成氨的反应 N2 3H22NH3 催化剂 2 氨的物理性质氨是无色 有刺激性气味的气体 在标准状况下 密度是0 77g L 1 比空气的小 易液化 液氨汽化时要吸收大量的热 使周围的温度急剧下降 所以液氨常做制冷剂 3 氨的化学性质 氨气与水反应氨气极易溶于水 通常情况下 1体积水能溶解700体积氨 氨的水溶液叫氨水 氨溶于水时 大部分氨分子和水分子形成一水合氨分子 NH3 H2O 一水合氨分子 NH3 H2O 可以部分电离成铵根离子 和氢氧根离子 OH 所以氨水显碱性 使酚酞变红色 一水合氨分子 NH3 H2O 不稳定 受热时分解为氨气和水 方程式 NH3 H2O NH3 H2O OH 氨与酸的反应方程式 NH3 HCl NH4Cl 氨与氯化氢相遇时 会生成浓的白烟 NH4Cl小颗粒 可用来检验氨 挥发性的强酸与氨气在空气中相遇都有产生白烟的现象 如HCl HBr HI HNO3 而H2SO4 H3PO4则无此现象 氨与氧气的反应氨气在催化剂 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 方程式 4NH3 5O2 4NO 6H2O 催化剂 4 氨的实验室制法实验室里用铵盐和碱在加热条件下反应制氨气 该反应符合强碱制弱碱的原理 属于固体加热制气体的反应 用实验室制氧气的装置 由于氨水受热分解可产生氨气 在实验室有时也用加热浓氨水的方法制氨气 2 铵盐 1 定义 由铵根离子和酸根离子构成的化合物叫做铵盐 2 铵盐的物理性质铵盐都是晶体 并且都能溶于水 3 铵盐的化学性质 铵盐受热分解氯化铵受热时分解 生成氨气和氯化氢 冷却时氨气和氯化氢又重新结合 生成氯化铵 氯化铵有假升华现象 碳酸氢铵受热时也会分解 生成氨气 水和二氧化碳 水的状态由受热温度决定 但不是所有的铵盐受热分解都产生氨气 其他铵盐分解不作要求 铵盐与碱的反应铵盐与碱共热都能产生氨气 这是铵盐的共同性质 常用此性质检验铵盐的存在 即取样品加氢氧化钠 产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色 说明样品含铵盐 考点一氮的氧化物溶于水的计算 例1充满NO2和O2混合气体10mL的试管 倒立在盛有水的水槽中 最后剩余1mL气体 问原混合气体中NO2和O2的体积各占多少 解析 设剩余的1mL为O2 则参加反应的NO2和O2共9mL 因4NO2 O2 2H2O 4HNO3即V NO2 V O2 4 1V NO2 0 8 9mL 7 2mLV O2 0 2 9mL 1 8mLV O2 1 8mL 1mL 2 8mL 设剩余的1mL气体为NO 则3NO2 2H2O HNO3 NO31可知剩余NO2为3mL所以发生4NO2 O2 2H2O 4HNO3的NO2和O2共7mL V NO2 0 8 7mL 5 6mLV NO2 5 6mL 3mL 8 6mLV O2 0 2 7mL 1 4mL 方法技巧点拨 氮的氧化物和O2混合气体通入水中 如有气体剩余 则剩余气体是NO或O2 答案 原混合气体中NO2和O2的体积分别是7 2mL和2 8mL或8 6mL和1 4mL 考点二酸性条件下的强氧化性 例2在pH 1的溶液中 不能大量共存的离子组是 A Al3 Ag Cl B Mg2 C Na K I D Zn2 Na 解析 由于A组中Ag Cl AgCl 所以A是答案之一 考虑到在pH 1的情况下 NO有强氧化性 可把C组中的I 氧化 所以C也是答案 AC 方法技巧点拨 我们都知道 硝酸具有强氧化性 也可以说NO在酸性溶液中具有强氧化性 此知识虽不难 但因为在命题时增加了隐含性 因此在解题时常因忽视了NO在酸性溶液中具有强氧化性而不小心落入陷阱 例3下图为某实验者设计的验证银元完全溶解于一定量的浓硝酸 生成的NO2气体中含有NO的实验装置图 常温时 NO2与N2O4混合存在 在低于0 时 几乎只有无色N2O4晶体存在 考点三硝酸还原产物的实验探究 1 反应前先打开A部分的活塞K1 持续通一段时间N2 其理由是 2 若装置中缺B部分 其后果是 3 反应结束后 打开D部分的活塞K2 并通入氧气 D瓶内气体由无色变为红棕色 若通入的是热氧气 则瓶内气体的颜色比以前更深 其原因是 4 C部分装置的作用是 E部分中a仪器所起的作用是 解析 实验的目的是检验NO2气体中是否混有NO 若实验中途发生了NO转化 就无法确定NO是否在银元宝与硝酸的反应中生成 也就失去了检验的意义 因此第一步操作应排尽装置内的空气 以防NO被装置内的氧气所氧化 若缺少B装置 则NO2或N2O4则会与C中冷凝后的水反应 生成NO 从而对NO的检验产生干扰 反应结束后 由于D中存在未反应的NO 所以在导管口因接触空气中的氧气而变红色 升高温度 2NO2 N2O4的平衡向左移动 NO2的物质的量增大 颜色加深 答案 1 排出系统内的空气 防止生成的NO被空气中的O2氧化 2 在C中水蒸气被冷却成水 与NO2或N2O4反应 生成NO 干扰NO的验证 3 2NO O2 2NO2 气体由无色变为红棕色 升高温度 2NO2N2O4的平衡向左移动 NO2的物质的量增大 颜色加深 4 NO2全部转化成N2O4晶体 避免在D装置中对NO的验证产生干扰防止倒吸 方法技巧点拨 物质的检验难点是排除干扰 本题氧气的存在会对NO检验的干扰 另外 离子检验中 OH 等存在会对Cl 的检验造成干扰 有机中醛基等具有还原性的基团会对C C的检验造成干扰 科学合理地排除干扰是解这类题的关键 考点四氨气的制备 例4为了更简便地制取干燥的NH3 下列方法中适合的是 A NH4Cl与浓H2SO4混合共热 生成的气体用碱石灰进行干燥B N2 3H22NH3 用烧碱进行干燥C 加热浓氨水 气体用碱石灰干燥D 加热NH4HCO3 气体用P2O5干燥 C 解析 本题考查了氨气的制备方法 A选项中的两种物质反应不生成氨气 B选项在实验室中是不能实现的 C选项利用了浓氨水的挥发性 同时可选用碱石灰干燥 D选项中的P2O5是不可以干燥氨气的 方法技巧点拨 实验室制取某些物质 要注意方案的可行性 如本题 B方案是一种工业制法 在实验室是不可行的 氨的工业制法 工业上用N2与H2在高温高压并有催化剂存在的条件下合成NH3 反应方程式为 N2 3H22NH3 该反应为可逆反应 所得产品是NH3 N2 H2的混合物 利用NH3易液化的特点 将NH3分离以后 N2和H2可循环使用 考点五喷泉实验 例5都能用右图所示装置进行喷泉实验的一组气体是 注 烧杯内为NaOH溶液 A HCl和CO2B NH3和CH4C SO2和COD NO2和NO A 解析 在上述气体中 CH4 NO CO不溶于NaOH溶液 也不与NaOH溶液反应 所以不能做喷泉实验 而HCl SO2 CO2不仅可溶于NaOH溶液而且还可与NaOH溶液反应 所以能形成喷泉 方法技巧点拨 喷泉实验成功的关键 烧瓶 预先吸水的滴管及直玻璃管都要干燥 气体要充满圆底烧瓶 瓶塞要严密 不漏气 止水夹要夹紧 注意 满足下列条件时 均能形成美丽的喷泉 液体为水时 NH3 HBr HCl HI SO2等易溶于水的气体或是NO2 NO2 O2 NO O2 NO2 NO O2等易与水反应的气体 液体是NaOH KOH等强碱性溶液时 CO2 SO2 NO2 H2S等酸性气体 液体是盐酸或硫酸时 NH3等碱性气体 考点六铵盐的性质与制备 例6用NH3作主要原料按下列流程生产化肥NH4NO3 其中a b c 分别表示对应反应的转化率 NH3与HNO3反应生成NH4NO3的原料利用率为100 1 若有1tNH3为原料 为了使制得的NH4NO3产量最大 则用于制HNO3的NH3质量为 t 用含a b c代数式表示 可能用到的原子量 H 1 N 14 O 16 2 铵态氮肥在碱性条件下使用可导致肥效损失 NH4H2PO4溶液与足量的NaOH溶液共热反应的离子方程式为 3 一种复合肥料含有NH4NO3 NH4H2PO4 KCl 取其一定量溶于水形成溶液 测得其中部分离子浓度为 c 3mol L c 2mol L c K 2mol L 则配制该复合肥料所取的NH4NO3 NH4H2PO KCl物质的量之比为 解析 1 利用关系式NH3 HNO3设用来制HNO3的氨气为x吨 a b c x 1 xx 2 注意NaOH足量 应生成正盐 3OH NH3 3H2O 3 根据元素守恒 所取的NH4NO3 NH4H2PO KCl物质的量之比为1 2 2 答案 1 2 3OH NH3 3H2O 3 1 2 2 方法技巧点拨 工业生产 常常是多步进行 这类计算题 常常要分析每步反应 抓住元素守恒规律 找出关系式 能大大优化解题步骤 1 2011 辽宁省东北育才学校一模 将nmolCu2S的与足量的稀硝酸反应 生成硝酸铜 硫酸 一氧化氮和水 则参加反应的硝酸中被还原的硝酸的物质的量是 A 4nmolB 10nmolC 10n 3molD 2n 3mol C 解析 本题考查氧化还原反应的有关计算 由已知得nmolCu2S被氧化为2nmolCu NO3 2 和nmolH2SO4 则铜失电子为2n 1mol 硫失电子为n 8mol 共失电子10nmol 即被还原的硝酸所得电子就是10nmol 氮原子有 5到 2变化3 则还原的硝酸的物质的量是10n 3mol 2 2011 福州市高中毕业班质量检查 如图所示 集气瓶内充满某混合气体 将滴管内的水挤入集气瓶后 烧杯中的水会进入并充满集气瓶 集气瓶内气体可能是 A N2 H2B H2 O2C O2 NO2D NO2 NO 解析 由于水充满整个烧瓶 所以气体能全部溶于水或反应完全 A B选项中气体不会减少 D选项中会生成不溶于水的NO C 3 2011 惠州市第二次调研 如图A D四种物质均含有同一种元素 A可以是单质也可以是气态氢化物 D是最高价氧化物对应的水化物 则A B C D中共同含有的元素是 A ClB FeC CD N D 解析 根据D的性质知其是一种强酸 排除B选项 最高价氧化物对应的水化物是碱 C选项 最高价氧化物对应的水化物是弱酸 结合A的单质或气态氢化物能被氧气氧化则排除A选项 D选项正确 4 2011 重庆 对滴有酚酞试液的下列溶液 操作后颜色变深的是 A 明矾溶液加热B CH3COONa溶液加热C 氨水中加入少量NH4Cl固体D 小苏打溶液中加入少量NaCl固体 B 解析 酚酞遇到碱变红色 遇到酸不变色 故滴有酚酞试液的溶液颜色变深 是因为溶液的碱性增强 明矾溶液水解显酸性 故A错 CH3COONa溶液显碱性 加热时水解程度增大 碱性增强 故B正确 氨水中加入少量NH4Cl固体 会使氨水的电离程度减小 碱性减弱 颜色变浅 故C错 NaCl固体对NaHCO3的水解无影响 故D错 5 2011 安徽 下列有关实验操作 现象和解释或结论都正确的是 A 解析 本题综合考查化学实验以及元素化合物的相关知识 A选项 铁粉过量应该生成Fe2 不会有红色出现 AgCl溶解度比AgI大 AgI沉淀中滴入稀KCl溶液不会有白色沉淀出现 故B错 Al箔插入浓HNO3中才会形成致密的氧化膜钝化 稀硝酸中会反应 故C错 D的实验操作 现象和结论都是正确的 6 硝酸是一种重要的化工原料 工业上通常采用氨氧化法制取 某校化学兴趣小组的同学以氯化铵和氢氧化钙为主要原料并设计了下列装置来制硝酸 三氧化二铬为催化剂 加热及夹持装置未画出 下列叙述不正确的是 A 实验时 A C两装置均需加热 应先加热A装置B D装置中应填充的物质是P2O5 主要作用是除去C中未反应的氨气C E装置的作用是缓冲气流 防止倒吸D F G装置中的物质分别是水 NaOH溶液 A 解析 本题以工业生产为背景 实际考查NH3的催化氧化 在检验完装置的气密性后 应先加热C处 否则如果先加热A处 那么制得的NH3向后输送 使NH3溶解于F中 制得的硝酸不纯 在D中放入P2O5吸收NH3和水蒸气 在E F通入的是纯净的硝酸气流 E装置是安全瓶的作用 缓冲气流 防止倒吸 由于硝酸溶解度较大 所以用水吸收即可 G是尾气的处理 用NaOH溶液吸收过量的硝酸气体 7 近年来我省汽车拥有量呈较快增长趋势 汽车尾气已成为主要的空气污染物 部分大城市交通干道的NOx和CO严重超过国家标准 已具有发生光化学烟雾污染的潜在危险 随着工业废水和生活用水大量排放 水体污染也日益严重 1 某研究性学习小组在一烟雾实验箱中对光化学烟雾形成进行了模拟实验 测得烟雾的主要成分为CxHy 烃 NO NO2 O3 PAN CH3COOONO2 各种物质的相对浓度随时间的变化 记录于下图 根据图中数据 下列推论中 最不合理的是 A NO的消失的速率比CxHy快B NO生成NO2C CxHy及NO2可以生成PAN及O3D O3生成PAN 为避免汽车尾气中的有害气体对大气的污染 给汽车安装尾气净化装置 净化装置里装有含Pd等过渡元素的催化剂 气体在催化剂表面吸附与解吸作用的机理如下图所示 写出上述变化中的总化学反应方程式 2 水体污染问题是目前人们十分关注的环境问题之一 下图是某河流受到城市生活污水 主要含有机物 的轻度污染 以及水体自身净化过程部分示意图 请回答有关问题 图中绘出的三种曲线分别代表氮 磷等无机盐总量 水中氧气溶解量 OD 有机物溶解量 其中表示水中OD变化曲线的是 选填 A B C 目前推广使用无磷洗衣粉 并提倡科学合理施用化肥 其目的是防止水体 填写与环境相关的术语 某研究性学习课题小组拟调查测定本地区水质污染情况 如果你是课题小组成员 现要取三份不同地区的水样 你选择的三个地点是 解析 1 由图象可知 NO消失的速率比CxHy快 NO在消失 而NO2在增长 也可以得出NO生成NO2 同理可得C项是正确的 D选项是错误的 因为O3在增长而PAN也在增长 不可能同时增长的 2 在污水的入口处有A线和B线是上升的 则定为排出的污染物为氮 磷等无机盐总量和有机物的溶解量 C线是下降的可以为氧气的溶解量 因为当含氮 磷等无机盐和有机物排放后造成水中氧的溶解量下降 目前推广使用无磷洗衣粉 并提倡科学合理施用化肥 其目的是防止水体富营养化或水华 赤潮等 进行水样分析则要选择各不相同的水样如化工厂附近的河流 城市周围的河流 农村河道等 答案 1 D 2NO O2 4CO 4CO2 N2 2 C 富营养化 水华 赤潮等均可 化工厂周围河流 城市周围的河流 农村河道等 催化剂 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全