2022年高考化学专题复习氮及化合物.docx
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1、2022年高考化学专题复习:氮及化合物第一局部 专题知识讲解一、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。 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响,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、氢气等发生反响。放电 N2 + O2 2NON2 + 3H2 2NH32、固氮作用:游离态氮转变为化合态氮的方法。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N
2、O2:氮元素有1、2、3、5等五种正价态,五种正价对应六种氧化物:N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5。其中N2O3和N2O5分别是HNO2和HNO3的酸酐。NO是一种无色不溶于水的有毒气体,不溶于水,而NO2那么是一种红棕色有刺激性气味的有毒气体,能溶于水,溶于水生成HNO3和NO,NO2还易发生二聚反响。氮的氧化物是形成光化学烟雾的因素之一,对环境的危害极大。NO和NO2的相互转化关系为:2NOO22NO2;3NO2H2O2HNO3NONO2具有强氧化性,能与许多复原性物质反响,如:SO2、I等,NO2还能与碱溶液反响,生成硝酸盐和亚硝酸盐。如:NO2SO2NOSO3;2NO
3、22NaOHNaNO3NaNO2H2O故可用碱液来吸收硝酸工业中产生的尾气。NO、NO2的制取实验室NO可用Cu与稀HNO3反响制取:3Cu8HNO3稀3CuNO322NO4H2O,由于NO极易与空气中的氧气作用,故只能用排水法收集。实验室NO2可用Cu与浓HNO3反响制取:Cu4HNO3浓CuNO322NO22H2O由于NO2可与水反响,故只能用排空气法收集。比较 NO和NO2的性质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 毒重要反响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
4、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 二、氨和铵盐1、氨的合成: N2 + 3H2 2NH32、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,大局部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
5、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洁物混合物成 分NH3NH3、NH3H2O 、H2O 、 NH4+ 、 OH- 、H+ 2氨具有弱碱性,可以与酸硫酸、硝酸、盐酸等反响,生成铵盐。 NH3 + H+ NH4+3与氧气反响具有复原性 氨气在催化剂如铂等、加热条件下,生成一氧化氮和水,放出热量。此反响是放热反响,是工业制硝酸的根底。 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O4、氨的实验室制法反响原理:2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2NH3+
6、 2H2O发生装置:固固反响加热装置,与制取氧气的发生装置相同。枯燥:用碱石灰枯燥。收集方法:由于氨易溶于水,密度比空气小,所以只能用向下排空气法。检验:a用湿润的红色石蕊试纸(变蓝)b蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口(白烟)。棉花团的作用:是为了防止试管内的NH3与试管外的空气形成对流,以期在较短时间内收集到较为纯洁的氨。5、铵盐:由铵离子和酸根离子构成的盐。如:硫酸铵【NH42SO4 ,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】铵盐属于铵态氮肥。常用氮肥有硝态氮肥和尿素【 CONH22】铵盐的性质铵盐都是无色或白
7、色的晶体晶体,且都易溶于水。与碱作用:(NH4)2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2NH3+ 2H2ONH3NO3 + NaOH NaNO3 + NH3+ H2O实质:NH4+ + OH- NH3+ H2O铵盐与碱共热都能产生NH3,这是铵盐的共同性质。有关系式:NH4+NH3,相互之间可以转化。受热发生分解反响非氧化性酸组成的铵盐,加热分解为氨和相应的酸。(NH4)2CO3 2NH3+ CO2+ H2ONH4Cl NH3+ HCl (气体遇冷形成白色固体)NH3NO3 N2O+ 2H2O (发生复杂的反响,爆炸)贮存铵态氮肥时,为了防止受热分解,应密封包装并放在阴凉通风处。6NH4
8、+的检验方法:取少许样品与碱混合于试管中共热,将湿润的红色石蕊试纸靠近管口,假设试纸变蓝,那么证明样品中含有NH4+。三、硝酸的性质硝酸的物理性质:纯洁的硝酸是无色易挥发,有刺激性气味的液体,能以任意比溶于水,常用浓硝酸的质量分数约为63%,质量分数98%的硝酸叫做发烟硝酸,硝酸是一种重要的化工原料。硝酸的化学性质:硝酸具有酸的通性,但硝酸与金属反响时一般无氢气产生。1、不稳定性:硝酸在受热或光照条件下即可分解:4HNO34NO2O22H2O,常见浓硝酸显黄色,是由于硝酸分解产生的NO2气体溶解在其中,故浓硝酸应保存在棕色试剂瓶中,置于阴暗处。2、强氧化性:与金属反响:硝酸和金属反响时,硝酸作
9、为氧化剂,硝酸的浓度越高,其氧化性越强,复原产物的价态越低。A:常温下,浓硝酸可使Fe、Al外表形成致密的氧化膜而发生钝化,阻止反响的继续进行。B:一定条件下硝酸能与除铂以外的多数金属反响,通常浓硝酸反响后生成的气体主要是NO2,稀硝酸反响后生成的气体主要是NO,如:铜与浓、稀硝酸的反响:3Cu8HNO3稀3CuNO322NO4H2OCu4HNO3浓CuNO322NO22H2O变价金属与硝酸反响时,产物的价态那么要看硝酸与金属的物质的量的相对大小,假设金属过量,那么生成低价的金属硝酸盐,假设硝酸过量,那么生成高价的金属硝酸盐。如:铁与稀硝酸的反响:3Fe过量8HNO3稀3FeNO322NO4H
10、2OFe缺乏4HNO3浓FeNO33NO2H2O硝酸不仅可与金属反响,还可与非金属单质反响:如:浓硝酸与单质碳反响的化学方程式:C4HNO3浓CO24NO22H2O非金属单质与浓硝酸反响时,一般生成高价的非金属氧化物或高价的含氧酸硝酸与低价态化合物的反响硝酸能氧化很多低价态的化合物,如S2、SO32、I、Fe2等复原性物质,故在酸性条件下NO3与S2、SO32、I、Fe2等不能共存于同一溶液中,但在中性或碱性介质中,可以共存。3与有机物反响:在一定条件下硝酸可与某些有机物发生取代反响和颜色反响:如:浓硝酸与苯、苯酚等物质的硝化反响、与醇的酯化反响、与某些蛋白质的颜色反响等。小结:氮及其化合物的
11、性质和转化关系: NH4NO3 NH3 HNO3 N2 NO NO2例题解析例1. 将1.92gCu粉与一定量的浓硝酸反响,当Cu粉完全作用时,收集到气体1.12L标况,那么所消耗硝酸的物质的量是:A. 0.12mol B. 0.11mol C. 0.09mol D. 0.08mol解析:消耗的硝酸分两局部,一局部起酸的作用,一局部做氧化剂,由守恒法可知,消耗的硝酸的物质的量应为这两局部的和,即为:1.92g/64g/mol21.12L/22.4L/mol0.11mol;应选B答案:B例2. 用以下三种途径来制取相等质量的硝酸铜:1铜跟浓硝酸反响;2铜跟稀硝酸反响;3铜先跟氧气反响生成氧化铜,
12、氧化铜再跟硝酸反响。以下表达中正确的选项是A. 三种途径所消耗的铜的物质的量相等B. 三种途径所消耗的硝酸的物质的量相等C. 所消耗的铜的物质的量是:途径3途径1途径2D. 所消耗的硝酸的物质的量是:途径1途径2途径3解析:此题是评价制备方案的优劣。从绿色化学角度看1要节约原料;2是副产品,对环境污染小。1Cu4HNO3浓CuNO322NO22H2O,23Cu8HNO3稀3CuNO322NO4H2O,32CuO22CuO,CuO2HNO3CuNO32H2O。假设生成3molCuNO32,可得消耗原料量及生成污染物NOx的量见下表:CuNO32CuHNO3NOx13mol3mol12mol6mo
13、l23mol3mol8mol2mol33mol3mol6mol0mol由上表知:1耗HNO3最多,生成污染物最多;3耗HNO3最少,没有污染物。答案:AD例3.某试剂厂有银含杂质铜和硝酸含杂质Fe3反响制取硝酸银。步骤如下依据上述步骤,完成以下填空:1溶解银的硝酸应该用硝酸填浓或稀。原因是填序号,下同a减少过程中产生NOX的量_b减少原料银的消耗量_c节省硝酸物质的量2步骤B加热保温的作用是_。a有利于加快反响速率b有利于未反响的硝酸挥发c有利于硝酸充分反响,降低溶液中cH3步骤中是为了除去F3、Cu2等杂质,冲稀静置时发生的化学反响是_a置换反响b水解反响c氧化复原反响产生的沉淀物化学式.解
14、析:1根据反响方程式:Ag2HNO3浓AgNO3NO2H2O、3Ag4HNO3稀3AgNO3NO2H2O可知:每生成1molAgNO3,如用浓HNO3,消耗HNO32mol,产生1molNO2;如用稀HNO3,只需HNO34/3mol,放出NO1/3mol。故用稀硝酸比用浓硝酸好,原因为减少氮氧化物的排放量,从而节省硝酸的使用量,即理由为a、c。2根据温度对反响速率的影响,加热保温是使反响加快,促使HNO3与Ag反响,而不希望HNO3损失,因此其目的是a、c。3由水解原理,溶液浓度小,促进水解,使F3、Cu2生成难溶的FeOH3、CuOH2而除去。答案:1稀,a、c2a、c3b,FeOH3、C
15、uOH2例4. 1898年,曾有人创造了固氮的一种方法,该法以石灰石、焦炭、空气为原料。第一步反响是石灰石分解;第二步是使第一步反响产物和焦炭反响,在电炉中的高温下制得第三步反响起始物;第三步反响中另一反响物是空气,该反响也是在电炉中完成的,生成一种固体;第四步是使该固体和水蒸气反响制得氨气。又知该固体中有与N3互为等电子体的离子。1试写出四步反响的化学方程式;2试简评该固氮方法。解析:前二步反响分别是石灰石的分解和制造电石的反响:CaCO3CaOCO2;CaO3CCaC2CO第三步反响是CaC2在高温下与空气中的氮气反响,以取得固氮的效果。由于生成物与N3互为等电子体的离子,氮元素在此生成物
16、中应为3价,后者与水反响才更有可能生成NH3。N3的等电子体有CN22、C2N3。如果N为3价,在CN22中C为4价,在C2N3中C为0价,不合理,因此生成物中的该离子只能为CN22。其化学方程式为:CaC2N2CaCN2C;CaCN23H2OCaCO32NH3。这种方法较之现在的合成氨工业,需要消耗大量电能,原料众多,生产本钱高,因此,很快被合成氨的催化法代替。答案:1CaCO3CaOCO2;CaO3CCaC2CO;CaC2N2CaCN2C;CaCN23H2OgCaCO32NH3。2这种方法,需要消耗大量电能,原料众多,设备重,生产本钱高。例5. 为了测定某铜银合金的成分。将30.0g合金完
17、全溶于80mL13.5mol/L的浓HNO3中,待合金完全溶解后,收集到气体6.72L标准状况,并测得溶液中氢离子浓度为1mol/L。假设反响后溶液的体积仍为80mL。试计算:1被复原的硝酸的物质的量。2合金中银的质量分数。解析:1此题考查的是有关硝酸的综合计算。Cu、Ag合金溶于过量的硝酸后,分别生成CuNO32和AgNO3,而硝酸的复原产物那么为:NOx。那么根据元素守恒:被复原的硝酸的物质的量等于NOx的物质的量6.72L/22.4L/mol0.3mol;2再根据元素守恒,我们假设原合金中含铜的物质的量为x,银的物质的量为y,那么有:2xy80mL103L/mL13.5mol/L0.3m
18、ol80mL103L/mL1mol/L0.7mol64g/molx108g/moly30.0g解得:x0.3mol,y0.1mol那么混合物中银的质量分数为:108g/mol0.1mol/30.0g36%答案:被复原的硝酸的物质的量为0.3mol,合金中银的质量分数为36%。例6. 某同学学习了氨的催化氧化反响后,想自己设计并做一个探究实验,探究氨在催化剂的作用下被空气中的氧气氧化的情况。经过仔细考虑,他设计了如下实验,请你认真分析他设计的实验,然后答复以下问题:实验方法:在锥形瓶中参加浓氨水,然后将铂丝加热到红热状态,将红热的铂丝插入锥形瓶中,观察现象。1该同学想探究氨的催化氧化,他为什么选
19、择浓氨水假设想快速看到实验现象,应向浓氨水中参加什么物质或进行什么操作2你推测他会看到什么现象为什么解析:浓氨水具有挥发性,挥发出氨气,氨在催化剂和加热的条件下被氧化生成一氧化氮和水,一氧化氮与空气中的氧气反响生成红棕色的二氧化氮,二氧化氮与水反响生成硝酸具有挥发性,硝酸遇到氨气产生大量的白烟。氨水除具有碱性外,还具有易挥发性,且浓度越大越易挥发,温度越高越易挥发。所以,氨水保存时要注意密封,且放到低温处保存。由于氨水具有易挥发性,因此,向浓氨水中参加氢氧化钠或加热是实验室中制备氨气的一种简便快捷的方法。答案:1浓氨水具有挥发性,可以挥发出氨气,进行氨的催化氧化实验;该同学可向浓氨水中参加氢氧
20、化钠或加热来加快浓氨水的挥发。2该同学会看到有红棕色气体出现,随后又消失,然后出现白烟;原因是氨在催化剂的加热的共同作用下被氧化生成一氧化氮和水,一氧化氮与空气中的氧气反响生成红棕色的二氧化氮,二氧化氮与水反响生成硝酸具有挥发性,硝酸遇到氨气产生大量的白烟。例7. 能鉴别Na2SO4、NH4NO3、KCl、NH42SO4四种溶液可以加热的一种试剂是:A. BaCl2 B. BaNO32 C. BaOH2 D. AgNO3解析:NH4的检验方法是:将待检物取出少量置于试管中,参加NaOH溶液后,加热,用湿润的红色石蕊试纸在管口检验,假设试纸变蓝色,那么证明待检物中含铵盐NH4:NH4OHNH3H
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