專題02氮及其化合物（核心精講）

專題02氮及其化合物【知識導(dǎo)圖】【目標(biāo)導(dǎo)航】高中考試對本專題內(nèi)容的考查仍將以氨氣、銨鹽、一氧化氮、二氧化氮和硝酸等物質(zhì)的性質(zhì)為重點，突出考查反應(yīng)方程式的書寫和有關(guān)氧化還原反應(yīng)的計算。其題目新穎、知識覆蓋面廣、思維跨度大?？疾樾问届`活多樣，題型多變，大多以選擇、推斷、綜合實驗、計算題的形式出現(xiàn)。預(yù)計今后1.以氨氣的還原性為起點命制實驗題；2.以硝酸的用途入題考查硝酸的氧化性；3.以氮的化合物對環(huán)境的污染為背景，命制環(huán)境保護(hù)試題；4.用信息題考查其他氮族元素，如磷和砷?！局仉y點精講】一、氮氣及其氧化物1.氮的固定2.氮氣(1)物理性質(zhì)：無色無味氣體，密度比空氣略小，難溶于水。(2)化學(xué)性質(zhì)寫出有關(guān)化學(xué)方程式：①3Mg＋N2eq\o(=,\s\up7(點燃))Mg3N2；②N2＋3H22NH3；③N2＋O22NO。3.氮的氧化物(1)氮有多種價態(tài)的氧化物，氮元素從＋1～＋5價都有對應(yīng)的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中屬于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。(2)NO和NO2的比較性質(zhì)NONO2色、態(tài)、味無色、無味氣體紅棕色、有刺激性氣味氣體溶解性難溶于水毒性有毒，大氣污染物之一有毒，大氣污染物之一與水反應(yīng)不反應(yīng)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO與氧氣反應(yīng)NO＋O2=2NO2不反應(yīng)對環(huán)境的影響NO與血紅蛋白結(jié)合使人中毒，NO、NO2導(dǎo)致光化學(xué)煙霧、形成酸雨及破壞臭氧層（3）氮氧化物對環(huán)境的污染及防治1)常見的污染類型①光化學(xué)煙霧：NOx在紫外線作用下，與碳?xì)浠衔锇l(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了一種有毒的煙霧。②酸雨：NOx排入大氣中后，與水反應(yīng)生成HNO3和HNO2，隨雨雪降到地面。③破壞臭氧層：NO2可使平流層中的臭氧減少，導(dǎo)致地面紫外線輻射量增加。④NO與血紅蛋白結(jié)合使人中毒。2)常見的NOx尾氣處理方法①堿液吸收法2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2ONO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2ONO2、NO的混合氣體能被足量燒堿溶液完全吸收的條件是n(NO2)≥n(NO)。一般適合工業(yè)尾氣中NOx的處理。②催化轉(zhuǎn)化法在催化劑、加熱條件下，氨可將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無毒氣體(N2)或NOx與CO在一定溫度下催化轉(zhuǎn)化為無毒氣體(N2和CO2)。一般適用于汽車尾氣的處理。二、典型的氧化性酸——硝酸1.物理性質(zhì)硝酸是無色易揮發(fā)的液體，有刺激性氣味。2.化學(xué)性質(zhì)(1)不穩(wěn)定性反應(yīng)：4HNO3(濃)eq\o(=,\s\up7(△或光照))2H2O＋4NO2↑＋O2↑。(2)強(qiáng)氧化性硝酸無論濃、稀都有強(qiáng)氧化性，而且濃度越大，氧化性越強(qiáng)。按要求完成下列反應(yīng)的方程式：①與金屬反應(yīng)：稀硝酸與銅反應(yīng)：3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；濃硝酸與銅反應(yīng)：Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。②與非金屬反應(yīng)：濃硝酸與C的反應(yīng)：C＋4HNO3(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。③與還原性化合物反應(yīng)：硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等還原性物質(zhì)。稀硝酸與FeSO4溶液反應(yīng)的離子方程式：3Fe2＋＋4H＋＋NOeq\o\al(－,3)=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。(3)與有機(jī)物反應(yīng)①硝化反應(yīng)(與反應(yīng))：；②顏色反應(yīng)：含有苯基的蛋白質(zhì)遇到濃硝酸時變黃色。特別提醒：1．質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)98%以上的濃硝酸稱為“發(fā)煙硝酸”，“煙”實為霧(硝酸小液滴)，體現(xiàn)了HNO3的揮發(fā)性。2．濃硝酸能使紫色石蕊溶液變紅，加熱褪色。在這一反應(yīng)過程中濃硝酸表現(xiàn)出強(qiáng)酸性和強(qiáng)氧化性，可將紅色物質(zhì)氧化成無色物質(zhì)。3．王水：濃HNO3和濃鹽酸按體積比為1：3混合即為王水，它的氧化性更強(qiáng)，能溶解Pt、Au等金屬。4．NOeq\o\al(－,3)在酸性條件下的強(qiáng)氧化性：NOeq\o\al(－,3)在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性，往往作為隱含條件出現(xiàn)在試題中，在解題中往往被忽視而形成易錯點。常見的隱含形式有：(1)在離子共存問題中，NOeq\o\al(－,3)在酸性條件下不與具有較強(qiáng)還原性的離子如S2－、I－、Fe2＋等大量共存。(2)SOeq\o\al(2－,4)的檢驗中不能用HNO3酸化、不能用Ba(NO3)2作沉淀劑，以防止SOeq\o\al(2－,3)的干擾。(3)向Ba(NO3)2溶液中通入還原性氣體SO2可得到BaSO4沉淀。(4)向Fe(NO3)2溶液中加入非氧化性酸，如鹽酸，F(xiàn)e2＋能被氧化為Fe3＋。(5)向過量銅與一定量硝酸反應(yīng)后的混合物中加入非氧化性酸，銅能繼續(xù)溶解。(6)向含還原性離子的酸性溶液中加入硝酸鹽，還原性離子可被氧化。三、氨、銨鹽1.氨的分子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)電子式密度氣味水溶性比空氣小強(qiáng)烈刺激性氣味極易溶于水(1∶700)2.氨的化學(xué)性質(zhì)(1)氨與水的反應(yīng)NH3＋H2ONH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－，氨溶于水得氨水，氨水中含有的粒子有NH3·H2O、NH3、H2O、NHeq\o\al(＋,4)、OH－、H＋。氨水為可溶性一元弱堿，易揮發(fā)，不穩(wěn)定，易分解：NH3·H2Oeq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋H2O。(2)氨與酸的反應(yīng)：蘸有濃鹽酸的玻璃棒與蘸有濃氨水的玻璃棒靠近，其現(xiàn)象為有白煙生成，將濃鹽酸改為濃硝酸，也會出現(xiàn)相同的現(xiàn)象?；瘜W(xué)方程式：HCl＋NH3=NH4Cl、NH3＋HNO3=NH4NO3。(3)與鹽溶液的反應(yīng)如過量氨水與AlCl3反應(yīng)的離子方程式：Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)。(4)氨的還原性——氨的催化氧化化學(xué)方程式：4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))4NO＋6H2O。3.氨的實驗室制法(1)加熱固態(tài)銨鹽和堿的混合物一般加熱NH4Cl和Ca(OH)2的混合物，化學(xué)方程式：2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))2NH3↑＋CaCl2＋2H2O。①裝置：“固體＋固體eq\o(→,\s\up7(△))氣體”(與用KClO3或KMnO4制O2的裝置相同)。②收集：只能用向下排空氣法。③驗滿方法：a.用濕潤的紅色石蕊試紙置于試管口，試紙變藍(lán)色；b.將蘸有濃鹽酸的玻璃棒置于試管口，現(xiàn)象是有白煙產(chǎn)生。④尾氣處理：收集時，一般在管口塞一團(tuán)用水或稀硫酸浸濕的棉花球，可減小NH3與空氣的對流速度，收集到純凈的NH3，同時也可避免污染空氣。(2)實驗室制取氨的其他方法方法化學(xué)方程式(或原理)氣體發(fā)生裝置加熱濃氨水NH3·H2Oeq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋H2O濃氨水＋固體NaOHNaOH溶于水放熱，促使氨水分解。且OH－濃度的增大有利于NH3的生成濃氨水＋固體CaOCaO與水反應(yīng)，使溶劑(水)減少；反應(yīng)放熱，促使氨水分解?；瘜W(xué)方程式為NH3·H2O＋CaO=NH3↑＋Ca(OH)24.銨鹽及NHeq\o\al(＋,4)的檢驗(1)銨鹽的物理性質(zhì)銨鹽都是白色固體，均易溶于水。(2)銨鹽的化學(xué)性質(zhì)(3)NHeq\o\al(＋,4)的檢驗未知液eq\o(→,\s\up7(OH－))呈堿性eq\o(→,\s\up7(△))濕潤的紅色石蕊試紙變藍(lán)色，則證明含NHeq\o\al(＋,4)。特別提醒：1．氨是中學(xué)階段所學(xué)的唯一的堿性氣體，能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)，利用這一點，可以在推斷題中作為解題的突破口。2．NH3、氨水都不是電解質(zhì)，氨水中的電解質(zhì)是NH3·H2O。NH3·H2O是中學(xué)階段唯一一個可溶性的弱堿，也是一個化學(xué)式中無OH－的堿。3．當(dāng)濃硝酸、濃鹽酸等揮發(fā)性酸與濃氨水或氨氣接觸時，有白煙生成，可以此來檢驗或驗滿氨氣。4．氨水中含有三種分子(H2O、NH3·H2O、NH3)和三種離子(OH－、NHeq\o\al(＋,4)、H＋)，其中含量最多的是NH3·H2O，但計算其物質(zhì)的量濃度和溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，氨水的溶質(zhì)以NH3代替?！镜漕}精練】考點1、考查氮及其的性質(zhì)和氮的固定例1.下列有關(guān)氮氣用途的說法不正確的是()A.作焊接金屬的保護(hù)氣B.制硝酸和化肥的原料C.食品袋中充氮氣來防腐D.與氧氣反應(yīng)制NO從而制硝酸解析：氮氣的化學(xué)性質(zhì)不活潑，能防止金屬在高溫下被空氣中的氧氣氧化，A項正確；氮氣可用于合成氨，氨可作制硝酸和化肥的原料，B項正確；食品袋中充氮氣可減緩食品被氧化而變質(zhì)的速率，C項正確；氮氣與氧氣的反應(yīng)很難進(jìn)行，不宜用氮氣與氧氣反應(yīng)制NO從而制備硝酸，D項錯誤。答案：D特別提醒：1．氮的氧化物都有毒，其中NO2與N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此實驗測得NO2的平均相對分子質(zhì)量總大于46，也沒有純凈NO2和N2O4氣體。2．驗證某無色氣體是NO的方法是向無色氣體中通入O2(或空氣)，無色氣體變?yōu)榧t棕色。3．NO2、NO可用堿液處理，如NaOH溶液吸收原理為NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O。4．NO2雖然與水反應(yīng)生成HNO3，但不是硝酸的酸酐。NO2既有氧化性又有還原性，以氧化性為主。如NO2能使?jié)駶櫟牡矸郏饣浽嚰堊兯{(lán)：2NO2＋2KI=2KNO2＋I(xiàn)2。5．鑒別NO2和溴蒸氣常用①AgNO3溶液、②H2O、③CCl4?？键c2、考查NO、NO2對環(huán)境的影響及其治理例2．隨著我國汽車年銷量的大幅增加，空氣環(huán)境受到了很大的污染。汽車尾氣裝置里，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的過程如圖所示，下列說法正確的是()A．反應(yīng)中NO為氧化劑，N2為氧化產(chǎn)物B．汽車尾氣的主要污染成分包括CO、NO和N2C．NO和O2必須在催化劑表面才能反應(yīng)D．催化轉(zhuǎn)化總化學(xué)方程式為2NO＋O2＋4COeq\o(=,\s\up15(催化劑))4CO2＋N2解析：反應(yīng)過程中NO、O2為氧化劑，N2為還原產(chǎn)物；汽車尾氣中的N2不是污染物；NO和O2的反應(yīng)不需要催化劑；根據(jù)題中的圖示，可將反應(yīng)的過程分成如下兩步寫：2NO＋O2=2NO2,2NO2＋4CO=N2＋4CO2，將兩步反應(yīng)式合并可得總化學(xué)方程式為2NO＋O2＋4COeq\o(=,\s\up15(催化劑))4CO2＋N2。答案：D名師歸納：氮氧化物對環(huán)境污染的常見類型1．光化學(xué)煙霧：NOx在紫外線作用下，與碳?xì)浠衔锇l(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的一種有毒的煙霧。2．酸雨：NOx排入大氣中后，與水反應(yīng)生成HNO3和HNO2，隨雨雪降到地面。3．破壞臭氧層：NO2可使平流層中的臭氧減少，導(dǎo)致地面紫外線輻射量增加。考點3、考查氮的氧化物的簡單計算例3．將盛有12mLNO2和O2的混合氣體的量筒倒立于水槽中，充分反應(yīng)后，還剩余2mL無色氣體，則原混合氣體中O2的體積和剩余的2mL氣體分別是()A．1.2mL，NOB．2.4mL，O2C．3.5mL，O2 D．4mL，NO解析：解題依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)原理：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。設(shè)O2的體積為x，剩余的氣體有兩種可能：①若剩O2，則V剩＝x－eq\f(1,4)(12mL－x)＝2mL，解得x＝4mL，B、C錯誤；②若剩NO，則V剩＝eq\f(1,3)[(12mL－x)－4x]＝2mL，解得x＝1.2mL，D錯誤，A正確。答案：A方法歸納：氮氧化物與O2、H2O反應(yīng)的計算方法(1)電子守恒法：當(dāng)NOx轉(zhuǎn)化為硝酸時要失去電子，如果是NOx與O2混合，則反應(yīng)中O2得到的電子數(shù)與NOx失去的電子數(shù)相等。(2)原子守恒法：4NO2＋O2和4NO＋3O2從組成上均相當(dāng)于2N2O5的組成，都與N2O5＋H2O=2HNO3等效。當(dāng)NO、NO2、O2的混合氣體溶于水時利用混合氣體中N、O原子個數(shù)比進(jìn)行分析判斷。N(N)∶N(O)小于2∶5剩余O2大于2∶5剩余NO等于2∶5恰好完全反應(yīng)考點4、考查噴泉實驗問題分析例4．如圖是課外活動小組的同學(xué)設(shè)計的4個噴泉實驗方案。下列有關(guān)操作不可能引發(fā)噴泉現(xiàn)象的是()A．?dāng)D壓裝置①的膠頭滴管使CCl4全部進(jìn)入燒瓶，片刻后打開止水夾B．?dāng)D壓裝置②的膠頭滴管使NaOH溶液全部進(jìn)入燒瓶，片刻后打開止水夾C．用鼓氣裝置從裝置③的a處不斷鼓入空氣并打開止水夾D．向裝置④的水槽中慢慢加入足量濃硫酸并打開止水夾解析：A項中氯氣可以溶于四氯化碳中，且氯氣極易溶于氫氧化鈉溶液中，因此可以引發(fā)噴泉實驗，所以不符合題意；B項中氫氣不溶于氫氧化鈉溶液中，不能造成負(fù)壓，因此不能引發(fā)噴泉實驗，所以符合題意；C項中通過a鼓入空氣，會將水壓入燒瓶中，氨氣溶于水后造成負(fù)壓，能形成噴泉實驗，所以不符合題意；D項中加入濃硫酸放熱，錐形瓶中壓強(qiáng)增大，濃氨水被壓入燒瓶，與氯化氫反應(yīng)造成負(fù)壓，能形成噴泉實驗，所以不符合題意。答案：B名師歸納：形成噴泉的常見組合及其組合條件(1)液體是水時，NH3、HCl、SO2、NO2、NO2＋O2等氣體均可；液體是NaOH溶液時，Cl2、CO2、H2S、SO2等氣體均可。另外SO2和氯水、CH2CH2與溴水等組合也可形成噴泉。(2)組合條件：氣體在溶液中的溶解度很大或通過反應(yīng)，使氣體的物質(zhì)的量迅速減小，產(chǎn)生足夠的壓強(qiáng)差(負(fù)壓)。產(chǎn)生壓強(qiáng)差的方法一般有：一是使燒瓶外氣壓增大，燒瓶內(nèi)氣壓不變；二是使燒瓶外氣壓不變，燒瓶內(nèi)氣壓減小?？键c5、考查NH3、氨水的主要性質(zhì)及性質(zhì)探究例5．關(guān)于氨的下列敘述中，錯誤的是()A．氨易液化，因此可用來作制冷劑B．氨溶解于水顯弱堿性，因此可使酚酞溶液變?yōu)榧t色C．氨氣遇到濃鹽酸、硫酸都會發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生白煙現(xiàn)象D．氨氣可被氯氣氧化生成N2，同時還可能產(chǎn)生白煙現(xiàn)象解析：C項，NH3＋HCl=NH4Cl，有白煙生成，但與H2SO4反應(yīng)不會產(chǎn)生白煙；D項，氨氣可被氯氣氧化生成N2，氯氣被還原生成HCl，HCl與NH3化合產(chǎn)生白煙現(xiàn)象。答案：C誤區(qū)警示：理解NH3性質(zhì)應(yīng)注意的問題(1)NH3是中學(xué)化學(xué)中唯一的堿性氣體，可在推斷題中作為解題的突破口，確定NH3的存在。(2)氨水的成分是三分子：NH3、NH3·H2O、H2O；三離子：NHeq\o\al(＋,4)、OH－、H＋，氨水呈弱堿性。計算氨水濃度時，溶質(zhì)視為NH3。考點6、考查氨氣的實驗室制法例6．下面是實驗室制取氨氣的裝置和選用的試劑，其中錯誤的是()A．①②B．②③C．③④ D．①③解析：NH4Cl固體受熱可產(chǎn)生NH3和HCl，但兩者遇冷會重新凝結(jié)產(chǎn)生NH4Cl固體，且可能出現(xiàn)堵塞導(dǎo)管的情況，③中試管口未向下傾斜會導(dǎo)致水倒流入試管而使試管破裂，故①③錯誤；把濃氨水滴入氧化鈣固體中，會發(fā)生反應(yīng)CaO＋NH3·H2O=Ca(OH)2＋NH3↑，反應(yīng)放熱，溫度升高有利于NH3放出，故可用②的方法制取氨氣；濃氨水受熱產(chǎn)生氨氣，通過堿石灰吸收水蒸氣后即得干燥的NH3，④符合要求。答案：D名師歸納：NH3制取實驗中3個方面的創(chuàng)新(1)NH3制取原理的創(chuàng)新：實驗室制取少量NH3，可不用銨鹽和堿混合共熱，而采用常溫下將濃氨水滴加到固態(tài)堿性物質(zhì)(如CaO、NaOH、堿石灰等)上，來制取NH3。(2)NH3制取裝置的創(chuàng)新：(3)NH3吸收裝置的創(chuàng)新考點7、考查銨鹽的性質(zhì)及其檢驗2．下列說法中正確的是()A．所有銨鹽受熱均可以分解，但產(chǎn)物不一定有NH3B．加熱可除去NH4Cl中的少量NaHCO3C．在盛有硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液的試管中，滴加少量NaOH溶液，在試管口用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗，試紙變藍(lán)D．銨鹽都易溶于水，其水溶液均呈酸性解析：銨鹽分解不一定產(chǎn)生氨氣，如NH4NO3在400℃以上分解生成N2、NO2和H2O，A項對；Fe2＋比NHeq\o\al(＋,4)更易結(jié)合OH－，因而加入少量NaOH不會產(chǎn)生NH3，C項錯；NH4HCO3、(NH4)2S等溶液均呈堿性，D項錯。答案：A規(guī)范答題：銨鹽(NHeq\o\al(＋,4))檢驗的兩答題模板考點8、考查硝酸的性質(zhì)例8．下列有關(guān)硝酸的化學(xué)性質(zhì)的敘述中，正確的是()A．濃、稀硝酸都能使藍(lán)色石蕊試紙最終變?yōu)榧t色B．硝酸能與FeO反應(yīng)，只表現(xiàn)氧化性C．硝酸可與Na2S反應(yīng)制得H2S氣體D．濃硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黃色解析：硝酸是一種具有強(qiáng)氧化性的強(qiáng)酸，并且濃度越大，氧化性越強(qiáng)。濃硝酸可使藍(lán)色石蕊試紙