2011高考第一轮复习教学案__氮及其化合物解析.pdf

第 1 页 氮及其化合物 1、本考点知识结构：2、氮的循环：3、氮及其化合物的衍变关系：NH3 N2 NONO2HNO3NH4NO3NH3 NH3H2ONH4+、OH 4、氮氧化物：各种价态氮氧化物：1N（N2O）、2N（NO）、3N（N2O3）、4N（NO2、N2O4）、5N（N2O5），其中 N2O3和 N2O5分别是 HNO2和 HNO3的酸酐。气态的氮氧化物几乎都是剧毒性物质，在太阳辐射下还会与碳氢化物反应形成光化学烟雾。NO 和 NO2性质比较 NO：一种无色气体，难溶于水，不成盐氧化物。常温下，极易被氧化为 NO2：2NO+O2=2NO2 NO2：一种有刺激性气味的红棕色气体,溶于水后与水反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO 氮氧化物溶于水计算方法 涉及的可能相关化学反应方程式分别为：3NO2+H2O=2HNO3+NO、4NO+3O2+2H2O=4HNO3、4NO2+O2+2H2O=4HNO3、NO2+NO+O2+H2O=2HNO3。第 1 页 NO 与 NO2混合气体溶于水：反应最后得到的气体是 NO，其体积=V（NO）+1/3V（NO2）NO 与 O2的混合气体溶于水：若 V（NO）V（O2）=43，则容器内无气体剩余，水可充满容器。若 V（NO）V（O2）43，则容器内剩余气体为过量的 NO。若 V（NO）V（O2）41，则 NO2过量，容器内剩余气体为的 NO，体积为过量的 NO2的 1/3。若 V（NO2）V（O2）41，则 O2过量，容器内剩余气体为过量的 O2。NO2、NO 与 O2三种气体溶于水：若 V（NO2）V（NO）V（O2）=111，则容器内无气体剩余，水可充满容器。若按 111 反应后，仍有某两种或一种气体多余可按前面思路进行判断。5、硝酸的重要特性：强氧化性：浓、稀硝酸在与活泼或不活泼金属发生反应时，硝酸中5N被还原，一般不产生氢气。浓、稀硝酸与活泼金属反应时，5N被还原，所得产物可以是4N（NO2）、2N（NO）、1N（N2O）、0N（N2）或3N（NH3），鉴于反应复杂，中学对活泼金属与浓、稀硝酸的反应不做要求。浓、稀硝酸与金属铜的反应：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O、3Cu+8HNO3(稀)=3Cu-(NO3)2+2NO+4H2O。以上反应中，硝酸表现出氧化性同时还表现出酸性。其他不活泼金属类似于铜与浓、稀硝酸反应。注意：一定量的浓硝酸与足量的铜发生反应时，硝酸会由浓变稀，往往得到的是 NO 和 NO2的混合气体。浓硝酸与碳的反应：C+4HNO3（浓）CO 2+NO2+2H2O。硝酸只表现出氧化性。在浓硝酸中滴加几滴石蕊试液、微热，先变红、后褪色，说明浓硝酸的酸性及氧化性。冷的浓硝酸在常温下使铁、铝等活泼金属发生钝化(在其表面因氧化生成一层致密的氧化膜)。常温时，常把浓硝酸存放在铁质、铝质密闭容器里。但若加热，则会剧烈反应。王水：浓硝酸与浓盐酸的混合物，其体积比为 1:3。可溶解金、铂、钛等金属。6、氨、液氨、氨水、铵之间的区别：氨：无色有刺激性气味的气体，比空气轻。氨分子是一种呈三角锥形的极性分子，极易溶于水，易液化。液氨是氨气液化的产物，仍然是氨分子，属纯净物。氨水是氨气的水溶液，是混合物：NH3+H2ONH3H2ONH4+OH-。氨水中微粒有：NH3、H2O、NH3H2O、NH4+、OH、极少量的 H+。氨水浓度越大，密度越小。第 1 页 铵（NH4+）是带一个单位正电荷的离子，不能单独存在，只能在铵盐或氨水中与阴离子共存。凡是含 NH4+的盐叫铵盐，铵盐易溶于水。铵盐不稳定，加热易分解。氨与铵可相互转化：NH3 NH4，NH4+与强碱反应放出 NH3,7、NH4+的检验方法：检验固态铵盐不必加热，只需取少量晶体与石灰拌和有氨的特殊气味即可；若是铵盐溶液，为了使更多的 NH3放出使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则必须加热。铵盐溶液与强碱溶液反应的离子方程式有三种写法：a、浓溶液不加热写成：NH4+OH=NH3H2O；b、稀溶液不加热写成 NH4+OH=NH3H2O；c、不论浓、稀，只要加热则写成：NH4+OH-NH3+H2O。铵盐与碱共热都能产生氨气：(NH4)2SO4+NaOHNa2SO4+2NH3+2H2O。实验室常用加热铵盐和碱的混合物制取氨气，反应生成的氨气用湿润的红色石蕊试纸检验。8、光化学烟雾：氮氧化物（NOx）和碳氢化合物（HC）在大气环境中受到强烈的太阳紫外线照射后，发生复杂的化学反应，主要生成光化学氧化剂（主在是 O3）及其他多种复杂的化合物，这是一种新的二次污染物，统称为光化学烟雾。光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。【实例分析】【例 1】（2010 浙江卷 25）（14 分）洗车安全气囊是德国安全的重要保障。当车辆发生碰撞的瞬间，安全装置通电点火使其中的粉末分解释放出大量的氮气形成气囊，从而保护司机及乘客免受伤害。为研究安全气囊工作的化学原理，取安全装置中的粉末进行实验。经组成分析，确定该粉末仅 Na、Fe、N、O 四种元素。水溶性试验表明，固体粉末部分溶解。经检测，可溶物为化合物甲；不溶物为红棕色固体，可溶于盐酸。取 13.0g 化合物甲，加热使其完全分解，生成氮气和单质乙，生成的氮气折合成标准状况下的体积为 6.72L。单质乙在高温隔绝空气的条件下与不溶物红棕色粉末反应生成化合物丙和另和一种单质。化合物丙与空气接触可转化为可溶性盐。请回答下列问题：（1）甲的化学式为 ，丙的电子式为 。（2）若丙在空气中转化为碳酸氢盐，则反应的化学方程式为 。（3）单质乙与红棕色粉末发生反应的化学方程式为 ，安全气囊中红棕色粉末的作用是 。（4）以下物质中，有可能作为安全气囊中红棕色粉末替代品的是 。A.KCl B.KNO3 C.Na2S D.CuO（5）设计一个实验方案，探究化合物丙与空气接触后生成可溶性盐的成分（不考虑结晶水合物）。【解析】本题知识载体很新鲜，很生活，很化学。简答式的题目首先要进行分析，确定H OH 第 1 页 设计的物质及反应才能完成各小题的内容。题目关键词：粉末分解释放氮气，粉末仅含 Na、Fe、N、O，水溶性试验部分溶解，可溶部分为化合物甲，不溶物红棕色可溶于盐酸。13.0g 甲完全分解为 N2和单质乙，N26.72L，单质乙在高温隔绝空气的条件下与不溶物红棕色粉末反应生成化合物丙和另和一种单质。化合物丙与空气接触可转化为可溶性盐。解题分析：1、粉末由两种物质混合而成。2、红棕色物质可能为 Fe2O3Fe(OH)3等,根据题意只能是 Fe2O3。3、甲只有两种元素，且含 N，必含 Na。3、计算：N(6.72/22.4)*2*14=8.4g，则 Na 的物质的量为：（13-8.4）/23=0.2mol，N 与 Na 的物质的量之比为：0.6:0.2=3:1，则化合物甲为 Na3N。4、在高温下 Na 与 Fe2O3反应的产物为 Na2O2和 Fe。【答案】（1）Na3N，(2)2N2O2+4CO2+2H2O=4NaHCO3+O2(3)6Na+2Fe2O3=3Na2O2+4Fe,红色粉末的作用是充当氧化剂，除去氮化钠分解产生的金属钠（金属钠溶于水产生大量的热和碱性有害物质），提供大量的热量用于氮化钠的迅速分解。（4）从氧化性角度分析 KNO3、CuO 均可，但 KNO3本身受热分解，产生氧气与氮气反应。故选择 D.CuO。（5）实验目的：检验 Na2O2在空气中与水或二氧化碳反应的产物，即检验 NaOH和 Na2CO3或 NaHCO3。实验设计一：实验原理：定量分析法。步骤：1、称量混合固体的质量。2、将混合物加热，并将气体通入澄清石灰水，无气体则无 NaHCO3，石灰水变浑浊则有 NaHCO3无 NaOH，称量石灰水质量变化量 mg。3、加入过量盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水，称量石灰水质量增加量 ng。4、通过 m 与 n 的计算获得最终结果。实验设计二：实验原理：测定盐酸用量与产生二氧化碳的量的关系确定混合物成分。1、不产生二氧化碳则混合物只有 NaOH。2、开始产生二氧化碳前，与开始产生二氧化碳直到最大量消耗的盐酸的体积比为 1:1 则只有 Na2CO3。大于 1:1则为 NaOH 与 Na2CO3的混合物。小于 1:1 则为 Na2CO3和 NaHCO3的混合物。即比较图中 a,b 的大小。教与学提示：题型的难点 1 是通过定性和定量两种方式确定物质的化学 成分，其中 Na3N 又是学生很不熟悉的。难点 2 是氧化还原方程式的书写与配平，及氧化还原原理的应用。难点 3 是实验设计，通过定量来定性。但，题目设计与问题设计都在平时的练习与讨论中必然会涉及。比如实验设计部分，在省市多次统考中均有有关碳酸盐与酸反应定量问题出现过，或反复练习过。但，在简答的环境中也还是有难度的。解题中要动用到平时知识的积累，决定成败还是在平时。【例 2】（2010 重庆卷 27）某兴趣小组用题 27 图装置探究氨的催化氧化。第 1 页 （1）氨催化氧化的化学方程式为_（2）加热玻璃管 2 一段时间后，挤压 1 中打气球鼓入空气，观察到 2 中物质呈红热状态；停止加热后仍能保持红热，该反应是_反应（填“吸热”或“放热”）（3）为保证在装置 4 中观察到红棕色气体，装置 3 应装入_；若取消 3，在 4中仅观察到大量白烟，原因是_（4）为实现氨催化氧化，也可用装置 5 替换装置_（填装置代号）；化合物 X为_（只写一种），Na2O2的作用是_【解析】本题考查氨的催化氧化。（1）NH3和 O2氧化生成 NO。（2）该反应为放热，故不加热后仍能保持红热状态。（3）产物中有 NO 和 NH3，NO 会被 O2 氧化生成 NO2，在于空气中的水蒸气反应生成 HNO3,而 HNO3与 NH3会产生白烟。（4）装置 5 与 1 均产生科产生 NH3。NH4Cl加热分解可得 NH3和 HCl 而 HCl 与 Na2O2可生成 O2。【答案】（1）4NH3+5O2 催化剂 4NO+6H2O；（2）放热（3）浓 H2SO4；生成的 NO 与 O2反应生成 NO2,NO2与水反应生成 HNO3，NH3与 HNO3反应生成NH4NO3。(4)I;NH4Cl 与 HCl 反应生成氧气（合理答案均给分）【一课一练】一、选择题(本题包括 12 小题，每小题 4 分，共 48 分)1.（河南省内乡一高 2010 届高三第一次月考）区别 NO2和溴蒸气应当选用的试剂是（）A淀粉碘化钾试 B硝酸银溶液 C石蕊试液 D酚酞试液【答案】B 2.（湖北省荆门市一中高三上学期期中考试）三氟化氮（NF3）是一种新型电子材料，它在潮湿的空气中与水蒸气能发生氧化还原反应，其反应的产物有：HF、NO 和 HNO3。则下列说法正确的是：A.反应过程中，被氧化与被还原的元素的物质的量之比为 2：1 第 1 页 B.NF3在空气中泄漏时不易被察觉 C.若 NF3泄漏，可以用 NaOH 溶液喷淋的方法减少污染 D.若反应中生成 1.0mol HNO3，转移的电子数目为 6.021023【答案】C 3.（安徽省怀宁中学 2010 届高三 3 月月考）14.2g 69%的浓 HNO3（密度为 1.42g/cm3）与10mL 15.5 molL-1 HNO3的浓度相比 （）A.是同一浓度的不同表示方法 B.数值不同，也能换算为相同值 C.不同浓度的两种硝酸溶液 D.无法比较其大小【答案】AB 4.(2008上海高考)已知气体的摩尔质量越小，扩散速度越快.如图所示为气体 扩散速度的实验，两种气体扩散相遇时形成白色烟环.下列关于物质甲、乙 的判断正确的是 ()A甲是浓氨水，乙是浓硫酸 B甲是浓盐酸，乙是浓氨水 C甲是浓氨水，乙是浓盐酸 D甲是浓硝酸，乙是浓氨水【解析】A 项中浓 H2SO4不是挥发性酸，不会产生白色烟环；B、C、D 三项中由于 NH3 的摩尔质量小，扩散速度快，所以离白色烟环远的甲为浓氨水，故 C 正确.【答案】C 5(2010常州模拟)氢化铵(NH4H)与氯化铵的结构相似，又知 NH4H 与水反应有 H2生成.则下列叙述不正确的是 ()ANH4H 是离子化合物 BNH4H 固体投入少量的水中，有两种气体生成 CNH4H 与水反应时，NH4H 是还原剂 DNH4H 溶于水，所形成的溶液显酸性【解析】氢化铵(NH4H)与氯化铵的结构相似，所以 NH4H 是离子化合物，A 正确；根据题目所给信息，写出 NH4H 与水反应的方程式：NH4HH2O=NH3H2OH2，如果投入少量的水中，则生成浓氨水，会有氨气放出，所以有氢气和氨气两种气体放出，B 正确；形成的溶液呈碱性，故 D 项错误；NH4H 与水反应时，NH4H 中的1 价氢被氧化到 0 价，即NH4H 作还原剂，C 项正确.【答案】D 6下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是 ()第 1 页 A B C D【解析】NH4Cl 受热可产生 NH3和 HCl，但两者遇冷会重新反应生成 NH4Cl，在此过程中还有可能出现堵塞导管的情况，因此不能用的方法制取氨气，中试管口未向下倾斜，会导致液体倒流入试管而使试管炸裂，不可行.浓氨水滴入氧化钙固体中，会发生 CaO2NH3H2O=Ca(OH)22NH3，故可用的方法制取氨气.浓氨水受热产生氨气，通过碱石灰吸收水蒸气后即得干燥的 NH3，所以符合要求.【答案】D 7(2010西安模拟)下列对反应 3NO2H2O=2HNO3NO 的说法中正确的是()A氧化剂与还原剂的质量比为 12 B氧化产物与还原产物的物质的量之比为 12 CNO2是氧化剂，H2O 是还原剂 D若有 6 mol NO2参与反应时，有 3 mol 电子发生转移【解析】该反应中电子转移情况为：3NO2H2O=2HN 失 2eO3N 得 2eO.氧化剂与还原剂的质量比为 12，A 正确；氧化产物与还原产物的物质的量之比为 21，B 正确；NO2既是氧化剂又是还原剂，C 错误；若有 6 mol NO2参与反应，则转移电子 4 mol，D错误.【答案】A 8(2010宜昌模拟)为了社会可持续发展，化工生产过程应尽量减少对环境的副作用.“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念，它要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应，据此，由单质铜制取硝酸铜的下列衍变关系可行且符合“绿色化学”的是 ()ACu HNO3Cu(NO3)2 BCu O2CuO HNO3Cu(NO3)2 CCu O2CuO H2OCu(OH)2 HNO3Cu(NO3)2 DCu H2SO4CuSO4 BaNO32Cu(NO3)2【解析】A 项中产生氮氧化物，污染环境；C 项中 CuO 与 H2O 不反应；D 项中产生 SO2，污染环境；只有 B 项，既不产生大气污染物，又节省 HNO3，故选 B.【答案】B 第 1 页 9将 8 mL NO2和 O2的混合气体通入倒立于水槽中装满水的量筒，充分反应后，剩余气体为 1 mL，则原混合气体中 NO2和 O2的体积比可能为 ()A75 B37 C71 D17【解析】1 mL 剩余气体可能为 NO 或 O2.(1)若为 NO，则由 3NO2H2O=2HNO3NO，说明 NO2和 O2与水反应后剩余 NO2 3 mL，设原混合气体中 O2的体积为x，则有：4NO2 4 O2 2H2O=4HNO31 8 mL3 mLx x 8 mL3 mLxx41，求得x1 mL V(NO2)V(O2)(81)mL1 mL71.(2)若为 O2，设原混合气体中 NO2的体积为y，则有：4NO2 O2 2H2O=4HNO3 4y 18 mL1 mLy y8 mL1 mLy41，求得y5.6 mL V(NO2)V(O2)5.6 mL(85.6)mL73.【答案】C 10(2010南京模拟)某实验过程如图所示：则图的试管中的现象是 ()A无明显现象，因稀 H2SO4不与铜反应 B铜片溶解，产生无色气体，该气体遇到空气不变色 C铜片溶解，放出红棕色有刺激性气味的气体 D铜片溶解，产生无色气体，该气体在试管口变为红棕色【解析】生成的 Cu(NO3)2在 H2SO4的酸性条件上相当于又有了 HNO3，铜片会继续溶解 生成 NO.【答案】D 11红热的木炭与浓 HNO3反应产生的气体 干燥气体 x mL 足量饱和NaHCO3溶液干燥气体y mL，假设气体体积均在相同状况下测定，不考虑气体的溶解，则x和y的关系是()Ax45y By45x Cxy Dyx4 第 1 页【解析】由方程式 C4HNO3(浓)=CO24NO22H2O、3NO2H2O=2HNO3NO、HNO3NaHCO3=NaNO3H2OCO2可知当产生 3 mol NO2时，最终生成 1 mol NO 和 2 mol CO2，再加上原来产生的34mol CO2，共154mol 气体，原气体总量为154 mol.所以xy.【答案】C 12将 Mg、Cu 组成的 2.64 g 混合物投入适量稀硝酸中恰好反应，固体完全溶解时收集到的还原产物 NO 气体 0.896 L(标准状况)，向反应后的溶液中加入 2 mol/L 的 NaOH 溶液60 mL 时金属离子恰好沉淀完全.则形成沉淀的质量为 ()A4.32 g B4.68 g C5.36 g D6.38 g【解析】Mg、Cu 均为二价金属，2.64 g 金属生成氢氧化物实际是增加了 OH的质量，故m(OH)2 mol/L0.06 L17 g/mol2.04 g，所以沉淀的质量为 2.64 g2.04 g4.68 g.【答案】B 二、非选择题(本题包括 4 小题，共 52 分)13(14 分)已知：A 是一种正盐，D 的相对分子质量比 C 的大 16，E 是酸；当 X 无论是强碱还是强酸时都有如下转化关系：A XB YC YD ZE 当 X 是强酸时，A、B、C、D、E 均含同一种元素；当 X 是强碱时，A、B、C、D、E 均同时含有另一种元素.回答下列问题：(1)A 是_，Y 是_，Z 是_.(2)当 X 是强碱时，B 是_，C 是_，D 是_，E 是_.(3)当 X 是强酸时，B 是_，C 是_，D 是_，E 是_.【解析】该题的突破口为“D 的相对分子质量比 C 的大 16”，所以 Y 为 O2，B 能连续 被氧化.因 E 是酸，A 是一种正盐，且既能与强酸反应，又能与强碱反应，所以 A 是弱 酸弱碱盐，综合分析得出 A 为(NH4)2S，Z 为 H2O.当 X 是强碱时，(NH4)2S OHNH3 O2NO O2NO2 H2OHNO3；当 X 是强酸时，(NH4)2S HH2S O2SO2 O2SO3 H2OH2SO4.【答案】(1)(NH4)2S O2 H2O(2)NH3 NO NO2 HNO3(3)H2S SO2 SO3 H2SO4 14(10 分)亚硝酸(HNO2)是一种比醋酸略强的弱酸，很不稳定，易发生自身氧化还原反应而分解.(1)低温下，将等物质的量的 NO 和 NO2通入水中，可制得 HNO2，反应的化学方程式为_ _.(2)NO2既有氧化性又有还原性，其氧化产物或还原产物与溶液的 pH 的关系如下表所 第 1 页 示：pH 范围 大于 7 小于 7 产物 NO3 NO、N2O、N2中的一种 在碱性条件下，NaNO2溶液与 NaClO 溶液反应的离子方程式为 _.若 HNO2与氢碘酸反应时按物质的量之比 12 进行，且 I被氧化成 I2，则产物中含 氮的物质为_(填化学式).(3)在冷冻的 NaNO2溶液中加入或通入下列物质，不能制得 HNO2的是_(填字 母).a稀 H2SO4 b稀 HCl cCO2 dSO2【解析】(1)NO 与 NO2发生归中反应生成 HNO2.(2)碱性条件下 NO2被 ClO氧化为 NO3；酸性条件下根据 HNO2与 HI 的比例，再由电子守恒计算出 HNO2中的氮元素降低 2 价，生成 N2O.(3)根据强酸制弱酸原理知 c、d 符合题意.【答案】(1)NONO2H2O=2HNO2(2)NO2ClO=NO3Cl N2O(3)cd 15(16 分)（09 年全国理综28）已知氨可以与灼热的氧化铜反应得到氮气和金属铜，用示意图中的装置可以实现该反应。回答下列问题：（1）A 中加入的物质是 ，发生反应的化学方程式是 。（2）B 中加入的物质是 ，其作用是 。（3）实验时在 C 中观察到得现象是 ，发生反应的化学方程式是 。（4）实验时在 D 中观察到得现象是 ，D 中收集到的物质是 ，检验该物质的方法和现象是 。【答案】第 1 页（1）固体 NH4Cl 和 Ca(OH)2 2NH4ClCa(OH)2 CaCl22NH32H2O（其他合理答案也给分）（2）碱石灰（或 CaO）除去 NH3气流中的水汽（3）黑色粉末部分逐渐变为红色 2NH33CuO N23H2O3Cu（4）出现无色液体 氨水 用红色石蕊试纸检验、试纸变蓝 用无水硫酸铜检验、无水硫酸铜变蓝 16(12 分)在 50 mL a molL1的硝酸溶液中加入 6.4 g Cu 全部溶解，假设硝酸的还原产物只有 NO2和 NO，将反应后溶液用蒸馏水稀释至 100 mL 时测得c(NO3)3 molL1.(1)求稀释后的溶液 pH_.(2)若a9，则生成的气体中 NO2的物质的量为_mol.(3)治理氮氧化物污染的方法之一是用 NaOH 溶液进行吸收，反应原理如下：NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O 2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O 若将上述的 NO2和 NO 的混合气体通入 1 molL1的 NaOH 溶液恰好被吸收，NaOH 溶液的体积为_mL.【解析】(1)HNO3 氧化剂：生成NO、NO2酸性：生成CuNO32余酸：HNO3 根据溶液中的电荷守恒：c(H)2c(Cu2)c(NO3)由于c(Cu2)0.1 mol0.1 L1 molL1 c(NO3)3 mol L1 故c(H)1 molL1 pHlgc(H)0。(2)设生成气体中 NO2的物质的量为x，NO 的物质的量为y，根据氧化还原反应中转移 电子数相等得出x3y0.12 x3y0.12xy0.130.059 解得x0.125 mol，y0.025 mol.(3)由方程式知 1 mol N 对应 1 mol NaOH n(N)0.125 mol0.025 mol0.15 mol 所以V(NaOH)0.15 mol1 molL10.15 L.【答案】(1)0(2)0.125(3)150