高考化学大一轮复习 专题4 硫氮和可持续发展 第2单元 生产生活中的含氮化合物（加试要求）教师用书

到乌蒙山区的昭通;从甘肃中部的定西，到内蒙古边陲的阿尔山，看真贫、知真贫，真扶贫、扶真贫，成为“花的精力最多”的事;“扶贫先扶志”“扶贫必扶智”“实施精准扶贫”第二单元生产生活中的含氮化合物(加试要求)浙江考试标准知识条目必考要求加试要求(1)氮氧化物的产生、转化及其性质a(2)氮及其化合物的相互转化关系c(3)氨的性质与用途b(4)工业合成氨b(5)铵盐的性质与用途b(6)硝酸的性质与用途b(7)工业制取硝酸的设备和流程b(8)氮肥的性质与科学使用a考点1| 氮气及氮的氧化物的性质基础知识自查1自然界中氮的存在和氮的固定2N2的性质及应用(1)物理性质无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水，熔点、沸点比O2的低。(2)化学性质3氮的氧化物(1)氮有多种价态的氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3和N2O5等。(2)NO、NO2的比较NONO2颜色无色红棕色毒性有毒有毒溶解性难溶于水易溶于水与O2或与H2O反应2NOO2=2NO23NO2H2O=2HNO3NO收集方法排水法向上排空气法与人体、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(3)在进行NO2溶于水的实验时有如图所示操作将充满NO2的试管倒扣在盛有水的水槽中，可观察到的现象是：红棕色气体逐渐变为无色，水位上升，最后水充满整个试管的。化学方程式为3NO2H2O=2HNO3NO。当向试管中通入O2，现象是无色气体又变为红棕色气体，试管内液面上升至充满，继续通O2试管内液面又下降。 核心要点提升1氮氧化物溶于水的关系无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2H2O=2HNO3NO,2NOO2=2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。(1)若NO和O2通入水中，总关系式为4NO3O22H2O=4HNO3(43)。(2)若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2O22H2O=4HNO3(41)。2NOx对环境的污染(1)光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生的一种有毒的烟雾。(2)酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。(3)破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。3常见的NOx尾气处理方法(1)碱液吸收法2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONO2NO2NaOH=2NaNO2H2ONO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是：n(NO2)n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。(2)催化转化法在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。典型例题讲解(2016浙江嘉兴二模)将某红棕色气体A通入到稀钠盐溶液甲中，有白色沉淀产生；当红棕色气体通入过量时，白色沉淀逐渐完全消失。上述过程中还产生一种无色气体B，B遇空气后又可产生A。则：(1)写出钠离子的结构示意图：_；B与空气反应的化学方程式：_。(2)甲中肯定不含有下列物质中的_(填选项字母)。ANa2SBNaAlO2CNa2SiO3 DNaCl(3)通入气体A使白色沉淀逐渐消失且产生气体B，该反应的离子方程式是_。【解析】根据题意可知，红棕色气体A是NO2，B是NO，稀钠盐溶液甲中含NaAlO2，反应为3NO22NaAlO23H2O=2Al(OH)32NaNO3NO；当红棕色气体通入过量时，白色沉淀逐渐完全消失，反应的化学方程式为9NO22Al(OH)3=2Al(NO3)33NO3H2O。【答案】(1) 2NOO2=2NO2(2)AC(3)9NO22Al(OH)3=2Al36NO3NO3H2O题组对点训练1下列关于自然界中氮循环(如下图)的说法不正确的是()A氮元素均被氧化B工业合成氨属于人工固氮C含氮无机物和含氮有机物可相互转化D碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环AA.N2NH3过程中氮元素由0价变为3价，被还原。B.工业合成氨的过程属于人工固氮。C.1828年，德国化学家维勒首次利用无机物氰酸铵合成了尿素；而含氮的有机物也可以直接分解为无机物。D.雷电发生时涉及的反应有N2O22NO,2NOO2=2NO2,3NO2H2O=2HNO3NO，HNO3进入土壤，与矿物质结合成硝酸盐；豆科植物也可以将N2合成氮肥，生物体内含有C元素，所以碳、氢、氧三种元素都参加了氮循环。2烧瓶中放入铜片和稀硝酸，来制取较纯净的一氧化氮，反应开始后发现烧瓶中充满红棕色气体，这时的操作应是()A立即接上收集容器，用向上排空气法收集B待烧瓶中红棕色气体消失后，用向上排空气法收集C待烧瓶中红棕色气体消失后，用排水法收集D立即用排水法收集D红棕色气体为NO2，NO2与水反应生成NO。3如图所示，试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物)，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管内水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，原来试管中盛装的气体是()A可能是N2与NO2的混合气体B只能是O2与NO2的混合气体C可能是NO与NO2的混合气体D只能是NO2一种气体C根据题意3NO2H2O=2HNO3NO。2NOO2=2NO2将反应合并可得4NO2O22H2O=4HNO3。最后试管充满水的条件是NO2或NO2和NO或NO2和O2。4如图所示，相同条件下，两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体，分别倒置于水槽中，然后通过导管缓慢通入氧气，边通边慢慢摇动试管，直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散，则两个试管内溶液物质的量浓度之比为 ()A11B57C75 D43A相同条件下，容积相同的试管装有的NO和NO2的物质的量相同，生成的HNO3物质的量相同，又因为试管容积相同，故二者浓度之比为11。考点2| 硝酸的性质和应用基础知识自查1硝酸的主要性质硝酸是无色有刺激性气味，易挥发的液体，与H2O以任意比互溶。(1)不稳定性反应：4HNO32H2O4NO2O2。市售浓硝酸呈黄色的原因是HNO3分解生成的NO2溶于硝酸中。硝酸的保存方法：保存在棕色带有玻璃塞的细口试剂瓶中，置于冷暗处。(2)强氧化性与不活泼金属反应。稀硝酸与铜反应：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O。浓硝酸与铜反应：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O常温下，浓HNO3使Fe、Al钝化。常温下可用铁桶盛装。与非金属反应。如浓硝酸与C的反应：C4HNO3(浓)CO24NO22H2O。与还原性化合物反应。硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2、FeO等还原性物质。如：稀HNO3与SO2、Na2SO3、FeO反应的离子方程式分别为3SO22NO2H2O=3SO2NO4H，3SO2NO2H=3SO2NOH2O，3FeONO10H=3Fe3NO5H2O。(3)与有机物反应硝化反应(与C6H6反应)：C6H6HNO3C6H5NO2H2O。颜色反应：蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。2硝酸工业生产的流程和反应原理生产设备如图示：核心要点提升1硝酸与金属反应的规律(1)HNO3与金属反应一般不能产生H2。(2)还原产物一般为HNO3(浓)NO2，HNO3(稀)NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。(4)浓硝酸与铜反应时，若铜过量，反应开始时浓硝酸被还原为NO2，但随着反应的进行，硝酸变稀，其还原产物变为NO。(5)铁与稀硝酸反应时，铁过量，氧化产物为Fe2；铁不足，氧化产物为Fe3；二者的量在一定范围内，可能生成Fe2和Fe3的混合物。2硝酸与金属反应的计算技巧(1)原子守恒法HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。(2)得失电子守恒法HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。 (3)电荷守恒法HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH)则有：c(NO)c(H)nc(Mn)(Mn代表金属离子)。【特别提醒】(1)浓、稀硝酸均具有强氧化性，浓度越大，氧化性越强。(2)浓硝酸能使紫色石蕊试液变红，加热褪色，该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性。典型例题讲解14 g铜银合金与足量的某浓度的硝酸反应，将放出的气体与1.12 L(标准状况下)氧气混合，通入水中恰好全部被吸收，则合金中铜的质量为()A9.6 gB6.4 gC3.2 g D1.6 g【解析】硝酸与金属反应时生成的气体可有多种可能。根据两个过程的变化可以得出结论：金属铜、银失去的电子数等于氧气得到的电子数。n(O2)0.05 mol，n(得电子)4n(O2)40.05 mol0.2 mol。则有，解得n(Cu)0.05 mol，则m(Cu)0.05 mol64 g/mol3.2 g。【答案】C当硝酸与金属或非金属反应时，反应物或反应条件不同，硝酸被还原的产物也不同。请回答下列问题： 【导学号：81640067】(1)金属Zn与某浓度的硝酸反应时无气体产生，那么硝酸的还原产物为_(填化学式)。(2)某混酸由200 mL 3 molL1的稀硝酸和200 mL 2.5 molL1的稀硫酸均匀混合而成(忽略溶液的体积变化)。将其分成两等份，分别与铜和铁反应，还原产物只有NO，则最多能溶解_mol Cu和_g Fe。(3)200 mL 16 molL1的浓硝酸与3.2 g Cu反应，反应过程中还原产物只有NO2，则反应结束后，产生气体的体积为_(标准状况下)，溶液中c(H)c(NO)_(忽略HNO3的挥发)。(4)用试管将(3)反应产生的NO2收集满并倒立在足量的水中，待试管中液面不再上升时，试管中剩余气体的体积约为原气体体积的_。试管中的液体的物质的量浓度为_(假设试管中的液体不对外扩散，此反应条件下1 mol气体的体积为25.0 L)。如果NO2中混有N2O4气体，试管中的液体的物质的量浓度将_ (填“增大”“减小”或“不变”)。【解析】 (1)硝酸被还原，氮元素化合价降低，若无气体产生，则还原产物为NH4NO3。(2)设最多溶解x mol Cu，一份溶液中n(NO)0.3 mol，n(H)0.8 mol据3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O 3 8 2 x 0.8 0.3可知x0.3(NO过量)因在反应中Fe和Cu的化合价变化均为2价，则最多溶解Fe的物质的量是0.3 mol，质量为56 gmol10.3 mol16.8 g。(3)据电子守恒V(NO2)222.4 Lmol12.24 L，原溶液中硝酸的物质的量为16 molL10.2 L3.2 mol，根据方程式：Cu4H2NO=Cu22NO22H2O可知：生成2.24 L NO2消耗NO 0.1 mol，消耗H0.2 mol，则n(H)n(NO)(3.20.2)(3.20.1)3031。(4)根据方程式3NO2H2O=2HNO3NO可知试管中剩余气体的体积约为原气体体积的。设试管的体积为1 L，则试管中溶液(HNO3)的物质的量浓度根据c可得c0.04 molL1。若NO2中混有N2O4，则根据3N2O42H2O=4HNO32NO可知，所得溶液的体积减小，n(HNO3)的物质的量增加，则HNO3的物质的量浓度将增大。【答案】(1)NH4NO3(2)0.316.8(3)2.24 L3031(4)1/30.04 molL1增大 题组对点训练1有关硝酸性质的叙述中，正确的是()A浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色B硝酸能与Na2CO3反应，但不生成CO2CNa2SO3与稀HNO3反应可生成SO2气体D一定量的浓HNO3投入过量的Cu，生成的气体除了有NO2外还可能有NO、N2O4等D硝酸是一种具有强氧化性的不稳定强酸，并且硝酸越浓，氧化性越强。浓硝酸的氧化性强于稀硝酸，表现在浓硝酸可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色，而稀硝酸只能使蓝色石蕊试纸变红但不褪色。由于硝酸是一种氧化性酸，可氧化许多还原性物质，因此硝酸与Na2SO3反应不能生成SO2，但与Na2CO3反应能生成CO2。2一定质量的铁和足量的稀硝酸或浓硝酸完全反应，在相同条件下，用排水集气法收集产生的气体。下列叙述一定正确的是()硝酸浓度越大，消耗的硝酸越少硝酸浓度不同，生成的Fe(NO3)3的物质的量相同硝酸浓度越大，产生的气体越少用排水集气法收集到的气体在相同状况下体积相同A只有BC DB依据Fe4HNO3(稀)=Fe(NO3)3NO2H2O及Fe6HNO3(浓)=Fe(NO3)33NO23H2O可知，硝酸浓度越大，消耗的硝酸越多，错；根据铁元素守恒，最后生成的Fe(NO3)3的物质的量相同，正确；硝酸浓度越大，产生的气体越多，错；因3NO2H2O=2HNO3NO，故用排水法收集到的气体均为NO，且在相同状况下体积相同，正确。338.4 g铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到气体22.4 L(标准状况)(不考虑N2O4)，反应消耗的硝酸可能是()A1.0 mol B1.6 molC2.2 mol D2.4 molC浓硝酸适量，在反应过程中变稀，实际上发生了两个反应：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O,3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，反应消耗的HNO3包括起酸性作用和起氧化性作用的两部分，前者反应后以Cu(NO3)2形式存在，后者被还原后生成NO2、NO气体，从两个方程式看出：Cu2HNO3(酸性)Cu(NO3)2，HNO3(氧化剂)NO2(或NO)，所以反应消耗的HNO3的物质的量为：21.2 mol1 mol2.2 mol。4足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5 mol/L NaOH溶液至Cu2恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是 ()A60 mL B45 mLC30 mL D15 mLA由电子守恒和电荷守恒可知O2得电子数等于Cu2结合的OH数，故消耗NaOH溶液的体积为0.06 L60 mL。考点3| 氨和铵盐的性质及应用基础知识自查1氨的性质与制备物理性质无色，有刺激性气味的气体，比空气轻，极易溶于水(体积比1700)，易液化(液氨常作制冷剂)2.铵盐的性质与检验(1)铵盐的物理性质铵盐都是白色固体，均易溶于水。(2)铵盐的化学性质(3)NH的检验NH无色气体试纸变蓝(4)装有NH4Cl的长试管，用酒精灯对NH4Cl进行加热，现象为固体NH4Cl逐渐变少，试管口部有大量晶体形成。3氮肥(1)常见氮肥名称硫酸铵氯化铵碳酸氢铵硝酸铵碳酰二胺俗名硫铵氯铵碳铵硝铵尿素化学式(NH4)2SO4NH4ClNH4HCO3NH4NO3CO(NH2)2类别铵态氮肥有机氮肥(2)使用注意事项贮存时，应密封并放在阴凉处，施用时，应埋在土壤中，并避免与碱性肥料(如草木灰)混用，以保证肥效。核心要点提升1氨气的实验室制法(1)NH3的一般实验室制法(2)两种简易方法加热浓氨水：(见图1)反应原理：NH3H2ONH3H2O图1图2浓氨水中加入固态碱性物质：(见图2)反应原理：浓氨水中存在以下平衡：NH3H2ONH3H2ONHOH，加入固态碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等)，使平衡逆向移动，同时反应放热，促进NH3H2O的分解。加CaO的化学方程式为NH3H2OCaO=NH3Ca(OH)22NH的检验方法【易错警示】氨气实验室制法的注意事项(1)实验室用固体铵盐与碱共热制NH3时，不能使用NH4HCO3、NH4NO3及NaOH固体，因为NH4HCO3受热分解产生CO2，使制得的NH3不纯；NH4NO3受热时易发生爆炸；NaOH容易吸水结块，不利于NH3的产生和逸出，且加热条件下NaOH容易腐蚀玻璃。(2)干燥氨气时不能选用酸性干燥剂，如浓硫酸、P2O5等，也不能选用无水CaCl2，因为它们均能与NH3发生反应，通常选用碱石灰。(3)吸收氨气(或HCl)时要注意防止倒吸。可用于吸收氨气(或HCl)并能防倒吸的常用装置为 典型例题讲解有四种无色溶液，它们分别是(NH4)2SO4、NH4Cl、Na2CO3、NaNO3，下列试剂中可以用来鉴别它们的是 ()ABaCl2溶液BNaOH溶液CBa(OH)2溶液 DAgNO3溶液【解析】根据物质中含有NH，可以考虑用OH检验，物质中含有SO，可以考虑用Ba2检验，综合考虑可用Ba(OH)2检验。【答案】C某研究小组要快速制取干燥的氨气，提供的药品有：浓氨水、氯化铵固体、氢氧化钠固体、蒸馏水、碱石灰，提供的仪器如下所示(必要的塞子、玻璃导管、橡胶管、固定装置和尾气处理装置略去)。(1)需选择的药品是_和氢氧化钠固体，该小组选择的药品混合后快速放出氨气的原因_，选择的仪器是_(填序号)。(2)若用图甲装置收集NH3，如何判断烧瓶中已收集满NH3？_。(3)图乙中胶头滴管中的水挤入烧瓶后，观察到的现象是_。【解析】根据所给的仪器和药品，可利用浓氨水和NaOH固体制取NH3。【答案】(1)浓氨水NaOH溶于水放热，促使氨水分解放出氨气，且c(OH)增大，使NH3H2ONH3H2ONHOH平衡左移，有利于NH3放出或(2)漏斗下端边沿与水面接触时溶液颜色变为浅红色(3)气球逐渐变大题组对点训练1为了检验某固体物质中是否含有NH，你认为下列试纸和试剂一定用不到的是()蒸馏水NaOH溶液红色石蕊试纸蓝色石蕊试纸稀硫酸A BC DB固体溶于NaOH溶液后，加热，若含有NH，则发生NHOHNH3H2O，NH3能使湿润(用到蒸馏水)的红色石蕊试纸变蓝。为防止NH3污染空气，可用稀硫酸吸收。2下列说法中正确的是()A所有铵盐受热均可以分解，产物均有NH3B硝酸铵受热易分解爆炸，实验室常加热氯化铵与氢氧化钙的混合物制备氨气C在盛有硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)2溶液的试管中，滴加少量NaOH溶液，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验，试纸变蓝D铵盐都易溶于水，其水溶液均呈酸性B铵盐分解不一定产生氨气，如NH4NO3在400 以上分解生成N2、NO2和H2O，A项错；Fe2比NH更易结合OH，因而加入少量NaOH，不会产生NH3