（新课标）高考化学总复习第4章第四节氮及其化合物讲义.docx

第四节氮及其化合物高考备考指南考纲定位1.掌握氮元素单质及其重要化合物的主要性质和应用。2了解氮元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3掌握氨气的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。4了解氮及其重要化合物的制备方法。核心素养1.变化观念分析氮及其化合物的化学反应，预测在一定条件下氮及其化合物可能发生的化学变化。2证据推理收集各种证据对氮及其化合物的性质及其变化提出可能假设，基于证据进行分析推理，证实或证伪假设；能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需的证据和寻找证据的途径。3实验探究发现或提出对氮及其化合物有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。4创新意识能和同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进实验的设想，敢于具有质疑和批判的创新精神。5社会责任关注氮及其化合物的社会热点问题，认识环境保护的重要性，具有可持续发展意识和绿色化学观念。深刻理解化学和环境之间的相互关系。氮气及氮的氧化物(对应复习讲义第49页)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N2的电子式为NN，结构式为NN。N2与H2反应的化学方程式：N23H22NH3，N2表现氧化性。N2与Mg反应的化学方程式：N23MgMg3N2，N2表现氧化性。N2与O2反应的化学方程式：N2O22NO，N2表现还原性。3氮的氧化物氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。完成下表中NO和NO2的比较：NONO2物理性质颜色无色红棕色毒性有毒有毒溶解性不溶与H2O反应化学性质与O2反应2NOO2=2NO2与H2O反应3NO2H2O=2HNO3NO注意NO2与N2O4可相互转化：2NO2(g)N2O4(g)H0N2O3、N2O5分别是HNO2、HNO3的酸性氧化物4氮氧化物对环境的污染及防治(1)常见的污染类型光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾。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。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。NO与血红蛋白结合使人中毒。(2)常见的NOx尾气处理方法碱液吸收法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。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)。(1)N2转化为NO与NO转化为NO2均为氮的固定。()(2)N2的性质很稳定是因为氮的非金属性较弱。()(3)将1 mol NO与0.5 mol O2混合后分子数为NA。()(4)NO2与H2O反应中氧化剂与还原剂的质量比为12。()(5)(2016全国卷)用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO。()提示(1)(2)(3)(4)(5)角度1氮及其氧化物的性质及应用1将空气中的氮气转化成氮的化合物的过程称为固氮。能实现人工固氮的是()A雷雨天闪电BNH3催化氧化制NOC豆科植物根瘤菌D工业合成氨DA、C为自然固氮；B项不属于固氮。2在进行NO2溶于水的实验时有如图所示操作。(1)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。(2)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。角度2氮的氧化物对环境的影响3(2019大连模拟)随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。汽车尾气装置中，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是()A反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物B汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2CNO和O2必须在催化剂表面才能反应D催化转化总化学方程式为2NOO24CO4CO2N2DA项，反应中NO、O2均为氧化剂，N2为还原产物；B项，N2不是污染成分；C项，NO与O2没有催化剂存在下就可以发生反应。4氮氧化合物(用NOx表示)是大气污染的重要因素，根据NOx的性质特点，开发出多种化学治理氮氧化合物污染的方法。(1)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知：4NH36NO5N26H2O，8NH36NO27N212H2O。同温同压下，3.5 L NH3恰好将3.0 L NO和NO2的混合气体完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的体积之比是_。(2)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为11，写出该反应的化学方程式：_。NO与NO2按物质的量之比11被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是_。解析(1)设NO的体积为V(NO)，NO2的体积为V(NO2)，依据方程式知，处理NO需NH3：V(NO)，处理NO2需NH3：V(NO2)，则解得V(NO)0.75 LV(NO2)2.25 LV(NO)V(NO2)13。(2)生成两种钠盐，必然是NO2的歧化反应，依据量的关系可知两种盐分别为NaNO3和NaNO2。NO中氮的化合价为2，NO2中氮的化合价为4，二者11混合时与NaOH反应生成一种钠盐，依据电子守恒可知，钠盐中氮的化合价为3，即为NaNO2。答案(1)13(2)2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONaNO2硝酸(对应复习讲义第50页)1硝酸的物理性质硝酸是无色、易挥发的液体，有刺激性气味，能与水以任意比例混溶。2硝酸的化学性质(1)不稳定性反应：4HNO32H2O4NO2O2。市售浓硝酸呈黄色的原因是：硝酸分解生成的NO2溶解在硝酸里。消除黄色的方法是：向浓HNO3中通入适量O2。硝酸保存在棕色试剂瓶中，置于冷暗处，不能用橡胶塞。(2)强氧化性不论浓、稀硝酸都有强氧化性，而且浓度越大氧化性越强。与金属反应。稀硝酸与铜反应的化学方程式：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O。浓硝酸与铜反应的化学方程式：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O。与非金属反应。如浓硝酸与木炭反应的化学方程式：C4HNO3(浓)CO24NO22H2O。与还原性化合物反应。硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2等还原性物质。如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：3Fe2NO4H=3Fe3NO2H2O。3硝酸工业制法的反应原理(1)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO4NH35O24NO6H2O。(2)NO进一步氧化生成NO22NOO2=2NO2。(3)用水吸收NO2生成HNO33NO2H2O=2HNO3NO。提醒(1)硝酸浓度越大，其还原产物的价态越高。还原产物一般为HNO3(浓)NO2，HNO3(稀)NO。(2)浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色，该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性。(3)常温下，铁、铝遇浓硝酸能发生“钝化”，并非不反应，故浓硝酸可以用铁桶盛放。硝酸与金属反应的计算方法技巧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离子方程式计算法金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO在H2SO4提供H的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H或NO进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。【例】(2019三门峡模拟)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 molL1NaOH溶液至Cu2恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是()A60 mLB45 mLC30 mL D15 mL思路点拨HNO3HNO3，则Cu失去的电子数与O2得到的电子数相等，即n(Cu)2n(O2)20.15 mol。根据质量守恒及NaOH和Cu(NO3)2的反应可得关系式：n(NaOH)2nCu(NO3)22n(Cu)0.3 mol，则V(NaOH)0.06 L60 mL。答案A母题变式(1)参加反应的Cu的质量为_g(2)铜与浓HNO3反应的过程中转移的电子为_mol。答案(1)9.6(2)0.3对点训练将Mg、Cu组成的m g混合物投入适量稀HNO3中恰好完全反应，固体完全溶解时收集到的还原产物NO气体为0.896 L(标准状况)，向反应后的溶液中加入2 molL1 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()A(m2.28) g B(m2.04) gC(m3.32) g D(m4.34) gB利用守恒法解答，当金属离子恰好沉淀时，m(沉淀)m(金属)m(OH)，守恒的巧妙之处在于，n(OH)n(金属失去的电子)n(NO得到的电子)30.896 L/22.4 Lmol10.12 mol，m(沉淀)m(金属)m(OH)m g0.12 mol17 gmol1(m2.04) g，B正确。角度1硝酸的性质及应用1将相同质量的铜分别与足量的浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是()A硝酸浓度越大消耗的硝酸越少，产生的有毒气体也越少B反应中转移的电子总数稀硝酸少C试管内壁上的铜用浓硝酸除好，因反应速率快D两者用排水法收集的气体的体积相同D铜完全反应，在进行相关计算时以铜为标准，等质量的铜在反应中失去的电子数相同，生成的Cu(NO3)2的量相同，浓硝酸被还原为NO2，价态由5价降到4价，每个氮原子只得1个电子，稀HNO3被还原时每个氮原子得到3个电子，故被还原的浓硝酸多、稀硝酸少，生成的NO2也比NO多。用排水法收集气体时，3NO2H2O=2HNO3NO，故两种情况收集到的气体一样多。2下列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足量Zn与浓HNO3反应最终产生的气体成分中含有H2C稀HNO3溶液中Fe3、SO、I、Cl、Fe2可以共存D稀HNO3与FeO反应时HNO3既表现氧化性又表现酸性DA项，浓HNO3具有强氧化性，能使红色褪去；B项，HNO3与金属反应不可能生成H2；C项，SO、I、Fe2与HNO3均反应，不能共存；D项，生成Fe(NO3)3表现酸性，生成NO表现氧化性。角度2硝酸的氧化性实验探究3某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO而设计了下列实验，装置如图所示(加热装置和固定装置均已略去)。图中K为止水夹(处于关闭状态)，F是一半空的注射器。请回答有关问题：(1)设计装置A的目的是_；(2)在完成(1)中的“操作”后，将装置B中铜丝插入稀硝酸，并微热之，观察到装置B中的现象是_；B中反应的离子方程式为_。(3)装置E和F的作用是_；为实现此作用，其操作方法是_。(4)装置D的作用是_。解析分析的关键是要防止装置中的O2对NO检验的干扰。答案(1)产生CO2，赶走装置中的空气，防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰(2)Cu丝表面产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O(3)验证NO的生成将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO(4)吸收多余的氮氧化物，防止污染空气，防止倒吸氨和铵盐的性质及应用(对应复习讲义第51页)1氨的性质(1)氨的物理性质无色、有刺激性气味的气体，密度比空气的小，易液化，液氨可作制冷剂，极易溶于水(1700)，可由喷泉实验证明。(2)氨的化学性质与水的反应氨气溶于水呈碱性原因的方程式为NH3H2ONH3H2ONHOH。氨气与酸反应a蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为产生白烟，将浓盐酸改为浓HNO3，也会出现相同的现象。化学方程式分别为HClNH3=NH4Cl，HNO3NH3=NH4NO3。b氨气通入酸的本质反应为NH3H=NH。NH3的还原性氨的催化氧化化学方程式为4NH35O24NO6H2O。该反应是工业制HNO3的基础反应。2铵盐的性质与检验(1)铵盐的物理性质铵盐都是无色固体，均易溶于水。(2)铵盐的化学性质受热分解NH4ClNH4HCO3NH4HCO3NH3CO2H2O与NaOH溶液共热NHOHNH3H2O(用离子方程式表示)(3)NH的检验(4)装有NH4Cl的长试管，用酒精灯对NH4Cl进行加热，现象为固体逐渐变少，试管口部有大量晶体形成。(1)将1 mol NH3通入100 g水中，溶液中溶质的质量分数约为14.5%。()(2)氨水呈碱性，故NH3为碱。()(3)氨气的还原性可以解释氨气与氯化氢的反应实验。()(4)所有铵盐均易溶于水，其水溶液均呈酸性。()(5)NH3的催化氧化体现了NH3的还原性。()提示(1)(2)(3)(4)(5)角度1喷泉实验问题分析1下图是课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案，下列有关操作不可能引发喷泉的是 ()A挤压装置的胶头滴管使CCl4全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹B挤压装置的胶头滴管使NaOH溶液全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹C用鼓气装置从装置的a处不断鼓入空气并打开止水夹D在装置的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹BH2难溶于NaOH溶液，不能使烧瓶内外形成较大压强差，故不能引发喷泉。2如图装置中，干燥烧瓶内盛有某种气体(标准状况下)，烧杯和滴管内盛放某种溶液。挤压滴管的胶头，下列与实验事实不相符的是_(填序号)。CO2(NaHCO3溶液)/无色喷泉NH3(H2O中含酚酞)/红色喷泉H2S(CuSO4溶液)/黑色喷泉HCl(AgNO3溶液)/白色喷泉NO2(H2O)/充满烧瓶Cl2(NaOH溶液)/充满烧瓶HCl(H2O)/溶液浓度为 mol/L解析CO2不溶于NaHCO3溶液，不能形成喷泉；NO2与H2O反应生成NO气体，不能充满烧瓶。答案喷泉实验(1)喷泉实验的原理由于容器内外产生压强差而形成喷泉。气体迅速溶于水或某种溶液中，容器内压强小于容器外压强，从而产生喷泉。(2)下面是几种常见的能形成喷泉的气体和液体气体HClNH3CO2、Cl2、SO2、H2SNO2NO、O2(43)吸收剂水、NaOH溶液水NaOH溶液水水(3)常见的喷泉实验装置及引发方法装置：打开止水夹，挤压胶头滴管的胶头，使少量水进入烧瓶，导致大量的NH3溶解。烧瓶内形成负压而产生喷泉。装置：挤压气球，即可使少量的溶液沿导管进入烧瓶，导致大量的NH3溶解，烧瓶内形成负压而产生喷泉。装置：去掉了胶头滴管。打开止水夹，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨气受热膨胀，使氨气通过导管与水接触，即产生喷泉。(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶，烧瓶内氨气溶于水)角度2氨、铵盐的性质及应用3(2019松江模拟)某同学探究氨和铵盐的性质，对相关实验操作及现象描述正确的是()A室温下测定等浓度氨水和NaOH溶液的pH，比较氨水和NaOH碱性强弱B将氨水缓慢滴入AlCl3溶液中，研究Al(OH)3的两性C将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近，观察到白烟D加热除去NH4Cl中的少量NaHCO3AA项，pH越大，碱性越强；B项，Al(OH)3不溶于氨水；C项，浓硫酸稳定，不能形成白烟；D项，NH4Cl加热也分解，且NaHCO3加热后生成的Na2CO3不易除去。4下列说法中正确的是()A所有铵盐受热均可以分解，但产物不一定有NH3B加热可除去NH4Cl中的少量NaHCO3C.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A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项对；Fe2比NH更易结合OH，因而加入少量NaOH不会产生NH3，C项错；NH4HCO3、(NH4)2S等溶液均呈碱性，D项错。氨气的实验室制法及性质探究(对应复习讲义第53页)1NH3的一般实验室制法2两种简易制备方法(1)加热浓氨水：(见图1)反应原理：NH3H2ONH3H2O。图1图2(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)2。1(教材改编题)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()ABC DD中NH4Cl分解生成的NH3与HCl在管口又反应生成NH4Cl；中管口应朝下不能朝上。2(2017全国卷)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量