高考化学一轮复习 第11讲 氮及其化合物课件 .ppt

第11讲 氮及其化合物 一 氮族元素 n 氮 p 磷 as 砷 第 a 1 氮族元素包括 sb 锑 bi 铋 五种元素 在元素周期表中位于 族 最高正化合价为 最高价氧化物的通式为 其对应水化物的通式为 或 最低负化合价为 其氢化物的通式为 5 r2o5 hro3 h3ro4 3 rh3 5 增多 增大 2 氮族元素原子结构的异同点相同点是最外层都是 个电子 不同点是电子层数逐渐 原子半径逐渐 3 氮族元素化学性质上主要递变规律从上到下 元素的非金属性逐渐 金属性逐渐 最高价氧化物的水化物的酸性逐渐 气态氢化物 rh3 的热稳定性逐渐 还原性逐渐 减弱 增强 减弱 减弱 增强 二 氮气与氮的固定 1 物理性质 无 无 难 78 色 味的气体 溶于水 难液化 空气中含 体积分数 的氮气 沸点为 195 8 熔点为 209 9 n n n n 2 分子结构氮气的电子式为 结构式为 氮氮三键键能很高 3 化学性质 no 2nh3 常温稳定 高温活泼 放电 1 还原性 n2 o2 2 氧化性 n2 3h2 4 用途 氮的固定 自然固氮 人工固氮 合成氨 制硝酸 作保护气等 5 氮的固定使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的方法叫做 氮的固定主要有 和 三 一氧化氮和二氧化氮的性质 无 无 红棕 刺激性 难 水 2hno3 no 无 2no2 n2o4 蓝 四 氨 色有 气味的气体 密度比空气 易液化 溶于水 通常1体积水能溶解700体积氨气 1 物理性质 无 刺激性 小 极易 2 化学性质 nh3 h2o 2 与酸反应 得到相应的铵盐 nh3 hcl 两种气体相遇产生白烟 可用于两者检验 2nh3 h2so4 硫铵 肥田粉 nh3 hno3 硝铵 炸药 nh3 ch3cooh nh3 co2 h2o 碳铵 3 还原性 4no 6h2o nh4cl nh4 2so4 nh4no3 ch3coonh4 nh4hco3 4 与某些盐反应 al3 3nh3 h2o 实验室制al oh 3 3 制法 cacl2 2h2o 2nh3 2nh3 1 实验室制法 用氯化铵晶体和氢氧化钙固体混合加热 加热2nh4cl ca oh 2 2 工业制法 n2 3h2 4 用途 制氮肥 铵盐 硝酸 纯碱 作致冷剂等 五 铵盐从反应上看 铵盐都是氨与酸反应的产物 从构成上看 1 物理性质 铵盐都是 溶于水的离子化合物 2 化学性质 1 热稳定性差 受热分解 nh4hco3nh4cl 管上端内壁有白色固体附着 易 h2o nh3 co2 nh3 hcl 冷 nh3 hcl nh4cl 试 溶液 nh4 oh 可用于nh4的 2 与碱反应 铵盐与碱共热都能产生nh3 固态 nh4cl naoh 不能写 离子方程式 检验或铵盐的鉴别 3 铵盐的检验 1 化学原理 铵盐与碱加热产生氨气 2 检验方法 把naoh溶液加到某物质 固体或溶液 中 加热后产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝 即判断该物 nacl h2o nh3 h2o nh3 六 硝酸 1 物理性质 无 刺激性 纯硝酸是 色 易挥发 沸点83 有 气浓硝酸 市售 的质量分数为69 易挥发出hno3 通常为无色或黄色液体 因hno3分解产生的no2溶在其中而呈黄色 密度为1 42g cm 3 味的液体 密度为1 50g cm 3 2 化学性质 1 硝酸具有酸的通性 hno3 naoh 2hno3 cuo 稀硝酸能使紫色石蕊溶液变红 浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红 后褪色 2 硝酸不稳定 受热或见光易分解 4hno3 浓 浓度越高 温度越高 光越强 硝酸越易分解 2h2o 4no2 o2 nano3 h2o cu no3 2 h2o 3 硝酸的强氧化性 3cu no3 2 2no 4h2o 硝酸能与除金 铂以外的所有金属反应 产物中没有氢气 硝酸被还原的产物与硝酸的浓度有关 cu 4hno3 浓 现象 迅速剧烈反应 放出大量红棕色气体 溶液变绿色 注意 试管口应塞上用碱液润湿的棉团 3cu 8hno3 稀 现象 反应较缓慢 放出无色气体 在试管口变成红棕色 溶液变蓝色 注意 试管口应塞上用碱液润湿的棉团 cu no3 2 2no2 2h2o 4 与有机物反应 hno3 3 用途 制炸药 染料 塑料 硝酸盐 no2 h2o 考点1 氮的氧化物 1 氮元素有 1 2 3 4 5五种正价态 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 还原性较强的气体 易被o2氧化生成no2 no2是一种红棕色 易溶于水且能与水反应的气体 氧化性强 能氧化so2 能使湿润的淀粉 ki试纸变蓝 2 no no2都是大气污染物 空气中的no no2主要来自化石燃料的燃烧 汽车尾气以及制硝酸工厂的废气 其中空气中的no2是造成光化学烟雾的主要因素 3 no no2的制法 1 no的实验室制法 原理 3cu 8hno3 稀 3cu no3 2 2no 4h2o 装置 铁架台 铁夹 铁圈 烧瓶 分液漏斗 胶塞 导管 酒精灯等 收集 排水集气法 检验 无色气体和空气接触立即变成红棕色 2 no2的实验室制法 原理 cu 4hno3 浓 cu no3 2 2no2 2h2o 装置 锥形瓶 或烧瓶 分液漏斗 带导管胶塞等 收集 向上排空气法 例1 2013年山西太原模拟 如图2 11 1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 可以观察到试管中水柱继续上升 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 图2 11 1 解析 经多次重复通o2 试管内完全充满水 所以不可能有n2 排除a 气体显红棕色 应有no2 可能的组合是no2或no2与o2或no2与no等 答案 c 例2 对二氧化氮的下列说法不正确的是 a 二氧化氮不是硝酸的酸酐b 二氧化氮不是造成大气污染的气体之一c 二氧化氮不是硝基d 在通常状况下测得的no2的相对分子质量是不准确的解析 3no2 h2o 2hno3 no是氧化还原反应 no2与hno3中氮元素不是同价态 故a正确 no2属氮的氧化物 是大气污染气体之一 b不正确 no2与硝基 no2 所带的总电子数不等 c正确 通常状况下 2no2n2o4 两种气体同时存在 故d正确 答案 b 考点2 氨气 1 氨气的实验室制法 1 原理 固态铵盐与碱加热反应 2nh4cl ca oh 2 cacl2 2nh3 2h2o 2 发生装置 固体加热型 与制备o2相似 3 收集 向下排空气法 4 干燥 在干燥管中盛放碱石灰作干燥剂 不能用浓硫酸 p2o5 无水氯化钙作干燥剂 如cacl2吸收氨气会生成cacl2 8nh3 5 验满 用湿润的红色石蕊试纸放在瓶口 若变蓝 则已集满 蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口 若产生白烟 则已集满 2 喷泉实验原理 减小容器内压强 使容器内外产生较大压强差 在这种压强差的作用下 液体迅速流动 通过带尖嘴的导管喷出来 即形成喷泉 实验室制氨气的的注意事项 1 制氨气所用铵盐不能用硝铵 碳铵 因加热过程中nh4no3可能发生爆炸性的分解反应 发生危险 而碳铵受热分解产生co2 使生成的nh3中混有较多的co2杂质 2 消石灰不能用naoh koh代替 原因 naoh koh具有吸湿性 易结块 不利于产生nh3 naoh koh腐蚀性太强 在高温下能腐蚀试管 3 因氨气比空气轻 易与空气发生对流 所以收集氨气时 导气管应插入收集气体的试管底部附近 管口塞一团干燥的棉花团 来防止nh3与空气对流 确保收集到纯净的氨气 4 快速制备nh3也可以通过加热浓氨水的方法 利用 nh3 h2o nh3 h2o原理制备 也可以用往生石灰中滴 加浓氨水的方法制备 原理 生石灰与水反应为放热反应 可促进nh3 h2o的分解 例3 都能用图2 11 2所示装置进行喷泉实验的一组气 图2 11 2 体是 注 烧杯内为naoh溶液 a hcl和co2b nh3和ch4c so2和cod no2和no 思路指导 烧瓶内满足下列条件时 均能形成美丽的喷泉 液体为水时 烧瓶内装nh3 hbr hcl hi so2等易溶于水的气体 或no2 no2 o2 no o2 no2 no o2等易与水反应的气体 液体是naoh koh等强碱性溶液时 烧瓶内装co2 so2 no2 h2s等酸性气体 液体是盐酸或硫酸时 烧瓶内装nh3等碱性气体 解析 在题目所给气体中 ch4 no co不溶于naoh溶液 也不与naoh溶液反应 所以不能做喷泉实验 而hcl so2 co2不仅可溶于naoh溶液而且还可与naoh溶液反应 所以能形成喷泉 答案 a 例4 创新题 将足量nh3通入硝酸酸化的agno3溶液中 生成沉淀的物质的量 n 和通入nh3的体积 v 的关系正确的 是 解析 首先氨气与硝酸反应 生成nh4no3 此时无沉淀产生 当硝酸反应完全后 氨气与agno3反应产生agoh沉淀 溶解 直到完全消失 a项符合题意 答案 a 当ag 完全沉淀时继续通入氨气 此时生成 ag nh3 2 沉淀 考点3 硝酸的强氧化性 硝酸不论浓稀都具有强氧化性 主要体现在以下几个方面 1 金属与硝酸反应 不论金属活泼与否 也不论硝酸的浓度大小 一般无氢气放出 这是因为h 得电子的能力比硝酸中 5价的氮元素得电子的能力小 2 金属活动顺序表中 较不活泼的金属 如铜 银等 都能和硝酸反应 通常浓硝酸被还原为no2 稀硝酸被还原为no 金属则变为相应的硝酸盐 这类反应中硝酸只有一部分体现氧化性被还原 另一部分体现酸性生成硝酸盐 ag 2hno3 浓 agno3 no2 h2o3ag 4hno3 稀 3agno3 no 2h2o 3 铁 铝常温下遇浓硝酸 由于浓硝酸具有很强的氧化性 所以在金属的表面形成一层致密的氧化膜 阻止反应继续进行 这个过程叫钝化 所以可用铁 铝容器装运冷浓硝酸 4 非金属 如碳 硫等 也可以和浓硝酸发生反应 非金属被氧化 硝酸完全被还原成no2 硝酸只体现氧化性 这和金属与硝酸的反应不同 在有关判断及计算题中应该注意 c 4hno3s 6hno3 浓 4no2 co2 2h2oh2so4 6no2 2h2o 5 浓硝酸和浓盐酸按1 3的体积比组成的混合物叫王水 它能溶解惰性金属铂 金 这也是硝酸强氧化性的体现 例5 物质的量之比为2 5的锌与稀硝酸反应 若硝酸被还原的产物为n2o 反应结束后锌没有剩余 则该反应中被 还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是 a 1 4c 2 3 b 1 5d 2 5 思路指导 锌与硝酸的反应中 硝酸既表现出酸性也表现出氧化性 未被还原的硝酸的物质的量可由生成的zn no3 2确定 而被还原的硝酸的物质的量可由得失电子守恒确定 zn no3 2 显然溶液中含有4molno3 即没有参与氧化还原反 解析 设2molzn参与反应 zn无剩余 即生成了2mol 应的hno3为4mol 根据得失电子守恒可知被还原的hno3的物质的量为1mol 答案 a 例6 2013年河北石家庄模拟 fes与一定浓度的hno3反应 生成fe no3 3 fe2 so4 3 no2 n2o4 no和h2o 当no2 n2o4 no的物质的量之比为1 1 1时 实际参加反应 的fes与hno3的物质的量之比为 a 1 6c 2 11 b 16 25d 1 7 解析 设生成的no2 n2o4 no的物质的量均为1mol 则有4molhno3参加氧化还原反应 共得到6mol电子 当1molfes生成硝酸铁 硫酸铁时共失去9mol电子 所以参加氧化还原反应的fes与hno3的物质的量之比为1 6 但是生成物中还有硝酸铁 因而有一部分硝酸起了酸性介质的作用 通过反应物与生成物中铁元素与硫元素守恒可得方程式中fes与hno3的系数之比为6 42 即1 7 答案 d 规律方法 有关氮及其化合物的计算技巧 1 氮的氧化物溶于水的计算 1 方程式法 有关化学反应方程式 3no2 h2o 2hno3 no 4no2 o2 2h2o 4hno3 4no 3o2 2h2o 4hno3 2no o2 2no2 no或no2通入水中 不同情况下剩余气体的体积 续表 2 原子组成法 4no2 o2和4no 3o2从组成上均相当于2n2o5的组成 即上述反应中的 两种情况中的总反应式都与n2o5 h2o 2hno3等效 这为上述问题的解决提供了新的思路 即利用混合气体中的n o原子个数比进行分析判断 2 5 剩余o2 n n n o 2 5 恰好完全反应 2 5 剩余no 3 电子守恒法 当no2或no转化为hno3时要失去电子 若上述两种气体与o2混合通入水中时 o2得电子 且得失电子数必然相等 这是电子守恒法解答此类题目的依据 例7 将30mlno2和o2的混合气体通入倒置于水槽且装满水的量筒中 充分反应后 量筒内剩余5ml气体 则原混 合气体的体积组成正确的是 a no2 17ml o2 13mlb no2 27ml o2 3mlc no2 15ml o2 15mld no2 25ml o2 5ml 解析 1 若剩余5ml气体是o2 设参与反应的o2的体积为x 得4no2 2h2o o2 4hno34xx则4x x 30 5 ml 解得x 5ml 则原混合气体的体积组成为 v no2 20ml v o2 5ml 5ml 10ml 答案 b 2 若no2相对于o2是过量的 则剩余的no2会与h2o反应生成no 最终量筒内剩余的气体是5mlno 也即no2相对于o2过量15ml 设o2的体积为y 得4no2 o2 2h2o 4hno34yy则4y y 30 15 ml 解得y 3ml 则混合气体的体积组成为 v no2 27ml v o2 3ml 例8 双选 在一定条件下 将充满no2和o2的试管倒立于水槽中 充分反应后 剩余气体的体积为原混合气体体积 的1 8 则原混合气体中no2和o2的体积之比是 a 8 1 b 7 3 c 7 1 d 4 1 解析 根据 规律可知 若剩余气体为no 则 v no2 4v o2 3 v no2 v o2 8 求得v no2 v o2 7 1 若剩余气体为o2 则v o2 v no2 4 v no2 v o2 8 求得v no2 v o2 7 3 答案 bc 硝酸与金属反应时 一部分硝酸起酸的作用 以no3的形 2 硝酸与金属反应的计算 1 原子守恒法 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硝酸的物质的量 2 电子守恒法 硝酸与金属的反应属于氧化还原反应 硝酸中氮原子得电 子的物质的量等于金属失电子的物质的量 金属与硫酸 硝酸的混合酸反应时 由于硝酸盐中no3在 或h 或no3进行相关计算 注意溶液中要符合电荷守恒规律 3 离子方程式计算法 硫酸提供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 例9 将32 64g铜与140ml一定浓度的硝酸反应 铜完全溶解产生的no和no2混合气体在标准状况下的体积为11 2l 请回答 1 no的体积为 l no2的体积为 l 2 待产生的气体全部释放后 向溶液中加入vmlamol l 1的naoh溶液 恰好使溶液中的cu2 全部转化成沉淀 则原硝酸溶液的浓度为 mol l 1 3 欲使铜与硝酸反应生成的气体在naoh溶液中全部转化为nano3 至少需要30 的双氧水 g 1 2 3 22 4l mol 解析 1 根据电子得失守恒得 2 n cu 3 n no 1 n no2 32 64g64g mol v no 22 4l mol 1 11 2l v no 解得v no 5 8l 所以v no2 11 2l 5 8l 5 4l 2 原硝酸中的no 一部分转化成气体 0 5mol 另一部分 变为nano3 v a 10 3 mol 所以n hno3 v a 10 3 0 5 mol c hno3 v a 10 3 0 50 14 mol l 1 2 n h2o2 2 2 a v 10 3 0 5 0 14 3 由电子得失守恒得 2 n cu 2 n h2o2 则 32 64g 64g mol 1 解得n h2o2 0 51mol 则m h2o2 17 34g 需30 的双氧水17 34g 30 57 8g 答案 1 5 85 4 3 57 8 思维模型 喷泉实验的形成原理 1 形成喷泉的原理形成喷泉最根本的原因是瓶内外存在压强差 当烧瓶内气体溶于液体或与之反应时 瓶内气体大量减少 压强降低 外界的大气压将液体压入烧瓶内 如此持续 最后液体将充满烧瓶 2 常见喷泉的形成类型 1 极易溶于水的气体 nh3 hcl so2等 与水可形成喷泉 2 酸性气体 hcl so2 no2 co2 h2s等 与naoh aq 也可形成喷泉 例10 喷泉实验是中学化学的一个重要性质实验 也是一种自然现象 其产生的原因是存在压强差 a b c d 图2 11 3 试根据图2 11 3 回答下列问题 1 在图a的烧瓶中充满干燥气体 胶头滴管及烧杯中分别 a hcl和h2oc nh3和苯 b nh3和h2od co2和烧碱溶液 2 在图b的锥形瓶中 分别加入足量的下列物质 反应后 能产生喷泉现象的是 a cu与稀盐酸c 大理石与稀硫酸 b nahco3与naoh溶液d 碳酸铵与稀硝酸 3 若图b的锥形瓶内是无水酒精 锥形瓶放在水槽中 水槽内是冷水 则向水槽中加入足量的下列哪些物质也会产生喷泉现象 a 浓硫酸b 生石灰 c 氢氧化钡晶体与nh4cl固体d 氢氧化钠固体 4 城市中常见的人造喷泉及火山喷发的原理与上述 装置的原理相似 5 如果只提供如图c的装置 引发喷泉的方法是 6 图d是用排水取气法收集的一瓶乙烯 请你结合喷泉原理和乙烯的化学性质 在图d的基础上设计一个方案 使它产生喷泉 力求使水充满整个烧瓶 简述操作过程 解析 1 hcl和nh3极易溶于水 co2和烧碱反应 均可导致烧瓶内压强减小形成喷泉实验 nh3不溶于苯也不与苯反应 故压强不发生改变 不能形成喷泉 2 锥形瓶内若产生气体 压强增大也可形成喷泉实验 只 有碳酸铵与稀硝酸反应生成大量co2气体 3 向水槽中加入浓硫酸 生石灰和氢氧化钠均放热 使酒 精挥发为气体 锥形瓶内压强增大 4 人造喷泉是通过鼓入空气导致压强增大 把水压出 跟 b原理相同 答案 1 c 2 d 3 abd 4 b 5 打开夹子 用手 或热毛巾等 将烧瓶捂热 氨气受热膨胀 赶出玻璃导管内的空气 氨气与水接触 即发生喷泉 6 先在一个气球内充入与烧瓶等体积的氯气或溴化氢 打开止水夹k 从图中乳胶管处将气球内气体缓缓送入烧瓶内 题组一 氮的氧化物 1 将22 4l某气态氮氧化合物与足量的灼热铜粉完全反应后 气体体积变为11 2l 体积均在相同条件下测定 则该氮氧 化合物的化学式为 a no2 b n2o3 c n2o d n2o4 解析 根据反应式 2nxoy 2ycu 2ycuo xn2以及题意 反应后气体体积为反应前气体体积的一半 可以得到x 1 因此只有a选项符合题意 答案 a 2 装有1体积no和no