【志鸿优化设计】高考化学一轮复习 第三章 自然界中的元素第二节氮的循环教学案 鲁科版.doc

第二节氮的循环考纲点击1了解氮元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2了解氮元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3氮元素单质及其化合物知识与其他元素单质及其化合物知识的综合应用。一、氮气及氮的氧化物1氮的循环2氮气的化学性质氮气很稳定，难与其他物质发生化学反应。在高温或放电时可与某些物质反应，n2表现为既有氧化性，又有还原性。(1)与o2的反应在放电条件下，氮气跟氧气能直接化合生成无色的一氧化氮(no)。反应式为：n2o22no说明：在雷雨天气，汽车的发动机中均可以发生该反应。在该反应中，n2表现出还原性。(2)与h2反应：n23h22nh33氮的固定定义：将空气中游离的氮转变成氮的化合物的方法叫做氮的固定。分类：氮的固定4氮的氧化物(nox，x0.5、1、1.5、2、2.5)(1)no与no2的物理性质颜色气味毒性密度溶解性no无色无味有毒比空气稍大no2_气味比空气大易溶于水(2)no与no2的化学性质2noo2=2no2(常温下无色，no气体遇空气迅速变为_色；no有毒，是因为与血红蛋白易结合，造成人体缺氧)。3no2h2o=2hno3no(红棕色气体被水吸收后气体体积减少了_)2no2n2o4(无纯净的no2气体，盛有红棕色气体的玻璃球放入冰水中，发现气体颜色迅速_)。特别提示：(1)4no3o22h2o=4hno3，4no2o22h2o=4hno3，常用于守恒法解题。形成光化学烟雾，污染大气。形成酸雨。破坏大气中的臭氧层。(2)n2能稳定存在于大气中的原因：n2分子内氮氮叁键，键能大，共价键牢固，n2分子不易被破坏成原子，因而n2分子不易与其他物质发生反应，所以经常用氮气做保护气。5氮的氧化物以及与氧气混合后溶于水的情况分析(1)no2或no2与n2(非o2)的混合气体溶于水时，可根据反应：3no2h2o=2hno3no，利用气体体积的变化差值进行计算。(2)no2和o2的混合气体溶于水时，根据反应：4no2o22h2o=4hno3当v(no2)v(o2)41时，恰好反应，无剩余气体；当v(no2)v(o2)41时，剩余氧气；当v(no2)v(o2)41时，no2过量，剩余气体为no，且体积为过量no2体积的1/3。(3)no和o2同时通入水中时，此时的反应为：4no3o22h2o=4hno3当v(no)v(o2)43时，恰好反应，无剩余气体；当v(no2)v(o2)43时，剩余氧气；当v(no2)v(o2)43时，剩余no。即时训练1对于3no2h2o=2hno3no反应氧化剂是_，还原剂是_，氧化产物是_，被氧化与被还原的物质的物质的量比为_。二、氨和铵盐1氨(nh3)(1)物理性质：无色，有_气味，密度比空气小。物理特性：易液化，_溶于水(在常温、常压下1体积水能溶解约700体积氨气)。(2)化学性质：碱性：氨与水、酸反应时显碱性与水反应：nh3h2onh3h2onhoh与酸反应：nh3hcl=nh4cl特别提示：a氨溶于水，大部分与水结合成一水合氨(nh3h2o)，一水合氨少部分电离，因此，氨水显弱碱性。氨气是中学阶段唯一的一种碱性气体，利用这一点，可以检验nh3。bnh3与其他酸也能反应生成相应的铵盐。其中，nh3与盐酸这样的易挥发性酸反应时会有白烟(铵盐固体的小颗粒)生成。利用这个现象，在某些场合也可以检验nh3。还原性：氨的催化氧化反应4nh35o24no6h2o特别提示：a该反应是工业上生产硝酸的一个基础反应。bnh3中的氮元素的价态为3价，因此，nh3不仅能被催化氧化生成no，在纯氧中燃烧能生成n2。在一定条件下，nh3还能被cl2、cuo等氧化。说明：液氨和氨水液氨是氨气加压或降温得到的液态氨，是纯净物，即液氨由氨分子组成的液体。氨水的主要成分是nh3h2o。在氨水中以分子状态存在的粒子有：nh3、h2o、nh3h2o；以离子状态存在的粒子主要有：nh、h、oh，极少量的是h。所以氨水是混合物。2铵盐铵盐均为白色易溶于水的晶体(1)铵盐受热分解nh4clnh3hclnh4hco3nh3co2h2o(2)铵盐与碱反应nh4clnaohnaclnh3h2o(nh4)2so4ca(oh)2caso42nh32h2o3nh的检验方法(1)检验某白色固体是否为铵盐的方法(即检验nh的存在)取少许样品与碱混合于试管中共热，将_试纸靠近试管口，若试纸_，则证明样品中含nh。取少量样品于试管中，加入碱后加热，用蘸有浓盐酸的玻璃棒检验产生的气体，若有_产生，则证明样品中含有nh。(2)检验无色溶液中是否存在nh的方法步骤：加浓碱溶液加热检验nh3原理：_特别提示：不能用p2o5、无水cacl2干燥氨气的原因：p2o5为酸性干燥剂，可与nh3反应而吸收nh3；cacl2能与nh3反应形成cacl28nh3。4氨的实验室制取药品：nh4cl、消石灰反应原理：(固体固体气体)2nh4clca(oh)2cacl22nh32h2o装置：圆底烧瓶和分液漏斗收集：向下排空气法。验满：用湿润的红色石蕊试纸或蘸有浓盐酸的玻璃棒。防止多余氨气污染空气的方法：收集nh3后的导管口处塞一团湿棉花或用稀硫酸浸湿的棉花。干燥：nh3通过盛有碱石灰的干燥管。实验室制取氨的其他方法：加热浓氨水、氧化钙与浓氨水反应等。即时训练2有关氨和铵盐的说法是否正确(填“”或“”)。(1)氨水中氨主要形成nh3h2o，所以25%的氨水是指100 g氨水中含25 g nh3h2o。()(2)氨水中存在的粒子有h2o、nh3h2o、oh、nh、nh3和少量的h。()(3)任何酸与氨反应可生成铵盐，故任何铵盐受热分解都生成酸和氨气。()(4)任何铵盐与碱共热都生成nh3，利用此方法原理可检验铵盐。()(5)氨水中滴入酚酞呈红色，故nh3是碱。()三、硝酸(hno3)1物理性质气味颜色挥发性溶解性刺激性无色、久置呈_易挥发与水互溶2化学性质(1)强酸性：具有酸的通性。(2)不稳定性：硝酸见光或受热易分解。4hno34no2o22h2o特别提示：硝酸越浓，越容易分解。长期存放的浓硝酸呈黄色，这是由于hno3分解产生的no2溶于硝酸的缘故(通足量空气或氧气除去no2，4no2o22h2o=4hno3)。也正因为硝酸见光或受热易分解，一般将它保存在棕色瓶里，放置在阴凉处。(3)强氧化性：a与金属反应：hno3几乎能与所有的金属(除金、铂、钛以外)发生氧化还原反应(如cu)。_说明：硝酸与不活泼金属反应时，浓硝酸生成no2，稀硝酸生成no。b常温下浓硝酸使fe、al_。与非金属(如木炭)反应c4hno3(浓)co24no22h2o。与某些还原性化合物(如fe2、so等)反应，离子方程式分别为：3fe24hno=3fe3no2h2o3so2h2no=3so2noh2o。3用途制化肥、染料、炸药等。特别提示：氧化性酸和酸的氧化性概念辨析酸的氧化性：实质上指氢离子的氧化性，任何酸都有不同程度电离出h的能力，h在一定条件下获得电子生成h2。因此在某些反应中酸作氧化剂其实质上是h作氧化剂，如：锌与盐酸或稀硫酸的反应，都可以用zn2h=zn2h2离子方程式表示此类反应的实质。氧化性酸：是酸根离子获得电子的能力，酸根离子获得电子后，化合价降低，形成相应的低价含氧化合物甚至是单质。如浓硫酸与cu反应：cu2h2so4(浓)cuso4so22h2o，浓硫酸与木炭反应：c2h2so4(浓)co22so22h2o，硝酸与锌反应：4zn10hno3(稀)=4zn(no3)2n2o5h2o，5zn12hno3(很稀)=5zn(no3)2n26h2o，浓硝酸与木炭、单质硫、磷的反应等等。作为氧化性酸，不仅能氧化金属而且还能氧化某些非金属单质。而酸的氧化性即h的氧化能力较弱，只能氧化较活泼的金属(即金属活动性顺序中氢前金属)。4人类活动对自然界氮循环和环境的影响(1)光化学烟雾：光化学烟雾是指汽车尾气中的氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的一种有毒的浅蓝色烟雾。光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛，伤害植物，并使大气能见度降低。氮氧化物是形成光化学烟雾的一个重要原因。大气中的氮氧化物主要来源于汽车尾气、化石燃料的燃烧和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。(2)酸雨：氮氧化物是形成酸雨的一个重要原因。(3)富营养化：进入水体的氮的含量增大，会导致藻类“疯长”，迅速地覆盖在水面上，造成水体的富营养化。水体中的氮主要来源于工业废水、生活污水、农田灌溉和淋洗，以及水产养殖所投入的饵料和肥料等。即时训练3下列酸与金属反应时，不能生成h2的是_。a稀盐酸b稀硝酸c浓盐酸d浓硫酸e稀硫酸f稀硫酸g浓硝酸即时训练4写出nh3为原料制取hno3的有关化学方程式。一、氨气的制法和氨水1氨气的制法(1)实验室制法原理：铵盐与碱共热产生氨气。2nh4clca(oh)2cacl22nh32h2o装置：固固反应加热装置，发生装置与制取氧气的装置相似，如下图：收集：由于氨气极易溶于水，且密度比空气小，所以只能用向下排空气法。检验：a用湿润的红色石蕊试纸(变蓝)；b蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口(产生白烟)。棉花团的作用：在收集nh3的试管口放置一团松软的干棉花，是为了防止试管内的nh3与试管外的空气形成对流，以便在较短的时间内收集到较为纯净的氨气。特别提示：(1)制取nh3宜用nh4cl，不宜用(nh4)2so4、nh4hco3、nh4no3等。(2)消石灰不能用koh或naoh代替，因后两者易吸湿、结块，不利于产生nh3，且在高温下易腐蚀试管。(3)干燥氨气通常用碱石灰，而不能用p2o5和浓h2so4，也不能用无水cacl2(8nh3cacl2=cacl28nh3)。(4)欲快速制nh3，可加热浓氨水，也可将浓氨水滴入naoh固体或生石灰中，其装置如下图：加热浓氨水a：反应原理：nh3h2onh3h2o。b：装置浓氨水中加固态碱性物质a：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)，使平衡向左移动，促进了nh3h2o的分解。b：装置(2)工业制法：n23h22nh32氨水(1)组成c(nh3h2o)c(nh3)c(oh)c(nh)c(h)。(2)存在平衡nh3h2onh3h2onhoh；h2ohoh。(3)性质容易挥发，盛浓氨水的试剂瓶瓶口常有白雾产生，久置溶液质量减轻，浓度变小。氨水质量分数(密度小于1 gcm3的溶液)越大，其密度越小，因此如果将质量分数为x%的氨水与质量分数为3x%的氨水等体积混合后，所得氨水的质量分数小于2x%；而对于密度大于1 gcm3的溶液(如硫酸溶液)，质量分数越大，其密度也越大，因此如果将质量分数为x%的硫酸溶液与质量分数为3x%的硫酸溶液等体积混合后，所得硫酸溶液的质量分数大于2x%。氨水是很好的沉淀剂，能使mg2、al3、fe2、fe3、cu2、zn2等转变为氢氧化物沉淀，其中agoh、cu(oh)2、zn(oh)2等沉淀能溶于过量氨水，生成络合物。(4)涉及氨水的离子方程式的书写氨水做反应物，用分子式nh3h2o表示，如：al33nh3h2o=al(oh)33nh；生成氨水时，若反应物为浓溶液或在加热条件下，用下面离子方程式表示：nhohnh3h2o；生成氨水时，若反应物为稀溶液且不加热，用下面离子方程式表示：nhoh=nh3h2o。3喷泉实验(1)喷泉形成的原理容器内、外存在较大的压强差，在这种压强差的作用下，使液体通过尖嘴管喷涌。(2)分类负压型：即接纳喷起液体的空间压强低于大气压，而待喷液体与大气相通，通常是容器内气体极易溶于水或容器内气体易与溶液中的溶质发生化学反应。如气体ahclnh3co2、cl2、h2s、so2no2o2ch2=ch2吸收剂b水或naoh溶液水、盐酸naoh溶液水溴水正压型：即接纳喷起液体的空间与大气相通，而待喷液体所受压强高于大气压，通常是容器内的液体由于受热挥发(如浓盐酸、浓氨水、酒精等)，或由于发生化学反应，容器内产生大量气体，如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等。特别提示：喷泉实验成功的关键：(1)气体在吸收液中被吸收的既快又多，如nh3、hcl用水吸收，co2、so2用naoh溶液吸收等。(2)装置的气密性要好。(3)烧瓶内气体纯度要高。两种类型的装置如图：【例1】如图所示分别是某课外活动小组设计的制取氨气并用氨气进行喷泉实验的三组装置，回答下列问题：(1)用a图所示的装置可制备干燥的nh3：反应的化学方程式为_。装置中收集nh3的试管口放置棉花团的作用是_。干燥管中干燥剂能否改用无水cacl2？_(填“能”或“不能”)，理由是_(用化学方程式表示)。(2)用b图所示的装置可快速制取较大量nh3：用化学方程式表示浓氨水滴入cao中有大量nh3逸出的过程：_。检验nh3是否收集满的实验方法是_。(3)用c图所示的装置进行喷泉实验，上部烧瓶已充满干燥氨气，引发水上喷的操作是_，该实验的原理是_。二、金属与硝酸的反应1金属与hno3反应的一般通式(1)金属浓硝酸金属硝酸盐no2h2o(2)金属稀硝酸金属硝酸盐noh2o2反应规律(1)金属与硝酸反应一般不生成h2。浓硝酸一般被还原为no2，稀硝酸一般被还原为no。(2)铁与稀硝酸反应，先生成fe(no3)3，若fe过量，fe(no3)3再和fe反应生成fe(no3)2。(3)铜与浓硝酸反应，若cu过量，开始时硝酸的还原产物为no2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，硝酸的还原产物为no，最终应得到no2和no的混合气体。【例2】5.6 g cu、mg合金与一定量的硝酸恰好完全反应，收集到no和no2的混合气体v l(标准状况)；向反应后的溶液中加入足量naoh溶液，沉淀完全后将其过滤、洗涤、干燥，称得质量为10.7 g。则v等于()。a2.24 b4.48 c6.72 d7.84硝酸的性质实验探究【实验目的】硝酸是三大强酸之一，是氧化性酸的代表，硝酸与金属反应的相关实验及硝酸还原产物的确定和计算是历年高考的热点。硝酸这一重要知识点应用于化学实验主要体现在以下四个方面：(1)铜与硝酸反应的实验探究。(2)铁与稀硝酸反应生成物中fe2、fe3成分的实验探究。(3)金属与硝酸反应还原产物成分的实验探究。(4)工业硝酸呈黄色原因的实验探究。【实验典例】某校化学兴趣小组的同学在实验中发现工业硝酸呈黄色，他们查阅资料后找到这样解释：工业硝酸呈黄色是由于no2溶于浓硝酸引起的。“这个解释对吗？”，他们决定进行探究，请填写空白处。(1)猜想工业硝酸呈黄色是由于no2溶于浓硝酸引起的。(2)设计与实验甲、乙、丙三位同学各在一支洁净的试管中倒入约2 ml工业硝酸，进行如下实验：实验步骤现象结论甲加入5 ml的蒸馏水，振荡使之充分混合试管中的硝酸接近于无色硝酸中没有其他杂质，猜想正确乙置于酒精灯上小火加热(在通风橱中进行)有红棕色气体逸出，继续加热，直到不再有红棕色气体逸出为止。溶液的黄色变浅，但不能完全消失丙通入氧气通入足量氧气后，溶液的黄色变浅(3)提出问题上述实验后，溶液还有浅黄色，它还含有什么物质呢？乙、丙两同学提出如下猜想。猜想_。设计与实验实验步骤现象结论乙在除去no2的工业硝酸中，缓缓加入足量naoh固体有红褐色沉淀生成猜想正确丙(4)讨论与交流在(2)中，丙同学实验的原理是_(用化学方程式表示)。甲同学实验得出错误结论的原因可能是_。1(高考组合题)下列叙述正确的是_。a(2012四川理综)光化学烟雾不会引起呼吸道疾病b(2012四川理综)浓硝酸中加入过量铁粉并加热：fe3no6hfe33no23h2oc(2012江苏化学)将过量二氧化硫气体通入冷氨水中：so2nh3h2o=hsonhd(2012江苏化学)用稀硝酸洗涤试管内壁的银镜：ag2h3no=agnoh2oe(2012江苏化学)向nh4hco3溶液中加过量naoh溶液并加热：nh6ohnh3h2o2(2012江苏化学)用下列实验装置进行相应实验，能达到实验目的的是()。a用图1所示装置除去cl2中含有的少量hclb用图2所示装置蒸干nh4cl饱和溶液制备nh4cl晶体c用图3所示装置制取少量纯净的co2气体d用图4所示装置分离ccl4萃取碘水后已分层的有机层和水层3(2012四川理综)向27.2 g cu和cu2o的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5 l，固体物质完全反应，生成no和cu(no3)2。在所得溶液中加入1.0 moll1的naoh溶液1.0 l，此时溶液呈中性，金属离子已完全沉淀，沉淀质量为39.2 g。下列有关说法不正确的是()。acu与cu2o的物质的量之比为21b硝酸的物质的量浓度为2.6 moll1c产生的no在标准状况下的体积为4.48 ldcu、cu2o与硝酸反应后剩余hno3为0.2 mol4下列离子方程式或说法正确的是_。(1)no2与水反应：3no2h2o=2nono2h(2)1.0 moll1的hno3溶液中h、fe2、cl、so大量共存(3)用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上，试纸变蓝色，说明浓氨水呈碱性(4)无色溶液中滴加稀naoh溶液，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，试纸不变蓝，结论是原溶液中无nh(5)将足量co2通入溶液中，h、nh、al3、so能大量共存(6)46 g no2和n2o4的混合气体中含有的原子总数为3na(7)nh4hco3溶于过量的naoh溶液中：hcooh=coh2o5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()。a11 b57 c75 d436(2012山东省实验中学高三月考)如图是某课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案。下列有关操作中不可能引发喷泉现象的是()。a挤压装置的胶头滴管使稀盐酸全部进入烧瓶，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向装置的水槽中慢慢加入适量的浓硫酸并打开止水夹7已知nh3难溶于ccl4，下图所示装置中，不宜用于吸收氨气的是()。8下列实验是否正确，请说明理由。(1)实验室用图1所示装置制取nh3。(2)对于图2，微热稀硝酸片刻，溶液中有气泡产生，广口瓶内始终保持无色。参考答案基础梳理整合一、4(1)难溶于水红棕色有刺激性有毒(2)红棕2/3变浅至无色即时训练1答案：no2no2hno321二、1(1)刺激性极易3(1)湿润的红色石蕊变蓝白烟(2)nhohnh3h2o即时训练2答案：(1)(2)(3)(4)(5)三、1黄色2(3)cu4hno3(浓)=cu(no3)22no22h2o3cu8hno3(稀)=3cu(no3)22no4h2o钝化即时训练3答案：bdg即时训练4答案：(1)4nh35o24no6h2o(2)2noo2=2no2(3)3no2h2o=2hno3no核心归纳突破【例1】答案：(1)2nh4clca(oh)2cacl22nh32h2o防止氨气与空气对流，使nh3充满试管不能cacl28nh3=cacl28nh3(2)caoh2o=ca(oh)2，反应放热，nh3h2onh3h2o用蘸取少许浓盐酸的玻璃棒靠近收集nh3的容器口，若产生白烟，说明容器已收集满nh3，反之，则没有收集满(或用湿润的红色石蕊试纸靠近收集nh3的容器口，若湿润的红色石蕊试纸变蓝，则说明nh3已收集满，反之，则没有收集满或其他合理答案)(3)打开止水夹，挤出胶头滴管中的水，nh3极易溶解于水，致使烧瓶内压强迅速减小解析：(1)a图所示的装置中发生的反应为2nh4clca(oh)2cacl22nh32h2o；为了防止氨气与空气对流，确保收集满纯净的氨气，故用棉花团堵住试管口；cacl2虽然是中性干燥剂，但是cacl2能与nh3发生反应：cacl28nh3=cacl28nh3，故不能用无水cacl2来吸收氨气中的水蒸气。(2)虽然氨水和生石灰不反应，但是生石灰和水反应剧烈且放热，使大量氨气逸出：nh3h2onh3h2o。(3)先打开止水夹，然后将胶头滴管中的水快速挤出即可，这是因为nh3极易溶于水，胶头滴管中挤出的水吸收了大量的氨气致使烧瓶内压强迅速减小而形成喷泉。【例2】b解析：合金中cu、mg失去的电子数等于硝酸获得的电子数，也等于mg2、cu2结合的oh个数。则mg(oh)2、cu(oh)2的质量等于合金质量与oh质量之和，故有：5.6 g17n(oh)10.7 g，n(oh)0.3 mol。假设生成的气体全部为no，则v(no)2.24 l，假设全部为no2，则v(no2)6.72 l，所以混合气体的体积范围为2.24 lv l6.72 l，对照选项只有b项符合。实验探究拓展实验典例答案：(2)呈黄色的工业硝酸中存在no2气体，但还有其他呈黄色的杂质(3)可能含有fe3丙：在加热除去no2的工业硝酸中加入kscn溶液溶液呈红色(4)4no2o22h2o=4hno3可能是由于水将工业硝酸的黄色冲淡了解析：浓硝酸具有不稳定性，分解产生no2气体；工业硝酸呈黄色的原因可能是其中溶有no2或含有fe3。若含fe3，可用kscn溶液检验；若含有no2，可通入o2后观察黄色是否退色来判断。演练巩固提升1c解析：光化学烟雾是氮的氧化物引起的，易引发呼吸道疾病，a项错误；硝酸与过量fe反应得到的是fe2，b项错误；c过量二氧化硫气体通入冷氨水只能得到酸式盐，c项正确；d得失电子不守恒；enh4hco3溶液中的hco也能与naoh反应，e项错误。2d解析：a图1所示装置中氢氧化钠会与cl2反应。bnh4cl晶体会受热分解。c纯碱是可溶性固体，不能用此装置，改在圆底烧瓶和分液漏斗的组合中进行反应。d用图4