高考化学总复习课件人教版高中化学《非金属及其化合物氮及其氧化物硝酸》专题讲解

第一课时氮及其氧化物 硝酸 1 氮气 1 氮元素的存在氮元素在自然界中既有 又有 它以双原子分子 N2 存在于大气中 约占空气总体积的78 或总质量的75 氮是生物物质中的重要组成元素 是构成蛋白质和核酸不可缺少的元素 是农作物生成所必需的元素 游离态 化合态 2 氮的固定 定义 的方法 分类 天然固氮和 3 氮气 物理性质A 色态 B 气味 C 水溶性 结构A 电子式为 B 结构式为 分子结构稳定 化学性质不活泼 将游离态的氮转变为氮的化合物 人工固氮 无色气体 无味 难溶于水 化学性质在高温 放电 点燃等条件下 N2能与O2 H2等发生反应 A 与H2反应 工业合成氨的反应原理 B 与O2反应 标明反应条件 用途合成氨 制硝酸 作保护气 液氮可作制冷剂 N2 3H22NH3 N2 O22NO 2 氮的氧化物 1 物理性质 NO A 色态 B 毒性 C 水溶性 NO2 A 色态 B 气味 C 毒性 D 水溶性 E 液化 2 化学性质 NO 2NO O2 2NO2 不能用收集NO NO2 3NO2 H2O 2HNO3 NO 不能用收集NO2 无色气体 有毒 不溶于水 红棕色气体 有刺激性气味 有毒 易溶于水 易 排空气法 排水法 3 空气中氮氧化物的来源化石燃料的燃烧 硝酸厂的尾气 金属的冶炼和汽车尾气 火山喷发 电闪雷鸣也能产生氮氧化物 4 氮氧化物对环境的污染 形成硝酸型酸雨 形成 形成 光化学烟雾 臭氧空洞 3 硝酸 1 物理性质 色态 挥发性 气味 溶解性 与 无色液体 易挥发 有刺激性气味 水以任意比混溶 2 化学性质 酸的通性 HNO3与金属反应时不产生H2 不稳定性浓HNO3不稳定 见光或受热易分解 化学反应方程式为 A 久置的浓HNO3显色 原因是 B 浓HNO3通常保存在中且置于冷暗处 瓶塞不能用 4HNO3 浓 4NO2 O2 2H2O 黄 的NO2溶于硝酸的缘故 HNO3分解产生 棕色瓶 橡胶塞 3 强氧化性 与金属反应A 常温下 在浓HNO3中发生钝化 但加热时能发生反应 B 能与除以外的所有金属发生反应 C 浓 稀HNO3与铜发生反应的化学方程式分别为 铁 铝 金 铂 Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 3Cu 8HNO3 稀 3Cu NO3 2 2NO 4H2O 与非金属反应与木炭反应的化学方程式为 与某些具有还原性的物质 反应在酸性条件下 等具有还原性的离子 C 4HNO3 浓 CO2 4NO2 2H2O 不共存 1 某集气瓶内气体呈红棕色 加入足量水后盖上玻璃片振荡 得棕色溶液 气体颜色消失 再打开玻璃片后 瓶中气体又变为红棕色 该气体可能是下列气体中的 A N2NOBr2 g B NO2NON2C NO2NOO2D N2O2Br2 g 解析 气体呈红棕色 说明NO2 Br2 g 中至少含一种 溶于水后得棕色溶液 则说明原气体中含有Br2 g B C被淘汰 又因为 打开玻璃片后 瓶中气体又变为红棕色 说明打开前气体中含有NO 故答案为A 答案 A 2 室温时 在容积为amL的试管中充满NO2气体 然后倒置在水中到管内水面不再上升时为止 再通入bmLO2 则管内液面又继续上升 测得试管内最后剩余气体为cmL 且该气体不能支持燃烧 则a b的关系是 A a 4b 3cB a 4b cC a b 4 1D a b 4 3 答案 A 3 下列对于硝酸的认识 不正确的是 A 浓HNO3和稀HNO3都具有氧化性B 铜与HNO3的反应属于置换反应C 金属与HNO3反应不产生氢气D 可用铁和铝制品盛装浓HNO3 解析 硝酸是氧化性酸 且浓硝酸的氧化性强于稀硝酸 A正确 铜与浓 稀硝酸反应的还原产物分别是NO2和NO 没有单质生成 故不属于置换反应 B错误 硝酸是氧化性酸 金属与HNO3反应均不产生H2 而生成水 C正确 铁与铝遇冷浓硝酸钝化 故可用铁或铝制品盛装浓HNO3 D正确 答案 B 1 氮的氧化物的性质 1 氮元素有 1 2 3 4 5等五种正价态 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 2 NO是无色还原性较强的气体 易被氧气氧化成NO2 NO2是红棕色易溶于水且与水反应的气体 氧化性强 能氧化SO2 能使湿润的KI淀粉试纸变蓝 但溴蒸气也为红棕色 也能使湿润的KI淀粉试纸变蓝 因此不用KI淀粉试纸鉴别NO2与溴蒸气 3 因在常温常压下发生反应2NO2 N2O4 所以通常 纯净 的NO2或N2O4并不纯 由于此可逆反应的发生 通常实验测得NO2的相对分子质量大于它的实际值 在涉及NO2气体的颜色深浅 压强 密度时要考虑此反应 2 氮氧化物溶于水的计算 1 发生的化学反应方程式A 3NO2 H2O 2HNO3 NOB 4NO2 O2 2H2O 4HNO3C 4NO 3O2 2H2O 4HNO3 2 情况分析 NO2或NO2与N2或NO2与NO的混合气体通入水中发生反应为A 据差量法计算 NO2与O2通入水中 NO与O2通入水中 例题1 如图所示 将甲 乙两个装有不同物质的针筒用导管连接起来 将乙针筒内的物质压到甲针筒内 进行下表所列的不同实验 气体在同温同压下测定 试回答下列问题 1 实验1中 沉淀最终变为 色 写出沉淀变色的化学方程式 2 实验2甲针筒内的现象 有 生成 活塞 移动 填向外 向内 不 反应后甲针筒内有少量的残留气体 正确的处理方法是将其通入 溶液中 3 实验3中 甲中的30mL气体是NO2和N2O4的混合气体 那么甲中最后剩余的无色气体是 写出NO2与H2O反应的化学方程式 4 实验4中 已知 3Cl2 2NH3 N2 6HCl 甲针筒除活塞有移动 针筒内有白烟产生外 气体的颜色变化为 最后针筒内剩余气体的体积约为 mL 点拨 解答该题需牢固掌握并灵活应用典型元素化合物的典型性质 同时结合活塞的移动考查了反应前后气体体积的变化 解析 实验2发生的反应为 2H2S SO2 3S 2H2O 有单质硫生成 同时气体几乎完全消失 在3中随着NO2与水不断反应 N2O4会逐渐转化为NO2并最终完全与水反应生成HNO3和NO 在4中有白烟产生是因为过量的NH3与HCl反应生成了NH4Cl 总反应为3Cl2 8NH3 N2 6NH4Cl 所以15mL氯气消耗40mL氨气 产生5mL氮气 最终针筒里剩余气体体积为5mL 答案 1 红褐色4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 2 黄色固体向内NaOH 3 NO3NO2 H2O 2HNO3 NO 4 黄绿色变为无色5 1 下列鉴别NO2和溴蒸气的方法中 不正确的是 A 用蒸馏水B 用湿润的碘化钾淀粉试纸C 用AgNO3溶液D 用NaOH溶液 解析 NO2与水反应得到无色溶液 和无色气体 Br2和微溶于水形成橙色的溴水 A项可鉴别 NO2溶于AgNO3溶液中得无色溶液 Br2通入AgNO3溶液中生成浅黄色 AgBr 沉淀 C项也可鉴别 NO2和Br2都能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 都能与NaOH溶液反应形成无色溶液 B D两项不能鉴别 答案 BD 2 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 原来试管中盛装的可能是 A NO与NO2的混合气体B H2与NO2的混合气体C N2与NO2的混合气体D 只可能是NO2一种气体 解析 由于试管内气体呈红棕色 所以试管内一定有NO2 又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 所以气体可能是NO2或NO2与NO的混合气体 答案 A 方法归纳 1 NO NO2 O2 H2O之间的反应可以利用方程式2NO O2 2NO2 3NO2 H2O 2HNO3 NO的加和得到总反应 4NO 3O2 2H2O 4HNO3 4NO2 O2 2H2O 4HNO3 然后利用总反应进行有关的计算 2 在分析有关问题时不要忽视 2NO2 N2O4 平衡的存在等 4 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 5 浓HNO3的还原产物一般为NO2 稀HNO3的还原产物一般为NO 6 解答金属与硝酸的有关计算时 通常利用三个守恒 1 得失电子守恒 据此可求氮元素被还原后的价态 根据价态确定反应产物 例题2 某兴趣小组设计出如图所示装置 固定装置已略去 来改进教材中 铜与硝酸反应 实验 以探究化学实验的绿色化 1 实验前 关闭活塞b 试管d中加水至浸没长导管口 塞紧试管c和d的胶塞 加热c 其目的是 2 在d中加适量NaOH溶液 c中放一小块铜片 由分液漏斗a向c中加入2mL的浓硝酸 c中反应的化学方程式是 再由a向c中加2mL蒸馏水 c中的实验现象是 3 下表是制取硝酸铜的三种方案 能体现绿色化学理念的最佳方案是 理由是 4 该小组还用上述装置进行实验证明氧化性KMnO4 Cl2 Br2 操作步骤为 实验现象为 但此实验的不足之处是 点拨 解答该题时要把握 绿色化学 的含义 既不能产生大气污染物 又要节省原料 同时注意浓 稀HNO3与Cu反应的差异 解析 1 连接好一整套装置 关闭分液漏斗活塞 把出气导管液封 加热发生装置 目的是检验装置的气密性 2 铜片与浓硝酸反应的化学方程式为Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 再加入蒸馏水 硝酸浓度变小 使反应减慢 同时产物气体由NO2变成NO 故装置中气体颜色变浅 3 从表中制取硝酸铜的三种方案可以看出 丙方案消耗反应物硝酸少 且不产生污染性气体NO NO2等 是体现绿色化学的最佳方案 4 要证明氧化性KMnO4 Cl2 Br2 可以通过2KMnO4 16HCl 浓 2KCl 2MnCl2 5Cl2 8H2O 2KBr Cl2 2KCl Br2两个氧化还原反应证明之 具体的操作步骤可以是向d中加KBr 或NaBr 溶液 C中加入KMnO4固体 由a向c中加入浓盐酸 C中有黄绿色气体产生 d中溶液会变为黄棕色甚至红棕色 但气体和溶液反应 Cl2不一定完全被吸收 故还需要尾气吸收装置 答案 1 检查装置气密性 2 Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O反应变缓 气体颜色变淡 3 丙耗酸量最少 无污染 4 向d中加入KBr溶液 c中加入固体KMnO4 由a向c中加入浓盐酸c中有黄绿色气体产生 d中溶液变为棕黄色没有处理尾气 1 对下列事实的解释错误的是 A 在蔗糖中加入浓硫酸后出现发黑现象 说明浓硫酸具有脱水性B 浓硝酸在光照下颜色变黄 说明浓硝酸不稳定C 常温下 浓硝酸可以用铝罐贮存 说明铝与浓硝酸不反应D 反应CuSO4 H2S CuS H2SO4能进行 说明硫化铜既不溶于水 也不溶于稀硫酸 解析 浓硝酸可用铝罐贮存是由于常温下 铝被浓硝酸钝化 而并非不反应 答案 C 2 下列反应中 浓硝酸既表现氧化性 又表现出酸性的是 A 浓硝酸中滴入石蕊试液并微热B 氧化亚铁与浓硝酸反应C 氢氧化铝与浓硝酸反应D 炭与浓硝酸 解析 浓硝酸中滴入石蕊试液时先变红色 后褪为无色 变红色是由于硝酸具有酸性 红色褪为无色是由浓硝酸的强氧化性所致 FeO与浓硝酸反应时可得Fe NO3 3 其中Fe2 被氧化为Fe3 表现出硝酸的氧化性 Fe3 与HNO3反应生成Fe NO3 3 表现出硝酸的酸性 Al OH 3与硝酸只发生中和反应 表现出硝酸的酸性 炭与浓硝酸反应生成CO2 只体现HNO3的氧化性 答案 AB 3 证明浓HNO3的氧化性比浓H2SO4的氧化性强的事实是 A 浓硝酸加热能放出氧气B 浓HNO3跟浓盐酸可配制成王水C HNO3跟金属反应可生成价态不同的氧化物D 浓HNO3跟硫反应生成H2SO4解析 D项中浓HNO3是氧化剂 H2SO4是氧化产物 因为在同一氧化还原反应中氧化性 氧化剂 氧化产物 答案 D 方法归纳 1 硝酸是三大强酸之一 不管浓硝酸还是稀硝酸都具有强氧化性 属氧化性酸 硝酸具有酸的通性 不稳定性和强氧化性 其中强氧化性是最重要的化学性质 2 硝酸在与不同物质反应时可显示不同的性质硝酸遇还原性物质时显氧化性 与非还原性物质反应时可显酸性 硝酸遇FeO先发生复分解反应 硝酸显酸性 生成Fe NO3 2 Fe2 再被HNO3氧化为Fe3 硝酸显氧化性 即与FeO反应时 硝酸既显氧化性又显酸性 与金属 Pt Au不反应 Al Fe钝化 反应时 硝酸也既显氧化性又显酸性 如在Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O中每4mol浓硝酸中 有2molHNO3被还原为NO2 显氧化性 另2molHNO3生成盐Cu NO3 2 显酸性 3 解答金属与HNO3反应计算题的常用方法 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 某研究性学习小组的一个课题是 NO2能否支持木条的燃烧 由于实验室中没有现成的NO2气体 该小组的同学设计了两个方案 方案一如图一所示 方案二如图二所示 请回答下列问题 本题不考虑N2O4存在产生的影响 1 浓硝酸受热分解的化学方程式是 2 方案一实验开始后木条上的火星逐渐熄灭 有的同学得出 NO2不能支持木条的燃烧 的结论 你认为这一结论是否正确 填 正确 或 不正确 理由是 3 硝酸铜固体加热分解的产物有氧化铜 二氧化氮和氧气 该反应的化学方程式是 4 方案二实验当集气瓶中充满红棕色气体时 木条复燃了 有的同学得出 NO2能支持木条的燃烧 的结论 你认为这一结论是否正确 填 正确 或 不正确 理由是 5 为了更直接地说明 NO2能否支持木条的燃烧 这一问题 请你重新设计一个简单的实验方案 简述实验原理和主要操作 解析 1 浓HNO3受热分解的化学方程式为4HNO3 浓 4NO2 O2 2H2O 2 该结论不正确 因为在加热时产生了大量的水蒸气 也可能导致木条熄灭 3 根据信息可写出该反应的化学方程式为 2Cu NO3 22CuO 4NO2 O2 4 该结论是正确的 因为Cu NO3 2受热分解所得的混合气体中O2的体积分数与空气中O2的体积分数是基本相同的 而木条复燃了 说明NO2支持燃烧 5 可利用Cu与浓HNO3反应制取NO2 并干燥NO2 此时将带火星的木条伸入NO2中观察到木条复燃 证明NO2能支持燃烧 答案 1 4HNO3 浓 4NO2 O2 2H2O 2 不正确带火星的木条熄灭可能是由于加热浓硝酸时产生了大量水蒸气 3 2Cu NO3 22CuO 4NO2 O2 4 正确硝酸铜分解产生的混合气体中氧气的体积分数与空气中氧气的体积分数基本相同 若NO2不支持燃烧 则木条不会复燃 5 用金属铜与浓硝酸反应制取NO2气体 并用浓硫酸或无水氯化钙进行干燥 再将带火星的木条伸入二氧化氮中观察现象 1 锌与很稀的硝酸反应生成硝酸锌 硝酸铵和水 当生成1mol硝酸锌时 被还原的硝酸的物质的量为 A 2molB 1molC 0 5molD 0 25mol 解析 锌在反应时失去2mole 而1molHNO3转化为NH时得到8mole 故