2020高考化学一轮复习 专题20 氮和磷学案（无答案）苏教版

考点20 氮和磷考纲要求1.了解氮族元素的递变规律。2.了解氮气的分子结构和化学性质，了解氮的氧化物（NO、NO2）的性质及其对大气的污染与防止方法。3.了解磷的同素异形体（白磷、红磷），单质磷的化学性质，磷酸盐和磷肥的性质。考点透视一、氮族元素周期表中位置：第A族. (N、P、As、Sb、Bi)。原子结构 相同点：最外层电子数相同 不同点：电子层数不同主要性质：相似性：a.最高价态为+5，负价为-3，Sb、Bi无负价；b.最高价氧化物水化物(HRO3或H3RO4)呈酸性。递变性 (按原子序数增大顺序)：a.原子半径由小到大；b.氢化物的稳定性由强到弱；c.最高价含氧酸的酸性由强到弱； d .非金属性由强到弱，且比同周期卤素、氧族元素弱。二、氮气及其化合物 1.氮气的性质物理性质：纯净的N2是一种无色无味的气体，难溶于水，在空气中约占体积的78%。结构：电子式为，结构式为NN，氮氮叁键的键能高达946 kJ mol-1，键能大，分子结构稳定，化学性质不活泼。化学性质常温下，N2的化学性质很不活泼，可代替稀有气体做保护气，但在高温、放电、点燃等条件下，N2能与H2、O2、A族的Mg、Ca等发生化学反应。氮的固定是指将空气中的氮气转变为含氮化合物的过程。与H2反应：N2 + 3H2 2NH3与O2反应：N2 + O2 2NO 与活泼金属反应：N2 + 3Mg Mg3N2Mg3N2 + 6H2O = 3Mg(OH)2+ 2NH32.一氧化氮的性质物性：无色有毒、不溶于水的气体化性：既有氧化性，又有还原性，但以还原性为主2NO + O2 = 2NO2NO + NO2 + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O (吸收硝酸尾气)不与碱作用生成盐，为不成盐氧化物制法实验室：Cu和HNO3（稀）制NO(只能用排水法收集)工业上：NH3和O2制NO(氨催化氧化法)3.二氧化氮的性质物性：红棕色、有毒、有刺激性气味的气体，易溶于水化性与水：3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO，2NO2 N2O4(只要有NO2就有N2O4)氧化性：NO2 + SO2 = SO3 + NO制法实验室：Cu和HNO3（浓）制NO2(只能用向上排空气法收集)工业上：NH3 NO NO2 (制硝酸)三、氮的氧化物溶于水计算规律关系式法NO2和O2的混合气体溶于水时，由4NO2 + O2 = 4HNO3可知，当体积比41，恰好完全反应V(NO2)V(O2) 41，NO2过量，剩余气体为NO41，O2过量，剩余气体为O2NO和O2同时通入水中时，其反应是：2NO+O2=2NO2，4NO2+O2+2H2O=4HNO3，总式为：4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 =43恰好完全反应当体积比V(NO)V(O2) 43剩余NO43剩余O2值得注意的是4NO2 + O2和4NO + 3O2从组成上均相当于2N2O5的组成。即两情况中的总反应式都与N2O5 + H2O = 2HNO3等效。这不仅是记忆二式的方法，也为上述问题的解法提供了新的思路。即利用混合气体中的N、O原子个数比进行分析判断：25 O2剩余NO 25 完全反应25 剩余NO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，O2得电子，且得电子数必然相等，这是电子守恒法解答此类型题目的依据。四、磷及其化合物1.磷的性质物理性质：白磷和红磷是磷的最常见的两种同素异形体。白磷和红磷对比如下表：名称白磷红磷分子结构分子式P4、正四面体分子晶体分子晶体、结构复杂颜色状态白色或黄色蜡状固体暗红色粉末溶解性不溶于水，易溶于CS2不溶于水，不溶于CS2毒性有剧毒无毒着火点40，可自烯240保存方法保存在水中密封保存相互转化白磷红磷化学性质4P + 5O2 2P2O52P + 3Cl2 2PCl3(Cl2不足)2P + 5Cl2 2PCl5(Cl2过量)白磷红磷2.P2O5磷酸和偏磷酸的酸酐P2O5 + H2O (冷) = 2HPO3 有毒，溶于水P2O5 + 3H2O (热) = 2H3PO4 无毒，晶体HPO3 + H2OH3PO4注：P2O5吸湿性强，可用作干燥剂。但不能干燥NH33.磷酸的性质纯净的磷酸是无色晶体，有吸湿性，能跟水以任意比例混溶，浓H3PO4为无色粘稠液体，较稳定，不挥发，具有酸的通性。磷酸为三元酸，与碱反应时，当碱的用量不同时，可生成不同的盐。如磷酸和NaOH反应：11生成NaH2PO4；12生成NaHPO4；13生成Na3PO4。介于11和12之间生成NaH2PO4和Na2HPO4的混合物。介于12和13之间生成Na2HPO4和Na3PO4的混合物。4.磷酸盐的性质如上所述，磷酸盐有三类：分别是正盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐。其中，磷酸二氢盐多数易溶于水，而磷酸盐和磷酸一氢盐除钾、钠、铵盐外大都不溶于水。三类盐之间的相互转化关系式是：磷酸二氢盐磷酸一氢盐 磷酸盐五、磷肥的制取和使用2制磷肥的原料是磷矿粉，它不溶于水，目的是把不溶性的磷酸盐，转化为可溶性磷酸盐，便于植物吸收。过磷酸钙：主要成分为Ca(H2PO4)2和CaSO4，有效成分为Ca(H2PO4)2。Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 = 2CaSO4 + Ca(H2PO4)2重过磷酸钙：主要成分为Ca(H2PO4)2。Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 = 3Ca(H2PO4)2使用磷肥时，不能与碱性物质混合，因为Ca(H2PO4)2水溶液呈弱酸性，遇碱性物质会使其生成CaHPO4或Ca3(PO4)2沉淀，由于不溶于水而不能被作物吸收，降低或丧失肥效。难点释疑1、为什么：N2的化学性质稳定？氮元素的非金属性很强？N2的熔沸点很低？ 答：物质的性质是由结构决定的：N2的化学性质是由N2分子结构决定的，氮分子内存在氮氮三键，键能大因此化性稳定；氮元素的性质是由氮原子结构决定的，氮原子半径小，最外层电子数多，所以非金属性强；N2的熔沸点是由N2分子间作用力决定的，因氮分子式量小，分子间作用力小，故熔沸点低。2、“雷雨发庄稼”蕴含什么化学原理？答：“雷雨发庄稼”蕴含的化学原理是： N2 + O2 2NO NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO HNO3与土壤中的矿物质结合成硝酸盐，为作物提供氮肥。3、如何鉴别NO2和Br2两种红棕色气体？答：物质的鉴别应从物质的性质区别入手，根据物理性质：冷凝，易液化为深红棕色液体的是Br2 溶解性：溶于水后得橙色溶液的是Br2，无色溶液的是NO2 溶解性：易溶于苯，且形成橙红色溶液的为Br2 根据化学性质将气体分别通入AgNO3溶液，产生淡黄色沉淀的是Br2等方法。4、何时考虑隐蔽反应“2NO2 N2O4”？答：与NO2有关的问题，除非题目特别说明，一般均需考虑隐蔽的反应“2NO2 N2O4”。如与NO2有关的式量、密度、颜色、体积、化学平衡中的转化率等问题均需考虑隐蔽反应的存在。如：【例3】5、如何计算气体溶于水后所形成溶液的物质的量浓度？答：根本方法：c=n/V ，关键是：溶质物质的量的计算；溶液体积的计算。例如：标况下，盛有4LNO2和2LO2的混合气体的容器倒立在水槽中，经充分反应后，求容器内形成溶液的物质的量浓度？（假设溶质未扩散，不考虑2NO2 N2O4）溶质为HNO3其物质的量与参加反应NO2的物质的量相等，故n（HNO3）=4/22.4mol，溶液体积为5L，溶液物质的量浓度可求。典型例析【例1】A、B、C、D、E是含有一种相同元素的五种物质，在一定条件下可发生如图所示的转化，其中A是单质，B是气体，C、D是氧化物，E是最高价氧化物对应的水化物，则A可能是（ ）A.Cl2 B.N2 C.S D.C【解析】根据左栏的转化关系及氯、硫、碳的单质及化合物的性质可知答案为B、C，并可用下式转化关系验证：【答案】BC【例2】相同质量的镁条分别在氧气、氮气和空气中充分燃烧，所得固体产物的质量由大到小的顺序是 ；过量的镁条分别在相同状况下相同体积的氧气、氮气和空气中充分燃烧，生成的固体产物的质量由大到小的顺序是 。【解析】根据2Mg + O2 2MgO,3Mg + N2 Mg3N2可知，当Mg为1mol 时，在O2中燃烧，质量增加16g；在N2中燃烧，质量增加9.33g。相同质量的镁条在O2、N2和空气中充分燃烧生成固体物质质量由大到小的顺序是：O2空气N2。当气体物质的量为1mol时，生成MgO 2mol(质量80g)，生成Mg3N2 1mol (质量为100g)，故生成固体产物的质量由大到小的顺序是：N2空气O2。【答案】O2空气N2；N2空气O2【例3】常温下，在V L密闭容器中有a mol NO气体，压强为b kPa，若再充入a mol O2，保持温度不变，反应后容器内的压强是（ ）A.等于1.5 b kPa B.等于2 b kPaC.小于1.5 b kPa D.大于1.5 b kPa【解析】由反应：2NO + O2 = 2NO2可知，O2过量a/2mol，生成的2NO2N2O4，气体的总物质的量小于1.5a mol，根据pV = nRT；知C正确。【答案】C【例4】将容积为50mL的量筒内充满二氧化氮和氧气的混合气体、倒置量筒在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为5 mol。则原混合气体中NO2和O2体积比可能是 或 。【解析】NO或NO2与O2的混合气体与水的反应计算关系式可由下列化学方程式推导出来。2NO + O2 = 2NO23NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 由2 + 得4NO2 + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 由3 + 2得4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 、两式就是平时计算经常用到的关系式。 设剩余的5 mL为O2，则参加反应的NO2和O2的总体积为：50 mL - 5 mL = 45 mL 则原混合气里，NO2的体积为：45 mL 4/5 = 36 mL O2的体积为：45 mL - 36 mL = 14 mL 即NO2与O2的体积比为：3614 = 187。 设剩余的5 mL为NO，由式得过量的NO2体积为15 mL，则发生反应的NO2和O2的总体积为：50 mL - 15 mL = 35 mL 则原混合气里，O2的体积为：35 mL 1/5 = 7 mL NO2的体积为：50 mL - 7 mL = 43 mL 即NO2与O2的体积比为：437。【解析】187 437【例5】X、Y、Z是短周期元素的三种常见氧化物。X跟水反应后可生成一种具有还原性的不稳定的二元酸，该酸的化学式是 ；Y和X的组成元素相同，Y的化学式是 ；1 mol Z在加热时跟水反应的产物需要用6 mol的氢氧化钠才能完全中和，Z的化学式是 ，其中和产物是 ，在一定条件下，Y可以跟非金属单质A反应生成X和Z，其反应的化学方程式为 。【解析】首先由X、Y、Z为短周期元素的氧化物，确定元素大致范围。再由能与水反应生成不稳定具有还原性的二元酸，确定X为非金属氧化物且为酸酐，并能再被氧化。从所学过的知识来分析应为SO2形成的酸为H2SO3。进而推得X为SO2。由题意可得Z也为一种酸的酸酐。1 mol Z与热水形成的酸需6 mol的NaOH中和，推得氧化物为P2O5。该氧化物1 mol 与热水反应生成2 mol H3PO4，中和2 mol H3PO4需6 mol的NaOH。中和产物为Na3PO4和H2O。最后一问依据题意就可写出方程。【答案】H2SO4 SO3 P2O5 Na3PO4和H2O 2P + 5SO3 = 5SO2 + P2O5【例6】磷是存在于自然界和生物体内的重要元素，回答下列与磷及其化合物有关的问题。磷在自然界里主要以 的形式存在于矿石中。磷的单质有多种同素异形体，其中最常见的是有毒的 和无毒的 。磷在不充足的氯气中燃烧的化学方程式为 ；而过量的氯气中燃烧的化学方程式则是 。磷(相对原子质量为31)在空气中燃烧生成的氧化物通常可用做强干燥剂。制备100g这种干燥剂所消耗的空气的体积约为 L（在标准状况下）。有机磷农药“乐果”的结构简式是：其中所含的双键有 个。【解析】此题的综合性很强，既有化学与生物的综合，也有无机化学和有机化学的综合，考查的知识是基本知识，题目难度不大。易出错点有两处，一处是第小题磷在不充足的氯气中燃烧的化学方程式，有些考生认为氯气不足，产物应是PCl3，而忽略了PCl3更易被氯气氧化，因此，只写出第一步反应的方程式。小问是简单的计算：4P + 5O22P2O5 n (O2) = 284 mol5 mol 284gn (O2) 100gV (空气) = 284 mol 22.4L/mol 5 = 197.2L第二处解答小问时，要根据价键原则将结构简式写为,可判断出含两个双键，有些考生只注意P=S,而忽略了C = 0【答案】磷酸盐；白磷；红磷。2P + 3Cl22PCl3；2P + 5Cl2 2PCl5188 (空气中O2含量21%计算)或197 (空气中O2含量按约1/5计算) 2【例7】工业上常用氟磷灰石Ca3(PO4)3F为原料，按下图所示流程制取磷酸、重过磷酸钙Ca(H2PO4)2和氢氟酸。其中反应（）为氟磷灰石跟另一种原料反应，生成A、B、C三种物质，其中的产物C又跟氟磷灰石发生反应（），生成B和重过磷酸钙。试写出两个反应的化学方程式：反应() ；反应() 。在生产中要应特别注意 。【解析】解题时，可以把Ca5(PO4)3F看成是Ca3(PO4)2和CaF2的固定组成物，由Ca3(PO4)2、CaF2与浓H2SO4反应方程式不难类推出Ca5(PO4)3F与H2SO4。【答案】() Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 = 3H3PO4 + 5CaSO4 + HF() Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 = 5Ca(H2PO4)2 + HF由于HF有毒，因而生产中要特别注意加强劳动保护和防止环境污染。命题趋势氮和磷的知识是学习氮族元素知识的基础，其中的同素异形体、环境保护等知识是高考中的热点，该部分知识在近两年高考整体试题中所占比重较小，在04年广东卷和05年江苏卷选择题中出现比重较大。该部分知识与化学平衡、氧化还原反应等知识联系紧密，对学生的基础和能力考查都是很好的素材，由此预测高考命题趋势为：1、 氮族元素性质的相似性、递变性和特殊性2、 氮和磷的原子结构、单质结构及同素异形体概念3、 与氮和磷知识有关的物质结构、环保、科技等有关的信息题，与化学平衡有关的问题。过关检测1.同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体，它们是NO和NO2，NO2和O2，NH3和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是（ ）A.V1V2V3 B. V1V3V2C. V2V3V1 D. V3V1V22.关于氮族元素(用R代表)的下列叙述正确的是（ ）A.最高化合价是+5 B.氢化物通式为RH5C.非金属性由上到下递增 D.其含氧酸均为一元强酸3.关于非金属元素N、O、Cl、P的叙述，正确的是（ ）A.在通常情况下其单质均为气体B.其单质均由双原子分子构成C.都属于主族元素D.每种元素仅生成一种氢化物4.由NaH2PO4脱水形成聚磷酸盐Na200H2P200O601，共脱去水分子的数目为（ ）A.198个 B.199个 C.200个 D.201个5.锗酸铋(简称BGO)是一种优良材料，其中锗(Ge)元素处于最高价态，铋元素的价态与它跟氯形成的某些共价化合物所呈的价态相同，且此氯化物中铋具有8电子稳定结构，则BGO的化学式是（ ）A.Bi3Ge3O13 B. Bi4Ge3O12 CBi4Ge3O16 D. Bi3Ge3O126.有一种磷的结构式是，有关它的下列叙述中不正确的是（ ）A.它完全燃烧时的产物是P2O5B.它在常温下呈固态C.它在常温下呈液态D.它与白磷互为同分异和构体7.如右图为装有活塞的密闭容器，内盛22.4mLNO。若通入11.2mL氧气(气体体积均在标准状况下测定)，保持温度、压强不变，则容器内气体的密度（ ）A.等于1.369gL-1 B.等于2.054 gL-1 C.大于2.054 gL-1D.在1.369 gL-1和2.054 gL-1之间8.温室时，在容积为a mL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b mL O2则管内液面又继续上升，测得试管内最后剩余气体为c mL，且该气体不能支持燃烧。则a、b的关系是（ ）A.a = 4b + 3c B.a = 4b + c C.ab = 41 D. ab = 439.砒霜的主要成分是As2O3，剧毒，致死量为0.1g。As2O3是两性偏酸性氧化物，微溶于水，生成H3AsO3；该酸及其对应的盐也均有毒性，其中碱金属对应的盐溶于水，其他金属对应的盐均几乎不溶于水。下列关于处理一瓶含有砒霜废液的方案中正确的是（ ）A.直接倒入下水道B.经过滤后倒入下水道C.加入足量生石灰后，倒入指定地点D.加入足量氢氧化钠后，倒入指定地点10.将充有m mL NO和n mL NO2气体的试管倒立于水槽中，然后通入m mL O2，若nm，则充分反应后，试管中的气体在同温同压下的体积(mL)为（ ）A.(n-m)/3 B.(4n-1)/12 C.(3m+n)/3 D.3(n-m)11.往含有氢氧化钙3.7g的石灰水中滴加150 mL 0.5 molL-1的磷酸溶液，待充分反应完全后。下列叙述正确的是（ ）A.只生成Ca3(PO4)2沉淀B.有CaHPO4和Ca3(H2PO4)2两种物质生成C.有Ca3(PO4)2和CaHPO4两种物质生成D.有Ca3(PO4)2和Ca3(H2PO4)2两种物质生成12.为同时施用分别含N、P、K三种元素的化肥，对于给定的化肥： K2CO3 KCl Ca(H2PO4)2 (NH4)2SO4 氨水，最适宜的组合是（ ）A. B. C. D. 13. 10mL NO、CO2的混合气体通过足量的Na2O2后，气体的体积变为5mL（相同状况），则CO2和NO的体积比不可能是（ ）A、1 ：1 B、 2 ：1 C、3 ：2 D、1 ：2 4. 下列叙述能说明R元素是氮族元素的是（ ）AR元素的最高价是+5价BR元素有气态氢化物RH3CR的氧化物可形成化学式为HRO3的含氧酸D其含氧酸是一元强酸15.某集气瓶内装的混合气体呈红棕色，加入足量水，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。该混合气体可能是（ ） A N2 NO2 Br2 B NO2 NO N2 C NO2 O2 NO D N2 O2 Br216.我国“神舟5号”宇宙飞船的运载火箭的推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后的高温气体成分有CO2、H2O、N2、NO等，这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量红烟，产生红烟的原因是（ ）A 高温下N2遇空气生成NO2 B NO遇