高三化学氮族元素人教版知识精讲

高三化学氮族元素高三化学氮族元素人教版人教版 【同步教育信息同步教育信息】 一. 本周教学内容： 氮族元素 二. 重点、难点： 1. 掌握氮族元素及氮族元素的原子结构特点及性质变化规律。 2. 掌握氮元素的重要化合物 NH3及氧化物硝酸、硝酸盐的重要结构与性质、用途。 3. 了解氮的氧化物对大气的污染 4. 了解磷及磷的化合物的性质 三. 具体内容： （一）氮族元素的结构及性质逆变规律 氮族元素包括 N、P、As、Sb、Bi 五种元素，在周期表中位于第 VA 族。它们的最外 层电子数均为 5 个，它们的原子半径随着核电荷数的增大而逐渐增大。它们在原子结构上 的异同处决定了性质的相似性和递变性。 单质的物理性质递变规律有：从氮到铋、单质的密度逐渐增大；固态氮和红磷、白磷 均属分子晶体，熔沸点逐渐升高；锑和铋的金属性已较显著，熔、沸点的递变规律与碱金 属单质相仿，逐渐降低。砷较特殊，灰砷已呈现一定金属性，但常压下，它在 6130C 时能 升华，加压下测得的熔点是氮族元素的单质中最高的。 氮族元素的相似性和递变性 相似性 递变性 最外层上均为 5 个电子，均能 获得 3 个电子而达到稳定结构。 在最高价氧化物中化合价都是 +5 价，化学式为 R2O5 在气态氢化物中，都显3 价，化 学式为 RH3 最高价氧化物的水化物的化学式为 H3RO4或 HRO3 氮、磷、砷、锑、铋的单质从非金 属过渡到金属。 氮、磷与氧气反应的条件不同 （难化合）NOON2 22 放电 （难化合） 522 254OPOP 点燃 5224 25OPOP 点燃 所以还原性 NP 气态氢化物的稳定性 NH3、PH3、AsH3、SbH3 稳定性逐渐减弱 最高价氧化物的水化物的酸性 HNO3、H3PO4、H3AsO4、H3SbO4 酸性逐渐减弱 说明：说明： 氮族元素原子的价电子数是 5，但主要为+3、+5 价。 氮族元素最高价氧 化物的水化物的通式为 H3RO4，但硝酸为 HNO3比通式少一个水分子。原因是氮原子半径 小。 （二）N2单质的结构性质 1. 结构特点： 电子式：，结构式：。分子中三键键能大，分子稳定，化学性质不 活泼，但要注意，N2一旦吸收能量变为 N 原子则性质较活泼。 2. 物理化学性质： 无色无味气体，难溶于水，与空气密度相近。 在高温或放电时可与某些物质反应，N 表现为既有氧化性，又有还原性。 （1）与 H2的反应： （2）O2的反应 2NO+O2=2NO2 2NO2 N2O4 （无色） （红棕色） （无色） 3NO2+H2O=2HNO3+NO 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 （3）与某些金属的反应： 3Mg+N2Mg3N2（第A 族金属都可发生类似反应） 点燃 （镁在空气中生成微量 Mg3N2，镁跟氮气反应比镁跟氧气反应要难得多。因此 mg Mg 在空气中完全燃烧，所得固体的质量小于 mg，氮化镁为离子化合物，电子式为 Mg MgO Mg2+:N:3Mg2+:N:3Mg2+） （4）固态： N 游离态N 的化合态（生物固氮）转化 （三）氮的氢化物氨 1. 结构： 电子式： 结构式 ，空间呈三角锥形，键角 10718 物理化学性质：无色，有刺激性气味气体，易液化（与 Cl2，CO2相同），极易溶于水 （1:700），形成氨水。 与水反应： NH3+H2ONH3H2ONH4+OH，水溶液呈弱碱性。氨水的成分是： NH3、H2O、NH3H2O（NH3的主要存在形式）、NH4+、OH、H+（极少） 注：注：氨水中含大量 NH3H2O，但表示浓度时用 NH3的多少（mol，g，%） 2. 与酸反应： NH3+HCl=NH4Cl（白烟） 2NH3+H2SO4= 424) (SONH 实质是 NH3+H+=NH4+ 3. 与非金属反应： 4NH3+5O24NO+6H2O+Q 催化剂、 8NH3+3Cl2=6NH4Cl+N2 4. NH3的制法： （1）工业制法： H2的来源： C+H2O（气）CO+H2 高温 （2）实验室制法： 2OHNHCaClOHCaClNH 23224 22)( 注：注：NH3不能用 CaCl2，浓 H2SO4干燥，可用碱石灰干燥，防止 NH3与空气对流，便 于收集纯净的 NH3。 （3）检验，用湿润的红色石蕊试纸，现象是变蓝，或用沾有浓 HCl 的玻璃棒，接近 有白烟。 （四）铵盐： 1. 物理性质：无色晶体，易溶于水 2. 化学性质：受热易分解： NH4HCO3 NH3+CO2+H2O NH4Cl NH3+HCl（在容器上部重新结合生成 NH4Cl） NH4NO3，（NH4）2SO4受热分解产物复杂，NH4NO3不能撞击 3. NH4+的检验 用碱液与铵盐共热，放出氨气，NH4+OH=NH3 +H2O，然后用湿润的红色石蕊试纸， 试纸变蓝，证明有 NH4+ （五）氮的氧化物 包括 N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 1. 一氧化氮 无色有毒，不溶于水的气体，能与血红蛋白结合引起中毒。 2NO+O2=2NO2 NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O（除硝酸厂尾气）不能单独与碱作用生成盐，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） 2. 二氧化氮： （1）物性：红棕色有毒，有刺激性气味的气体 （2）化性：与水反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO （3）转化：2NO2N2O4（由于是无条件转化，只要有 NO2，就有 N2O4） （4）氧化性：NO2是一种强氧化剂，能将 I、SO2、H2S 等氧化 2KI+4NO2=2KNO3+I2+2NO SO2+NO2=NO+SO3 H2S+NO2=S+NO+H2O 制法：Cu 和 HNO3（浓）反应 Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2 +2H2O 只能用向上排空气法收集 工业上： NH3 NONO2（制硝酸） 3. N2O5：白色固体，极不稳定，是硝酸的酸酐，具有酸性氧化物的通性。 N2O5+H2O=2HNO3 （六）硝酸（HNO3） 1. 物理性质： 纯 HNO3为无色液体，易挥发，形成白雾，有刺激性气味。挥发性随浓度增大而增强， 98%以上的为发烟硝酸。浓 HNO3与浓盐酸体积比 1:3 的混合物叫王水，能溶解金和铂。 2. 化学特性 由于 HNO3=H+NO3，所以具有酸的通性，但与金属反应不生成 H2。遇石蕊溶液， 先变红后褪色。 不稳定性 4HNO3=4NO2+ O2+ 2H2O 生成 NO2溶于酸中可使酸呈黄色，所以 HNO3应存放在棕色瓶中。 强氧化性：无论浓、稀 HNO3都有氧化性，浓度越高，氧化性越强。 与金属反应 常温下，浓 HNO3与 Fe、Al 钝化。硝酸与金属的反应复杂，一般硝酸越浓，被还原为 NO2；浓度稀，被还原为 NO；金属越活泼，N 还原的价态越低，可使 HNO3还原为 N2O、N2或 NH3。 3Cu+8HNO3（稀）=+2NO+4H2O 23) (3NOCu Cu+4HNO3（浓）=+2NO+2H2O 23) (NOCu 4Zn+10HNO3（较稀）=4Zn（NO3）2+N2O+5H2O 4Zn+10HNO3（极稀）=4Zn（NO3）2+NH4NO3 +3H2O 与非金属反应 一般浓 HNO3被还原为 NO2，稀 HNO3被还原为 NO，非金属常被氧化为最高价含氧酸 或高价氧化物： C+4HNO3（浓）=CO2+4NO2+2H2O S+6HNO3（浓）=H2SO4+6NO2+2H2O 3P+5HNO3（稀）+2H2O=3H3PO4+5NO 3. 与还原性化合物反应 3FeO+10HNO3=3Fe（NO3）3+NO+5H2O 3Na2S+8HNO3=6NaNO3+3S+4H2O+2NO 4. 与有机物反应 C6H6+HONO2C6H5NO2+H2O 5. 硝酸的制法 （1）工业制法氨氧化反应 阶段氨氧化氧化、吸收 反应原理 4NH3+5O24NO+6H2O 催化剂、 2NO+O2=2NO2 3NO2+H2O=2HNO3+NO 设备氧化炉吸收塔 注意：注意： 循环氧化，相当于 NH3全部氧化为 HNO3 50% HNO3 96%HNO3硝酸镁或浓硫酸 尾气吸收 （2）实验室制法： NaNO3（固）+H2SO4（浓）NaHSO4+HNO3 硝酸盐的性质： 物理性质：多数为无色晶体，极易溶于水 化学性质： 盐的通性。一般在盐溶液中 NO3不具有强氧化性，当溶液中有强酸时，表现强氧化 性。 不稳定性 在高温时，是强氧化剂，受热放出 O2。 分解规律： KNa：生成亚硝酸盐和 O2 MgCu：生成金属氧化物（低价盐变高价氧化物）NO2，O2 HgAg：生成金属单质、NO2、O2 （七）磷、磷酸、磷酸盐 1. 磷 红磷和白磷互为同素异形体。 （1）结构特点：白磷为 4 个 P 原子组成的分子晶体。在空间呈正四面体结构，分子 式 P4，键角 60 （2）物理性质比较 色态溶解性着火点毒性加热保存方法 红磷暗、红色粉 末 不溶于水和 CS2240无416升华密封 白磷白色蜡状不溶于水易溶 CS2 40剧毒水中（少量的） （3）化学性质： 4P+5O22P2O5 点燃 2P+3Cl22PCl3 点燃 PCl3+Cl2=PCl5 2. P2O5 白色固体，具有吸湿性，常做干燥剂。 P2O5+H2O（冷）=2HPO3 偏磷酸、有毒 P2O5+3H2O（热）=2H3PO4 磷酸、无毒 3. 磷酸 物理性质：无色透明晶体，易溶于水，属高沸点酸（制 HBr、HI）。 化学性质： 性质稳定，不易分解，在水溶液中存在。 H3PO4H2PO4+H+ H2PO4H+HPO42 HPO42PO43+H+ 是三元中强酸，无氧化性，可形成三种盐，正盐，一氢盐、二氢盐。除钾、钠、铵盐 外，一般不溶于水；二氢盐多数溶于水，且呈酸性；可溶性的，如 Na3PO4、K2HPO4呈碱 性。 4. 重要的磷酸盐 磷酸钙： 存在于磷矿石中，可制磷肥普钙和重钙，转化为作物易吸收的可溶性 Ca（H2PO4）2。 Ca3（PO4）2+4H3PO4=3Ca（H2PO4）2 重钙（亦称重过磷酸钙） Ca3（PO4）2+2H2SO4=Ca（H2PO4）2+2CaSO4普钙（过磷酸钙） 注意：注意：磷肥不能与石灰、草木灰等碱性肥料混合施用，以免因反应损失肥效。 （1）CO2、NO 混合气体通过 Na2O2的计算：有关反应为： 2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 2NO+O2=2NO2 若 V（CO2）=V（NO），最后得气体为 NO2，且 V(NO2)=V(原 NO)= 2 )(混V 若 V（CO2）V（NO），最后得 NO2、O2混合气体，其中 V(NO2)=V(原 NO)， V（余 O2）=，故 V 总=V（CO2）+V（原 NO）= 2 )()( 2 NOVCOV 2 )(混V 若 V（CO2）V（NO），最后得 NO2，NO（余）的混合气体，V 总=V（原 NO）结 论： 当 V（CO2）V（NO）；反应后气体为原混合气体体积的 1/2 当 V（CO2）As。气态氢化物的还原性：PH3AsH3 D. 最高价含氧酸的酸性：硒酸砷酸锗酸 2. 已知下列事实： HNO3的酸性比 H3PO4强； HNO3显氧化性，H3PO4不显强氧化 性， N2与 H2能直接化合，P 与 H2很难直接化合， NH3比 PH3稳定。其中能说明 N 元素的非金属比 P 元素强的是（ ） A. B. C. D. 3. 在体积为 VL 的密闭容器中通入 amolNO、bmolO2，反应后容器中 N 原子数和 O 原子 数之比为（ ） A. B. C. D. ba a 2b a b a 2)(2ba a 4. 把 xmLCO2通过足量的 Na2O2后再与 ymLNO混合，x 与 y 之和为 30mL。设充分反应 后气体体积缩小为 15ml，则 x:y 为（ ） 1:1 2:1 5:4 7:5 5:7 1:2 A. B. C. D. 5. 氮气与其它单质化合，一般需高温，有时还需高压等条件，但金属锂在常温常压下能 与 N2化合成 Li3N。这是因为（ ） 此反应可能是吸热反应； 此反应可能是放热反应； 此反应可能是 N2分子不 必先分解为原子； 此反应可能是 N2先分解为原子 A. B. C. D. 6. 已知：2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O。现有含 1molCO、1molNH3和 1molNO 的 气体混合物，某实验的工作者通过下列操作，从其中分离出纯而干燥的 CO： 通过浓烧 碱溶液； 通过浓 H2SO4； 通入 0.5molO2。正确的操作次序是（ ） A. B. C. D. 7. 15LNO2气体迅速通过水后，收集到 7L 气体（同温同压），被氧化的 NO2有（ ） A. 4L B. 6L C. 8L D. 12L 8. 根据工业上制 HNO3尾气处理的反应原理：NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O； 2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O。下列气体中不可能被过量的 NaOH 溶液吸收是（ ） A. 1molO2和 4molNO2 B. 1molNO 和 4molNO2 C. 1molO2和 4molNO D. 4molNO 和 1molNO2 9. 常温常压下，密闭容器中充入下列气体压强最大的是（ ） A. 0.3molHCl 和 0.3molNH3 B. 0.2molH2和 0.1molO2 C. 0.2molNO 和 0.2molO2 D. 0.2molH2S 和 0.1molSO2 10. 下列溶液中密度最小的是（ ） A. 12mol/L 盐酸 B. 98%的硫酸 C. 12mol/L 氨水 D. 6mol/L 氨水 11. 鉴别 Cl2、H2S、NH3、HBr 四瓶气体，可供选用的湿润试纸有： 醋酸铅试纸； 淀粉碘化钾试纸； 酚酞试纸（特制）； 蓝色石蕊试纸； 红色石蕊试纸。假设每种 试纸只能用一次并鉴别出一种气体，选择试纸的正确次序是（ ） A. B. C. D. 12. 0.5molNH4NO3在一定条件下可分解成 HNO3和 16.2gH2O 以及另外一种气态物质，该 气态物质可能是（ ） A. NO B. N2O C. N2O3 D. N2 13. 下列各组物质受热分解时，不一定产生 NH3的是（ ） A. NH4NO3 B. NH4HCO3 C. （NH4）3PO4 D. NH4Cl 14. 为除去镀在铝表面的铜镀层可选用的试剂是（ ） A. 稀 HNO3 B. 浓 HNO3 C. 浓 H2SO4 D. 浓盐酸 15. 1.92gCu 和一定量的浓 HNO3反应，随着铜的不断减少，反应生成的气体颜色也逐渐 变浅；当铜全部反应时，共收集到标况下的气体 1.12L，则反应中消耗的 HNO3的物质的量 是（ ） A. 0.12mol B. 0.1mol C. 0.11mol D. 0.2mol 二. 选择题（每题有 12 个正确选项，共 24 分） 16. 某金属单质跟一定浓度的 HNO3反应，假定只产生单一的还原产物，当参加反应的 单质与被还原的 HNO3的物质的量之比为 2:1 时，还原产物是（ ） A. NO2 B. NO C. N2O D. N2 17. 下列试剂 浓氨水； 氯水； 液溴； 浓硝酸； 浓盐酸； 溴化银，其 中必须用棕色试剂瓶装的有（ ） A. 全部 B. C. D. 18. 下列各组离子能大量共存的是（ ） A. I、H+、NO3、K+ B. SO42、H+、Fe2+、Cl C. ClO、I、Na+、K+ D. Fe2+、NO3、Cl、Na+ 19. 已知：3NO2+2NaOH=2NaNO3+NO+H2O，NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O。在盛 amolNO 和 bmolNO2及 cmolO2的密闭容器中，加入 VL 某浓度的烧碱溶液后，密闭容器中 压强几乎为 0，则 NaOH 的物质的量浓度为（mol/L）（ ） A. B. C. D. V cba V ba)(2 V cba 2 V ba 20. 市面上销售的金首饰是否属于纯金，可取样品与某试剂进行反应，根据现象即可判 断，该试剂是（ ） A. 盐酸 B. 硝酸 C. 王水 D. 硫酸 21. 下列离子方程式中错误的是（ ） A. 硫酸氢钠与氢氧化钡溶液以物质的量之比 1:1 反应； H+SO42+Ba2+OH=BaSO4+H2O B. 稀 NH4Cl 溶液中加入稀 NaOH 溶液：NH4+OH=NH3+H2O C. FeBr2溶液中通入足量 Cl2： 2Fe2+2Br+2Cl2=2Fe3+Br2+4Cl D. NaHCO3溶液和稀盐酸加热反应：HCO3+H+CO2+H2O 22. 将 NH4HCO3在试管中加热，使放出的气体依次通过盛有足量 Na2O2、CaO 的容器， 最后得到的气体是（ ） A. H2O B. CO2 C. O2 D. NH3 23. 下列说法正确的是（ ） A. 凡是铵盐均能与苛性钠共热产生 NH3 B. NH4HCO3受热分解产生的气体经碱石灰干燥后可得纯净的 NH3 C. NH3溶于水后，水溶液中存在大量的 NH4+ D. NH3可在空气中燃烧生成 NO 24. As2S3和 As2O3性质相似、均具有还原性；Na2O2和 Na2S2性质相似，均具有氧化性， 当 As2S3与 Na2S2相互反应时，生成的盐可能是（ ） A. NaAsS3 B. Na2AsS4 C. Na3AsS3 D. Na3AsS4 25. 往浅绿色的溶液中逐滴加入稀盐酸时，溶液的颜色变化应该是（ ） 23) (NOFe A. 变浅 B. 加深 C. 没有变化 D. 变棕黄色 26. 有关 3BrF3+5H2O=HBrO3+Br2+9HF+O2反应的叙述正确的是（ ） A. 还原剂与氧化剂的物质的量之比为 5:3 B. HBrO3和 HF 是还原产物 C. 生成 1molO2时转移了 6mole- D. BrF3既是氧化剂，又是还原剂 27. 将 7g 含 Mg、Zn、Fe三种金属的混合物与 50ml 稀 H2SO4恰好都完全反应，产生的 H2在标准状况下为 5.6L，则此三种金属的物质的量之和为（mol）（ ） A. 0.1 B. 0.125 C. 0.25 D. 0.5 三.（本大题共 4 小题，共 19 分） 28.（4 分）配平下列方程式 （1） P4O+ Cl2 POCl3+ P2Cl6 （2） Mn2+ S2O82-+ H2O SO42-+ MnO4+ 29.（4 分）（1）将木炭屑与浓 HNO3共热产生的气体等分为两份。 份先导入蒸 馏水再导入石灰水中； 份直接导入石灰水。则份中石灰水 份中 石灰水 。 （2）氙（Xe）有一种化合物 XeO3，但极不稳定，易转化为单质氙而呈强氧化性。将 适量 XeO3投入 60ml 0.1mol/L 的 Mn2+的水溶液中刚好完全反应，放出的唯一气体氙单质在 标准状况下体积为 112ml。则反应后的溶液中，Mn 元素的化合价为 。反应后溶液的颜色为 。 30.（5 分）有 A、B、C 三种气体，A 无色，在一定条件下能与氧气反应生成 B，B 不溶 于水，但可与氧气反应生成 C。A、C 两种气都溶于水，所形成的溶液酸、碱性恰好相反， 则： A 是 ，B 是 ，C 是 。 写出下列反应的方程式：AB 。 气体 C 溶于水后得到的溶液与 A 反应 。 31.（6 分）一无色气体，可能由 CO2、HCl、NH3、NO2、NO、H2中的一种或几种所组 成。将此无色气体通过盛有浓 H2SO4的洗气瓶，发现气体减少一部分体积。继续通过装有 固体 Na2O2的干燥管，发现从干燥管出气管端出来的气体，颜色显红棕色，再将该气体通 入盛满水倒立于槽的试管内，最后试管里仍然为一装满试管液体。由此我们认为： 原气 体一定含有 ，一定不会有 ； 由最终结果可知原气体中一 定含有的几种气体体积之比为： 。 四.（本大题共 2 小题，共 14 分） 32.（4 分）在标准状况下，用以下气体做喷泉实验，请根据情况，填写烧瓶中溶液的物 质的量浓度（假设溶质不能扩散出去） （1）用 HCl 气体，喷泉结束后，水充满烧瓶，则溶液的物质的量浓度为 。 （2）用 NH3气体，喷泉结束后，水充至烧瓶容积的 2/3 处，则溶液的物质的量浓度为 。 （3）用 NO2气体，喷泉结束后，水充至烧瓶容积的 2/3 处，则溶液的物质的量浓度为 。 （4）用 NO2和 O2；按 4:1 体积之比的混合气体，喷泉结束后，水充满烧瓶，则溶液 的物质的量浓度为 。 33.（10 分）利用如图的装置收集几下 8 种气体： H2； Cl2； CH4； HCl；NH3； NO； H2S； SO2。 （1）若烧瓶是干燥的，则由 B 口进气可收集的气体有 。若把装置由 A 口进气收集的有 。 （2）若在烧瓶内充满水，可收集的气体有 ，气体应由 口 进入。 （3）若烧瓶中装入适量的浓 H2SO4，可以用它来干燥的气体有 ，气体 应从 口进入。 五.（本题共两小题，共 13 分） 34.（6 分）在密闭容器中，放