高一化学氮及其化合物

氮及其化合物13.1 单质氮、氨与铵盐一、 氮气N21. 氮气的物理性质氮气是一种无色无味、难溶于水的气体，比较容易液化，形成的液氮可以做制冷剂。2. 氮气的化学性质（1）与H2反应（工业合成氨的重要反应，又称为人工固氮）【注意】合成氨是所有人工合成含氮的化合物的第一步。（2）与O2反应【注意】夏天雷雨天气时会产生一定量的NO，这属于自然固氮，汽车尾气中氮的氧化物就是氮气与氧气在高温条件下产生的。 生成的NO不稳定，很容易被氧化成NO2。（3）与活泼金属反应 3. 氮气的应用氮气是工业上合成氨、制氮肥、制硝酸的原料，氮气可用作焊接金属、充填白炽灯、保存粮食、水果 的保护气，液氮用作制冷剂。二、 氨气NH3 1. 氨气的物理性质NH3是一种有刺激性气味、密度比空气小的无色气体，易液化（可作制冷剂），极易溶于水（溶解体积比1:700）。【注】 收集氨气用向下排空气法，不能用排水法。HCl、NH3等极易溶于水的气体易形成喷泉实验，此外下列较易溶于水的气体及其组合也可形成喷泉：Cl2/CO2/SO2/H2SNaOH；喷泉后所得溶液的浓度为恒值，计算方法：c=1/22.4molL1（气体为标况下气体）。溶解或吸收氨气等溶解度很大的气体时，要用类似以下装置的原理防止倒吸。2. NH3的化学性质（1） 与H2O反应【总结】上面的反应能体现出氨水呈弱碱性的原因。氨水的成分：NH3 、NH3H2O、H2O等三种分子；NH4+、OH、H+等三种离子。（2） 与酸反应与HCl气反应 现象：产生大量白烟。主要应用在检验氨气的存在或者泄露。与H2SO4反应（3） 与O2反应（氨的催化氧化）【注意】人工合成氮氧化合物均是通过这一反应得到的。3. NH3的实验室制法（1） 制备原理（2） 药品：氯化铵固体和熟石灰【注意】不能用NaOH代替Ca(OH)2，是因为NaOH吸水易结块不容易产生氨气，且高温下会腐 蚀玻璃。（3） 仪器装置：固 + 固 气+固（4） 除杂净化：利用碱石灰干燥（碱石灰是NaOH固体和生石灰的混合物）（5） 收集方法：向下排空气法（管口放棉花主要防止对流过快易引入杂质）（6） 氨气的检验湿润的红色石蕊试纸变蓝。蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近气体，会产生大量白烟。（7） 实验室其它制法加热浓氨水或将浓氨水滴入碱石灰中4. NH3的工业制法三、 铵盐1. 铵盐的物理性质大多数铵盐为白色固体，易溶于水。2. 铵盐的化学性质（1）受热分解（2）与碱反应3. NH4+的检验加入浓NaOH溶液并加热，产生有刺激性气味气体，该气体可以使湿润的红色石蕊试纸变蓝，即说明原样品为铵盐或溶液中存在NH4+。例题精讲【例1】 空气污染己成为人类社会面临的重大威胁。下列气体中，不会造成空气污染的是（ ）ANO2 BCl2 CSO2 DN2 【例2】 下列关于N2的说法中不正确的是() A通常情况下N2性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气BN2O22NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一CN2在空气中约占总质量的D在反应：3MgN2Mg3N2中，N2作氧化剂【例3】 加入氢氧化钡溶液共热，有气体放出又有不溶于稀硝酸的白色沉淀生成的是（ ）AKNO3溶液BNH4NO3溶液 C(NH4)2SO4溶液DNa2SO4溶液【例4】 硫酸铵是一种常用的铵态氮肥。下表是硫酸铵化肥品质的主要指标。 项目指标优等品一等品合格品外观白色结晶，无可见机械杂质无可见机械杂质氮(N)含量21.0%21.0%20.5%新华中学化学研究性学习小组为本地农业生产服务，对某农用品商店出售的一等品硫酸铵化肥的品质进行探究。【观察外观】该硫酸铵化肥无可见机械杂质。【实验探究】按下图所示装置进行实验。（1）烧瓶内发生反应的离子方程式为_，烧杯中最适宜盛放的试剂是_(填“浓硫酸”“稀硫酸”或“水”)。（2）实验过程中，需往烧瓶中加入足量浓氢氧化钠溶液并充分加热的原因是_。【交流讨论】（3）甲同学：根据此实验测得的数据，计算硫酸铵化肥的氮含量可能偏高，因为实验装置中存在一个明显缺陷是_。（4）乙同学：实验装置中还存在另一个明显缺陷是_。经过大家充分讨论一致认为：针对甲、乙两位同学指出的实验装置中存在的明显缺陷，需改进实验装置，重新进行实验。 【探究结论】（5）称取13.5 g硫酸铵化肥样品，用改进后的实验装置重新进行实验，测得实验前后B装置增重3.40 g。该化肥_(填“是”或“不是”)一等品。13.2 氮氧化合物与硝酸知识点睛一、 氮的氧化物 氮的氧化物种类较多，有N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等，中学阶段主要学习NO和NO2。1. 一氧化氮NO（1） NO的物理性质NO通常为无色无味的有毒气体，难溶于水，比空气密度略大。（2） NO的化学性质还原性【注意】NO很容易被氧气氧化，在空气中立即变成NO2，所以收集NO一般用排水法。氧化性【注意】汽车尾气中的NO和CO，可以采用催化转化法除去。2. 二氧化氮NO2（1） NO2的物理性质通常NO2为红棕色、有刺激性气味的有毒气体，比空气密度大，溶于水能与水发生反应。（2） NO2的化学性质与水的反应强氧化性NO2自身化合【总结】有关NO、NO2及O2的混合气体溶于水的计算。主要化学反应：；NO2与水反应，气体体积减少2/3，3NO2 + H2O = 2HNO3+ NO； NO与O2按体积比4:3混合后与水反应，气体被足量的水全部吸收，4NO+ 3O2 + 2H2O = 4HNO3NO2与O2按体积比4:1混合后与水反应，气体被足量水全部吸收，4NO2+ O2 + 2H2O = 4HNO3 3. 氮氧化物对环境的危害（1）氮氧化物在空气中主要危害有如下两方面：形成硝酸型酸雨。参与催化生成臭氧，形成光化学烟雾。（2）现在城市中主要的氮氧化物来源是汽车尾气。二、 硝酸HNO3 1. HNO3的物理性质浓硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，密度大于水。2. HNO3的化学性质（1) 酸的通性HNO3 = H+ + NO3-【注意】HNO3能够表现酸性，例如与碳酸盐的反应等。（2) 不稳定性【注意】HNO3见光容易分解，所以要保存在棕色试剂瓶中，并置于避光、阴凉处。（3) 强氧化性与金属反应（浓、稀HNO3均为氧化性酸，与金属反应不生成H2）【注意】高中阶段在书写硝酸作氧化剂的反应时，除非专门注明，否则若用浓硝酸，还原产物统一写为NO2，稀硝酸对应的还原产物则统一写为NO。常温下，Al、Fe在冷的浓HNO3中钝化，若要进一步发生反应，需在加热条件下进行：【注意】上面的反应为酸过量或铁不足时，如果铁过量，则会发生三价铁转化成二价铁的反应。与非金属反应【注意】无论硝酸是浓还是稀均表现强氧化性，而硫酸中稀硫酸则不表现+6价硫的氧化性。主要是因为硝酸氧化性由H+加NO3-共同表现，而浓硫酸的氧化性由H2SO4分子表现的。例题精讲【例5】 将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积缩小为原体积的一半，则原混合气体中氮气和二氧化氮的体积比是( ) A11 B12 C13 D31【例6】 标准状况下，NO2和O2按4:1的体积比混合充满一个大试管，把大试管倒立于水中，水面逐渐上升，最后试管中溶液的物质的量浓度（不考虑试管中溶液扩散）为（ ） A0.8mol/L B0.72mol/L C0.1mol/L D0.036mol/L【例7】 将充有a mL NO和b mL NO2气体的试管倒立于水槽中，然后通入a mL O2，气体体积均在同温同压下测定，且ba，则充分反应后，试管中气体在同温同压下的体积为（ ） A(ba)/3 mL B(ab)/3 mL C(4b1)/13 mL D3/(ba) mL【例8】 已知氮的氧化物跟NaOH溶液发生的化学反应如下：3NO2 + 2NaOH = 2NaNO3 + NO + H2O，NO2 + NO + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O现有m mol NO2和n mol NO组成的混合气体，要用NaOH溶液使其完全吸收无气体剩余，现有浓度为a mol/L的NaOH溶液，则需此NaOH溶液的体积是（ ） Am/a L B2m/3a L C2(m+n)/3a L D(m+n)/a L【例9】 无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、NH3、N2中的几种，将100 mL甲气体经过下图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则气体的组成为（ ） ANH3、NO2、N2 BNH3、NO、CO2 CNH3、NO2、CO2 DNO、CO2、N2【例10】 实验室不需要棕色试剂瓶保存的试剂是（ ） A浓硝酸B硝酸银 C氯水 D浓硫酸【例11】 某同学是位有心人，平时收集了大量学习资料，下列事实是从该同学的学习资料上摘录下来的，你知道这些事实表现了硝酸哪些性质？ （1）浓硝酸敞口放置在空气中，质量会减小： ；（2）久置的浓硝酸呈黄色： ；（3）铝制、铁制的容器常温下可盛放浓硝酸： ；（4）铜片放入硝酸中，溶液会变蓝： ；（5）碳单质放入浓硝酸中加热，产生大量红棕色的气体： 。【例12】 如图是三种稀酸对FeCr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果，下列正确的是（ ） A稀硝酸对FeCr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱B稀硝酸和铁反应的化学方程式是：Fe6HNO3(稀)=Fe(NO3)33NO23H2OCCr含量大于13%时，因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大，所以对FeCr合金的腐蚀性最强D随着Cr含量增加，稀硝酸对FeCr合金的腐蚀性减弱【例13】 下列各组离子在水溶液中可以大量共存的是（ ） A. B. C. D. 【例14】 有四种金属a、b、c、d，它们与浓HNO3反应时只有a不反应；把这四种金属混合加入盐酸，其中b、c溶解，过滤后，在滤液中加入过量的稀NaOH溶液，可得到c离子的沉淀。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序可能是 （ ） b、c、d、a a、b、c、d c、b、d、a d、c、b、aA、只有 B、或 C、或 D、只有【例15】 在100mL某混合溶液中，(HNO3)=0.4 molL-1，(H2SO4)=0.1 molL-1，现向混合液中加入1.92g铜粉，微热，充分反应后溶液中Cu2+的物质的量浓度约为（ ）（假设反应前后溶液的体积保持不变） A0.15 mol/L B0.225 mol/L C0.3 mol/L D0.6 mol/L 【例16】 某金属M的硝酸盐受热时按下列方式发生分解反应：，加热该硝酸盐，完全分解生成和共（标准状况），则的相对原子质量为（ ） A. 23 B. 40 C. 108 D. 201【例17】 将22.4 g铁粉逐渐加入到含HNO3 0.8 mol的稀HNO3中，反应生成气体的物质的量(x)随消耗铁粉的物质的量(y)的