高考化学课时基础知识点复习教学案23 专题十九 氮及其化合物 考点一 氮及氧化物和硝酸

专题十九氮及其化合物考纲展示命题探究eq\a\vs4\al(考点一氮及氧化物和硝酸)1氮气及其氧化物(1)氮的原子结构氮元素位于元素周期表中第二周期第ⅤA族，原子结构示意图为，最外层有5个电子，在化学反应中能获得3个电子而表现出－3价。(2)氮元素在自然界中的存在及氮的固定(3)氮气的性质学霸巧学卡(1)N2约占空气总体积的78%、总质量的75%。(2)N2中氮元素处于中间价态，既可表现还原性，又可表现氧化性。(3)N2可作保护气，是因为在通常情况下N2的化学性质很稳定，不与O2、酸、碱等发生反应；性质稳定是由氮气分子内氮氮三键的键能大决定的。(4)物质Mg3N2遇水可发生反应：Mg3N2＋6H2O=3Mg(OH)2↓＋2NH3↑。(4)氮的氧化物①氮的氧化物有：N2O(笑气，有麻醉作用)；N2O5(硝酸酸酐)；N2O3(亚硝酸酸酐)；NO、NO2(主要的大气污染物)；N2O4。②NO、NO2性质的比较(见下表)学霸巧学卡(1)氮的氧化物都是有毒气体，都是大气污染物。(2)空气中的NO2等是造成光化学烟雾的主要因素。(3)空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂废气等。(4)NO2虽然与水反应生成HNO3，但不是硝酸的酸酐。NO2既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。如NO2能使湿润的淀粉－碘化钾试纸变蓝：2NO2＋2KI=2KNO2＋I2。(5)验证某无色气体是NO的方法是向无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。(6)NO2气体存在平衡：2NO2N2O4，故没有纯净的NO2或N2O4气体。(7)实验室制NO只能用排水法收集，制NO2只能用排空气法收集。2硝酸(1)物理性质①纯硝酸为无色、有刺激性气味的液体。②硝酸沸点较低，易挥发，在空气中遇水蒸气形成白雾。③质量分数在69%以上的硝酸称为浓硝酸。(2)化学性质化学性质酸的通性①使紫色石蕊溶液变红；②与金属单质反应，不产生H2；③与金属氧化物反应；④与碱反应；⑤与某些盐反应不稳定性4HNO3eq\o(=,\s\up17(△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O(保存在棕色瓶中，放置在阴凉处)强氧化性铝、铁在冷的浓硝酸中发生钝化，因此常温下铝、铁制品可以盛放冷的浓硝酸与金属反应不产生H2：Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O与非金属反应：C＋4HNO3(浓)eq\o(=,\s\up17(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O与还原性化合物反应：3Fe2＋＋4H＋＋NOeq\o\al(－,3)=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O(3)硝酸的制法与用途制法实验室制法NaNO3＋H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up17(△))NaHSO4＋HNO3↑工业制法4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up17(催化剂),\s\do15(△))4NO＋6H2O2NO＋O2=2NO23NO2＋H2O=2HNO3＋NO↑用途用于制炸药、染料、塑料、硝酸盐等学霸巧学卡(1)质量分数达98%以上的浓硝酸称为“发烟硝酸”，“烟”实为雾(硝酸小液滴)，体现了HNO3的挥发性。(2)浓硝酸能使紫色石蕊溶液变红，加热褪色。在这一反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性，可将红色物质氧化成无色物质。(3)王水：浓HNO3和浓盐酸按体积比为1∶3混合即为王水，它的氧化性更强，能溶解Pt、Au等金属。3氮族元素包括氮(7N)、磷(15P)、砷(33As)、锑(51Sb)、铋(83Bi)五种元素。氮族元素位于元素周期表中第ⅤA族，其代表元素为氮和磷。相似性递变性氮族元素的结构最外层电子数都是5原子半径随N、P、As、Sb、Bi顺序逐渐增大，原子核对外层电子吸引力减弱，非金属性减弱，金属性增强氮族元素的性质最高价氧化物的通式为R2O5；最高价氧化物对应水化物的通式为HRO3或H3RO4；气态氢化物的通式为RH3；最高化合价为＋5价，最低化合价为－3价单质从非金属过渡到金属，非金属性：N>P>As，金属性：Sb<Bi；最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱：HNO3>H3PO4>H3AsO4>H3SbO4；与氢气反应越来越困难；气态氢化物稳定性逐渐减弱：NH3>PH3>AsH3学霸巧学卡(1)主要化合价：氮有－3、＋1、＋2、＋3、＋4、＋5价；磷和砷有－3、＋3、＋5价；锑、铋有＋3、＋5价。(2)在氮族元素的单质中，氮、磷具有较明显的非金属性；砷虽然是非金属，但有一些金属性；锑、铋为金属。1.思维辨析(1)常温下，N2既能与O2反应又能与H2反应。()(2)NO2溶于水时生成HNO3，故NO2是硝酸的酸酐。()(3)CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在。()(4)NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象。()(5)硝酸与活泼金属Mg、Al等反应产生H2，而与Cu反应产生NO或者NO2。()(6)将浓硝酸滴在干燥的蓝色石蕊试纸上，现象是先变红后褪色。()(7)硝酸可与Na2S反应制得H2S气体。()(8)常温下，可用铁制或铝制容器盛放浓HNO3，说明Fe、Al与浓HNO3不反应。()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√(7)×(8)×2．下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是()①N2→NO2②NO2→NO③NO2→HNO3④N2→NO⑤N2→NH3A．① B．②⑤C．④ D．③④答案C解析该题有两个要求：(1)必须加入氧化剂；(2)一步反应就能完成。反应①、③、④从化合价角度来看都升高，但反应①N2→NO2不能一步反应完成；而反应③NO2→HNO3，虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能实现，如3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应④N2→NO必须加入氧化剂且一步反应就能完成。[考法综述]本考点主要考查氮气的结构与性质、氮氧化物的制取和性质、氮氧化物对环境的影响、氮氧化物之间的转化以及以氮气、氮氧化物为载体，考查化学反应原理、化学实验、化学计算等。命题法1氮氧化物对环境的污染与防治典例1NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。(1)NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式：________________________________________________________。(2)在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NOx的排放，当尾气中空气不足时，NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式：__________________。[解析](2)根据题目信息可知NO被CO还原为N2，而CO被氧化成CO2，化学方程式为2NO＋2COeq\o(=,\s\up17(催化剂))N2＋2CO2。[答案](1)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO(2)2NO＋2COeq\o(=,\s\up17(催化剂))N2＋2CO2【解题法】NOx尾气的处理方法(1)碱液吸收法2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2ONO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2ONO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。(2)催化转化法在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。命题法2氮的氧化物溶于水的计算典例2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①NO和NO2，②NO2和O2，③NH3和N2。将3支试管均倒置于盛水的水槽中，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．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2[解析]设各种气体的体积都为1体积。①根据3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，即剩余NO体积V1＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋\f(1,3)))体积。②根据4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，即剩余O2体积V2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(1,4)))体积。③剩余N2体积V3＝1体积。即B项符合题意。[答案]B【解题法】氮氧化物溶于水计算的原理及方法一、原理解答氮氧化物溶于水的计算问题首先明确原理，无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O=2HNO3＋NO,2NO＋O2=2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。二、方法氮的氧化物与O2、H2O反应的计算，常见的有三种方法1．加合式法(1)NO2和O2混合气体溶于水的计算由4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3可知：V(NO2)∶V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(<4∶1O2过量，剩余气体为O2,＝4∶1恰好完全反应,>4∶1NO2过量，剩余气体为NO))(2)NO与O2同时通入水中2NO＋O2=2NO2、3NO2＋H2O=2HNO3＋NO总的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3可知：V(NO)∶V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(<4∶3剩余O2,＝4∶3恰好完全反应,>4∶3剩余NO))(3)NO2、NO、O2三种混合气体通入水中：①可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。②也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3情况处理。2．原子守恒法4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，都与N2O5＋H2O=2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。n(N)∶n(O)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(<2∶5剩余O2,＝2∶5恰好完全反应,>2∶5剩余NO))3．电子守恒法NO与O2的混合气体通入水中发生反应：2NO＋O2=2NO2、3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，在这当中，存在着NO向NO2转化、NO2向HNO3转化的同时又生成NO的循环反应。但总体来讲，NO→HNO3，N的化合价升高是由于被O2氧化，因此可写出在氧化还原反应中得失电子数必然相等。命题法3硝酸与金属反应的规律和计算方法典例3将9g铜和铁的混合物投入100mL稀硝酸中，充分反应后得到标准状况下1.12LNO，剩余4.8g金属；继续加入100mL等浓度的稀硝酸，金属完全溶解，又得到标准状况下1.12LNO。若向反应后的溶液中加入KSCN溶液，溶液不变红，则下列说法正确的是()A．原混合物中铜和铁各0.075molB．稀硝酸的物质的量浓度为0.5mol·L－1C．第一次剩余4.8g金属为铜和铁D．再加入上述100mL稀硝酸，又得到标准状况下1.12LNO[解析]第一次加稀硝酸时金属有剩余，溶解的4.2g金属均被氧化为＋2价，溶解的金属的物质的量为eq\f(1.12L,22.4L·mol－1)×3×eq\f(1,2)＝0.075mol，金属的摩尔质量为eq\f(4.2g,0.075mol)＝56g·mol－1，因此为铁；第二次加稀硝酸后金属完全溶解，由题意可知Fe2＋未被氧化，溶解的4.8g金属被氧化为＋2价，同理可知溶解的金属的摩尔质量为64g·mol－1，是铜，铜的物质的量为0.075mol，所以A项正确，C项错误；第一次加硝酸，生成的硝酸亚铁的物质的量为0.075mol，其中氮的物质的量为0.15mol，由氮原子个数守恒知，硝酸的物质的量为0.15mol＋0.05mol＝0.2mol，因此硝酸的物质的量浓度为2mol·L－1，所以B项错误；若金属完全溶解后再加100mL稀硝酸，反应为3Fe2＋＋4H＋＋NOeq\o\al(－,3)=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O，HNO3足量，0.075molFe2＋生成0.025molNO，标况下体积为0.56L，所以D项错误。[答案]A【解题法】反应规律及计算方法总结(1)思维模型(2)反应规律①金属与硝酸反应一般不生成H2。浓硝酸中，HNO3一般被还原为NO2；稀硝酸中，HNO3一般被还原为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，若铜过量，开始时还原产物为NO2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，还原产物为NO，最终得到NO2和NO的混合气体。(3)计算中守恒思想的应用①原子守恒法HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NOeq\o\al(－,3)的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂，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得失电子守恒法HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，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电荷守恒法HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH－)则有：c(NOeq\o\al(－,3))＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。④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NOeq\o\al(－,3)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NOeq\o\al(－,3)进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。命题法4磷及其化合物典例4次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性。回答下列问题：(1)H3PO2是一元中强酸，写出其电离方程式___________。(2)H3PO2及NaH2PO2均可将溶液中的Ag＋还原为银，从而可用于化学镀银。①H3PO2中，P元素的化合价为________。②利用H3PO2进行化学镀银反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶1，则氧化产物为__________________(填化学式)。③NaH2PO2为________(填“正盐”或“酸式盐”)，其溶液显________(填“弱酸性”“中性”或“弱碱性”)。(3)H3PO2的工业制法是：将白磷(P4)与Ba(OH)2溶液反应生成PH3气体和Ba(H2PO2)2，后者再与H2SO4反应。写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式____________________。[解析](1)H3PO2为一元中强酸，则其电离方程式为H3PO2H＋＋H2POeq\o\al(－,2)。(2)①在化合物中，各元素正、负化合价的代数和为零，故H3PO2中P元素化合价为＋1价。②设氧化产物中P元素的化合价为＋x价，依题意并根据得失电子守恒有4×[(＋1)－0]＝1×[＋x－(＋1)]，解得x＝5，故氧化产物为H3PO4。③因H3PO2为一元酸，故NaH2PO2为正盐；H3PO2为中强酸，故NaH2PO2溶液呈弱碱性。(3)根据得失电子守恒及原子守恒，可写出P4与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式：2P4＋3Ba(OH)2＋6H2O=3Ba(H2PO2)2＋2PH3↑。[答案](1)H3PO2H2POeq\o\al(－,2)＋H＋(2)①＋1②H3PO4③正盐弱碱性(3)2P4＋3Ba(OH)2＋6H2O=3Ba(H2PO2)2＋2PH3↑【解题法】解答信息题的几点注意教材中没有介绍磷单质及磷的化合物，也没有介绍其他氮族元素的单质及其化合物，所以考查磷单质及磷的化合物(或其他氮族元素的单质及其化合物)的试题一般是信息题，以信息作载体，主要考查化学反应原理、化学实验和化学计算。即主要考查学生学习化学的能力。因此对于本题型值得注意的有以下几个方面：(1)平时学习时，要注意加强化学学习能力的培养。(2)学习元素及其化合物知识时，要注意发挥元素周期律和元素周期表的指导作用。(3)学习过程中，适当拓展知识面。(4)认识磷元素的三种含氧酸，分别是次磷酸(H3PO2)、亚磷酸(H3PO3)、磷酸(H3PO4)。在次磷酸分子中，磷原子连两个氢原子、一个羟基、一个双键氧原子，羟基上的氢原子才能电离，故次磷酸是一元酸；在亚磷酸分子中，磷原子连一个氢原子、两个羟基、一个双键氧原子，故亚磷酸是二元酸；在磷酸分子中，磷原子连三个羟基、一个双键氧原子，故磷酸是三元酸。1．下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是()A．氮元素均被氧化B．工业合成氨属于人工固氮C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化D．碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环答案A解析在雷电作用下N2与O2反应生成NO，氮元素被氧化，工业合成氨属于人工固氮，合成氨过程中氮元素被还原，A项错误，B项正确；由图可看出含氮无机物和含氮有机物可以相互转化，C项正确；合成蛋白质的过程中就有碳、氢、氧元素的参与，D项正确。2．在一定条件下，将充满NO2和O2的试管倒立于水槽中，充分反应后，剩余气体体积为原混合气体的eq\f(1,8)，原混合气体中NO2和O2的体积比是()①8∶1②7∶3③7∶1④4∶1A．①② B．②③C．③④ D．①④答案B解析设原NO2和O2混合气体为8体积，后来剩余气体1体积。若剩余1体积