高三化学一轮复习讲义 27　第一篇　第二部分　专题4　第19讲　氮与社会可持续发展(基础课)

第19讲氮与社会可持续发展(基础课)1．掌握氮及其重要化合物(氧化物、硝酸、氨及铵盐)的主要性质及应用。2．掌握NH3的实验室制法及其性质探究。3．了解含氮化合物的合理使用。氮及其氧化物硝酸1．氮及其氧化物(1)自然界中氮的存在和氮的固定(2)N2的性质及应用N2是一种无色、无味的气体，密度比空气略小，__________溶于水，熔点、沸点比O2的__________。N2的电子式为__________，结构式为__________。分子结构稳定，化学性质稳定，可用作保护气。①与Mg反应：N2＋3Mg点燃Mg3N2，N2②与H2反应：__________，N2表现__________性。③与O2反应：____________________，N2表现__________性。(3)氮的氧化物①氮有多种价态氧化物，氮元素从＋1价至＋5价都有相应的氧化物，依次为__________，其中属于酸性氧化物的有__________和__________。②NO、NO2的性质比较NONO2颜色__________色__________色毒性____________________溶解性__________于水易溶于水自身转化或与O2、H2O反应__________不与水反应2NO2⥬收集方法____________________对人体、环境的影响NO与血红蛋白结合使人中毒，NO、NO2导致光化学烟雾、形成酸雨及破坏臭氧层①NO不能单独被NaOH溶液吸收；NO2可以被NaOH溶液吸收，其反应为2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O。NO2与NO按物质的量比1∶1混合与NaOH反应可被完全吸收：NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O。②在催化剂、加热条件下，NOx与NH3反应生成N2与H2O，此方法可用于处理汽车尾气中的NOx。2．硝酸的性质纯净的硝酸是无色、__________挥发、有__________气味的液体，与H2O以任意比互溶。(1)不稳定性①反应：4HNO3△或光照2H2O＋4NO2↑＋O②现象：市售浓硝酸呈黄色的原因是__________。③保存：浓硝酸__________。(2)强氧化性①与不活泼金属(Au、Pt、Ti除外)反应(填化学方程式)稀硝酸与铜反应：______________________________________________。浓硝酸与铜反应：__________________________________________________。②常温下，浓硝酸使__________钝化，金属表面形成一层致密的氧化物保护膜，加热时浓硝酸与Fe、Al发生反应。③与非金属反应(填化学方程式)浓硝酸与C的反应：______________________________________________。④与还原性化合物反应硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2+、FeO等还原性物质。稀硝酸与SO2、Fe2+反应的离子方程式分别为__________、__________。①硝酸与金属反应时，HNO3的还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。对于Cu与少量浓硝酸反应时，还原产物有NO2、N2O4、NO。②王水：浓硝酸和浓盐酸按体积比为1∶3混合而成，可溶解Au、Pt等。判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)N2→NH3和NH3→NO两步转化均为氮的固定。 ()(2)NO、NO2均可用排水法收集。 ()(3)NO2与H2O反应生成HNO3，故NO2为酸性氧化物。 ()(4)Zn与浓硝酸反应生成NO2，Zn与稀硝酸反应生成H2。 ()(5)含4molHNO3的浓硝酸与足量Cu充分反应，生成2molNO2。 ()——氮及其重要化合物间的转化与性质探究1．大气中的氮是取之不尽的天然资源，它以N2分子形式稳定存在自然界中，部分N2通过生物固氮和高能固氮的方式从游离态转变为化合态，进入土壤和海洋。通过化学方法也可将N2转变为人类需要的各种含氮化合物，但硝酸的生产、化石燃料的燃烧以及机动车辆尾气的排放，也带来一些不利的影响。下列关于氮及其化合物的转化说法不正确的是()A．豆科植物的根瘤菌能把空气中N2转化为NH3或铵盐B．土壤中的硝酸盐可被细菌分解转化为N2返回大气中C．陆地和海洋中的植物能吸收含氮化合物制造蛋白质D．用NH3生产HNO3的过程中N元素只发生氧化反应2．(2024·莆田模拟)氮的单质和许多化合物在工农业生产和人类生活中发挥着极为重要的作用。下列含氮物质的性质与用途具有对应关系的是()A．N2难溶于水，可用作粮食保护气B．NH3具有还原性，液氨可作制冷剂C．HNO3具有挥发性，可用于制造化肥D．NH4Cl溶液呈酸性，可用于去除铁锈——硝酸与金属反应的有关计算守恒思想突破HNO3与金属反应的计算(1)原子守恒HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO3-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(2)得失电子守恒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单质失电子的物质的量。(3)电荷守恒HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH－)有：c(NO3-)＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(M3．将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸溶液反应，铜完全溶解，产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2L。请回答下列问题：(1)NO的体积为______L，NO2的体积为______L。(2)参加反应的HNO3的物质的量是________。(3)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入VmLamol·L-1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为________mol·L-1。氨和铵盐1．氨的性质(1)氨的物理性质无色、有__________气味的气体，密度比空气的__________，易__________，液氨常作__________剂，极易溶于水(常温常压下，体积比约为1∶700)，可由__________实验证明。(2)氨的化学性质①与水的反应——氨水氨溶于水呈碱性，_____________________________________________________。②氨气与酸的反应蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为产生__________，将浓盐酸改为浓硝酸，也会出现相同的现象。化学方程式分别为__________，__________。但改为浓硫酸时没有白烟。③NH3的还原性——氨的催化氧化化学方程式为________________________________________________。该反应是工业制HNO3的基础。①NH3与酸反应的实质是NH3②氨水与酸的反应为NH3·H2O+2．氨水的组成与性质(1)组成：氨水的粒子成分：H2O、__________，以溶解的NH3总量为溶质进行浓度计算。(2)性质①不稳定性：NH3·H2O△NH3↑＋H2O②碱的通性a．氨水使酚酞试液变红，使紫色石蕊试液变蓝。b．中和反应：与盐酸反应的离子方程式为__________·c．与盐反应：与AlCl3反应的离子方程式为__________·3．铵盐的性质铵盐是农业上常用的化肥，如(NH4)2SO4、NH4HCO3等，均属于离子化合物，绝大多数铵盐易溶于水。(1)不稳定性——受热易分解①NH4Cl受热分解：_______________________________________________。②NH4HCO3受热分解：_____________________________________________。(2)与碱反应：铵盐都可与碱溶液反应生成NH3·H2O(弱碱)，加热生成NH3和H2O。写出铵盐与强碱溶液反应的离子方程式：①稀溶液不加热：_____________________________________________。②浓溶液或稀溶液加热：____________________________________________。(3)“水解”——铵盐溶于水易水解，离子方程式：__________，溶液水解呈__________性。①铵盐受热易分解，但受热分解不一定生成NH3，如NH4NO3分解不一定生成NH3，因为高温分解生成HNO3氧化NH3。②铵盐(NH③铵态氮肥不能与碱性物质(如草木灰等)混合施用。4．氨气的实验室制法(1)NH4Cl与Ca(OH)2共热制NH3①不能用NH4NO3代替NH4Cl，因为NH4NO3受热易爆炸。②Ca(OH)2不能用KOH或NaOH代替，因两者易吸湿，易结块，不利于产生NH3，且高温下腐蚀试管。③不能只用NH4Cl固体加热制取NH3，因为NH4Cl受热分解生成的NH3和HCl遇冷又化合成NH4Cl。(2)浓氨水加热法：NH3·H2O△NH3↑＋H2O(3)浓氨水中加固体碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等)，NH3·H2O＋CaO=NH3↑＋Ca(OH)2。判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)NH3的水溶液导电且呈碱性，故NH3为电解质且属于弱碱。 ()(2)1mol·L-1的氨水中c(NH3)＋c(NH3·H2O)＝1mol·L-1。 (3)NH4Cl呈酸性的理由是NH4+＋H2O=NH3·H2O＋H＋。 (4)向某无色溶液中加入稀NaOH溶液，把湿润的红色石蕊试纸放在试管口，试纸不变蓝，则原溶液中不含NH4+。 (5)(NH4)2SO4受热可以分解生成H2SO4和NH3。 ()(6)NH4Cl受热分解生成NH3，可在实验室直接加热NH4Cl制NH3。 ()——氨与铵盐的性质1．实验室制取NH3并探究其还原性，下列实验装置能达到实验目的的是()A．用装置甲制取NH3B．用装置乙除去NH3中的水蒸气C．用装置丙验证氨气具有还原性D．用装置丁吸收尾气中的NH32．汽车的安全气囊系统与座椅安全带配合使用能为乘员提供有效的防撞保护，当汽车遭受一定碰撞力量以后，安全气囊中的物质会发生剧烈的反应[NaN3＋KNO3→K2O＋Na2O＋N2↑(未配平)]，生成大量气体。下列说法正确的是()A．上述反应中只有离子键和非极性键的断裂和形成B．当反应过程中转移0.25mol电子时，产生8.96L气体C．10mL1mol·L-1的KNO3溶液中含氧原子的数目为0.03×6.02×1023D．若被氧化的N原子的物质的量为6mol，则氧化产物比还原产物多2.8mol——氨气的制备及性质探究3．氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：(1)氨气的制备①氨气的发生装置可以选择上图中的______，反应的化学方程式为_______________________________________________________________________________。②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为发生装置→________(按气流方向，用小写字母表示)。(2)氨气与二氧化氮的反应将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。操作步骤实验现象解释原因打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中①Y管中__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________②反应的化学方程式：__________________________________________________________________________________________________________________将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温Y管中有少量水珠生成的气态水凝聚打开K2③_______________________________________________________________________________④__________________________________________________________________________实验制取NH3时的注意事项(1)干燥NH3不能选用CaCl2作干燥剂，因为CaCl2＋8NH3=CaCl2·8NH3。(2)NH3被水或溶液吸收时常使用以下防倒吸装置：含氮化合物的合理使用1．常见氮肥分类性质特点注意事项铵态氮肥易溶于水、不稳定、与碱反应低温保存，深施盖土，避免受热；不可与碱性物质(如草木灰)混合施用硝态氮肥__________于水，N在潮湿的土壤中流动性大；湿度大时，硝酸根离子经微生物作用可还原成气体逸出，导致硝态氮肥的损失，因此硝态氮肥多用于冷凉的旱地尿素有机氮肥，__________晶体，是目前固态氮肥中含氮量最高的一种氮肥尿素是中性肥料，适用于各种土壤和作物。肥效高、易保存、使用方便，长期使用对土壤的破坏作用小2．合理使用化肥(1)考虑因素：土壤__________、作物营养状况、化肥本身性质。(2)过量施用化肥的危害①长期施用化肥的土壤容易__________、板结。②部分化肥随着雨水流入河流和湖泊，造成水体富营养化，产生水华等污染。3．氮氧化物的无害化处理(1)氮氧化物(NOx)是大气污染物，主要包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)。(2)主要危害①NO2会形成酸雨。②臭氧与空气中的氮氧化物和一些碳氢化合物在紫外线的照射下发生作用后，产生一种有毒的烟雾，人们称它为__________。(3)减少氮氧化物的措施①甲醇、液化气代替汽油。②安装汽车尾气净化器，将NOx转化为中性的、无污染的氮气，尾气中的有害气体NO、CO在净化器中催化剂作用下反应的化学方程式为____________________。③使用以液化天然气或高效燃料电池作为动力的新型环保汽车。1．(2025·江苏常州期中)探索固氮机理，实现温和条件下固定空气中的N2具有重要意义。(1)自然界中的一些微生物能将N2转化为含氮化合物，约占自然固氮的90%。①豆科植物根瘤中的固氮酶能将N2直接转化为化合态的________(填离子符号)作为自身的养分。②固氮酶中的过渡金属原子能与N2形成分子氮配合物，从而活化N2。在分子氮配合物中，N2可作为配位体的原因是__________________________。③1965年，人类合成了第一个分子氮配合物RuNH35N(2)在如图所示装置中，用石墨作电极，含FeSO4的酸性溶液作电解质，N2和O2的混合物作阴极原料气，在常温下电解即可获得HNO3，电解时在阴极区检测到H2O2、·OH、H2N2O2等。①N2转化为HNO3与阴极区产物H2O2有关，电解生成H2O2的电极反应式为________。②若将N2直接通过H2O2溶液，一段时间后，溶液中仅检测到微量的HNO3。研究表明，Fe2+是该固氮过程的催化剂，其反应机理可表述为________(填离子方程式)、N2+10·OH=2H++2NO3-＋4H③N2被·OH氧化为HNO3的过程中经历了中间体H2N2O2。该物质的红外光谱中有NN吸收峰，1H核磁共振谱中仅有一个特征峰，写出H2N2O2两种可能的结构式：_________________________________________________________。④控制电解电压、电解质溶液pH、阴极原料气N2和O2的比例和流速保持不变，增大FeSO4溶液的浓度，反应相同时间测得HNO3的产率先增大后减小，FeSO4溶液浓度过大，HNO3产率下降的原因是____________________________________________________________________________。2．含氮化合物(NOx、NH4+(1)电解食盐水生成活性氯(HClO)是降解溶液中铵态氮(NH将一定浓度NaCl溶液与含铵态氮(NH4+)的溶液混合后进行电解，电解过程中溶液中的活性氯的浓度、铵态氮(NH4+)及总氮的去除率随时间的变化如图1所示，溶液中的pH、电导率随时间的变化如图2所示。曲线2表示________________(填“铵态氮去除率”或“120分钟以后，溶液中电导率下降的主要原因是_______________________________________________________________________________________________。(2)NH3还原技术是当今最有效成熟的去除NOx的技术之一。某钒催化剂在一定条件下形成相邻的氧化