【精选】高考化学专题精讲:氮及其化合物【含例题】.DOC
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1、精选高考化学复习资料第4讲氮及其化合物考纲要求1.了解NO、NO2的性质。2.掌握硝酸的性质和用途,结合金属与HNO3的反应,掌握守恒法的计算技巧。3.了解氮的氧化物及含磷洗涤剂对环境及人类健康的影响。4.了解氨气、铵盐的性质及用途;掌握氨气的实验室制法。5.掌握铵根离子的检验。考点一氮气及其氧化物1.氮气2.氮的氧化物氮有多种价态的氧化物:N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。完成NO和NO2的比较表:NONO2物理性质颜色无色红棕色毒性有毒有毒溶解性不溶能溶化学性质与O2反应2NOO2=2NO2与H2O反应3NO2H2O=2HNO3NO与人体、环境的关系与血红蛋白结合使人中
2、毒转化成NO2形成酸雨、光化学烟雾形成酸雨、光化学烟雾特别提醒(1)氮的氧化物都是大气污染物。(2)空气中NO2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、硝酸工厂等。(4)NO2:既有氧化性又有还原性,以氧化性为主。NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。深度思考1.根据氮在元素周期表中的位置可知氮元素是一种活泼的非金属,为什么氮气很稳定?答案氮气的性质不仅与原子结构有关,还与氮分子的构成有关;氮气分子中的NN键,键能很大,分子结构稳定,故氮气很稳定。2.俗话说“雷雨发庄稼”,这说明雷雨中含有能被植物吸收利用的化合态的氮,请同学们写出三个有关的化学方程式
3、:(1)_;(2)_;(3)_。答案(1)N2O22NO(2)2NOO2=2NO2(3)3NO2H2O=2HNO3NO3.如何鉴别NO2与溴蒸气?答案由于NO2和Br2在性质上有不少相似性:均具有氧化性;溶于水均有酸生成;均可与碱反应;均为红棕色等。所以不能用淀粉KI试纸、pH试纸、NaOH溶液来鉴别,但二者性质又有差别,可以用下列方法鉴别:AgNO3溶液;CCl4溶液;用水洗法。题组一NO、NO2的性质及对环境的影响1.汽车排放的尾气中含有NO2,NO2是城市大气污染的主要污染物之一,在日光照射下,NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应,从而不断产生O3,加重空气污染。反应过程为2NO22NO
4、2O,2NOO22NO2,OO2O3。下列对该反应过程及生成物叙述正确的是()A.NO2起催化剂作用B.NO起催化剂作用C.NO2只起氧化剂作用D.O3与O2为同分异构体答案A解析反应过程得O22O,OO2O3,NO2起催化剂作用,反应过程中NO2作氧化剂,A项正确,B、C项错误;O3与O2的相对分子质量不相同,不是同分异构体,属同素异形体,D项错误。2.氮的氧化物(用NOx表示)是大气污染物,必须进行处理。(1)汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质,这种尾气逐渐成为城市空气污染的 主要来源之一。汽车尾气中的CO来自于_,NO来自于_。汽车尾气对环境的危害主要有_(至少填两种)。
5、汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理,使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。反应的化学方程式可表示为_。(2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知:4NH36NO5N26H2O,8NH36NO27N212H2O。同温同压下,3.5 L NH3恰好将3.0 L NO和NO2的混合气体完全转化为N2,则原混合气体中NO和NO2的体积之比是_。(3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理,若NO与NO2按物质的量之比11被足量NaOH溶液完全吸收后得到一种钠盐,该钠盐的化学式是_。答案(1)汽油的不完全燃烧N2与O2在汽车汽缸内的高温环境下的反应形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾
6、、产生温室效应(任填两种即可)2xCO2NOx2xCO2N2(2)13(3)NaNO2解析(1)汽车汽缸内不断进行着汽油的燃烧反应,当空气不足时,汽油不完全燃烧,会产生CO;当空气过量时,N2和O2在放电或高温条件下反应生成NO。汽车尾气对环境的危害很大,可以形成硝酸型酸雨,导致光化学烟雾,产生温室效应。CO、NOx反应后生成的无毒气体为CO2和N2。(2)V(NO)V(NO2)3.0 L V(NO)V(NO2)3.5 L则V(NO)0.75 LV(NO2)2.25 LV(NO)V(NO2)13。(3)NO中氮的化合价为2价,NO2中氮的化合物为4价,二者11混合时与NaOH反应生成盐的化合价
7、必然为3,即为NaNO2。氮氧化物对环境的影响1.常见的污染类型(1)光化学烟雾:NOx在紫外线作用下,与碳氢化合物发生一系列光化学反应,产生的一种有毒的烟雾。 (2)酸雨:NOx排入大气中后,与水反应生成HNO3和HNO2,随雨雪降到地面。(3)破坏臭氧层:NO2可使平流层中的臭氧减少,导致地面紫外线辐射量增加。2.常见的NOx尾气处理方法(1)碱液吸收法2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONO2NO2NaOH=2NaNO2H2ONO2、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:在催化剂、加热条件下,氨可
8、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。题组二有关氮的氧化物计算类试题3.如图所示,试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物),当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内水面上升,但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,可以观察到试管中水柱继续上升,经过多次重复后,试管内完全被水充满,原来试管中盛装的气体是()A.可能是N2与NO2的混合气体B.只能是O2与NO2的混合气体C.可能是NO与NO2的混合气体D.只能是NO2一种气体答案C解析解答本题要注意以下两点:(1)明确氮气不溶于水,且常温下不与其他物质发生化学反应;(2)NO
9、2可与水反应生成不溶于水的NO,NO2和NO分别与氧气按适当的比例可被水完全吸收。4.将容积为50 mL的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体,将量筒倒置在盛满水的水槽里,一段时间后,量筒里剩余气体体积为5 mL。则原混合气体中NO2和O2体积比可能是_或_。答案187437解析NO或NO2与O2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。2NOO2=2NO23NO2H2O=2HNO3NO由2得4NO2O22H2O=4HNO3由324NO3O22H2O=4HNO3、两式就是平时计算经常用到的关系式。设剩余的5 mL气体为O2,则参加反应的NO2和O2的总体积为50 mL5 mL45 m
10、L则原混合气体里,NO2的体积为45 mL4/536 mLO2的体积为50 mL36 mL14 mL即NO2与O2的体积比为3614187。设剩余的5 mL气体为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 mL15 mL35 mL则原混合气体里,O2的体积为35 mL1/57 mL,NO2的体积为50 mL7 mL43 mL即NO2与O2的体积比为437。NOx和O2混合型计算题的规律总结1.关系式法(1)NO和O2混合气体通入水中由2NOO2=2NO2和3NO2H2O=2HNO3NO得总反应为4NO3O22H2O=4HNO3(2)NO2和O2混合气体通入
11、水中由3NO2H2O=2HNO3NO和2NOO2=2NO2得总反应为4NO2O22H2O=4HNO3(3)NO、NO2和O2三种混合气体通入水中先按3NO2H2O=2HNO3NO计算出生成的NO体积,再加上原来混合气体中NO体积,再按(1)计算。2.电子守恒法当NOx转化为硝酸时要失去电子,如果是NOx与O2混合,则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。考点二硝酸的性质及应用1.物理性质硝酸是无色易挥发的液体,有刺激性气味。2.化学性质(1)不稳定性反应:4HNO32H2O4NO2O2。(2)强氧化性硝酸无论浓、稀都有强氧化性,而且浓度越大氧化性越强。按要求完成下列反应的方程式:与金
12、属反应: 稀硝酸与铜反应:3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O;浓硝酸与铜反应:Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O。与非金属反应: 浓硝酸与C的反应:C4HNO3(浓)CO24NO22H2O;与还原性化合物反应:硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2等还原性物质。稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式:3Fe24HNO=3Fe3NO2H2O。(3)与有机物反应硝化反应(与C6H6反应):C6H6HNO3C6H5NO2H2O;颜色反应:蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。深度思考1.久置的硝酸呈黄色,如何除去?怎样保存硝酸?答案硝酸显黄色是由于硝酸见光
13、或受热发生分解,生成的NO2溶于浓硝酸所致,所以消除的方法是通入O2(或空气),使其发生反应4NO2O22H2O=4HNO3。保存时应保存在棕色试剂瓶中,并置于阴凉处。2.常温下,铝和铁在浓硝酸中“钝化”是化学变化吗?答案是化学变化,钝化是在铁、铝的表面形成一层致密的氧化物保护膜,阻止了金属与硝酸的进一步反应。题组一硝酸的酸性和强氧化性1.下列有关硝酸化学性质的叙述中,正确的是()A.浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色B.硝酸能与FeO反应,只表现氧化性C.硝酸可与Na2S反应制得H2S气体D.浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色答案D解析硝酸是一种具有强氧化性的强酸,并且浓度越
14、大,氧化性越强。浓硝酸可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色,故选项A错;硝酸是一种强氧化性酸,可氧化许多还原性物质,因此硝酸与Na2S反应不能生成H2S,与FeO反应时表现氧化性和酸性,所以选项B、C错,选项D正确。2.下列说法正确的是()A.投入铁片产生H2的溶液中可大量存在H、Mg2、SO、NOB.可用稀硝酸除去试管内壁上的银镜C.1.0 molL1的KNO3溶液中可大量存在H、Fe2、Cl、SOD.硫化铜溶于硝酸的离子方程式为CuS2H=H2SCu2答案B解析硝酸具有强氧化性,因而含有NO的酸性溶液不能与铁反应产生H2,A项错;硝酸可溶解银,B项正确;Fe2在稀HNO3中不能大量存在,C项错;硝
15、酸与CuS不能发生复分解反应,而是氧化还原反应,D项错。1.硝酸与金属反应的规律(1)HNO3与金属一般不能产生H2。(2)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。(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。2.涉及HNO3的离子反应常见的易错问题(1)忽视NO在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下NO不能与Fe2、I、SO、S2等还原性较强的离子大量共存。(2)在书写离子方程式时,忽视HNO3的强氧化性,将氧化还原反应简单的写成复分解反应。题组二硝酸与金属反应的计算3.在标准状况下将1.92 g铜粉投入一定量浓HNO3中,
16、随着铜粉的溶解,反应生成的气体颜色逐渐变浅,当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12 L,则反应消耗HNO3的物质的量为 ()A.0.8 molB.0.6 molC.0.11 molD.无法计算答案C解析原子守恒法被还原的硝酸物质的量即为气体NO2与NO物质的量的总和,n(HNO3)被还原0.05 mol,未被还原的HNO3的物质的量等于Cu(NO3)2中NO的物质的量,n(Cu)0.03 mol,所以nCu(NO3)20.03 mol,消耗的HNO3的物质的量为0.03 mol20.05 mol0.11 mol,故C项正确。4.铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2
17、、N2O4、NO的混合气体,这些气体与5.6 L O2(标准状况)混合后通入水中,所有气体完全被水吸收生成硝酸。则消耗铜的质量为()A.16 gB.32 gC.64 gD.无法计算答案B解析该题氮元素变化为硝酸氮的氧化物硝酸,所以题目中的反应可以看成是铜与氧气的反应,其中硝酸为“催化剂”,所以铜的物质的量为20.5 mol,即32 g。5.有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸,其中H2SO4和HNO3的物质的量浓度分别是4 molL1和2 molL1,取10 mL此混合酸,向其中加入过量的铁粉,待反应结束后,可产生标准状况下的气体的体积为(设反应中HNO3被还原成NO)()A.0.448 LB.0.67
18、2 LC.0.896 LD.0.224 L答案B解析金属和混酸反应通过离子方程式计算比较简便,3Fe8H2NO=3Fe22NO4H2O(铁过量,产物为Fe2),反应中Fe和H过量,生成的NO的量以NO为准来计算,共得NO 0.448 L,若只考虑到这一步反应,得答案A是错误的,因为过量的铁还可以和溶液中过量的H反应产生H2,即有Fe2H=Fe2H2,生成的H2为0.224 L,所以气体体积共计0.672 L,应选B。 金属与硝酸反应计算题的一般方法1.思维模型2.计算中的守恒思想的应用(1)原子守恒法HNO3与金属反应时,一部分HNO3起酸的作用,以NO的形式存在于溶液中;一部分作为氧化剂转化
19、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(NO)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NO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NO进行相关计算,且溶液中要符合电荷守恒。题组三有关硝酸氧化性的实验探究6.如图是用浓硝
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