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常州市西夏墅中学高三化学一轮复习学案:生产生活中的含氮化合物


【复习目标】 1.掌握氮元素单质及其化合物的主要性质,了解其应用。 2.了解氮元素单质及其化合物对环境质量的影响。 3.掌握氨、铵盐、硝酸的主要化学性质。 【基础知识梳理】 一、氮气及氮的氧化物 1.物理性质 颜色 N2 NO NO2 2.化学性质 (1)氮气 ①与氧气反应 ② 与氢气反应 (2)NO 与 O2 反应: (3)NO2 与 H2O 反应: 3.氮的氧化物对环境的影响

(1)形成硝酸型酸雨 。(2)形成光化学烟雾 。(3)破坏臭氧层。 二、氨和铵盐 1.氨气(NH3) : (1)分子结构:由 键形成的三角锥形的 分子,N 原子有一孤对电子;N -3 价, 为 N 元素的最低价态 (2)物理性质: 色、 气味的气体,密度比空气 , 溶于水, 液化(可 作致冷剂) (3)化学性质: ①与水反应:氨水呈碱性,原理: 氨气是唯一能使湿润的 红色石蕊试纸变蓝色的气体,常用此性质检验氨气。 ②与酸反应与挥发性酸(如浓盐酸、硝酸)的反应: 现象: 与硫酸反应: ③与盐反应:向 AlCl3 溶液中滴加氨水反应的离子方程式为: ④氨气的还原性 NH3 中的 N 呈—3 价,所以 NH3 具有还原性,能被 O2、CuO、NOx、Cl2 等物 质氧化。 a. (工业制硝酸的基础) b.2NH3+3CuO c.3Cl2+8NH3==N2+6NH4Cl 气味 毒性 密度 溶解性

2.铵盐 (1)物理性质:白色晶体,易溶于水 (2)化学性质:①受热分解: NH4HCO3 =
1

NH4Cl = ②与碱反应: Ca (OH) + 2NH4Cl = 铵盐与碱溶液反应的离子方程式: 4+ NH 2 + OH =(该性质可用于氨气的制取和铵根离子的检验) (3)NH4+的检验:取少量样品,与碱混合于试管中,加热。将湿润的红色石蕊试纸靠近管 口,试纸变蓝色,说明样品中含有 NH4+;也可以将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近管口,若有白 烟产生,说明样品中含 有 NH4+。 三、硝酸 1、物理性质 无色、易挥发(在空气中遇水蒸气呈白雾状) ,有刺激性气味的液体。 2、化学性质 ⑴强酸性:稀硝酸使紫色石蕊试液变红色,浓硝酸使紫色石蕊试液 。 ⑵不稳定性

_____________________________________ 由于浓硝酸溶有分解出的 NO2 气体,所以浓硝酸一般为黄色,其保存方法是:棕色细口瓶 置于冷暗处。 ⑶强氧化性 ①能与 Au、Pt 以外的所有金属反应,如 Cu 与浓、稀硝酸的反应方程式: 注意:有些金属(如 Al、Fe 等)在冷的浓硝酸中发生钝化。故可以用铁、铝容器运输冷的浓硝 酸。 ②与非金属的反应 碳与浓硝酸反应的化学方程式: ③与某些还原性物质反应(如 FeO)化学方程式: 3、NO3 离子的检验:晶体或浓溶液与浓硫酸、Cu 共热时,若产生红棕色气体则含 NO3 ; 若为稀溶液则先浓缩。 【要点名师透析】 一、氨气的实验室制法 1、实验室制法 Ⅰ、⑴装置图(如右图):
? ?

⑵反应原理: ⑶装置类型:固体+固体 气体(与 KClO3 或 KMnO4 制 O2 相同)

⑷收集: 。 ⑸干燥:用碱石灰(NaOH 和 CaO 固体的混合物) ⑹检验:①用湿润的 石蕊试纸置于试管口,若试纸变蓝色,说明氨已收集满了;

2

②将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口,若有 产生,说明收集满了。 ⑺尾气处理 ①在导管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花团吸收多余的氨气。 ②用水或稀硫酸吸收多余的氨气(注意防倒吸,如图)

Ⅱ、两种简易方法 ⑴加热浓氨水法 ①反应原理:NH3· 2O H ②装置:如右图(1) NH3↑+H2O

⑵浓氨水中加固态碱性物质 浓氨水中存在平衡: NH3+H2O NH3· 2O H NH4++OH加入碱性物质 (如: NaOH、 CaO、 碱石灰等) 使平衡逆向移动, , 同时反应放热, 促进 NH3· 2O H 的分解。 【提醒】 :①制氨气所用铵盐不能用硝铵、碳铵。因加热过程中 NH4NO3 可能发生爆炸性的 分解反应, 发生危险; 而碳铵受热极易分解产生 CO2, 使生成的 NH3 中混有较多的 CO2 杂质。 ②消石灰不能用 NaOH、KOH 代替,原因是:a、NaOH、KOH 具有吸湿性、易结块,不利于 产生 NH3;b、在高温下能腐蚀大试管。③因氨气比空气轻,易与空气发生对流,所以收集 时,导气管应插入收集气体的试管底部附近,管口塞一团干燥的棉花团,来防止 NH3 与空气 对 流 , 确 保 收 集 到 纯 净 的 氨 气 。 ④ 制 备 NH3 也 可 以 通 过 加 热 浓 氨 水 的 方 法 , 利 用 NH3· 2O H NH3↑+H2O 原理制备。也可以利用往浓氨水中加入烧碱制备,原理:烧碱溶于水 为放热反应,促进 NH3· 2O 的分解,增大 c(OH-)使上述可逆反应向左移动,而产生 NH3。 H 【典例 1】某课外小组在实验室制备氨气,并进行有关氨气的性质探究。 (1)该小组同学加热生石灰与氯化氨的混合物制取干燥的氨 气。 ①应该选用的仪器及装置有________(填字母)。

3

②生石灰与氯化铵反应生成氨气的化学方程式为____________。 (2)该小组同学设计如图所示装置探究氨气的还原性。

① 氨 催 化 氧 化 的 化 学 方 程 式 为 _______________________________________________________。 ②若实验时通入氨气的速率过快,在烧瓶中会出现白烟,该物质的化学式为 ________________。 (3)该小组同学以氨气和二氧化碳为原料制备碳酸氢铵。 ①甲同学先将二氧化碳通入水中,充分溶解后,再通入氨气;乙同学先将氨气通入水中,充 分溶解后,再通入二氧化碳。请选择合适的方案并说明原因。 ②写出检验产物中有 NH4+的方法。 二、金属与硝酸反应计算题的思维模型 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 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 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:
4

c(NO3-)=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 NO3-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 NO3-进行相关计算,且溶液中要符合电荷守恒。 【典例 2】足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和 NO2、N2O4、NO 的混合气体, 这些气体与 1.68 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。若向所 + 得硝酸铜溶液中加入 5 mol/L NaOH 溶液至 Cu2 恰好完全沉淀,则消耗 NaOH 溶液的体积 是( ) A.60 mL B.45 mL C.30 mL D.15 mL





【感悟高考真题】 1.下列推断正确的是 A.Si O2 是酸性氧化物,能与 NaOH 溶液反应 B.Na2O、Na2O2 组成元素相同,与 CO2 反应产物也相 同 C.CO、NO、 NO2 都是大气污染气体,在空气中都能稳定存在 D.新制氯水显酸性,向其中滴加少量紫色石蕊试液,充分振荡后溶液呈红色 2.下列实验过程中,始终无明显现象的是 A.NO2 通入 FeSO4 溶液中 B.CO2 通入 CaCl2 溶液中 C.NH3 通入 AlCl3 溶液中 D.SO2 通入已酸化的 Ba(NO3)2 溶液中 3. 物质的量之比为 2:5 的锌与稀硝酸反应,若硝酸被还原的产物为 N2O,反应结束后锌没 有剩余,则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是 ( ) A. 1:4 B.1:5 4.已知 汽车尾气无害化处理反应为 C. 2:3 D.2:5

2 N O( g ) 2C O( g ) ?
下 ( ) 列 说

N 2 ( g ) ? 2CO2 ( g )
法 不

。 正 确 的 是

A.升高温度可使该反应的逆反应速率降低 w B.使用高效催化剂可有效提高正反应速率 w C.反应达到平衡后,N0 的反应速率保持恒定 w D.单位时间内消耗 CO 和 CO2 的物质的量相等时,反应达到平衡 . 5.取五等份 NO2 , 分别加入温度不同、 容积相同的恒容密闭容器中, 发生反应: 2NO2(g) j N2O4(g),Δ H<0 反应相同时间后,分别测定体系 中 NO2 的百分量(NO2%) ,并作出其随反 b 应温度(T)变化的关系图。下列示意图中,可能与实验结果相符的是 1 ( ) 0 0 0 . c o m
5

6. 将 22.4L 某气态氮氧化合物与足量的灼热铜粉完全反应后,气体体积 11.2L(体积均在相 同条件下测定) ,则该氮氧化合物的化学式为 ( ) A.NO2 B.N2O2 C.N2O D.N2O4 7.研究 NO2、SO2 、CO 等大气污染气体的处理具有重要意义。 (1)NO2 可用水吸收,相应的化学反应方程式为 。利用反应 6NO2 +
催化剂

8NH3

加热

7N2+12 H2O 也可处理 NO2。当转移 1.2mol 电子时,消耗的 NO2 在标准状况下

是 L。 (2)已知:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ·mol-1[来源: 学科网] 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH=-113.0 kJ·mol-1 则反应 NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g)的 ΔH= kJ·mol-1。 一定条件下,将 NO2 与 SO2 以体积比 1:2 置于密闭容器中发生上述反应,下列能说明 反应达到平衡 状态的是 。 a.体系压强保持不变 b.混合气体颜色 保持不变 c.SO3 和 NO 的体积比保持不变 d.每消耗 1 mol SO3 的同时生成 1 molNO2 测得上述反应平衡时 NO2 与 SO2 体积比为 1:6,则平衡常数 K= 。 (3)CO 可用于合成甲醇,反应方程式为 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) 。CO 在不同温 度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。该反应 ΔH 0(填“>”或“ <”。实际 ) 生产条件控制在 250℃、1.3×104kPa 左右,选择此压强的理由是 。

8. 已知周期表中,元素 Q、R、W、Y 与元素 X 相邻。Y 的最高化合价氧化物的水化物是强 酸。回答下列问题: (1)W 与 Q 可以形 成一种高温结构陶瓷材料。W 的氯化物分子呈正四面体结构,W 的氧 化物的晶体类型 是 ; (2)Q 的具有相同化合价且可以相互转变的氧化物是 ; (3)R 和 Y 形成的二元化合物中,R 呈现最高化合价的化合物的化学式是 ; (4)这 5 个元素的氢化物分子中,①立体结构类型相同的氢化物的沸点从高到低排列次序 是(填化学 式) ,其原因是 ; ②电子总数相同的氢化物的化学式和立体结构分别是 ;

6

(5)W 和 Q 所形成的结构陶瓷材料的一种合成方法如下:W 的氯化物与 Q 的氢化物加热 反应,生成化合物 W(QH2)4 和 HCL 气体;W(QH2)4 在高温下分解生成 Q 的氢化物和该陶瓷 材 料 。 上 述 相 关 反 应 的 化 学 方 程 式 ( 各 物 质 用 化 学 式 表 示 ) 是 。 9. 某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱的,按下图装置进行试验(夹持仪器已略 去) 。实验表明浓硝酸能将 NO 氧化成 硝酸的氧化性强于稀硝酸。

NO2

,而稀硝酸不能氧化 NO 。由此得出的结论是浓

可选药品:浓硝酸、3mo/L 稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳 已知:氢氧化钠溶液不与 NO 反应,能与

NO2

反应

2 NO2 ? 2 NaOH ? NaNO3 ? NaNO2 ? H 2O
实验应避免有害气体排放到空气中,装置③、④、⑥中乘放的药品依次是 滴加浓硝酸之前的操作时检验装置的气密性,加入药品,打开弹簧夹后 装置①中发生反应的化学方程式是 装置②的作用是 ,发生反应的化学方程式是 该小组得出的结论依据的试验现象是 试验结束后,同学们发现装置①中溶液呈绿色,而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜 的质量分数较高所致, 而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。 同学们分别涉及了一下 4 个试验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是 (选填序号字母) a 加热该绿色溶液,观察颜色变化 b 加水稀释绿色溶液,观察颜色变化 c 向该绿色溶液中通入氮气,观察颜色变化 d 向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反映产生的气体,观察颜色变化 10. 已知 A-O 分别代表一种物质, 它们之间的转化关系如下图所示 (反应条件略去) A、 。 B、 H 分别是由短周期元素组成的单质。B 与冷水缓慢反应,与沸水迅速反应,放出氢气。D 是 一种离子化合物,其阴阳离子的个数比为 2:3,且能与水反就应得到两种碱。C 为淡黄色固 体化合物,O 能与 G 的水溶液反应生成蓝色沉淀。

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请回答下列问题: 组成 B 单质的元素位于 周期表第______________周期,第_______________族。化合物 C 的 电子式为_________________________。 J 的沸点比硒化氢(H2Se)的沸点高,其原因是_________________。 写出 I 与 H 在点燃条件下反应生成 A 和 J 的化学方程式:________________。 写出 D 与足量的 N 反应生成 E 和 F 的化学方程式:_____________________。 上图中,在同一反应里一种物质作氧化剂,又作还原剂,这样的反应共有_______个。 11.烟气中

NO x

是 NO 和

NO 2
3

的混合物(不含

N 2O4

) 。

1m 烟气最高允许含 400mg (1) 根据废气排放标准,
3

NO x

。 若

NO x

中 NO 质量分数为 0.85,

则 1m 烟气中最高允许含 NO__________L(标准状况,保留 2 位小数) 。 (2)工业上通常用溶质质量分数为 0.150 的

Na 2CO3

水溶液(密度 1.16g/mL)作为

NO x



收剂,该碳酸钠溶液物质的量浓度为____________mol/L(保留 2 位小数) 。 (3)已知:

N O + N 2O + N a C O ? 2 3

2 N 2a N O 2 + C O
① ②

2NO2 +Na 2CO3 ? NaNO2 +NaNO3 +CO2

1m3 含 2000mg NO x 的烟气用质量分数为 0.150 的碳酸钠溶液吸收。若吸收率为 80%,吸收
后的烟气_______排放标准(填“符合”或“不符合”,理由:____________________。 ) (4)加入硝酸可改变烟气中 NO 和 NO2 的比,反应为: NO+2HNO3→3NO2+H2O 当烟气中

n(NO) : n(NO2 ) ? 2 : 3

时,吸收率最高。

1m3 烟气含 2000mg NO x ,其中 n(NO) : n(NO2 ) ? 9 :1 。
计算: (i)为了达到最高吸收率, 1m 烟气需用硝酸的物质的量(保留 3 位小数) 。 (ii) lm 烟气达到最高吸收率 90%时,吸收后生成 NaNO2 的质量(假设上述吸收反 应中,反应①比反应②迅速。计算结果保留 1 位小数) 。
8
3
3

【考点模拟演练】 一、选择题 1.将 22.4L 某气态氮氧化合物与足量的灼热铜粉完全反应后,气体体积 11.2L(体积均在相同 条件下测定) ,则该氮氧化合物的化学式为 ( ) A.NO2 B.N2O2 C.N2O D.N2O4 2.NO2 是导致光化学烟雾的“罪魁祸首”之一。NO2 可以用氢氧化钠溶液吸收,或在一定条 件下用氨气(NH3)与其反应使之转化为无污染的物质,发生反应的化学方程式分别是: 2NO2+2NaOH=M+NaNO3+H2O,8NH3+6NO2=7X+12H2O。则 M 和 X 代表的物质的化学式是 A.NaNO2 、N2 B.HNO2、N2 C.NO、HNO3 D.Na3NO4、NO 3.在汽车尾气净化装置里,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。下列说法错 误的是( ) A.NO2 是该过程的中间产物 B.NO 和 O2 必须在催化剂表面才能反应 C.汽车尾气的主要污染成分包括 CO 和 NO D.催化转化总反应为:2NO+O2+4CO 4CO2+N2

4.在某 100 mL 的混合液中,硝酸和硫酸的物质的量浓度分别是 0.4 mol/L、0.1 mol/L,向该混 合液中加入 1.92 g 铜粉,加热,待充分反应后,所得溶液中铜离子物质的量浓度是 A.0.15 mol/L B. 0.225 mol/L C. 0.30 mol/L D. 0.45 mol/L 5.常温下,将等质量的铜片、银片铁片、铝片分别置于四个小烧杯中,然后分别加足量的浓 硝酸,放出 NO2 气体最 多的是( ) A.铜片 B.银片 C.铁片 D.铝片 6.将 51.2 g Cu 完全溶于适量浓硝酸中,收集到氮的氧化物(含 NO、N2O4、NO2)的混合物共 0.9 mol,这些气体恰好能被 500 mL 2 mol/L NaOH 溶液完全吸收,生成含 NaNO3 和 NaNO2 的盐溶液,其中 NaNO3 的物质的量为( ) A.0.2 mol B.0.4 mol C.0.8 mol D.0.9 mol 5.(2011·深圳模拟)下列实验装置中能达到实验目的的是( )

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8.某同学为检验某溶液中是否含有常见的四种无机离子,进行了下图所示的实验操作。其 中检验过程中产生的气体能使湿润红色石蕊试纸变蓝。由该实验能得到的正确结论是( )

A.原溶液中一定含有 SO42- B.原溶液中一定含有 NH4+ - + C.原溶液中一定含有 Cl D.原溶液中一定含有 Fe3 9.二氧化氮(NO2)是重要的空气污染物,科学家正寻求合适的化合物 G 与适当的条件以进 行如下反应,从而将二氧化氮转化为无毒的 N2: NO2+G——N2+H2O+nY(反应未配平) 上式中的 n 为系数,但也可以为 0,而 Y 必须为任何无害的物质。从反应机理分析,上述反 应式中的 G 肯定不可以是 ( ) A.NH3 B.CO C.CH3CH2OH D.H2O2 10.能正确表示下列反应的离子方程式的是( ) + - + 2+ A.向 Fe(NO3)2 稀溶液中加入盐酸:3Fe +4H +NO3 ===3Fe3 +NO↑+2H2O - + + B.铜片与浓 HNO3:Cu+NO3 +4H ===Cu2 +NO↑+2H2O
+ - △ C.氯化铵浓溶液跟浓 NaOH 溶液混合后加热:NH4 +OH =====NH3· 2O H + - △ D.碳酸氢铵溶液与足量的 NaOH 溶液混合后加热:NH4 +OH =====NH3↑+H2O

11..有某硫酸和硝酸的混合溶液 20 mL,其中含有硫酸的浓度为 2 mol· L-1,含硝酸的浓度 为 1 mol· L-1,现向其中加入 0.96 g 铜粉,充分反应后(假设只生成 NO 气体),最多可收集 到标准状况下的气体的体积为( ) A.89.6 mL B.112 mL C.168 mL D.224 mL 12.将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应,下列叙述中正确的是( ) A.反应速率:两者相同 B.消耗硝 酸的物质的量:前者多,后者少 C.反应生成气体的颜色:前者浅,后者深 D.反应中转移的电子总数:前者多,后者少 13.现有下列物质:①氯水 ②氨水 ③浓硝酸 ④氢氧化钠溶液⑤AgNO3 溶液,其中必须 保存在棕色试剂瓶里的是 ( ) A.①②③④⑤ B.①③⑤C.①③ D.①②④
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二、非选择题 14.(2011· 惠州月考)实验研究发现,硝酸发生氧化还原反应时,硝酸的浓度越稀,对应还原 产物中氮元素的化合价越低。 现有一定量铝粉和铁粉的混合物与一定体积某浓度的稀硝酸充 分反应,反应过程中无气体放出。在反应结束后的溶液中,逐滴加入 5 mol· L-1 的 NaOH 溶 液,所加 NaOH 溶液的体积(mL)与产生的沉淀的物质的量关系如图 K18-2 所示。则

图 K18-2 (1)B 与 A 的差值为__________mol。 (2)C 点对应的溶液体积为________mL。 (3)原硝酸溶液中含硝酸的物质的量为__________________________mol。 (4)铝粉和铁粉的混合物中铝粉与铁粉的物质的量之比为____________。 (5)写出铝与该浓度硝酸反应的离子方程式__________________________________。 15.氮的氧化物(用 NOx 表示)是大气污染物,必须加以处理。 (1)汽车尾气中的 CO、NOx 采用催化转化法处理,使它们相互反应生成无毒气体。 反应的化学方程式可表示为: ______________。 (2) 工业尾气中氮的氧化物常采用氨催化吸收法, 原理是 NH3 和 NOx 反应生成无毒的物质。 某同学采用以下装置(见下图)和步骤模拟工业上氮的氧化物处理过程。 Ⅰ.提供的装置。

Ⅱ.NH3 的制取。 ①所提供的装置中能快速、简便制取 NH3 的装置是:__________(填仪器序号) 。 ②若采用 C 装置制取氨气(控制实验条件相同) ,情况如表所示。 试剂组 合序号 a b c d e F 固体试剂/g 12.0g Ca(OH)2(过量) 12.0g Ca (OH)2(过量) 12.0g NaOH(过量) 12.0g NaOH(过量) 12.0g CaO(过量) 12.0g CaO(过量) 10.8g NH4Cl 10.8g(NH4)2SO4 10.8g NH4Cl 10.8g (NH4) 2SO4 10.8g NH4Cl 10.8g (NH4)2SO4
11

NH3 体积/mL 2688 2728 3136 3118 3506 3584

实验记录:分析表中数据,实验室制 NH3 产量最高的是:____________(填序号) , 其它组合 NH3 产量不高的原因是:__________________________________。 Ⅲ.模拟尾气的处理。选用上述部分装置,按下列顺序连接成模拟尾气处理装置: A D F E B C ①A 中反应的离子方程式:_______________________________。 ②D 装置的作用:除了使气体混合均匀和调节气流速度以外,还有一个作用是 ___________________________________。 ③D 装置中的液体可换成_______(填序号) 。 a.CuSO4 溶液 b.H2O c.CCl4 d.浓 H2SO4 ④该同学所设计的模拟尾气处理实验还存在的明显缺陷是___________________ 。

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