2022年高考化学一轮复习 第4章 第23讲 氮及其化合物
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1、第第 23 讲讲 氮及其化合物氮及其化合物 复习目标 1.了解氮元素单质及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及应用。2.了解 氮的化合物对环境的影响。 考点一考点一 氮及其氧化物氮及其氧化物 1氮的固定 2氮气 (1)物理性质:无色无味气体,密度比空气略小,难溶于水。 (2)化学性质 写出有关化学方程式: 3MgN2= 点燃 Mg3N2; N23H2 高温、高压 催化剂 2NH3; N2O2= 放电或高温 2NO。 3氮的氧化物 (1)氮有多种价态的氧化物,氮元素从1 5 价都有对应的氧化物,如 N2O、NO、N2O3、 NO2(或 N2O4)、N2O5,其中属于酸性氧化物的是 N2O3、
2、N2O5。 (2)NO 和 NO2的比较 性质 NO NO2 色、态、味 无色、无味的气体 红棕色、有刺激性气味的气体 溶解性 难溶于水 毒性 有毒,大气污染物之一 有毒,大气污染物之一 与水反应 不反应 3NO2H2O=2HNO3NO 与氧气反应 2NOO2=2NO2 不反应 提醒 NO2与 N2O4存在下列平衡:2NO2N2O4,因此实验测得 NO2的平均相对分子质 量总大于 46。验证某无色气体为 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。 4氮氧化物对环境的污染及防治 (1)常见的污染类型 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,
3、产生了一种有 毒的烟雾。 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。 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。 NO 与血红蛋白结合使人中毒。 (2)常见的 NOx尾气处理方法 碱液吸收法 工业尾气中 NOx常用碱液吸收处理,NO2、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)。 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。 (1)固氮反应一定属于氧化还原反应() (2)N2与
4、 O2在放电条件下直接化合成 NO2() 错因:N2与 O2在放电条件下生成 NO。 (3)用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的气体() 错因:Cu 与稀硝酸生成 NO,NO 与空气中的 O2反应,不能用排空气法收集。 (4)NO2溶于水时,NO2是氧化剂,水是还原剂() 错因:NO2与 H2O 反应,NO2既是氧化剂又是还原剂。 (5)可用 NO2与水反应制取硝酸,故 NO2是酸性氧化物() 错因:NO2与 H2O 反应生成 HNO3和 NO,所以 NO2不是酸性氧化物。 1结合 N2、NO、NO2的化学性质,用化学方程式解释“雷雨发庄稼”的科学道理。 答案 N2O2= 放电 2NO 2
5、NOO2=2NO2 3NO2H2O=2HNO3NO 2 NO2和溴蒸气均为红棕色气体, 你用哪些实验方法鉴别二者?写出所用试剂和区别的现象。 方案一: 试剂_, 现象_。 方案二: 试剂_, 现象_。 方案三: 试剂_, 现象_。 答案 方案一:AgNO3溶液 NO2中 AgNO3溶液无明显变化,溴蒸气中产生浅黄色沉淀 方案二:CCl4(或汽油) NO2中 CCl4(或汽油)仍为无色,溴蒸气中 CCl4(或汽油)的颜色加深 方案三:蒸馏水 NO2中蒸馏水不变色,溴蒸气中水的颜色加深(其他合理的答案均正确) 题组一 氮及氧化物的性质和应用 1(2020 通化高三月考)下列有关氮气的说法正确的是(
6、 ) A氮气是由氮原子构成的双原子分子,所以化学性质不活泼 B1 mol N2可与 3 mol H2完全反应生成 2 mol NH3 C电闪雷鸣的雨天,雨水中会含有一定量的硝酸,其中发生的反应之一是 N22O2=2NO2 DNO、NO2在一定条件下可相互转化,且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物 答案 D 解析 A 项,氮原子最外层有 5 个电子,氮与氮形成三对共用电子对,达 8 电子的稳定结构; B 项,氮气与氢气反应生成氨气是可逆反应;C 项,氮气与氧气在放电的条件下生成一氧化 氮;D 项,NO 和氧气反应生成 NO2;NO2和水反应生成 NO。 2下列说法中错误的是( ) A工业上利用合
7、成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应 B通过灼热的铜粉,可以除去 N2中的 O2 C除去 NO 中的 NO2气体的方法是将气体依次通入盛有水和浓 H2SO4的洗气瓶中 DNO2与 H2O 的反应中氧化剂与还原剂的质量之比为 21 答案 D 解析 NO2与 H2O 的反应中氧化剂与还原剂的质量之比为 12。 3如图为装有活塞的密闭容器,内盛 22.4 mL 一氧化氮。若通入 11.2 mL 氧气(气体体积均 在标准状况下测定),保持温度、压强不变,则容器内物质的密度为( ) A等于 1.369 g L 1 B等于 2.054 g L 1 C在 1.369 g L 1 和 2.054 g L 1 之间
8、 D大于 2.054 g L 1 答案 D 解析 一氧化氮与氧气恰好发生反应生成了二氧化氮, 2NO O2 = 2NO2 2 1 2 224 mL 11.2 mL 22.4 mL 反应后生成了 22.4 mL 二氧化氮,假设二氧化氮的体积不变,则容器中气体的密度为 (NO2) 46 g mol 122.410 3 L 22.4 L mol 1 22.410 3 L2.054 g L 1,因存在转化平衡:2NO 2 N2O4,则混合 气体的体积小于 22.4 mL,所以容器中气体的密度应大于 2.054 g L 1。 题组二 氮氧化物对环境的污染及防治 4(2020 湖南怀化统一考试)化学与生产
9、、生活、环境等社会实际密切相关。下列相关叙述正 确的是( ) ASO2、CO2、NO2都是可形成酸雨的气体 B75%酒精消毒原理和“84”消毒液(主要成分 NaClO)消毒的原理相同 C纳米铁粉通过物理吸附去除污水中 Hg2 、Pb2等重金属离子 D汽车尾气中含有的氮氧化物,会加剧酸雨的形成 答案 D 解析 SO2和 NO2都是可形成酸雨的气体,CO2不能形成酸雨,但会造成温室效应,A 项错 误;75%的酒精消毒的原理是使蛋白质发生变性,“84”消毒液是利用其主要成分 NaClO 的 强氧化性杀菌消毒,原理不相同,B 项错误;纳米铁粉能有效地处理污水中的 Hg2 、Pb2等 重金属离子,与其还
10、原性有关,C 项错误。 5工业上常采用生物硝化法将 NH 4转化为 NO 3来处理氨氮废水,工作流程如图,下列说法 错误的是( ) A生物硝化法处理废水,会导致水体 pH 逐渐下降:NH 42O2=NO 32H H 2O B长期过量使用 NH4Cl 等铵态化肥,易导致土壤酸化,水体富营养化 C检验 NH 4所需的试剂是浓 NaOH 溶液、湿润的蓝色石蕊试纸 D微生物保持活性的 pH 范围为 79,可以加入石灰石来调节水体的 pH 答案 C 解析 NH4Cl 水解呈酸性,长期过量使用会导致土壤酸化,也会导致水体富营养化,B 项正 确;检验 NH 4应使用红色石蕊试纸,C 项错误;生物硝化法处理废
11、水会使水体呈酸性,可以 加入石灰石与 H 反应来调节水体的 pH,D 项正确。 6(1)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。 写出 NO 被 CO 还原的化学方程式: _。 (2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。如 4NH36NO= 催化剂 5N26H2O。 写出氨气转化 NO2的化学方程式:_, 该反应中氧化产物与还原产物的质量之比为_。 (3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。 NO2被烧碱溶液吸收时,生成两种钠盐,其物质的量之比为 11,写出该反应的化学方程 式:_。 NO 与 NO2按物质的量之比 11 被足量
12、NaOH 溶液完全吸收后只得到一种钠盐, 该钠盐的 化学式是_。 答案 (1)2CO2NO= 催化剂 N22CO2 (2)8NH36NO2= 催化剂 7N212H2O 43 (3)2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O NaNO2 考点二考点二 典型的氧化性酸典型的氧化性酸硝酸硝酸 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:4HNO3(浓) = 或光照2H 2O4NO2O2。 (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: 与金属反应: 稀硝酸与铜反应: 3Cu8HNO3(稀)=3Cu(N
13、O3)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: 3Fe2 4HNO 3=3Fe 3NO2H 2O。 (3)与有机物反应 硝化反应(与反应): HNO3 浓硫酸 H2O; 颜色反应:含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。 (1)实验室也可用锌粒与稀硝酸制取氢气() 错因:HNO3有强氧化性,与金属反应时不放出 H2。 (2
14、)常温下,铁、铝在浓硝酸中的钝化为化学变化() (3)可用稀硝酸与 FeS 固体反应制取 H2S() 错因:HNO3会将2 价的硫氧化成单质硫。 (4)铜溶于稀硝酸不能体现硝酸的酸性() 错因:Cu 与 HNO3反应,生成 Cu(NO3)2,体现 HNO3的酸性。 (5)在酸性条件下,NO 3与 I 、Fe2、SO2 3等离子能大量共存() 错因:NO 3在酸性条件下有强氧化性,会将 I 、Fe2、SO2 3等还原性离子氧化。 (1)HNO3与金属反应一般不能产生 H2。 (2)硝酸的还原产物不只有 NO2和 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
15、应时既表现氧化性又表现酸性。 (4)涉及 HNO3的离子反应常见的易错问题 忽视 NO 3在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下 NO 3不能与 Fe 2、I、SO2 3、S 2等还 原性较强的离子大量共存。 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地写成复分解反应, 如易错易混辨析中的(3)。 1将浓硝酸存放在无色试剂瓶中,一段时间后观察到溶液变黄,用化学方程式解释变黄的原 因,由此得到启示,如何保存浓硝酸? 答案 4HNO3(浓) = 或光照2H 2O4NO2O2,浓硝酸应保存在棕色试剂瓶中,并置于阴 凉处。 2用动态观点理解 Cu 与浓 HNO3的反应 向一定量的浓
16、硝酸中加入过量的铜片。 反应开始阶段产生_色气体, 化学方程式为_。 反应进行一段时间后又产生无色气体,此时的化学方程式为_。 待反应停止后, 再加入少量的稀硫酸, 这时Cu片上又有气泡产生, 原因是_。 答案 红棕 Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O 3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O 加入稀硫酸后,氢离子与原溶液中硝酸根离子构成强氧化性酸,又能与过量的铜反应 题组一 硝酸的性质及应用 1 (2019 潍坊期末)硝酸是化学实验室中最常用的试剂之一, 下列有关硝酸的说法不正确的是 ( ) A浓硝酸和氯水用棕色试剂瓶保存,原理相同 B将分别蘸有浓硝酸和浓
17、氨水的玻璃棒相互靠近时,有白烟生成 C常温下铁和铂都不溶于浓硝酸,原理相同 D浓硝酸溅到皮肤上,皮肤会变黄 答案 C 解析 A 项,HNO3和氯水中的 HClO 见光都易分解,都应避光保存,正确;B 项,浓 HNO3 和浓氨水都具有挥发性,HNO3与 NH3化合生成白色固体小颗粒 NH4NO3,正确;C 项,常 温下,铁在浓硝酸中钝化,而 Pt 与浓硝酸不反应,原理不同,错误;D 项,浓 HNO3能使蛋 白质显黄色,正确。 2将相同质量的铜分别与足量的浓硝酸、稀硝酸反应,下列叙述正确的是( ) A硝酸浓度越大消耗的硝酸越少,产生的有毒气体也越少 B反应中转移的电子总数:稀硝酸少于浓硝酸 C试管
18、内壁上的铜用浓硝酸除去比用稀硝酸好,因为反应速率快 D两者用排水法收集的气体的体积相同 答案 D 解析 铜完全反应, 在进行相关计算时以铜为标准, 等质量的铜在反应中失去的电子数相同, 生成的 Cu(NO3)2的量相同,浓硝酸被还原为 NO2,化合价由5 降到4,每个氮原子只得 到 1 个电子,稀 HNO3被还原时每个氮原子得到 3 个电子,故被还原的浓硝酸多、稀硝酸少, 生成的 NO2也比 NO 多。用排水法收集气体时,由于会发生反应:3NO2H2O=2HNO3 NO,故两种情况收集到的气体一样多。 3某化学兴趣小组进行了有关 Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验,实验过程如图所示。下列 有关说法
19、正确的是( ) A中溶液呈蓝色,试管口有红棕色气体产生,稀硝酸被还原为 NO2 B中反应的离子方程式为 3Cu2NO 38H =3Cu22NO4H 2O C中滴加稀硫酸,铜片继续溶解,说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸的强 D由上述实验可知,Cu 在常温下既可与稀硝酸反应,又可与稀硫酸反应 答案 B 解析 Cu 与稀硝酸发生反应 3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O, 稀硝酸被还原 为 NO,NO 遇空气中的 O2生成 NO2,故试管口有红棕色气体产生,A 错误;中溶液含有 NO 3,滴加稀硫酸后,Cu、NO 3、H 继续反应生成 NO,B 正确;中铜片继续溶解,是因 为稀硫酸提供
20、 H ,与 NO 3形成 HNO3,继续与 Cu 反应,C 错误;Cu 是不活泼金属,在常温 下,可与稀硝酸反应,但不能与稀硫酸反应,D 错误。 题组二 硝酸反应产物综合实验探究题 4 (2020 桂林高三测试)某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是 NO 而 设计了下列实验,装置如图所示(加热装置和固定装置均已略去)。图中 K 为止水夹(处于关闭 状态),F 是一半空的注射器。请回答有关问题: (1)设计装置 A 的目的是_。 (2)在完成(1)中的“操作”后,将装置 B 中铜丝插入稀硝酸并微热,观察到装置 B 中的现象 是_; B 中反应的离子方程式为_。 (3)装置 E
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