高考化學一輪復習 培優(yōu)計劃 第四章 非金屬及化合物 三 拓展點——“題在書外理在書中”的氮族元素練習

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1、高考化學一輪復習 培優(yōu)計劃 第四章 非金屬及化合物 三 拓展點——“題在書外，理在書中”的氮族元素練習 氮的氧化物 化學式 制備反應 性質 N2O NH4NO3 N2O＋2H2O 無色氣體，能溶于水，但不與水反應，能助燃，是一種氧化劑，曾作為牙科麻醉劑 NO 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 無色氣體，不助燃 2NO＋O2===2NO2 2NO＋Cl2===2NOCl N2O3 NO＋NO2===N2O3 具有不穩(wěn)定性，常溫下分解為NO和NO2 N2O3===NO ＋ NO2 (藍色) (無色)(紅棕色) N2O3

2、＋2NaOH===2NaNO2＋H2O NO2 2NO＋O2===2NO2或 Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 紅棕色氣體，易液化 2NO2N2O4 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 2NO2＋2NaOH=== NaNO3＋NaNO2＋H2O 6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O N2O5 2NO2＋O3===N2O5＋O2 白色固體，具有不穩(wěn)定性： 2N2O5===4NO2＋O2 溶于水生成 HNO3 N2O5＋H2O===2HNO3 氮的氫化物 氨極易溶于水，通常把溶有氨的水溶液叫氨水，氨水的密度小于1

3、 g·cm－3，氨水中氨的含量越高，密度越小。 (1)液氨中有類似水的電離 2NH3NH＋NH， 如2Na＋2NH3(l)===2NaNH2＋H2↑、 COCl2＋4NH3(l)===CO(NH2)2＋2NH4Cl。 光氣　　　　　 　　尿素 (2)還原反應 ①氨在空氣中不能燃燒，卻能在純氧中燃燒，方程式為 4NH3＋3O2===2N2＋6H2O。 ②在催化劑的作用下，氨可被氧化成NO，方程式為 4NH3＋5O24NO＋6H2O。 ③能被Cl2氧化成N2，方程式為 2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl或8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl。 ④能被CuO氧

4、化成N2，方程式為 3CuO＋2NH3N2＋3Cu＋3H2O。 ⑤能被NOx氧化成N2，方程式為 8NH3＋6NO27N2＋12H2O、 4NH3＋6NO5N2＋6H2O。 2．聯(lián)氨(N2H4) (1)聯(lián)氨的弱堿性 聯(lián)氨是二元弱堿，電離方程式為 N2H4(aq)＋H2ON2H(aq)＋OH－、 N2H(aq)＋H2ON2H(aq)＋OH－。 聯(lián)氨分別與硫酸、鹽酸反應的化學方程式為 N2H4＋H2SO4===N2H6SO4、 N2H4＋2HCl===N2H6Cl2。 (2)聯(lián)氨的還原性 ①能被空氣中的O2氧化：N2H4＋O2===N2＋2H2O， ②能被

5、H2O2氧化：N2H4＋2H2O2===N2＋4H2O， ③能被N2O4氧化：2N2H4＋N2O4===3N2＋4H2O， ④能被Ag＋氧化：N2H4＋4Ag＋===4Ag＋N2＋4H＋。 (3)制備 聯(lián)氨可用NaClO溶液氧化過量的NH3制取，離子方程式為2NH3＋ClO－===N2H4＋Cl－＋H2O。 [示例2]　A是氮、氫兩種元素組成的化合物，它和氨氣與H2O2和H2O之間在結構上的關系相似。A分子中N和H的質量比為7∶1。請回答下列問題： (1)A的化學式為________。 (2)A的水溶液呈________(填“酸”“堿”“中”)性，1 mol A最多可以與____

6、____ mol HCl發(fā)生反應生成正鹽，寫出生成的鹽中含有氮原子的離子的電子式：________________________________________________________________________。 (3)A在氧化還原反應中也與H2O2相似，既可作氧化劑，也可作還原劑。根據(jù)價態(tài)分析產(chǎn)生這種情況的原因：________________________________________________________________________ ___________________________________________________________

7、_____________。 (4)氮的一種氫化物肼(即N2H4)用作發(fā)射衛(wèi)星的燃料。 已知：N2＋2O2===2NO2　　　N2H4＋O2===N2＋2H2O 發(fā)射衛(wèi)星用氣體肼為原料，以NO2為氧化劑，兩種物質反應生成氮氣和水蒸氣，反應中每有4 mol電子轉移，則生成N2質量為________g。 [分析]　A化合物中N和H的質量比為7∶1，則N原子和H原子的物質的量的比為7/14∶1/1＝1∶2，它和氨氣與H2O2和H2O之間在結構上的關系相似，可推知A的化學式為N2H4，且A的水溶液應呈堿性，1 mol N2H4最多可以與2 mol HCl發(fā)生反應生成正鹽。(4)把已知的方程式分

8、別標注為①、②，由②×2－①得2N2H4＋2NO2===3N2＋4H2O，該反應轉移電子數(shù)為8，生成3個N2分子，若轉移4 mol 電子，則生成1.5 mol N2，質量為42 g。 [答案]　(1)N2H4　(2)堿　2　 　(3)A中N元素為－2價，與H2O2中O的價態(tài)相似，都是中間價態(tài)，既可升高又可降低，所以既可作氧化劑，也可作還原劑　(4)42 硝酸鹽的熱分解產(chǎn)物 硝酸鹽熱分解規(guī)律 金屬 (硝酸鹽) K、Ca、Na Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu Hg、Ag、Pt、Au 分解產(chǎn)物 亞硝酸鹽 ＋O2 金屬氧化物＋NO2＋O2 金屬單質＋

9、NO2＋O2 (1)活潑金屬的硝酸鹽受熱分解生成亞硝酸鹽和O2。 如2KNO32KNO2＋O2↑ (2)較活潑金屬的硝酸鹽受熱分解生成金屬氧化物、NO2和O2。 如2Cu(NO3)22CuO＋4NO2↑＋O2↑ (3)不活潑金屬的硝酸鹽受熱分解生成金屬單質、NO2和O2。 如2AgNO32Ag＋2NO2↑＋O2↑ [示例3]　(1)探究Fe(NO3)2熱分解固體產(chǎn)物中鐵元素的價態(tài)。某實驗小組同學將Fe(NO3)2熱分解固體產(chǎn)物溶于足量稀H2SO4，將得到的溶液分成兩份，進行以下探究實驗： ①向一份溶液中滴入KSCN溶液，溶液呈血紅色。 ②向另一份溶液中滴加少量KMnO4溶

10、液，KMnO4溶液不褪色。則Fe(NO3)2分解的固體產(chǎn)物是________(鐵的氧化物)。 (2)探究Fe(NO3)2熱分解氣體產(chǎn)物的性質。甲、乙兩同學進行如下圖所示實驗(收集氣體時操作恰當，幾乎沒有收集空氣)： 實驗步驟：a.連接裝置　b．檢查裝置氣密性　c．取一定量的Fe(NO3)2裝入大試管中，并重新連接好儀器　d．加熱　e．…… ①甲同學使用Ⅰ裝置收集氣體，恰好收集到27 mL紅棕色氣體。 ②乙同學取等質量的Fe(NO3)2加熱分解，并在同樣條件下使用Ⅱ裝置收集到4 mL無色氣體，該氣體遇空氣變紅棕色，則27 mL氣體的成分是________，其物質的量之比為______

11、__。 (3)Fe(NO3)2分解的化學方程式為________________________。 [分析]　(1)該固體產(chǎn)物溶于稀H2SO4后，由實驗①可知，溶液中含有Fe3＋，由實驗②可知，溶液中不含有Fe2＋，故該鐵的氧化物為Fe2O3。 (2)實驗②得到的無色氣體為NO，實驗①得到的27 mL紅棕色氣體是NO2和O2的混合氣體。 實驗②中發(fā)生反應的化學方程式為 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 則V(O2)＝×[27 mL－4 mL×3]＝3 mL， V(NO2)＝27 mL－3 mL＝24 mL， n(NO2)∶n(O

12、2)＝V(NO2)∶V(O2)＝24∶3＝8∶1。 [答案]　(1)Fe2O3　(2)NO2和O2　n(NO2)∶n(O2)＝8∶1　(3)4Fe(NO3)22Fe2O3＋8NO2↑＋O2↑ 砷及其化合物 1．單質砷(As) 常溫下，砷在水和空氣中都比較穩(wěn)定，不與稀酸反應，但能和強氧化性酸(如熱的濃硫酸、硝酸等)反應，在高溫下和許多非金屬反應，主要反應產(chǎn)物如下圖。 2．砷的氫化物(AsH3) 砷化氫是一種無色、具有大蒜味的劇毒氣體。 (1)不穩(wěn)定性： 2AsH32As＋3H2(隔絕空氣)。 (2)室溫下在空氣中自燃： 2AsH3＋3O2===As2O3＋3H

13、2O。 (3)還原性： AsH3具有強還原性，能被KMnO4、K2Cr2O7、AgNO3等氧化， 如12MnO＋10AsH3＋36H＋===12Mn2＋＋5As2O3＋33H2O， 2AsH3＋12AgNO3＋3H2O===As2O3＋12HNO3＋12Ag↓。 3．砷的氧化物 (1)＋3價砷的氧化物——As2O3、As4O6 ①As4O6是以酸性為主的兩性氧化物 As4O6＋12H＋===4As3＋＋6H2O、 As4O6＋12OH－===4AsO＋6H2O。 　　　　　　　 (亞砷酸根) ②As2O3具有還原性 As2O3＋2I2＋10OH－===2AsO＋4I－＋

14、5H2O、 3As2O3＋4HNO3＋7H2O===6H3AsO4＋4NO↑。 (2)＋5價砷的氧化物——As2O5 As2O5是酸性氧化物， As2O5＋6NaOH===2Na3AsO4＋3H2O。 4．砷的含氧酸——亞砷酸(H3AsO3)、砷酸(H3AsO4) (1)亞砷酸(H3AsO3) ①兩性氫氧化物： H3AsO3＋3NaOH===Na3AsO3＋3H2O、 H3AsO3＋3HCl===AsCl3＋3H2O。 ②還原性： H3AsO3＋I2＋5OH－===AsO＋2I－＋4H2O。 (2)砷酸(H3AsO4) ①H3AsO4是三元弱酸，能與堿發(fā)生中和反應：

15、 如H3AsO4＋3NaOH===Na3AsO4＋3H2O。 ②氧化性： 在酸性介質中，砷酸能將I－氧化成I2。 H3AsO4＋2HI===H3AsO3＋I2＋H2O。 [示例4]　(xx·江蘇高考)砷(As)是一些工廠和礦山廢水中的污染元素，使用吸附劑是去除水中砷的有效措施之一。 (1)將硫酸錳、硝酸釔與氫氧化鈉溶液按一定比例混合，攪拌使其充分反應，可獲得一種砷的高效吸附劑X，吸附劑X中含有CO，其原因是________________。 (2)H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物種的分布分數(shù)(平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分數(shù))與pH的關系分別如圖1和圖2所示。

16、 ①以酚酞為指示劑(變色范圍pH 8.0～10.0)，將NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中，當溶液由無色變?yōu)闇\紅色時停止滴加。該過程中主要反應的離子方程式為________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②H3AsO4第一步電離方程式H3AsO4H2AsO＋H＋的電離常數(shù)為Ka1，則pKa1＝________(pKa1＝－lg K

17、a1)。 (3)溶液的pH對吸附劑X表面所帶電荷有影響。pH＝7.1時，吸附劑X表面不帶電荷；pH>7.1時帶負電荷，pH越高，表面所帶負電荷越多；pH<7.1時帶正電荷，pH越低，表面所帶正電荷越多。pH不同時吸附劑X對三價砷和五價砷的平衡吸附量(吸附達平衡時單位質量吸附劑X吸附砷的質量)如圖3所示。 ①在pH 7～9之間，吸附劑X對五價砷的平衡吸附量隨pH升高而迅速下降，其原因是________________________________________________________________________ _____________________________

18、___________________________________________。 ②在pH 4～7之間，吸附劑X對水中三價砷的去除能力遠比五價砷的弱，這是因為________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 提高吸附劑X對三價砷去除效果可采取的措施是______________________________________________

19、__________________________ ________________________________________________________________________。 [分析]　(1)吸附劑X中含有NaOH溶液，能吸收空氣中的CO2生成CO。(2)①圖1中pH為8～10時，三價砷物種主要以H3AsO3和H2AsO的形式存在，故滴加NaOH溶液的過程中主要反應的離子方程式為OH－＋H3AsO3===H2AsO＋H2O。②Ka1＝，K僅與溫度有關，為方便計算，在圖2中取pH＝2.2時計算，此時c(H2AsO)＝c(H3AsO4)，則Ka1＝c(H＋)＝10－2

20、.2，pKa1＝2.2。(3)①從圖2知，pH由7升至9時，H2AsO轉變?yōu)镠AsO，由題中信息知，pH>7.1時，pH越高，吸附劑X所帶負電荷越多，則吸附劑X與HAsO靜電斥力增強。②在pH為4～7時，吸附劑X表面帶正電荷，從圖2知，pH在4～7之間時，吸附劑X吸附H2AsO和HAsO；從圖1知，pH在4～7之間時，三價砷主要以分子形式存在，吸附劑X不會吸附分子。加入氧化劑，可以將三價砷轉化為五價砷，而被吸附劑X吸附。 [答案]　(1)堿性溶液吸收了空氣中的CO2　 (2)①OH－＋H3AsO3===H2AsO＋H2O?、?.2 (3)①在pH 7～9之間，隨pH升高H2AsO轉變?yōu)镠AsO，吸附劑X表面所帶負電荷增多，靜電斥力增加 ②在pH 4～7之間，吸附劑X表面帶正電，五價砷主要以H2AsO和HAsO陰離子存在，靜電引力較大；而三價砷主要以H3AsO3分子存在，與吸附劑X表面產(chǎn)生的靜電引力小　加入氧化劑，將三價砷轉化為五價砷