高中化學(xué)總復(fù)習(xí)課件第4單元第20講 氮的循環(huán)

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歡迎進(jìn)入化學(xué)課堂 第講 1 常見(jiàn)無(wú)機(jī)物 氮及其化合物 20 第四單元 熱點(diǎn)知識(shí)剖析氮族元素是高考的常考內(nèi)容之一 新高考更注重環(huán)保意識(shí) 如氮的氧化物與大氣污染的問(wèn)題和磷的化合物與水污染的問(wèn)題是熱點(diǎn)知識(shí) 氮的氧化物 氨氣 銨鹽 硝酸是本部分的重點(diǎn)知識(shí) 這些知識(shí)常與化學(xué)基本概念 反應(yīng)原理 化學(xué)實(shí)驗(yàn) 化學(xué)計(jì)算相結(jié)合 突出運(yùn)用知識(shí)的綜合能力 在復(fù)習(xí)中 要依靠物質(zhì)結(jié)構(gòu) 元素周期律等理論作指導(dǎo) 抓住分子結(jié)構(gòu) 從結(jié)構(gòu)上認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì) 抓住化合價(jià)的變化 從氮元素的不同價(jià)態(tài)認(rèn)識(shí)物質(zhì)的氧化性與還原性 3 基礎(chǔ)知識(shí)回顧一 氮及其氧化物1 氮的存在自然界中N元素大部分以游離態(tài)存在于空氣中 也有一部分以化合態(tài)存在于動(dòng) 植物體內(nèi) 土壤及無(wú)機(jī)鹽中 氮?dú)庠诳諝庵屑s占總體積的78 氮?dú)夥肿邮请p原子分子 電子式為 結(jié)構(gòu)式為 由于氮分子的鍵能很大 所以氮?dú)獾男再|(zhì)很穩(wěn)定 只在高溫條件下才能發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng) 4 N N 5 氮的固定是指將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)榈幕衔锏倪^(guò)程 可分為自然固氮和人工固氮 如工業(yè)合成氨為人工固氮 雷雨天產(chǎn)生NO氣體就屬于自然固氮 6 2 氮氧化物 1 雷雨發(fā)莊稼 的反應(yīng)原理 雨水中的HNO3進(jìn)入土壤與礦物質(zhì)作用生成硝酸鹽 其中NO 3被植物根系吸收 3NO2 H2O 2HNO3 NO 2NO O2 2NO2 2 氮元素有 1 2 3 4 5五種正價(jià)態(tài) 對(duì)應(yīng)有N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5六種氧化物NO為無(wú)色有毒氣體 不溶于水 極易與O2反應(yīng) 2NO O2 2NO2 NO被氧化 顏色由無(wú)色變?yōu)榧t棕色 實(shí)驗(yàn)室制法 3Cu 8HNO3 稀 3Cu NO3 2 4H2O 2NO NO只能用排水法收集 不能用排空氣法 7 NO2是紅棕色有刺激性氣味的有毒氣體 極易與水反應(yīng) 3NO2 H2O 2HNO3 NO NO2自身結(jié)合成無(wú)色的N2O4 8 2NO2N2O4 H 0 實(shí)驗(yàn)室制法 Cu 4HNO3 濃 Cu NO3 2 2H2O 2NO2 NO2只能用向上排空氣法 不能用排水法集成 3 氮氧化物產(chǎn)生氮肥的生產(chǎn) 金屬的冶煉和汽車(chē)等交通工具的廣泛使用 使大量氮氧化物排放到空氣中 形成酸雨和光化學(xué)煙霧 為了預(yù)防和控制氮氧化物對(duì)空氣的污染 應(yīng)使用清潔能源 減少氮氧化物排放 為汽車(chē)安裝尾氣轉(zhuǎn)化裝置 對(duì)生產(chǎn)化肥 硝酸工廠進(jìn)行廢氣處理等 9 二 氮肥的生產(chǎn)和使用1 NH3的生產(chǎn)德國(guó)化學(xué)家哈伯首次合成出了氨 反應(yīng)方程式為 10 2 NH3的物理性質(zhì)顏色 無(wú)色 氣味 有刺激性 密度 比空氣小 溶解性 極易溶于水 1體積水可溶解700體積NH3 易液化 常用作制冷劑 3 NH3的化學(xué)性質(zhì) 1 與H2O反應(yīng)氨氣溶于水形成的水溶液稱為氨水 大部分與水結(jié)合成NH3 H2O 部分電離顯堿性 化學(xué)方程式為 11 NH3 HCl NH4Cl 2NH3 H2SO4 NH4 2SO4 NH3 HNO3 NH4NO3 2 與酸反應(yīng)與HCl H2SO4 HNO3反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為 收集 向下排空氣法 檢驗(yàn) 使?jié)櫇竦募t色石蕊試紙變藍(lán)色 和HCl相遇產(chǎn)生白煙 干燥 用堿石灰 CaO和NaOH的固體混合物 等堿性干燥劑 12 3 與氧氣反應(yīng)化學(xué)方程式為 4 實(shí)驗(yàn)室制法 原理 4 銨鹽 1 物理性質(zhì)銨鹽是由銨根離子和酸根離子構(gòu)成的化合物 銨鹽都易溶于水 呈白色或無(wú)色晶體 碳銨指NH4HCO3 氯銨指NH4Cl 硫銨 肥田粉 是指 NH4 2SO4 硝銨指NH4NO3 13 2 化學(xué)性質(zhì) 受熱分解 如NH4Cl NH4HCO3受熱分解 化學(xué)方程式分別為 發(fā)生裝置與制氧氣裝置相同 收集NH3采用向下排空氣法 干燥NH3用堿石灰 不能用濃硫酸或無(wú)水氯化鈣作干燥劑 檢驗(yàn)NH3的方法有濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)或遇濃鹽酸有白煙 14 與堿反應(yīng) 如NH4Cl與Ca OH 2反應(yīng) 產(chǎn)生NH3化學(xué)方程式為 三 硝酸的性質(zhì)1 硝酸的物理性質(zhì)硝酸是一種無(wú)色 具有揮發(fā)性的液體 工業(yè)硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69 常因溶有少量NO2而略帶黃色 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在98 以上的硝酸稱為發(fā)煙硝酸 2 硝酸的化學(xué)性質(zhì)HNO3的化學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)為 三性 1 酸性 酸的通性 15 2 不穩(wěn)定性硝酸不穩(wěn)定 見(jiàn)光或受熱易分解 其反應(yīng)方程式 因此 濃硝酸應(yīng)盛放在棕色細(xì)口試劑瓶中 應(yīng)貯存在避光 低溫處 3 強(qiáng)氧化性 與金屬 除Pt Au外 的反應(yīng)Cu與濃 稀HNO3反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為 16 3Cu 8HNO3 稀 3Cu NO3 2 2NO 4H2O Cu 4HNO3 濃 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 鐵 鋁遇冷的濃HNO3能發(fā)生鈍化 故可用鐵 鋁的容器貯存或運(yùn)輸冷的濃HNO3 HNO3能氧化含S2 I Fe2 Br SO2 3的化合物 與非金屬反應(yīng) 如 C S等 17 4 其他性質(zhì)與某些有機(jī)物反應(yīng) 例如 苯的硝化反應(yīng) 稀硝酸與少量鐵 18 Fe 4HNO3 Fe NO3 3 NO 2H2O稀硝酸與足量鐵 3Fe 8HNO3 3Fe NO3 2 2NO 4H2O 3 硝酸的工業(yè)制法工業(yè)上制備硝酸一般分為三個(gè)過(guò)程 1 NH3的催化氧化 在熱交換器中進(jìn)行 方程式為 4NH3 5O24NO 6H2O 2 生成NO2 2NO O2 2NO2 寫(xiě)反應(yīng)方程式 3 水吸收NO2 在吸收塔中進(jìn)行 反應(yīng)的方程式為 3NO2 H2O 2HNO3 NO 19 4 硝酸的用途 是一種重要的化工原料 用于制備氮肥 染料 塑料 炸藥 硝酸鹽等 20 重點(diǎn)知識(shí)歸納一 氮及其化合物 21 二 氮的氧化物溶于水的計(jì)算1 NO2或NO2與N2 無(wú)O2 的混合氣體溶于水時(shí)可依據(jù) 3NO2 H2O 2HNO3 NO 利用氣體體積變化差值進(jìn)行計(jì)算 2 NO2和O2的混合氣體溶于水時(shí) 由4NO2 O2 2H2O 4HNO3知 當(dāng)體積比 22 4 1 恰好完全反應(yīng) 4 1 NO2過(guò)量 剩余氣體為NO V NO 13V余 NO2 4 1 O2過(guò)量 剩余氣體為O2 V NO2 V O2 3 NO和O2同時(shí)通入水中 由4NO 3O2 2H2O 4HNO3可知 4 3 恰好完全反應(yīng)V NO V O2 4 3 剩余為NO 4 3 剩余為O2 23 三 硝酸的強(qiáng)氧化性的特殊表現(xiàn)1 硝酸與金屬反應(yīng) 1 金屬與硝酸反應(yīng)一般不生成H2 濃HNO3一般被還原為NO2 稀HNO3一般被還原為NO 2 銅與濃HNO3反應(yīng) 若Cu過(guò)量 開(kāi)始時(shí)硝酸的還原產(chǎn)物為NO2 隨著反應(yīng)進(jìn)行 濃HNO3變稀 硝酸的還原產(chǎn)物為NO 最終能得到NO2和NO的混合氣體 解答有關(guān)計(jì)算問(wèn)題時(shí) 可利用電子得失守恒方法 24 2 硝酸與變價(jià)金屬氧化物反應(yīng)如FeO與稀HNO3反應(yīng) 3FeO 10HNO3 稀 3Fe NO3 3 NO 5H2O 反應(yīng)中 硝酸既表現(xiàn)了氧化性 又表現(xiàn)了酸性 而不能錯(cuò)誤地認(rèn)為 FeO 2HNO3 Fe NO3 2 H2O 3 離子共存判斷中的NO 3在極弱酸性 中性或堿性條件下 NO 3氧化性很弱或幾乎沒(méi)有氧化性 但溶液中有大量H 存在時(shí) NO 3就表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性 此時(shí)不能與Fe2 S2 I SO2 3 Br 等還原性離子共存 25 四 氮族元素 1 氮族元素位于周期表中 A族 第二至第六周期 原子結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)是 最外層有5個(gè)電子 不同點(diǎn)是核電荷數(shù)不同 原子半徑不同 電子層數(shù)不同 氮族元素的主要化合價(jià)有 3 3 5 2 氮族元素包括 氮 N 磷 P 砷 As 銻 Sb 鉍 Bi 3 隨著核電荷數(shù)的遞增 氮族元素的原子半徑依次增大 氫化物的穩(wěn)定性減弱 最高價(jià)含氧酸的酸性逐漸減弱 4 氮族元素 用R表示 的氣態(tài)氫化物通式為RH3 最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的通式為HRO3或H3RO4 26 考查氮的氧化物的知識(shí) Murad等三位教授最早提出NO分子在人體內(nèi)有獨(dú)特功能 近年來(lái)此領(lǐng)域研究有很大發(fā)展 因此這三位教授榮獲了1998年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 下列關(guān)于NO的敘述不正確的是 A NO可以是某些含低價(jià)N物質(zhì)的氧化產(chǎn)物B NO是汽車(chē)尾氣的有害成分之一C NO可以是某些含高價(jià)N物質(zhì)的還原產(chǎn)物D NO是具有刺激性氣味的紅棕色氣體 27 D 本題考查中學(xué)化學(xué)常見(jiàn)物質(zhì)NO的有關(guān)性質(zhì) 根據(jù)NO中氮元素的化合價(jià) 2 處于氮元素中間價(jià)態(tài) 應(yīng)用氧化還原反應(yīng)原理可推知 NO既可能是低價(jià)含N物質(zhì)的氧化產(chǎn)物 又可能是高價(jià)含N物質(zhì)的還原產(chǎn)物 汽車(chē)尾氣有NO NO應(yīng)是無(wú)色氣體 28 方法指導(dǎo) 本題是 高起點(diǎn) 低落點(diǎn) 試題 首先要克服心理障礙 找準(zhǔn)題中化學(xué)知識(shí)運(yùn)用的著落點(diǎn) 其次 要掌握好重要基本概念和基本理論 這類試題所涉及的基本理論通常是結(jié)構(gòu)理論 包括原子結(jié)構(gòu)中的質(zhì)量數(shù) 中子數(shù) 質(zhì)子數(shù) 質(zhì)子數(shù) 核電荷數(shù) 核外電子數(shù)之間關(guān)系等 分子結(jié)構(gòu)中微粒成鍵規(guī)律 氧化還原反應(yīng)規(guī)律 所涉及的概念通常是原子相對(duì)原子質(zhì)量 同位素 同素異形體等 29 考查氮的氧化物與水反應(yīng)的知識(shí) 同溫同壓下 在3支同體積的試管中分別充有等體積混合氣體 它們是 NO和NO2 NO2和O2 NH3和N2 現(xiàn)將3支試管均倒置于水槽中 充分反應(yīng)后 試管中剩余氣體的體積分別為V1 V2 V3 則下列關(guān)系正確的是 提示 4NO2 O2 2H2O 4HNO3 A V1 V2 V3B V1 V3 V2C V2 V3 V1D V3 V1 V2 30 B 因3NO2 H2O 2HNO3 NO 4NO2 O2 2H2O 4HNO3 NH3全溶于水 剩余NO 2 3 剩余O2 3 8 剩余N2 1 2 方法指導(dǎo) 本題主要考查氮的氧化物與氧混合溶于水時(shí)氣體的體積變化 可用關(guān)系式 也可用電子守恒法求算 關(guān)鍵要對(duì)剩余的氣體可能情況作全面分析 防止遺漏 31 考查硝酸的性質(zhì) 用以下三種途徑來(lái)制取相等質(zhì)量的硝酸銅 1 銅跟濃硝酸反應(yīng) 2 銅跟稀硝酸反應(yīng) 3 銅先跟氧氣反應(yīng)生成氧化銅 氧化銅再跟硝酸反應(yīng) 以下敘述中正確的是 A 三種途徑所消耗的銅的物質(zhì)的量不相等B 三種途徑所消耗的硝酸的物質(zhì)的量相等C 所消耗的銅的物質(zhì)的量是途徑 3 途徑 1 途徑 2 D 所消耗的硝酸的物質(zhì)的量是途徑 1 途徑 2 途徑 3 32 D 若生成3molCu NO3 2 可得消耗原料量及生成污染物NOx的量 見(jiàn)下表 33 本題是評(píng)價(jià)制備方案的優(yōu)劣 從綠色化學(xué)角度看 要節(jié)約原料 是副產(chǎn)品對(duì)環(huán)境污染小 1 Cu 4HNO3 濃 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 2 3Cu 8HNO3 稀 3Cu NO3 2 2NO 4H2O 3 2Cu O2 2CuO CuO 2HNO3 Cu NO3 2 H2O 34 上表知 1 耗HNO3最多 生成污染物最多 3 耗HNO3最少 沒(méi)有污染物 方法指導(dǎo) 本題考查對(duì)硝酸性質(zhì) 用途的理解及氧化還原反應(yīng)知識(shí) 通過(guò)分析比較選擇出最佳途徑的能力 從不同濃度硝酸與銅的反應(yīng)可以看出 在硝酸與銅的反應(yīng)中 硝酸充當(dāng)了氧化劑和提供硝酸根兩種作用 因稀硝酸與銅反應(yīng)時(shí) 氮元素的化合價(jià)由 5降為 2價(jià) 故作為氧化劑消耗的硝酸較少 而 3 中氧氣為氧化劑 硝酸全部用于提供酸根 故消耗硝酸的物質(zhì)的量為 1 2 3 35 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全