（新課改省份專版）2020高考化學一輪復習 4.7 點點突破 氮及其重要化合物學案（含解析）.doc

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第7課時　點點突破——氮及其重要化合物 知識點一　氮及其氧化物 1．氮氣的結構與性質 (1)氮元素的存在與氮的固定 (2)N2的物理性質 無色、無味氣體，密度比空氣略，溶于水。 (3)N2的化學性質 與氧氣反應 N2＋O22NO 與氫氣反應 N2＋3H22NH3 與鎂反應 3Mg＋N2Mg3N2 2．氮的氧化物 (1)氮有多種價態(tài)的氧化物 氧化物的化學式 N2O NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5 氮元素的價態(tài) ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5 N2O俗稱笑氣，有麻醉作用；N2O3是亞硝酸的酸酐；N2O5為硝酸的酸酐。 (2)NO與NO2性質的比較 NO NO2 氮的價態(tài) ＋2價 ＋4價 物理性質 色、溶于水的氣體 紅棕色、有刺激性氣味的氣體，易液化，溶于水 化 學 性 質 O2 2NO＋O2===2NO2 不反應 H2O 不反應 3NO2＋H2O=== 2HNO3＋NO H2O、 O2 4NO＋2H2O＋3O2===4HNO3 4NO2＋2H2O＋O2===4HNO3 氧化性 有氧化性，但通常情況下表現出還原性 強氧化性，在溶液中能氧化S2－、 I－、Fe2＋等離子 對環(huán)境 的影響 有毒，大氣污染物之一 有毒，大氣污染物之一 制法 試劑 Cu和稀HNO3 Cu和濃HNO3 收集 通常用排水法收集 通常用向上排空氣法收集 [提醒]?、俚难趸锒加卸?，其中NO2與N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此實驗測得NO2的平均相對分子質量總大于46。 ②驗證某無色氣體為NO的方法是向無色氣體中通入O2(或空氣)，無色氣體變?yōu)榧t棕色。 ③NO與血紅蛋白結合使人中毒。 3．氮氧化物與O2、H2O反應的計算 (1)關系式法 ①NO和O2通入水中 由2NO＋O2===2NO2和3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得總反應為4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 ②NO2和O2混合氣體通入水中 由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO和2NO＋O2===2NO2得總反應為4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ③NO、NO2和O2三種氣體通入水中 先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO計算出生成的NO體積，然后加上原來混合氣體中NO體積，再按①計算。 (2)電子守恒法 當NOx轉化為硝酸時要失去電子，如果是NOx與O2混合，則反應中O2得到的電子數與NOx失去的電子數相等。 [對點訓練] 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”)。 (1)豆科植物通過根瘤菌吸收空氣中的氮屬于氮的固定，是化學變化(√) (2)氮元素有負化合價、正化合價和零價，因而常溫下，N2既能與氧氣反應，又能與H2反應() (3)在實驗室里，NO和NO2均用排水法收集() (4)通過灼熱的鎂粉，可除N2中的少量氧氣() 2．下列關于自然界中氮循環(huán)(如圖)的說法不正確的是(　　) A．氮元素均被氧化 B．工業(yè)合成氨屬于人工固氮 C．含氮無機物和含氮有機物可相互轉化 D．碳、氫、氧三種元素也參與了氮循環(huán) 解析：選A　在雷電作用下N2與O2反應生成NO，氮元素被氧化，工業(yè)合成氨屬于人工固氮，合成氨過程中氮元素被還原，A項錯誤，B項正確；由題圖可看出含氮無機物和含氮有機物可相互轉化，C項正確；合成蛋白質的過程中就有碳、氫、氧元素的參與，D項正確。 3．NO因污染空氣而“臭名昭著”，而奇妙的作用也使其成為“明星分子”。如可用于制HNO3、肥料、炸藥、促進血管擴張、促進免疫功能、增強記憶等。下列各組物質中，不能生成NO的是(　　) A．Cu＋HNO3(稀)　　　　　 B．N2＋O2 C．NH4Cl＋Ca(OH)2 D．NO2＋H2O 解析：選C　3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，能生成NO；N2＋O22NO，能生成NO；2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋2H2O＋CaCl2，不能生成NO；3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，能生成NO。 4．(2019沈陽模擬)在一定條件下，將NO2和O2的混合氣體12 mL通入足量水中，充分反應后剩余2 mL氣體(同溫同壓下)，則原混合氣體中氧氣的體積為(　　) ①1.2 mL?、?.4 mL?、? mL?、? mL A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 解析：選D　4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 若剩余的氣體是O2，則V(NO2)＝(12－2)mL＝8 mL，V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。 若剩余的氣體是NO(2 mL)?6 mL NO2。 則V(O2)＝(12－6)mL＝1.2 mL。 知識點二　氨和銨鹽 1．氨的分子結構與物理性質 電子式 密度 氣味 水溶性 比空氣 強烈刺激性氣味 極易溶于水 (1∶700) 2．氨的化學性質 (1)與水反應 NH3＋H2ONH3H2ONH＋OH－。氨氣溶于水得氨水，氨水中含有的粒子有：NH3H2O、H2O、NH3、NH、OH－、H＋。NH3H2O為可溶性一元弱堿，不穩(wěn)定，易分解，化學方程式為NH3H2ONH3↑＋H2O。 (2)與酸的反應 蘸有濃鹽酸(或濃硝酸)的玻璃棒與蘸有濃氨水的玻璃棒靠近，其現象為有白煙生成。 化學方程式分別為HCl＋NH3===NH4Cl、HNO3＋NH3===NH4NO3。 (3)與鹽溶液的反應 如過量氨水與AlCl3反應的離子方程式： Al3＋＋3NH3H2O===Al(OH)3↓＋3NH。 (4)氨氣的還原性 性質 方程式 催化氧化 4NH3＋5O24NO＋6H2O 被CuO氧化 2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O 被氯氣氧化 2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl 或8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl 被氮氧化物氧化 6NO＋4NH3===5N2＋6H2O 6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O [提醒]?、貼H3是中學化學中唯一的堿性氣體，能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，可在推斷題中作為解題突破口。 ②氨水呈堿性，NH3H2O屬于一元弱堿，計算氨水的濃度時，溶質按NH3進行計算。 3．噴泉實驗 (1)噴泉實驗的原理 使燒瓶內外在短時間內產生較大的壓強差，利用大氣壓將燒瓶下面燒杯中的液體壓入燒瓶內，在尖嘴導管口形成噴泉。 (2)形成噴泉的兩大類型 ①極易溶于水的氣體(如NH3、HCl等)與水可形成噴泉。 ②能與NaOH溶液反應的氣體能形成噴泉。 ③常見的能形成噴泉的氣體和液體組合。 氣體 HCl NH3 CO2、Cl2、 SO2、H2S NO2 NO、O2、 (4∶3) NO2、O2 (4∶1) 吸收劑 水、 NaOH 溶液 水 NaOH 溶液 水 水 水 4．銨鹽及NH的檢驗 (1)銨鹽的物理性質 銨鹽都是色固體，均溶于水。 (2)銨鹽的化學性質 (3)NH的檢驗 未知液產生使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍色的氣體，則證明含NH。 1．下列說法錯誤的是(　　) A．檢驗溶液中是否含有NH的實驗操作是取少量試液于試管中，加入NaOH溶液并加熱，用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗產生的氣體 B．加熱NH4Cl和Ca(OH)2混合物，并將產生的氣體通入酚酞溶液中，酚酞溶液變成紅色 C．施肥時，草木灰(有效成分為K2CO3)不能與NH4Cl混合使用的原因是K2CO3與NH4Cl反應生成氨氣會降低肥效 D．因NH4HCO3受熱易分解，所以可用作氮肥 解析：選D　NH與NaOH溶液共熱生成氨氣，氨氣是堿性氣體，能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，A正確；NH4Cl與Ca(OH)2混合加熱生成氨氣，氨氣是堿性氣體，通入酚酞溶液中，酚酞溶液變成紅色，B正確；K2CO3溶于水顯堿性，與NH4Cl反應生成氨氣會降低肥效，C正確；NH4HCO3中含有氮元素，可用作氮肥，D錯誤。 2．(2017浙江4月選考)下列能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體是(　　) A．NH3 B．SO2 C．HCl D．CO2 解析：選A　使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體只能是堿性氣體NH3，B、C、D均是酸性氣體。 3．如下圖，利用培養(yǎng)皿探究氨氣的性質。實驗時向NaOH固體上滴幾滴濃氨水，立即用另一表面皿扣在上面。下表中對實驗現象所做的解釋正確的是(　　) 選項 實驗現象 解釋 A 濃鹽酸附近產生白煙 NH3與濃鹽酸反應產生了NH4Cl固體 B 濃硫酸附近無明顯現象 NH3與濃硫酸不發(fā)生反應 C 氯化物溶液變渾濁 該溶液一定是AlCl3溶液 D 干燥紅色石蕊試紙不變色，濕潤紅色石蕊試紙變藍 NH3是一種可溶性堿 解析：選A　B項，NH3與濃硫酸反應；C項，AlCl3、MgCl2等氯化物溶液均可與NH3反應使溶液變渾濁；D項，NH3＋H2ONH3H2ONH＋OH－，氨水呈堿性，NH3H2O是堿，NH3不屬于堿。 4．NH3是一種重要的化工原料，可以制備一系列物質(如圖所示)，下列說法正確的是(　　) A．NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥 B．NH4Cl、HNO3和Na2CO3受熱時都易分解 C．NH3和NO2在一定條件下可發(fā)生氧化還原反應 D．圖中所涉及的O2都要用純氧 解析：選C　化肥主要是含農作物生長所需氮、磷、鉀的一些物質，NaHCO3不是常用的化肥，A項不正確；Na2CO3受熱 不易分解，B項不正確；NH3和NO2在一定條件下可以發(fā)生氧化還原反應，如生成氮氣，C項正確；氨的催化氧化用空氣就可以，不一定要用純氧，D項不正確。 5．探究氨氣及銨鹽性質的過程中，下列根據實驗現象得出的結論不正確的是(　　) A．將集有氨氣的試管倒扣于水槽中，液體迅速充滿試管，說明氨氣極易溶于水 B．將pH＝11的氨水稀釋1 000倍，測得pH>8，說明NH3H2O為弱堿 C．加熱NH4HCO3固體，觀察到固體逐漸減少，試管口有液滴產生，說明NH4HCO3受熱不穩(wěn)定 D．將紅熱的Pt絲伸入如圖所示的錐形瓶中，瓶口出現少量紅棕色氣體，說明氨氣的氧化產物為NO2 解析：選D　氨氣極易溶于水生成氨水，所以將集有氨氣的試管倒扣于水槽中，液體迅速充滿試管，故A正確；常溫下，pH＝11的氨水中c(OH－)＝10－3molL－1，稀釋1 000倍，測得pH>8，c(OH－)>10－6molL－1，說明稀釋時電離平衡正向移動，所以NH3H2O為弱堿，故B正確；碳酸氫銨加熱分解為氨氣、二氧化碳和水，故C正確；氨氣的氧化產物為NO，NO在錐形瓶口與氧氣反應生成NO2，所以瓶口出現少量紅棕色氣體，故D錯誤。 6．在如圖裝置中，燒瓶中充滿干燥氣體a，將滴管中的液體b擠入燒瓶內，輕輕振蕩燒瓶，然后打開彈簧夾f，燒杯中的液體b呈噴泉狀噴出，最終幾乎充滿燒瓶。則a和b分別是(　　) 選項 a(干燥氣體) b(液體) A NO2 水 B CO2 水 C Cl2 飽和食鹽水 D NH3 1 molL－1鹽酸 解析：選D　NO2與水反應，生成HNO3和NO，容器內氣體減少，氣壓減小，形成噴泉，但由于NO不溶于水，所以不充滿燒瓶，A錯誤；CO2在水中的溶解度很小，不能形成噴泉，B錯誤；Cl2不溶于飽和氯化鈉溶液，也不與其反應，錐形瓶與燒瓶內壓強相等，不能形成噴泉，C錯誤；NH3與鹽酸能發(fā)生反應，生成物為氯化銨溶液，燒瓶內壓強減小為零，同外界大氣壓產生壓強差，所以形成噴泉，并充滿燒瓶，D正確。 知識點三　硝酸、氮的化合物之間的轉化 1．硝酸 (1)物理性質 硝酸是無色易揮發(fā)的液體，有刺激性氣味。 (2)化學性質 ①不穩(wěn)定性 反應的化學方程式：4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑。 ②強氧化性 濃、稀硝酸均具有強氧化性，濃度越大，氧化性越強，其還原產物的價態(tài)越高。還原產物一般為HNO3(濃)―→NO2，HNO3(稀)―→NO。 與金屬 反應 稀硝酸與銅反應的化學方程式： 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 濃硝酸與銅反應的化學方程式： Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 與非 金屬 反應 濃硝酸與C反應的化學方程式： C＋4HNO3(濃)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O 與還原 性化合 物反應 硝酸可氧化Fe2＋、H2S、SO2、Na2SO3、HI等還原性物質。如稀硝酸與FeSO4溶液反應的離子方程式： 3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O ③與有機物反應 a．硝化反應(與苯反應)： 。 b．顏色反應：含苯基的蛋白質遇到濃硝酸時變色。 [提醒]?、傧跛釢舛仍酱?，其還原產物的價態(tài)越高。還原產物一般為HNO3(濃)→NO2，HNO3(稀)→NO。 ②濃硝酸能使紫色石蕊溶液先變紅，后褪色，該反應過程中濃硝酸表現出強酸性和強氧化性。 ③常溫下，鐵、鋁遇濃硝酸能發(fā)生“鈍化”，并非不反應，故濃硝酸可以用鐵桶盛放。 (3)硝酸工業(yè)制法的反應原理 ①NH3在催化劑作用下與O2反應生成NO： 4NH3＋5O24NO＋6H2O。 ②NO進一步氧化生成NO2：2NO＋O2===2NO2。 ③用水吸收NO2生成HNO3： 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 (4)硝酸的保存 ①保存硝酸：棕色瓶(避光)、玻璃塞(橡膠塞易被氧化)、陰涼處(防熱)。 ②存放的濃硝酸中，因分解產生的NO2溶于HNO3而使其呈黃色。與工業(yè)鹽酸中因含Fe3＋而呈黃色易混。 2．含氮元素物質之間的轉化關系 (1)歧化——同一物質中某元素的化合價在同一反應中既升高又降低。 如：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O (2)歸中——不同物質中同一元素的不同化合價在同一反應中只靠攏 如：6NO＋4NH35N2＋6H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O [對點訓練] 1．硝酸被稱為“國防工業(yè)之母”，是因為它是制取炸藥的重要原料。下列實驗事實與硝酸的性質不相對應的是(　　) A．濃硝酸使紫色石蕊溶液先變紅后褪色——酸性和強氧化性 B．不能用稀硝酸與鋅反應制氫氣——強氧化性 C．要用棕色瓶盛裝濃硝酸——不穩(wěn)定性 D．能使滴有酚酞的氫氧化鈉溶液的紅色褪去——強氧化性 解析：選D　向滴有酚酞的NaOH溶液中滴入硝酸，溶液紅色褪去，利用的是硝酸的酸性。 2．關于氮的變化關系如圖： 則下列說法不正確的是(　　) A．路線①②③是工業(yè)生產硝酸的主要途徑 B．路線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷電固氮生成硝酸的主要途徑 C．上述所有反應都是氧化還原反應 D．上述反應中只有③屬于氮的固定 解析：選D　工業(yè)上生產硝酸的流程是：氮氣和氫氣生成氨氣，氨氣與氧氣反應4NH3＋5O24NO＋6H2O(路線①)，一氧化氮與氧氣反應2NO＋O2===2NO2(路線②)，二氧化氮被水吸收3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(路線③)，即路線①②③是工業(yè)生產硝酸的主要途徑，A正確；在放電條件下，氮氣和氧氣發(fā)生化合反應N2＋O22NO(路線Ⅰ)；NO不穩(wěn)定，易被氧氣氧化為二氧化氮2NO＋O2===2NO2(路線Ⅱ)，二氧化氮溶于水生成硝酸3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(路線Ⅲ)，B正確；從氮的變化關系圖可知：N的化合價分別為NH3(－3)價、N2(0價)、NO(＋2價)、NO2(＋4價)、HNO3(＋5價)，上述反應都是氧化還原反應，C正確；上述反應中，反應①和Ⅰ為空氣中的氮氣轉變?yōu)楹衔?，符合氮的固定的定義，屬于氮的固定，其他反應是氮的化合物之間的轉化，不是氮的固定，D錯誤。 3．(2017北京高考)下述實驗中均有紅棕色氣體產生，對比分析所得結論不正確的是(　　) ① ② ③ A．由①中的紅棕色氣體，推斷產生的氣體一定是混合氣體 B．紅棕色氣體不能表明②中木炭與濃硝酸發(fā)生了反應 C．由③說明濃硝酸具有揮發(fā)性，生成的紅棕色氣體為還原產物 D．③的氣體產物中檢測出CO2，由此說明木炭一定與濃硝酸發(fā)生了反應 解析：選D?、僦凶茻崴椴Ａ鸺訜嶙饔?，濃硝酸受熱分解生成紅棕色NO2，硝酸中氮元素化合價降低，必有元素化合價升高，只能為氧元素，因此，還有O2生成，產生的氣體為混合氣體，A項正確；由①可知，濃硝酸受熱分解可生成紅棕色氣體，所以②中產生的“紅棕色氣體”不一定是木炭與濃硝酸發(fā)生反應產生的，B項正確；③中濃硝酸揮發(fā)才能與紅熱木炭接觸，產生的NO2是還原產物，C項正確；紅熱的木炭還可與空氣中的O2反應生成CO2，不一定是木炭與濃硝酸發(fā)生反應生成了CO2，D項錯誤。 4．某化學學習小組采用下列裝置，對濃硝酸與木炭的反應進行探究(已知：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O)。 請回答下列問題： (1)檢查裝置氣密性后，將燃燒匙中的木炭在酒精燈上加熱至紅熱狀態(tài)，立即伸入三頸瓶中，并塞緊瓶塞，滴加濃硝酸，可觀察到三頸瓶中氣體的顏色為________，產生該氣體的化學反應方程式是________________________________________________________。 (2)裝置C中盛有足量Ba(OH)2溶液，反應一段時間后可觀察到C中出現白色沉淀，該白色沉淀為___________________________________________________________________ (寫化學式)。其中的Ba(OH)2溶液________(填“能”或“不能”)用Ca(OH)2溶液代替，理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)裝置B的作用是____________________________________________。 (4)裝置D中收集到了無色氣體，部分同學認為是NO，還有部分同學認為是O2。 ①下列對該氣體的檢驗方法合適的是________(填字母)。 A．敞口觀察集氣瓶內氣體的顏色變化 B．將潤濕的藍色石蕊試紙伸入集氣瓶內，觀察試紙是否變紅 C．將帶火星的木條伸入集氣瓶中，觀察木條是否復燃 ②如果集氣瓶中收集到的無色氣體是氧氣，則氧氣的來源是________________。 (5)若將木炭改為銅片，再用等質量的銅片分別與等體積的濃硝酸、稀硝酸(硝酸均過量)反應時，發(fā)現反應后所得溶液前者呈綠色，后者呈藍色。針對此現象，同學們進行討論，提出兩種意見：①認為兩溶液所顯顏色不同是由Cu2＋濃度的差異引起的。 ②認為前者溶液呈綠色，是因為生成的紅棕色NO2溶解于溶液中引起的。 你認為上述意見________(填“①”或“②”)合理。(注：若填①，下題中只答Ⅰ；若填②，下題中只答Ⅱ) Ⅰ.如果你認為①合理，理由是_________________________________________。 Ⅱ.如果你認為②合理，請設計一個簡單的實驗進行驗證 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)裝置A中發(fā)生的是濃硝酸與木炭的反應，生成NO2、CO2、H2O，由于NO2為紅棕色氣體，故三頸瓶中的氣體為紅棕色。 (2)將NO2、CO2通入Ba(OH)2溶液中分別生成Ba(NO3)2和BaCO3，由于Ba(OH)2溶液足量，故溶液為堿性環(huán)境，BaCO3不溶解以沉淀形式析出。Ba(OH)2溶液不能用Ca(OH)2溶液代替，因為Ca(OH)2微溶于水，溶液中Ca(OH)2含量太少，濃度太低，不足以完全吸收生成的酸性氣體，導致溶液呈酸性，從而不能生成CaCO3沉淀。 (3)裝置B可以防止裝置C中酸性氣體因溶解速率太快而出現倒吸。 (4)①NO與足量O2反應生成紅棕色的NO2，A正確；NO和O2均不具有酸性，B錯誤；O2能使帶火星的木條復燃，而NO不能，C正確。②裝置A中除發(fā)生木炭與濃硝酸的反應外，還發(fā)生濃硝酸的分解反應。 (5)因Cu的質量相等，且濃、稀HNO3均過量，Cu完全反應生成的Cu(NO3)2的濃度相等，溶液中的c(Cu2＋)是一樣的，①不合理，②合理。既然②是由紅棕色NO2溶于溶液中引起的，只要將NO2除去或者在Cu與稀HNO3反應后的反應器中通入NO2即可驗證。 答案：(1)紅棕色 C＋4HNO3(濃)4NO2↑＋CO2↑＋2H2O (2)BaCO3　不能　Ca(OH)2溶液中Ca(OH)2濃度較低，NO2、CO2過量，最終溶液顯酸性，不能形成CaCO3沉淀 (3)防倒吸 (4)①AC?、跐庀跛岬姆纸? (5)②　向顯藍色的Cu(NO3)2溶液中通入NO2(或其他合理答案)