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2022年高考化学一轮复习讲义第4章第23讲 氮及其化合物 (含解析)
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这是一份2022年高考化学一轮复习讲义第4章第23讲 氮及其化合物 (含解析),共24页。试卷主要包含了4 mL一氧化氮等内容,欢迎下载使用。
第23讲 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 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:
①3Mg+N2Mg3N2;
②N2+3H22NH3;
③N2+O22NO。
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、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
3NO2+H2O===2HNO3+NO
与氧气反应
2NO+O2===2NO2
不反应
提醒 ①NO2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。②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
①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,产生了一种有毒的烟雾。
②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。
③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。
④NO与血红蛋白结合使人中毒。
(2)常见的NOx尾气处理方法
①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)。
②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 ①N2+O22NO
②2NO+O2===2NO2
③3NO2+H2O===2HNO3+NO
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( )
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
B.1 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N2+2O2===2NO2
D.NO、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
D.NO2与H2O的反应中氧化剂与还原剂的质量之比为2∶1
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1∶2。
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
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
22.4 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
ρ(NO2)=≈2.054 g·L-1,因存在转化平衡:2NO2N2O4,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、生活、环境等社会实际密切相关。下列相关叙述正确的是( )
A.SO2、CO2、NO2都是可形成酸雨的气体
B.75%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,与其还原性有关,C项错误。
5.工业上常采用生物硝化法将NH转化为NO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+2O2===NO+2H++H2O
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7~9,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应使用红色石蕊试纸,C项错误;生物硝化法处理废水会使水体呈酸性,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4NH3+6NO5N2+6H2O。
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。
①NO2被烧碱溶液吸收时,生成两种钠盐,其物质的量之比为1∶1,写出该反应的化学方程式:________________________________________________________________________。
②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量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)2CO+2NON2+2CO2
(2)8NH3+6NO27N2+12H2O 4∶3
(3)①2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
②NaNO2
考点二 典型的氧化性酸——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) 2H2O+4NO2↑+O2↑。
(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:
①与金属反应:
稀硝酸与铜反应:
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O;
浓硝酸与铜反应:
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
②与非金属反应:
浓硝酸与C的反应:
C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。
③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++4H++NO===3Fe3++NO↑+2H2O。
(3)与有机物反应
①硝化反应(与反应):
+HNO3+H2O;
②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)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与I-、Fe2+、SO等离子能大量共存(×)
错因:NO在酸性条件下有强氧化性,会将I-、Fe2+、SO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
①忽视NO在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下NO不能与Fe2+、I-、SO、S2-等还原性较强的离子大量共存。
②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) 2H2O+4NO2↑+O2↑,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
向一定量的浓硝酸中加入过量的铜片。
①反应开始阶段产生________________色气体,化学方程式为__________________________。
②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_________________________。
③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 ①红棕 Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
②3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
③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:3NO2+H2O===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。下列有关说法正确的是( )
A.①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.③中反应的离子方程式为3Cu+2NO+8H+===3Cu2++2NO↑+4H2O
C.③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3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,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;③中溶液含有NO,滴加稀硫酸后,Cu、NO、H+继续反应生成NO,B正确;③中铜片继续溶解,是因为稀硫酸提供H+,与NO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和F的作用是________________________________________________________;
为实现此作用,其操作方法是___________________________________________________。
(4)装置D的作用是吸收多余的氮氧化物,防止污染空气,兼有____________的功能。
答案 (1)产生CO2,赶走装置中的空气,防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰
(2)Cu丝表面产生气泡,稀硝酸液面上方仍为无色,溶液变蓝 3Cu+8H++2NO===3Cu2++2NO↑+4H2O
(3)验证NO的生成 将注射器中的空气推入E中,若气体变为红棕色则说明生成了NO
(4)防止倒吸
考点三 氨 铵盐
1.氨的分子结构和物理性质
电子式
密度
气味
水溶性
比空气小
刺激性气味
极易溶于水(1∶700)
2.氨的化学性质
提醒 ①NH3是中学化学中唯一的碱性气体,能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,可在推断题中作为解题突破口。
②氨水呈碱性,NH3·H2O属于一元弱碱,计算氨水的浓度时,溶质按NH3进行计算。
3.铵盐及NH的检验
(1)铵盐的物理性质
铵盐都是白色固体,均易溶于水。
(2)铵盐的化学性质
(3)NH的检验步骤
未知液呈碱性使湿润的红色石蕊试纸变蓝色,则证明含NH。
4.氨的实验室制法
(1)加热固态铵盐和碱的混合物
→
↓
→用碱石灰干燥
↓
→用向下排空气法。收集时,一般在管口塞一团棉花球,可减小NH3与空气的对流速率,收集到纯净的NH3
↓
→①将湿润的红色石蕊试纸置于试管口,试纸变蓝;
②将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口,有白烟产生
(2)实验室制取氨的其他方法
方法
化学方程式(或原理)
气体发生装置
加热浓氨水
NH3·H2ONH3↑+H2O
浓氨水+固体NaOH
NaOH溶于水放热,促使氨水分解。且OH-浓度的增大有利于NH3的生成
浓氨水+固体CaO
CaO与水反应,使溶剂(水)减少;反应放热,促使氨水分解。化学方程式为NH3·H2O+CaO===NH3↑+Ca(OH)2
(3)实验装置的创新
(1)液氨制冷、碘的升华、NH4Cl气化都不涉及化学变化(×)
错因:NH4Cl气化是NH4Cl分解生成NH3与HCl,是化学变化。
(2)能用加热法除去NaCl中的NH4Cl的原因是NH4Cl为强酸弱碱盐(×)
错因:原因是NH4Cl受热分解生成气体挥发。
(3)现有1 mol·L-1的氨水,则该溶液中NH3·H2O的浓度是1 mol·L-1(×)
错因:氨水中还含有NH3、NH,故c(NH3·H2O)
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