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1第十讲氮元素及其化合物的性质与应用适用学科化学适用年级高三适用区域全国本讲时长90min知识点氮的化合物的性质及用途学习目标1.识记有关的化学方程式；2.掌握氮元素及其化合物之间的转化关系；3.掌握并应用元素守恒、得失电子守恒进行相关计算。学习重难点重点：氮及其化合物之间的转化关系难点：利用元素守恒、得失电子守恒进行有关的计算学习过程一、复习预习1、复习卤族元素的相关知识及其化学方程式；2、复习元素周期表及元素周期律的相关知识。二、知识讲解考点1、氮气1．氮元素在自然界中的存在形式：既有游离态又有化合态。空气中含N278％（体积分数）；化合态氮存在于多种无机物和有机物中，氮元素是构成蛋白质和核酸不可缺少的元素。2．氮的固定：使空气中游离态的氮转化为化合态的氮的过程①天然固氮：电闪雷鸣时：N2+O22NO2NO+O22NO23NO2+H2O2HNO3+NO生成的硝酸随雨水淋洒到土壤中，并与土壤中的矿物作用生成能被植物吸收的硝酸盐。②豆科植物的根瘤菌可以直接把空气中游离态的氮转化为化合态。③人工固氮：工业合成氨3．氮分子（N2）的电子式为，结构式为N≡N。由于N2分子中的N≡N键很牢固，所以通常情况下，氮气的化学性质稳定，只在放电、高温、催化剂等条件下才发生一些化学反应。①N2与H2化合生成NH3N2+3H2催化剂高温高压2NH3该反应是一个可逆反应，是工业合成氨的原理。2②N2与O2化合生成NON2+O22NO在闪电或行驶的汽车引擎中会发生以上反应。4．氮气的用途：①合成氨，制硝酸；②代替稀有气体作焊接金属时的保护气，以防止金属被空气氧化；③在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发；④保存粮食、水果等食品，以防止腐烂；⑤医学上用液氮作冷冻剂，以便在冷冻麻醉下进行手术；⑥利用液氮制造低温环境，使某些超导材料获得超导性能。考点2、氮的氧化物1．NO、NO2的性质氮的氧化物一氧化氮(NO)二氧化氮(NO2)物理性质无色、不溶于水、有毒的气体红棕色、有刺激性气味、有毒的气体，易溶于水化学性质①极易被空气中的O2氧化：2NO+O22NO2②NO中的氮为+2价，处于中间价态，既有氧化性又有还原性与H2O反应：3NO2+H2O2HNO3+NO（工业制HNO3原理．在此反应中，NO2同时作氧化剂和还原剂）特别提示：1．NO、NO2有毒，是大气的污染物。2．空气中的NO、NO2污染物主要来自于石油产品和煤燃烧的产物、汽车尾气以及制硝酸工厂的废气。3．NO2是造成光化学烟雾的主要因素。光化学烟雾刺激呼吸器官，使人生病甚至死亡。2．氮的氧化物的性质比较种类色态化学性质N2O无色气体较不活泼NO无色气体活泼，不溶于水N2O3（亚硝酸酐）无色气体，蓝色液体（-20℃）常温极易分解为NO、NO2NO2红棕色气体较活泼，与水反应N2O4无色气体较活泼，受热易分解N2O5（硝酸酸酐）无色固体气态时不稳定，易分解考点3、氨气1．氨的物理性质：①氨是无色、有刺激性气味的气体，比空气轻；②氨易液化。在常压下冷却或常温下加压，气态氨转化为无色的液态氨，同时放出大量热，液态氨气化时要吸收大量的热，使周围的温度急剧下降；③氨气极易溶于水。在常温、常压下，1体积水中能溶解约700体积的氨气（因此，氨气可进行喷泉实验）；3④氨对人的眼、鼻、喉等粘膜有刺激作用．若不慎接触过多的氨而出现病症，要及时吸入新鲜空气和水蒸气，并用大量水冲洗眼睛。2．氨分子的结构：NH3的电子式为，结构式为，氨分子的结构为三角锥形，N原子位于锥顶，三个H原子位于锥底，键角107°18′，是极性分子。3．氨气的实验室制法①反应原理：固态铵盐（如NH4Cl、(NH4)2SO4等）与消石灰混合共热：2NH4Cl+Ca(OH)2△CaCl2+2NH3↑+2H2O②发生装置类型：固体+固体△气体型装置（与制O2相同）。③干燥方法：常用碱石灰（CaO和NaOH的混合物）作干燥剂。不能用浓H2SO4、P2O5等酸性干燥剂和CaCl2干燥氨气，因为它们都能与氨气发生反应（CaCl2与NH3反应生成CaCl2·8NH3）。④收集方法：只能用向下排气法，并在收集氨气的试管口放一团棉花，以防止氨气与空气形成对流而造成制得的氨气不纯。⑤验满方法：ⅰ．将湿润的红色石蕊试纸接近集气瓶口，若试纸变蓝色，则说明氨气已充满集气瓶；ⅱ．将蘸有浓盐酸的玻璃棒接近集气瓶口，有白烟产生，说明氨气已充满集气瓶。特别提示：1．制氨气所用的铵盐不能用NH4NO3、NH4HCO3、(NH4)2CO3等代替，因为NH4NO3在加热时易发生爆炸，而NH4HCO3、(NH4)2CO3极易分解产生CO2气体使制得的NH3不纯；2．消石灰不能用NaOH、KOH等强碱代替，因为NaOH、KOH具有吸湿性，易潮解结块，不利于生成的氨气逸出，而且NaOH、KOH对玻璃有强烈的腐蚀作用；3．NH3极易溶于水，制取和收集的容器必须干燥；4．实验室制取氨气的另一种常用方法：向生石灰或烧碱中加入浓氨水中并加热，有关反应的化学方程式为：CaO+NH3·H2O△Ca(OH)2+NH3↑，加烧碱的作用是增大溶液中的OH－浓度，促使NH3·H2O转化为NH3，这种制氨气的发生装置与实验室制Cl2、HCl气体的装置相同。4．氨的化学性质：（1）跟水反应。氨气溶于水时，大部分的NH3分子与H2O分子结合成NH3·H2O。NH3·H2O为弱电解质，只能部分电离成NH4＋和OH－：NH3+H2ONH3·H2ONH4＋+OH－a．氨水的性质：氨水具有弱碱性，使无色酚酞试液变为浅红色，使红色石蕊试液变为蓝色。氨水的浓度越大，密度反而越小（是一种特殊情况）。NH3·H2O不稳定，故加热氨水时有氨气逸出：NH4＋+OH－△NH3↑+H2Ob．氨水的组成：氨水是混合物（液氨是纯净物），其中含有3种分子（NH3、NH3·H2O、H2O）和3种离子(NH4＋和OH－、极少量的H＋)。c．氨水的保存方法：氨水对许多金属有腐蚀作用，所以不能用金属容器盛装氨水。通常把氨水盛装在玻璃容器、橡皮袋、陶瓷坛或内涂沥青的铁桶里。d．有关氨水浓度的计算：氨水虽然大部分以NH3·H2O形式存在，但计算时仍以NH3作溶质。（2）跟氯化氢气体的反应：NH3+HClNH4C1a．当蘸有浓氨水的玻璃棒与蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近时，产生大量白烟。这种白烟是氨水中挥发出来的NH3与盐酸挥发出来的HCl化合生成的NH4C1晶体小颗粒。4b．氨气与挥发性酸（浓盐酸、浓硝酸等）相遇，因反应生成微小的铵盐晶体而冒白烟，这是检验氨气的方法之—。c．氨气与不挥发性酸（如H2SO4、H3PO4等）反应时，无白烟生成。（3）跟氧气反应：4NH3+5O2催化剂加热4NO+6H2O这一反应叫做氨的催化氧化（或叫接触氧化），是工业上制硝酸的反应原理之一。5．氨气的用途：①是氮肥工业及制造硝酸、铵盐、纯碱的原料；②是有机合成工业如合成纤维、塑料、染料、尿素等的常用原料；考点4、铵盐及NH4＋的检验铵盐是由铵离子（NH4＋）和酸根阴离子组成的化合物。铵盐都是白色晶体，都易溶于水。1．铵盐的化学性质：（1）受热分解：固态铵盐受热都易分解，根据组成铵盐的酸根阴离子对应的酸的性质的不同，铵盐分解时有以下三种情况：a．组成铵盐的酸根阴离子对应的酸是非氧化性的挥发性酸时，则加热时酸与氨气同时挥发，冷却时又重新化合生成铵盐。例如：NH4Cl(固)△NH3↑+HCl↑NH3+HClNH4Cl（试管上端又有白色固体附着）又如：(NH4)2CO3△2NH3↑+H2O+CO2↑NH4HCO3△NH3↑+H2O+CO2↑b．组成铵盐的酸根阴离子对应的酸是难挥发性酸，加热时则只有氨气逸出，酸或酸式盐仍残留在容器中。如：(NH4)2SO4△NH4HSO4+NH3↑(NH4)3PO4△H3PO4+3NH3↑c．组成铵盐的酸根阴离子对应的酸是氧化性酸，加热时则发生氧化还原反应，无氨气逸出。例如：NH4NO3△N2O↑+2H2O（2）跟碱反应：铵盐的通性固态铵盐+强碱(NaOH、KOH)无色、有刺激性气味的气体湿润的红色石蕊试纸试纸变蓝色。2．铵盐(NH4＋)的检验：将待检物取出少量置于试管中，加入NaOH溶液后，加热，用湿润的红色石蕊试纸在管口检验，若试纸变蓝色，则证明待检物中含铵盐（NH4＋）。特别提示：1．若是铵盐溶液与烧碱溶液共热，则可用离子方程式表示为：NH4＋+OH－△NH3↑+H2O2．若反应物为稀溶液且不加热时，则无氨气逸出，用离子方程式表示为：NH4＋+OH－NH3·H2O3．若反应物都是固体时，则只能用化学方程式表示。考点5、硝酸1．物理性质：（1）纯硝酸是无色、易挥发(沸点为83℃)、有刺激性气味的液体。打开盛浓硝酸的试剂瓶盖，有白5雾产生(与盐酸相同)。（2）质量分数为98％以上的浓硝酸挥发出来的HNO3蒸气遇空气中的水蒸气形成的极微小的硝酸液滴而产生“发烟现象”。因此，质量分数为98％以上的浓硝酸通常叫做发烟硝酸。2．化学性质：（1）具有酸的一些通性CaCO3+2HNO3(稀)Ca(NO3)2+CO2↑+H2O（实验室制CO2气体时，若无稀盐酸可用稀硝酸代替）（2）不稳定性：HNO3见光或受热发生分解，HNO3越浓，越易分解，硝酸分解放出的NO2溶于其中而使硝酸呈黄色。有关反应的化学方程式为：4HNO32H2O+4NO2↑+O2↑（3）强氧化性：不论是稀HNO3还是浓HNO3，都具有极强的氧化性。HNO3浓度越大，氧化性越强。其氧化性表现在以下几方面：①几乎能与所有金属（除Pt、Au外）反应。当HNO3与金属反应时，一般反应规律为：金属+HNO3(浓)→硝酸盐+NO2↑+H2O金属+HNO3(稀)→硝酸盐+NO↑+H2O金属与硝酸反应的重要实例为：3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O该反应较缓慢，反应后溶液显蓝色，反应产生的无色气体遇到空气后变为红棕色(无色的NO被空气氧化为红棕色的NO2)。实验室通常用此反应制取NO气体。Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O该反应较剧烈，反应过程中有红棕色气体产生。此外，随着反应的进行，硝酸的浓度渐渐变稀，反应产生的气体是NO2、NO等的混合气体。②常温下，浓HNO3能将金属Fe、A1钝化，使Fe、A1的表面氧化生成一薄层致密的氧化膜。因此，可用铁或铝制容器盛放浓硝酸，但要注意密封，以防止硝酸挥发变稀后与铁、铝反应(与浓硫酸相似)。③浓HNO3与浓盐酸按体积比1∶3配制而成的混合液叫王水。王水溶解金属的能力更强，能溶解金属Pt、Au。④能把许多非金属单质(如C、S、P等)氧化，生成最高价含氧酸或最高价非金属氧化物。例如：C+4HNO3(浓)△CO2↑+4NO2↑+2H2O⑤能氧化某些具有还原性的物质，如H2S、SO2、Na2SO3、HI、HBr、Fe2＋等。应注意的是，NO3－无氧化性，而当NO3－在酸性溶液中时，则具有强氧化性。例如，在Fe(NO3)2溶液中加入盐酸或硫酸，因引入了H＋而使Fe2＋被氧化为Fe3＋；又如，向浓HNO3与足量的Cu反应后形成的Cu(NO3)2中再加入盐酸或硫酸，则剩余的Cu会与后来新形成的稀HNO3继续反应。⑥能氧化并腐蚀某些有机物，如皮肤、衣服、纸张、橡胶等。因此在使用硝酸(尤其是浓硝酸)时要特别小心，万一不慎将浓硝酸弄到皮肤上，应立即用大量水冲洗，再用小苏打或肥皂液洗涤。（4）保存方法：硝酸易挥发，见光或受热易分解，具有强氧化性而腐蚀橡胶，因此，实验室保存硝酸时，应将硝酸盛放在带玻璃塞的棕色试剂瓶中，并贮存在黑暗且温度较低的地方。（5）用途：硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料、硝酸盐等。考点6、非金属相关计算1．氮的氧化物溶于水的计算①NO2或NO2与N2（非O2）的混合气体溶于水时，可依据3NO2+H2O2HNO3+NO，利用气体体积变化量进行计算。6②NO2和O2的混合气体溶于水时，由反应4NO2+O2+2H2O4HNO3进行计算。Ⅰ．当V（NO2）：V（O2）=4：1时，恰好完全反应