氮及其氮的化合物---讲义

1氮及其氮的化合物Ⅰ.课标要求通过实验了解氮及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。Ⅱ.考纲要求1.了解氮气及其重要含氮化合物的主要性质及应用2.了解某些含氮化合物对环境质量的影响3.能综合应用氮及氮的化合物知识Ⅲ.教材精讲1.本考点知识结构2.氮的循环:3.氮及其化合物的衍变关系：NH3←N2→NO→NO2→HNO3→NH4NO3→NH3NH3·H2ONH4+、OH－4.氮氧化物①各种价态氮氧化物：1N（N2O）、2N（NO）、3N（N2O3）、4N（NO2、N2O4）、5N（N2O5），其中N2O3和N2O5分别是HNO2和HNO3的酸酐。气态的氮氧化物几乎都是剧毒性物质，在太阳辐射下还会与碳氢化物反应形成光化2学烟雾。②NO和NO2性质比较NO：一种无色气体，难溶于水，不成盐氧化物。常温下，极易被氧化为NO2：2NO+O2=2NO2NO2：一种有刺激性气味的红棕色气体,溶于水后与水反应：3NO2+H2O==2HNO3+NO③氮氧化物溶于水计算方法涉及的可能相关化学反应方程式分别为：3NO2+H2O=2HNO3+NO、4NO+3O2+2H2O=4HNO3、4NO2+O2+2H2O=4HNO3、NO2+NO+O2+H2O=2HNO3。NO与NO2混合气体溶于水：反应最后得到的气体是NO，其体积=V（NO）+1/3V（NO2）NO与O2的混合气体溶于水：若V（NO）∶V（O2）=4∶3，则容器内无气体剩余，水可充满容器。若V（NO）∶V（O2）4∶3，则容器内剩余气体为过量的NO。若V（NO）∶V（O2）4∶3，则容器内剩余气体为过量的O2。NO2与O2的混合气体溶于水：若V（NO2）∶V（O2）=4∶1，则容器内无气体剩余，水可充满容器。若V（NO2）∶V（O2）4∶1，则NO2过量，容器内剩余气体为的NO，体积为过量的NO2的1/3。若V（NO2）∶V（O2）4∶1，则O2过量，容器内剩余气体为过量的O2。NO2、NO与O2三种气体溶于水：若V（NO2）∶V（NO）∶V（O2）=1∶1∶1，则容器内无气体剩余，水可充满容器。若按1∶1∶1反应后，仍有某两种或一种气体多余可按前面思路进行判断。5．硝酸的重要特性：强氧化性①浓、稀硝酸在与活泼或不活泼金属发生反应时，硝酸中5N被还原，一般不产生氢气。②浓、稀硝酸与活泼金属反应时，5N被还原，所得产物可以是4N（NO2）、2N（NO）、1N（N2O）、0N（N2）或3N（NH3），鉴于反应复杂，中学对活泼金属与浓、稀硝酸的反应不做要求。③浓、稀硝酸与金属铜的反应：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O、3Cu+8HNO3(稀)=3Cu-(NO3)2+2NO↑+4H2O。以上反应中，硝酸表现出氧化性同时还表现出酸性。其他不活泼金属类似于铜与浓、稀硝酸反应。注意：一定量的浓硝酸与足量的铜发生反应时，硝酸会由浓变稀，往往得到的是NO和NO2的混合气体。④浓硝酸与碳的反应：C+4HNO3（浓）CO2↑+NO2↑+2H2O。硝酸只表现出氧化性。⑤在浓硝酸中滴加几滴石蕊试液、微热，先变红、后褪色，说明浓硝酸的酸性及氧化性。⑥冷的浓硝酸在常温下．．．使铁、铝等活泼金属发生钝化(在其表面因氧化生成一层致密的氧化膜)。常温时，常把浓硝酸存放在铁质、铝质密闭容器里。但若加热，则会剧烈反应。⑦王水：浓硝酸与浓盐酸的混合物，其体积比为1:3。可溶解金、铂、钛等金属。6.氨、液氨、氨水、铵之间的区别：氨：无色有刺激性气味的气体，比空气轻。氨分子是一种呈三角锥形的极性分子，极易溶于水，易液化。液氨是氨气液化的产物，仍然是氨分子，属纯净物。氨水是氨气的水溶液，是混合物：NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-。氨水中微粒有：NH3、H2O、NH3·H2O、NH4+、OH—、极少量的H+。氨水浓度越大，密度越小。3铵（NH4+）是带一个单位正电荷的离子，不能单独存在，只能在铵盐或氨水中与阴离子共存。凡是含NH4+的盐叫铵盐，铵盐易溶于水。铵盐不稳定，加热易分解。氨与铵可相互转化：NH3NH4＋，NH4+与强碱反应放出NH3,7.NH4+的检验方法：①检验固态铵盐不必加热，只需取少量晶体与石灰拌和有氨的特殊气味即可；②若是铵盐溶液，为了使更多的NH3放出使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则必须加热。③铵盐溶液与强碱溶液反应的离子方程式有三种写法：a、浓溶液不加热写成：NH4++OH—=NH3＋H2O；b、稀溶液不加热写成NH4++OH—==NH3·H2O；c、不论浓、稀，只要加热则写成：NH4++OH-NH3↑+H2O。铵盐与碱共热都能产生氨气：(NH4)2SO4+NaOHNa2SO4+2NH3↑+2H2O。实验室常用加热铵盐和碱的混合物制取氨气，反应生成的氨气用湿润的红色石蕊试纸检验。8.光化学烟雾氮氧化物（NOx）和碳氢化合物（HC）在大气环境中受到强烈的太阳紫外线照射后，发生复杂的化学反应，主要生成光化学氧化剂（主在是O3）及其他多种复杂的化合物，这是一种新的二次污染物，统称为光化学烟雾。光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。Ⅳ.典型例题例1(05上海).我国化学侯德榜（右图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：(1)上述生产纯碱的方法称，副产品的一种用途为。(2)沉淀池中发生的化学反应方程式是。(3)写出上述流程中X物质的分子式。(4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了（填上述流程中的编号）的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是。(5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加。(6)向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有。(a)增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出(b)使NaHCO3更多地析出(c)使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度【解析】命题意图是借侯德榜制碱法考察氨和常见含碳化合物知识的运用，有一定的综合性。解题的主要信息是题给生产流程图，观察流程图可知沉淀池中加入了二氧化碳、氨、氯化钠三种原料，联系化学基础知识就可写成化学方程式。回答第(4)问时，可由循环经济联想到原料利用率的提高。回答第（6）问时要注意审题，题中明确提出“冷却析出副产品”，否则会误认为析出的是碳酸氢钠。△＋H＋＋OH－4答案为：(1)侯德榜制碱法或联合制碱法，化肥或电解液或焊药等（或其他合理答案）(2)NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓或NH3+CO2+H2O=NH4HCO3NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl(3)CO2(4)I过滤(5)稀硝酸和硝酸银溶液(6)a、c【点评】联系生产实际以考查化学基础知识和解决问题能力，这是近几年高考化学命题的一个趋势。联系生产实际问题往往综合性很强，与化学实验、元素化合物、化学基础理论等相关，综合考查多种能力，所以各部分知识不能留有死角。而以物质制备型的联系生产实际问题的关键之处是要有扎实的元素化合物知识，在复习过程中尤其要重视这部分基础知识的落实。例2（05全国理综I)．已知A、B、C、D为气体，E、F为固体，G是氯化钙，它们之间的转换关系如下图所示：⑴D的化学式（分子式）是_____________，E的化学式（分子式）是_____________。⑵A和B反应生成C的化学方程式是______________________________。⑶E和F反应生成D、H和G的化学方程式是___________________________________。、【解析】解决本题有两个突破口信息：一是C、D两气体化合成固体E，二是E、F两固体反应能生成D气体、H和氯化钙，联想中学所学元素化合物知识（从本题有较多的气体物质主要考虑非金属元素族），很容易查找出E是NH4Cl固体，然后利用顺向思维和逆向思维，顺藤摸瓜推出其余物质。答案为：26．⑴NH3NH4Cl⑵H2+Cl22HCl⑶Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O【点评】无机框图题的最关键是要在或明或暗的信息中找到问题解决的突破口，然后再将突破口信息与所学过的各元素族知识进行有序的比照，其实比照的过程就是对所学知识的一个有序的检索过程。例3．材料一：大气的头号杀手－NOx当今世界汽车保有量已超过6亿辆，每年向大气层排放约2×108t有害气体，其中主要是CO、NOx，占大气污染总量的60%以上，是大气的头号杀手。NOx中；NO2的毒性最大，是一种毒性很强的腐蚀剂，空气中的NO2被吸入肺内会形成两种酸，由于这两种酸对呼吸器官有刺激作用，会引起肺水肿，若进入血液可引起组织缺氧。深圳市各大医院的统计数据表明,近几年来呼吸系统疾病的患者人数呈现持续增加的态势,这与深圳市近几年机动车辆的增速过快有关,机动车辆排放的尾气（含碳氢化合物、CO、SO2和NO、NO2等）是致病的主要因素。材料二：NOx对臭氧层的破坏作用臭氧对人类和地球环境既有益又有害，这取决于它在大气层中存在的位置。在地面附近的对流层中，臭氧和其它氧化剂一起，损害人类的健康，破坏花草树木；而在10~15公里高度的平流层中，臭氧却起着有益作用，它“过滤”有害的紫外线辐射，环绕地球形成一个“防护罩”。由于人类对紫外线十分敏感，过量的紫外线会致人死命，特别是引起人类的皮肤癌，因此臭氧层的存在是生态平衡的极为重要的一环。而NO却会对臭氧层造成破坏，已知其对O3的破坏机理如下：O3+NO=O2+NO2，O3=O2+O，NO2+O=NO+O2△5催化剂请依据所学知识和以上材料回答：（1）汽车尾气中NO的来源。（2）NO为什么会导致人体中毒？（3）写出NO2在人体内发生反应的化学方程式，并分析NO2在该反应中所起的作用。（4）写出循环反应“O3+NO=O2+NO2，O3=O2+O，NO2+O=NO+O2”的总方程式，并分析NO在破坏臭氧层的过程中所起的作用（5）汽车尾气过多的排放可能引起的环境问题除破坏臭氧层外还有哪些？（6）在汽车尾气排放管中安装一个催化转化器，可将尾气中另一种有害气体CO跟NO反应转化为无毒气体，写出该反应的化学反应方程式。（7）有三位教授因发现NO在人体的血管系统内有传送信息的功能而获得1998年诺贝尔奖，由此说明我们应如何辨证地看待化学物质的作用？【解析】本题借环境保护问题考察同学们的自学能力和知识迁移能力。汽油在汽缸内燃爆形成高温高压使缸内的N2与O2发生反应：O2+N2=2NO；“NO能象CO一样导致人体中毒”可说明NO的中毒机理；由NO2中4N处在N的中间价，结合“NO2被吸入肺内会形成两种酸”的信息，不难理解两种酸分别是5N（HNO3）和3N（HNO2）的酸，注意：要消除NO2与水反应的思维定势；从“O3+NO=O2+NO2，O3=O2+O，NO2+O=NO+O2”可获得信息，NO开始参与了与O3的反应，但最终又得以恢复，说明NO是臭氧层破坏的催化剂，并通过三个方程式加和得出臭氧层破坏的总方程式；透过“含碳氢化合物、CO、SO2和NO、NO2”信息，结合环保名词常识，可推出还可能引起的环境问题是酸雨、光化学烟雾；通过CO、NO的化合价分析，可以猜测出“无毒气体”的成分是N2和CO2；从NO既能给人们带来好处，也对环境带来危害，说明化学物质利弊兼有，要辨证看待。答案：（1）NO是空气中的N2与O2在汽车气缸内的高温环境下的反应产物。（2）NO与人体血液中的血红蛋白结合，而使人中毒。（3）2NO2+H2O==HNO3+HNO2,NO2在反应中既是氧化剂，又是还原剂。（4）2O3=3O2，NO作催化剂（5）酸雨、光化学烟雾。（6）2CO+2NO===2CO2+N2（7）“科学是把双刃剑”，在充分利用化学物质为人类造福同时还要正视化学物质给人类带来的危害【点评】此题利用信息给予的方式，较好地将环境问题与元素化学知识有机地结合起来，既考察了学生的自学能力，也考察了学生分析问题和解决问题的能力，同时寓问题解决的过程中渗