44氮及其化合物教案解析版

1第四讲氮及其化合物考纲要求：1.了解氮元素单质及其重要化合物的主要性质和应用。2.了解氮元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。[循着图示·想一想][特色特性·记一记]1．特殊的颜色：NO2——红棕色气体2．特殊的检验：①NO：无色气体――→O2红棕色②NH＋4：NH＋4――→强碱△无色气体―――――→湿润红色石蕊试纸变蓝3．特殊的性质：硝酸具有不稳定性和强氧化性4．必记六反应：(1)N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3(2)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(3)4NH3＋5O2=====催化剂△4NO＋6H2O(4)2NH4Cl＋Ca(OH)2=====△CaCl2＋2NH3↑＋2H2O(5)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O(6)3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O考点一性质稳定的非金属单质——氮气[教材知识层面]1．氮的原子结构氮元素位于元素周期表中第二周期第ⅤA族，原子结构示意图为，最外层有5个电子，在化学反应中能获得3个电子而表现出－3价，其单质N2因N≡N键键能大，难以断裂，故N2化学性质稳定。22．氮气的性质(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：①氮气与氧气反应的化学方程式为N2＋O2放电,2NO。导致汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮。②氮气与氢气反应的化学方程式为N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3。(工业合成氨反应原理)③氮气与金属镁反应的化学方程式为3Mg＋N2△,Mg3N2。3．氮的固定(1)概念：将游离态的氮转变为氮的化合物叫做氮的固定。(2)类型：氮的固定人工固氮如工业合成氨：N2＋3H2催化剂高温、高压2NH3自然固氮如雷雨天产生NO：N2＋O2放电生物固氮如豆科植物的根瘤菌能够将空气中的氮转化为含氮化合物而促进自身生长化学模拟生物固氮：利用化学方法模拟固氮酶的作用，在温和条件下将氮转变为氨4．氮气的应用①焊接金属时作保护气；②液氮可作冷冻剂；③重要的化工原料，用来制取化肥、炸药等。[考点达标层面]1．将空气中氮气转化成氮的化合物的过程称为固氮。下图中能实现人工固氮的是()【答案】D【解析】选项A、C为自然固氮，合成氨为人工固氮。32．有关自然界中氮的循环的下列说法不正确的是()A．雷电可以将大气中的氮转化为硝酸盐B．夏天腐烂的蔬菜有毒是因为产生了亚硝酸盐C．动物体内的蛋白质降解时直接变成氮气进入大气D．合成氨是最主要的人工固氮方式【答案】C【解析】雷雨时，N2―→NO―→NO2―→HNO3―→硝酸盐进入土壤；动物体内的蛋白质降解为氨基酸，代谢最终产物为尿素，C错误。3．下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是()①N2→NO2②NO2→NO③NO2→HNO3④N2→NO⑤N2→NH3A．①B．②⑤C．④D．③④【答案】C【解析】该题有两个要求：(1)必须加入氧化剂；(2)一步反应就能完成。反应①、③、④从化合价角度来看都升高，但反应①N2→NO2不能一步反应完成；而反应③NO2→HNO3，虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能实现，如3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应④N2→NO必须加入氧化剂且一步反应就能完成。考点二环境污染的罪魁祸首——氮的氧化物[教材知识层面]1．氮的氧化物氮有多种价态的氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。2．NO与NO2性质的比较性质NONO2颜色状态气味无色无味气体红棕色有刺激性气味的气体溶解性难溶于水与水反应毒性有毒(跟血红蛋白结合)有毒与水反应不反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO与氧气反应2NO＋O2===2NO2不反应对环境的影响导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层[高考考查层面]4命题点1氮氧化物对环境的影响(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，产生的一种有毒的烟雾。(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。反应的化学方程式为2NO＋O2===2NO23NO2＋H2O===2HNO3＋NO。(3)破坏臭氧层：科学研究表明，进入高空平流层的氮氧化物，可以加快臭氧层中臭氧的分解速率，从而像氟氯烃类物质一样破坏臭氧层，形成臭氧空洞：2O3=======氮氧化物3O2。导致地面紫外线辐射量增加。[典题示例]1．NO对环境的危害在于()①破坏臭氧层②高温下能使一些金属被氧化③造成酸雨④与人体血红蛋白相结合A．仅①③B．仅③④C．①②③D．①③④【答案】A【解析】NO在高温下不能氧化金属，②错误，④不属于对环境的危害，①③正确。2．世界上许多科学家都强烈反对发展超音速运输机(SST)，其主要理由是()A．燃料燃烧时，尾气中的氮氧化物污染大气B．燃料燃烧时，尾气中的氮氧化物导致光化学烟雾C．燃料燃烧时，尾气中的氮氧化物加快臭氧层分解D．燃料燃烧时，尾气中的氮氧化物导致酸雨【答案】C【解析】超音速运输机的飞行高度在1万米以上，位于臭氧层下的平流层，对环境的主要影响是加快臭氧的分解。命题点2消除氮氧化物对环境污染的方法[典题示例]1．NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。(1)NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式：_____________________________________________________________________。(2)在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NOx的排放，当尾气中空气不足时，NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式：_________________________________________________________________________________________。5【答案】(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(2)2NO＋2CO=====催化剂N2＋2CO2【解析】(2)根据题目信息可知NO被CO还原为N2，而CO被氧化成CO2，化学方程式为2NO＋2CO=====催化剂N2＋2CO2。2．NO2可以用氢氧化钠溶液吸收，或在一定条件下用氨气与其反应使之转化为无污染的物质，发生反应的化学方程式分别是：2NO2＋2NaOH===M＋NaNO3＋H2O,8NH3＋6NO2===7X＋12H2O。则M、X代表的物质的化学式分别是()A．NaNO2、N2B．HNO2、N2C．NO、HNO3D．N2、N2【答案】A【解析】根据题目所提供的化学方程式利用原子守恒定律可得M为NaNO2，X为N2。[方法技巧]NOx尾气的处理方法1．碱液吸收法2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2ONO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2ONO2、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)。一般适合工业尾气中NOx的处理。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。[考点达标层面]1．判断下列描述的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)制取二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气。()(2)标准状况下，6.72LNO2与水充分反应转移的电子数目为0.1NA。()(3)NO2与水反应的离子方程式：3NO2＋H2O===2H＋＋2NO－3＋NO。()(4)CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在。()(5)用NaOH溶液吸收NO2的离子方程式是：2OH－＋2NO2===NO－3＋NO＋H2O。()(6)NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象。()【答案】(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)×2．氮的氧化物(用NOx表示)是大气污染物，必须进行处理。(1)汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。①汽车尾气中的CO来自于__________________________________________________，6NO来自于________________________。汽车尾气对环境的危害主要有_______________(至少填两种)。②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。反应的化学方程式可表示为________________________。(2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知：4NH3＋6NO=====催化剂△5N2＋6H2O,8NH3＋6NO2=====催化剂△7N2＋12H2O。同温同压下，3.5LNH3恰好将3.0LNO和NO2的混合气体完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的体积之比是________。(3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理，若NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后得到一种钠盐，该钠盐的化学式是________。【答案】(1)①汽油的不完全燃烧N2与O2在汽车汽缸内的高温环境下的反应形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应(任填两种即可)②2xCO＋2NOx=====催化剂△2xCO2＋N2(2)1∶3(3)NaNO2【解析】(1)①汽车汽缸内不断进行着汽油的燃烧反应，当空气不足时，汽油不完全燃烧，会产生CO；当空气过量时，N2和O2在放电或高温条件下反应生成NO。汽车尾气对环境的危害很大，可以形成硝酸型酸雨，导致光化学烟雾，产生温室效应。②CO、NOx反应后生成的无毒气体为CO2和N2。(2)V(NO)＋V(NO2)＝3.0L23V(NO)＋43V(NO2)＝3.5L则V(NO)＝0.75LV(NO2)＝2.25LV(NO)∶V(NO2)＝1∶3。(3)NO中氮的化合价为＋2价，NO2中氮的化合价为＋4价，二者1∶1混合时与NaOH反应生成盐的化合价必然为＋3，即为NaNO2。考点三氨和铵盐[教材知识层面]1．氨(1)物理性质：无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化。极易溶于水(1∶700)，可由喷泉实验证明。(2)化学性质：①与水反应：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋4＋OH－。氨气溶于水得氨水，氨水中含有的粒子有：NH3·H2O、H2O、NH3、NH＋4、OH－、H＋。NH3·H2O为可溶性一元弱碱，不稳定，易分解，化学方程式为：NH3·H2O△,NH3↑7＋H2O。②还原性：与氧气发生催化氧化反应的化学方程式：4NH3＋5O2=====催化剂△4NO＋6H2O。③与酸反应：与氯化氢反应的化学方程式：NH3＋HCl===NH4Cl，产生白烟。(3)制法(书写化学方程式)：①工业制法：N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3。②实验室制法：Ca(OH)2＋2NH4Cl=====△CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。(4)用途：制硝酸、铵盐、纯碱、尿素、制冷剂等。2．铵盐(1)不稳定性：NH4Cl=====△NH3↑＋HCl↑，NH4HCO3=====△NH3↑＋H2O↑＋CO2↑。(2)与强碱反应：NH4Cl＋NaOH=====△NH3↑＋NaCl＋H2O。应用于NH＋4的检验：NH＋4――→强碱△无色气体―――――→湿润红色石蕊试纸试纸变蓝[高考考查层面]命题点1氨气的实验室制法[实验基础]1．用铵盐和碱制取82．用浓氨水制取方法化学方程式(或原理)气体发生装置加热浓氨水NH3·H2O=====△NH3↑＋H2O浓氨水＋固体(CaO)CaO与水反应使水量减少，且反应放热，促使NH3·H2O分解，NH3逸出。化学方程式：NH3·H2O＋CaO===Ca(OH)2＋NH3↑[流程分析]氨的制取及氨的催化氧化实验探究[专题集训]91．下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是()A．①②B．②③C．③④D．①③【答案】D【解析】NH4Cl