搜索
1第四讲氮及其重要化合物[考纲展示]1．了解氮单质及其主要化合物的主要性质及应用。2.了解常见的氮的氧化物(NO、NO2)的性质及对环境的影响。3.会用硝酸的氧化性解释硝酸与金属、非金属及其他具有还原性物质反应的特点。4.掌握氨气的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。考点一氮气及氮的氧化物一、氮在自然界中的存在与转化1．氮元素的存在与氮的固定2．N2的物理性质无色、无味气体，密度比空气略小，难溶于水。3．N2的化学性质(1)与氧气反应：N2＋O2=====放电或高温2NO。导致汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮。(2)与氢气反应：N2＋3H2催化剂高温、高压2NH3。二、NO与NO2性质NONO2物理性质通常为无色、无味的气体，不溶于水通常为红棕色、有刺激性气味的气体，易溶于水与水反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO与氧气反应2NO＋O2===2NO2实验室制备铜与稀硝酸反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2铜与浓硝酸反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2＋2NO↑＋4H2O2NO2↑＋2H2O收集方法常用排水法常用向上排空气法与人体、环境的关系①与血红蛋白结合使人中毒②转化成NO2形成酸雨、光化学烟雾形成酸雨、光化学烟雾其他2NO2N2O4氮的氧化物都有毒，其中NO2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。只能用排水法收集，不能用排空气法收集；而NO2只能用向上排空气法收集，不能用排水法收集。验证某无色气体是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。(2015·山东枣庄模拟)室温时，在容积为amL的试管中充满NO2气体，然后倒置在水中至管内水面不再上升时为止；再通入bmLO2，则管内液面又继续上升，测得试管内最后剩余气体为cmL，且该气体不支持燃烧。则a、b、c的关系是()A．a＝4b＋3cB．a＝4b＋cC．a∶b＝4∶1D．a∶b＝4∶3[解析]根据反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，amLNO2会生成a3mLNO，通入O2后，最后气体不支持燃烧，故cmL剩余气体为NO，即与bmLO2反应的NO为a3－cmL，根据化学方程式4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3得a3－c∶b＝4∶3，整理可得a＝4b＋3c。[答案]A[思维建模]—有关氮的氧化物溶于水的计算(1)NO2和O2的混合气体溶于水时，由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3①可知，当体积比V(NO2)∶V(O2)＝4∶1，恰好完全反应4∶1，NO2过量，剩余气体为NO4∶1，O2过量，剩余气体为O2(2)NO和O2的混合气体溶于水时，其反应是2NO＋O2===2NO2,4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，总反应式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3②3可知，当体积比V(NO)∶V(O2)＝4∶3，恰好完全反应4∶3，NO过量，剩余气体为NO4∶3，O2过量，剩余气体为O2注意：4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5，即①、②两反应式都与N2O5＋H2O===2HNO3等效。这不仅是记忆①②两式的一种好方法，也为上述问题的解法提供了新的解题思路，即利用混合气体中的N、O原子个数比进行分析判断：N(N)∶N(O)2∶5，剩余O2＝2∶5，恰好完全反应2∶5，剩余NO1.将容积为50mL的量筒内充满二氧化氮和氧气的混合气体，倒置量筒在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为5mL。则原混合气体中NO2和O2体积比可能是________或________。解析：NO或NO2与O2混合气体与水的反应计算关系式可由下列化学方程式推导出来。2NO＋O2===2NO2①3NO2＋H2O===2HNO3＋NO②由②×2＋①得4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③③式就是平时计算经常用到的关系式。设剩余的5mL气体为O2，则参加反应③的NO2和O2的总体积为50mL－5mL＝45mL，则原混合气体里，NO2的体积为45mL×45＝36mL，O2的体积为50mL－36mL＝14mL，即NO2与O2的体积比为36∶14＝18∶7。设剩余的5mL气体为NO，由②式得过量的NO2体积为15mL，则发生反应③的NO2和O2的总体积为50mL－15mL＝35mL，则原混合气体里，O2的体积为35mL×15＝7mL，NO2的体积为50mL－7mL＝43mL，即NO2与O2的体积比为43∶7。答案：18∶743∶7题组一NO、NO2的性质考查1．(教材改编)(1)怎样收集NO、NO2气体？(2)如何鉴别NO2与溴蒸气？解析：(1)NO只能用排水法收集，不能用排空气法；而NO2只能用向上排空气法收集，而不能用排水法收集。(2)由于NO2和Br2在性质上有不少相似性；①均具有氧化性；②溶于水均有酸生成，③均可与碱反应；④均为红棕色等。所以不能用淀粉KI试纸、pH试纸、NaOH溶液来鉴别，但4二者性质又有差别，可以用下列溶液或方法鉴别：①AgNO3溶液；②CCl4溶液；③水洗法。答案：(1)收集NO用排水法，收集NO2用向上排空气法。(2)分别加入AgNO3溶液，产生沉淀者为溴蒸气(或其他合理答案)。2．下列说法正确的是()A．CO、NO、NO2都是大气污染物，在空气中都能稳定存在B．NO可用于某些疾病的治疗C．NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象D．汽车尾气的主要污染成分包括NO、CO和N2解析：选B。NO易被氧化为NO2，N2不是污染物，NO2通入溶液中生成HNO3，能把Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液由浅绿色变成棕黄色。题组二氮的氧化物溶于水的简单计算3．(2015·湖北八校联考)铜和镁的合金4.6g完全溶于浓硝酸，若反应中硝酸被还原只产生4480mL的NO2气体和336mL的N2O4气体(都已折算成标准状况)，在反应后的溶液中，加入足量的氢氧化钠溶液，生成沉淀的质量为()A．0.02gB．8.51gC．8.26gD．7.04g解析：选B。因两种金属都是＋2价金属，可推知1mol金属被氧化得2molNO2，所以两金属总的物质的量为(4480mL＋336mL×2)/(22400mL/mol×2)＝0.115mol，两种氢氧化物总质量可用金属离子质量加氢氧根离子质量来计算：4.6g＋0.115mol×2×17g/mol＝8.51g。4．(双选)将盛有12mLNO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2mL无色气体，则原混合气体中O2的体积是()A．1.2mLB．2.4mLC．3.6mLD．4mL解析：选AD。若NO2过量，剩余气体为NO，则由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO可得，过量的NO2为6mL，发生4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3反应的气体总体积为12mL－6mL＝6mL。其中O2为6mL×15＝1.2mL。若O2过量，则无色气体为O2，发生4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，反应的气体总体积为12mL－2mL＝10mL，其中O2为10mL×15＝2mL，所以原混合气体中O2体积为2mL＋2mL＝4mL。(1)氮的氧化物都是大气污染物。(2)空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。(3)空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等。5(4)NO2：既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。考点二硝酸的性质及应用一、物理性质硝酸是无色易挥发的液体，有刺激性气味。二、化学性质1．不稳定性反应：4HNO3=====△或光照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。(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。如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式为3Fe2＋＋4H＋＋NO－3===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。3．与有机物反应(2)颜色反应：蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。浓、稀硝酸均具有强氧化性，浓度越大，氧化性越强，其还原产物的价态越高。浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色，该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性。6常温下，铁、铝遇浓硝酸能发生“钝化”，故常温下，浓硝酸可用铁桶盛放。纯净的硝酸是无色的液体，但实验室里的浓硝酸常显黄色，消除黄色的方法是向浓硝酸中通入空气或O2，发生反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。硝酸几乎能够与所有的金属反应除Au、Pt外，但不生成氢气；与变价金属反应时，金属能够被氧化为最高价态。(2014·高考山东卷)等质量的下列物质与足量稀硝酸反应，放出NO物质的量最多的是()A．FeOB．Fe2O3C．FeSO4D．Fe3O4[解析]根据得失电子守恒，还原剂提供的电子越多，氧化剂硝酸生成的NO的物质的量就越多。1g题述四种物质能提供的电子的物质的量为：A.156＋16×1mol；B.0mol；C.156＋32＋16×4×1mol；D.156×3＋16×4×1mol(Fe3O4也可以写为Fe2O3·FeO)，提供电子的物质的量最多的为FeO。[答案]A2.(2015·黑龙江哈尔滨高三模拟)在某100mL的混合液中，硝酸和硫酸的物质的量浓度分别是0.4mol/L、0.1mol/L，向该混合液中加入1.92g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中铜离子的物质的量浓度(不考虑溶液体积变化)是()A．0.15mol/LB．0.225mol/LC．0.30mol/LD．0.45mol/L解析：选B。溶液中同时存在H＋和NO－3时就能够与Cu发生反应。该溶液中H＋实际为0.06mol，应该根据离子方程式进行计算，正确解答思路为3Cu＋8H＋＋2NO－3===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O38230.03mol0.06mol0.04molX根据各物质量的关系可知，H＋不足，应根据H＋进行计算。X＝3×0.06mol÷8＝0.0225mol，因此，铜离子浓度为0.225mol/L。题组一硝酸的酸性及强氧化性1．写出下列反应的离子方程式，并指出HNO3所表现的性质。(1)FeO和稀HNO3反应____________________，____________。(2)NaI和稀HNO3反应_________________________，____________。(3)Na2SO3和稀HNO3反应____________________，____________。7答案：(1)3FeO＋10H＋＋NO－3===3Fe3＋＋NO↑＋5H2O酸性和强氧化性(2)6I－＋8H＋＋2NO－3===3I2＋2NO↑＋4H2O强氧化性(3)3SO2－3＋2H＋＋2NO－3===3SO2－4＋2NO↑＋H2O强氧化性2．(2015·辽宁锦州模拟)将5.6g的Mg、Cu混合物完全溶解于足量的硝酸中，收集反应产生的气体X。再向所得溶液中加入过量的NaOH溶液，产生10.7g沉淀。根据题意推断气体X的成分可能是()A．0.15molNO2B．0.2molNOC．0.05molNO、0.15molNO2D．0.05molNO、0.1molNO2、0.05molN2O4解析：选C。反应过程中的转化关系为Mg―→Mg(NO3)2―→Mg(OH)2，Cu―→Cu(NO3)2―→Cu(OH)2，沉淀质量的增加量为OH－的质量，根据化合价变化可知，增加的OH－的物质的量等于转移电子的物质的量，故n(e－)＝n(OH－)＝(10.7g－5.6g)÷17g/mol＝0.3mol，即HNO3反应生成N的氧化