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专题4硫、氮和可持续发展第二单元生产生活中的含氮化合物专题4硫、氮和可持续发展1．了解氮元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。2.了解氮元素单质及其重要化合物对环境的影响。3.以上各部分知识的综合应用。氮气及常见氮的氧化物[知识梳理]一、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(1)与氧气反应：N2＋O2==========放电或高温2NO(雷电固氮和导致汽车尾气中产生氮的氧化物)。(2)与氢气反应：N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3。二、氮的氧化物1．氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。2．NO和NO2的比较物质NONO2物理性质颜色______________________毒性______________________溶解性__________于水_________于水化学性质与O2反应2NO＋O2===2NO2—与H2O反应—3NO2＋H2O===2HNO3＋NO无色红棕色有毒有毒不溶能溶物质NONO2对人体或环境的影响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[自我检测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)N2分子的结构稳定，因而氮气不支持任何物质的燃烧。()(2)豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮属于氮的固定，是物理变化。()(3)NO2与水反应生成硝酸，故NO2是酸性氧化物。()(4)制取二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气。()(5)溴蒸气和NO2都是红棕色气体，可用湿润的淀粉KI试纸和NaOH溶液鉴别。()(6)汽车尾气中的氮氧化物是由化合态氮转化来的。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×2．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解析：选C。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①③④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。(1)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大于46。(2)NO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。(3)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。(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。下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是()A．氮元素均被氧化B．工业合成氨属于人工固氮C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化D．碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环[解析]A．N2→NH3过程中氮元素由0价变为－3价，被还原。B.工业合成氨的过程属于人工固氮。C.1828年，德国化学家维勒首次利用无机物氰酸铵合成了尿素；而含氮的有机物也可以直接分解为无机物。D.雷电发生时涉及的反应有N2＋O2=====放电2NO，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，HNO3进入土壤，与矿物质结合成硝酸盐；豆科植物也可以将N2合成氮肥，生物体内含有C元素，所以碳、氢、氧三种元素都参加了氮循环。[答案]A下图中能实现人工固氮的是()解析：选D。选项A、C为自然固氮，合成氨为人工固氮，选项B电解食盐水与固氮无关。题组一NO、NO2的性质及对环境的影响1．下列说法正确的是()A．CO、NO、NO2都是大气污染气体，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．常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合解析：选B。NO易被氧化为NO2；NO2通入FeSO4溶液中首先生成HNO3，然后生成的HNO3能把Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液由浅绿色变成棕黄色；常温常压下，NO易与空气中的氧气直接化合生成NO2。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________________，NO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)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_______________________。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；N2和O2在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，产生温室效应等。②CO、NOx反应后生成的无毒气体为CO2和N2。(2)NO中氮的化合价为＋2价，NO2中氮的化合价为＋4价，两者按物质的量之比1∶1混合时与NaOH反应生成的钠盐中氮的化合价必然为＋3价，即为NaNO2。答案：(1)①汽油的不完全燃烧N2与O2在汽车汽缸内高温环境下反应形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应等(任填两种即可)②2xCO＋2NOx=====催化剂2xCO2＋N2(2)NaNO2氮氧化物(NOx)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，随雨水降到地面。(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。2．常见的NOx尾气处理方法(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：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。题组二有关氮的氧化物的简单计算3．在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12mL通入足量水中，充分反应后剩余2mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积可能为()①1.2mL②2.4mL③3mL④4mLA．①②B．②③C．③④D．①④解析：选D。首先分析可能发生的反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，则剩余的2mL气体有两种可能。如果剩余2mLO2，则V(NO2)＝45×(12－2)mL＝8mL，则混合气中V(O2)＝12mL－8mL＝4mL。若剩余的2mL气体是NO，则混合气中V(O2)＝(12mL－2mL×3)×15＝1.2mL，D项正确。4．设空气中O2的体积分数为0.2，N2的体积分数为0.8。在有水存在的条件下，某氮的氧化物(NO与NO2形成的混合物)和一定量空气混合恰好完全反应生成硝酸，反应后气体体积减少了一半(相同条件下)。则该氮的氧化物中NO与NO2的体积比是()A．1∶5B．1∶4C．1∶3D．任意比解析：选A。氮氧化物与空气恰好完全反应生成HNO3，发生反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，剩余气体为N2，设剩余N2为0.8L，则由空气组成可知氧气为0.2L，原气体总体积为1.6L，即NO和NO2混合气体体积为0.6L。有V(NO)＋V(NO2)＝0.6L、34V(NO)＋14V(NO2)＝0.2L，得V(NO)＝0.1L，V(NO2)＝0.5L，则V(NO)∶V(NO2)＝1∶5。氮氧化物溶于水的计算问题(1)应先明确原理无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，2NO＋O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。①若NO和O2通入水中，总化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。②若NO2和O2通入水中，总化学方程式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。(2)注意原子守恒和得失电子守恒的运用有关氮的氧化物的计算，从反应实质看都是氧化还原反应。可以从得失电子数相等或原子守恒的角度分析，简化计算过程，如NOx与O2、H2O转化为硝酸的计算，反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。氨与铵盐[知识梳理]一、氨的物理性质无色、有____________气味的气体；密度比空气___________，易____________；极易溶于水(1∶700)，可由____________实验证明。刺激性小液化喷泉二、氨的化学性质1．还原性与氧气反应：4NH3＋5O2=====催化剂△4NO＋6H2O。2．与酸反应与氯化氢反应：NH3＋HCl===NH4Cl(产生白烟)。3．与水反应NH3＋H2ONH3·H2ONH＋4＋OH－，氨的水溶液叫氨水，呈弱碱性。4．与盐溶液反应盐溶液现象离子方程式FeCl3溶液生成____________沉淀Fe3＋＋3NH3·H2O===_________________红褐色Fe(OH)3↓＋3NH＋4盐溶液现象离子方程式AlCl3溶液生成____________沉淀Al3＋＋3NH3·H2O===______________________白色Al(OH)3↓＋3NH＋4三、氨的用途1．液氨汽化时吸收大量的热，故可用作____________。2．制氮肥、硝酸、铵盐、纯碱等。制冷剂四、氨的制法加热固态铵盐和碱的混合物，如图所示。碱石灰湿润的红色石蕊白烟五、铵盐及NH＋4的检验1．铵盐的物理性质铵盐都是_____色固体，均__________溶于水。白易2．铵盐的化学性质3．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[自我检测]1．判断下列说法是否正确，不正确的说明理由。(1)氨气溶于水能导电，所以氨气是电解质。(2)实验室可用浓氨水与NaOH固体制取氨气。(3)氨与酸反应生成铵盐，与挥发性酸相遇时能形成白烟。(4)某晶体与NaOH共热放出一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，该晶体中含有NH＋4。(5)氨水中含氮微粒中最多的微粒是NH＋4。(6)把NH3通入稀HNO3中，当溶液的pH等于7时，是NH3和HNO3等物质的量反应。(7)液氨作为清洁能源的反应原理是4NH3＋5O2=====催化剂△4NO＋6H2O。(8)在1mol·L－1氨水中，NH3·H2O、NH＋4、NH3的物质的量浓度之和为1mol·L－1。答案：(2)(3)(4)(8)正确。(1)不正确，NH3本身不能电离，溶于水，与水发生反应NH3＋H2ONH3·H2ONH＋4＋OH－而导电，故NH3不是电解质。(5)不正确，氨水中存在大量的NH3·H2O和少量的NH＋4。(6)不正确，NH3和HNO3等物质的量反应时，得到NH4NO3溶液，NH＋4水解使溶液显酸性，pH7。(7)不正确，产生的NO是污染性气体。2．用浓氯化铵溶液处理过的舞台幕布不易着火，其原因是(1)________________________________________________；(2)_______________