资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
第五章 化工生产中的重要非金属元素
第二节　氮及其化合物
第1课时　氮气与氮的氧化物
一、氮气与氮的固定
1．氮元素的位置、结构与存在
(1)氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族。氮原子的最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此，氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。
(2)氮元素在自然界中主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
2．氮气的物理性质
N2是一种无色、无味的气体，ρ(N2)＜ρ(空气)，难溶于水。
3．氮气的结构与化学性质
(1)N2的结构
N2的结构式为N≡N，氮氮键很难断裂，化学性质很稳定。
(2)化学性质
N2在高温、放电等条件下，N2获得足够的能量，使N≡N断裂。写出N2与Mg、H2、O2反应的化学方程式。
①3Mg＋N2Mg3N2；②N2＋3H22NH3；
③N2＋O22NO。
4．氮的固定：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。
(1)自然固氮：大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨。
(2)人工固氮：人类通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，最重要的人工固氮途径就是工业合成氨。
　Mg在空气中燃烧时可以发生的反应有哪些？写出化学方程式。
提示：2Mg＋O22MgO，3Mg＋N2Mg3N2，
2Mg＋CO22MgO＋C。
二、一氧化氮和二氧化氮
1．物理性质
颜色 状态 气味 毒性 水溶性
NO 无色 气态 无味 有毒 不溶
NO2 红棕色 气态 有刺激性气味 有毒 易溶
2.化学性质
(1)NO在空气中易转化为红棕色的NO2，反应方程式为
2NO＋O2===2NO2。
(2)NO2与H2O反应生成HNO3和NO，反应方程式为
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
N2的性质与NO、NO2的相互转化
NO2、NO溶于水的实验探究，根据探究填下表中的空白。
实验操作 实验现象 实验结论
如图所示，在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器 无明显现象 NO不溶于水
打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹 注射器中气体由无色变为红棕色，注射器塞子向左移动 NO与空气中的O2发生反应生成红棕色的NO2：2NO＋O2===2NO2(填化学方程式)
振荡注射器 注射器中气体由红棕色变为无色，注射器塞子继续向左移动 NO2与水发生反应生成了无色的NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
1．N2的性质与氮的固定
2．NO、NO2的相互转化
第2课时　氨和铵盐
一、氨
氨的电子式为，结构式为。
1．氨的物理性质
(1)氨是无色、有刺激性气味的气体，密度比空气的小，很容易液化。
(2)氨极易溶于水：在常温常压下，1体积水大约可溶解700体积氨。可利用喷泉实验证明NH3极易溶于水。
　液氨作制冷剂的原因是什么？
提示：氨易液化，液氨汽化时要吸收大量的热，使周围温度急剧降低。
2．氨的化学性质
(1)NH3与水反应的化学方程式为NH3＋H2ONH3·H2O。
(2)NH3与酸反应生成铵盐
①浓氨水挥发出的NH3与浓盐酸挥发出的HCl相遇形成白烟，即NH4Cl晶体小颗粒，其反应的方程式为NH3＋HCl===NH4Cl。
②氨通入稀硫酸中反应的离子方程式为NH3＋H＋===NH。
(3)氨的催化氧化
写出氨催化氧化制HNO3的系列反应方程式依次为4NH3＋5O24NO＋6H2O，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
　为什么蘸有浓氨水和浓盐酸的两支玻璃棒靠近时会产生白烟？蘸有浓氨水和浓硫酸的两支玻璃棒靠近时是否也产生白烟？
提示：浓氨水和浓盐酸均有挥发性，挥发出来的NH3和HCl在空气中相遇，化合生成NH4Cl固体小颗粒，即为白烟。浓硫酸没有挥发性，故不可能形成白烟。
二、铵盐——铵根离子(NH)与酸根离子构成的化合物
绝大多数铵盐易溶于水，受热分解，与碱反应生成NH3。
1．不稳定性：NH4Cl、NH4HCO3受热分解的化学方程式分别为NH4ClNH3↑＋HCl↑、NH4HCO3NH3↑＋H2O＋CO2↑。
2．与碱的反应
(1)固体反应：NH4Cl与NaOH反应的化学方程式为NH4Cl＋NaOHNH3↑＋NaCl＋H2O。
(2)溶液中铵盐与强碱反应的离子方程式(加热)：NH＋OH－NH3↑＋H2O。
稀溶液中铵盐与强碱反应的离子方程式(不加热)：NH＋OH－===NH3·H2O。
3．铵盐与碱反应的两个应用
(1)检验NH：待测液中加NaOH溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸放置于试管口，若试纸变蓝，说明溶液中含NH。
(2)实验室制备NH3
　用长试管加热NH4Cl能制取NH3吗？为什么？
提示：不能。因为NH4Cl分解产生的NH3和HCl遇冷会再次化合为NH4Cl，不能用于制取NH3。
氨与氨水的主要性质
1．氨气通入水中形成的溶液使酚酞变红的原因是什么？(用相关方程式表示)
提示：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－。
2．氨水的粒子成分主要有什么？
提示：NH3·H2O、NH3、NH、OH－、H2O。
3．向AlCl3、FeCl3溶液中分别加入足量的氨水，分别写出反应的离子方程式。
提示：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH、
Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH。
4．稀盐酸中通入NH3和将氨水加入稀盐酸中，分别写出反应的离子方程式。
提示：H＋＋NH3===NH，H＋＋NH3·H2O===NH＋H2O。
1．工业制HNO3的反应原理及流程
其主要流程是将氨和空气的混合气(氧∶氮≈2∶1)通入灼热(760～840 ℃)的铂铑合金网，在合金网的催化作用下，氨被氧化成一氧化氮(NO)，生成的一氧化氮结合反应后残余的氧气继续被氧化为二氧化氮，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸。各步反应的化学方程式如下：
4NH3＋5O24NO＋6H2O
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
2．氨水的主要化学性质
(1)弱碱性：NH3·H2ONH＋OH－
(2)不稳定性：NH3·H2ONH3↑＋H2O
(3)与某些盐溶液生成沉淀，如AlCl3、MgCl2、FeCl3等。
NH3的实验室制法
1．氨气的实验室制法
(1)原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
(2)装置
①发生装置：固体＋固体气体，与实验室利用氯酸钾和二氧化锰加热制取氧气的装置相同。
②净化装置：通常用碱石灰干燥氨气，不能用五氧化二磷、浓硫酸和无水氯化钙干燥。
(3)收集方法：向下排空气法收集，试管口塞一团疏松的棉花团，目的是防止氨气与空气形成对流，以收集到较纯净的氨气。
(4)验满方法
①方法一：用镊子夹住一片湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若试纸变蓝，说明已经收集满。
②方法二：用蘸取浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟生成，说明已经收集满。
(5)尾气处理：多余的氨气要吸收掉(可在导管口放一团用水或稀硫酸浸润的棉花球)以避免污染空气。在吸收时要防止倒吸，常采用的装置如图所示：
2．实验室快速制氨气的方法
(1)加热浓氨水法：NH3·H2O不稳定，受热易分解生成NH3：NH3·H2ONH3↑＋H2O，故可直接加热浓氨水制备NH3。
(2)浓氨水加固体NaOH(或生石灰、碱石灰)法：固体NaOH溶于水放出大量的热，会促使氨水分解，而生石灰可与水反应生成Ca(OH)2，同时反应放热，也会促使氨水分解，故可在常温下向固体NaOH或CaO中滴加浓氨水来制备NH3。反应装置图分别为：
第3课时　硝酸　酸雨及防治
一、硝酸
1．物理性质
颜色 状态 气味 特性
无色 液态 有刺激性气味 易挥发
2.化学性质
(1)酸性：属于强酸，具有酸的通性，如CaCO3与HNO3反应的化学方程式为CaCO3＋2HNO3(稀)===Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O。
(2)不稳定性：见光或者受热易分解，化学方程式为4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。所以硝酸一般保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。
(3)强氧化性
与金属反应：硝酸具有强氧化性，能与除金、铂、钛以外的大多数金属反应。
a．Cu与浓硝酸反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
Cu与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
b．与Fe、Al反应：常温下，浓硝酸或浓硫酸可使铁、铝表面形成一层致密的氧化物薄膜，所以可以用铁制容器或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。当加热时，Fe、Al会与浓硝酸或浓硫酸发生反应。
c．浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为1∶3)叫做王水，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。
　浓硝酸往往显黄色的原因是什么？
提示：HNO3分解生成的NO2溶于浓硝酸中显黄色。
3．用途
硝酸是重要的化工原料，可用于制造化肥、炸药、染料、农药等。
二、酸雨及防治
1．SO2、NOx 的主要来源
(1)SO2：主要来源于煤、石油和某些含硫的金属矿物的燃烧或冶炼。
(2)NOx：主要来源于机动车产生的尾气。
2．SO2、NOx对人体的危害
SO2与NOx会引起呼吸道疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡。
3．酸雨
4．酸雨防治
(1)工业废气排放到大气中之前，必须进行适当处理，防止有害物质污染大气。
(2)减少化石燃料的直接燃烧，如脱硫处理。
硝酸的氧化性及有关计算
1．浓硝酸中加入紫色石蕊试液，溶液先变红又褪色，这表现了HNO3的什么性质？
提示：酸性和强氧化性。
2．酸性条件下，Fe2＋、NO、Na＋能大量共存吗？在NO存在的酸性条件下还能氧化哪些离子？
提示：不能共存，NO在酸性条件下能将Fe2＋氧化为Fe3＋。S2－、HS－、SO、HSO、I－等。
3．将7.68 g铜与50 mL一定浓度的硝酸恰好完全反应，收集到标准状况下4.48 L气体。请思考：
(1)反应过程中，失去电子的物质的量为多少？
(2)被还原的HNO3为多少摩尔？未被还原的HNO3为多少摩尔？
(3)硝酸的物质的量浓度为多少？
(4)4.48 L气体的成分有哪些？各是多少L
提示：(1)n(e－)＝n(Cu)×2＝×2 mol＝0.24 mol。
(2)n(被还原HNO3)＝n(气体)＝＝0.2 mol，
n(未被还原HNO3)＝n(Cu)×2＝0.12 mol×2＝0.24 mol。
(3)n(HNO3)＝0.2 mol＋0.24 mol＝0.44 mol，
c(HNO3)＝＝8.8 mol·L－1。
(4)成分为NO2、NO，根据电子守恒和氮原子守恒可知
n(NO)＝0.02 mol，n(NO2)＝0.18 mol，
故V(NO)＝0.448 L，V(NO2)＝4.032 L。
1．硝酸的强氧化性
HNO3中的＋5价氮元素具有很强的得电子能力。硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。
(1)硝酸与金属的反应
①除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属，如3Ag＋4HNO3(稀)===3AgNO3＋NO↑＋2H2O。
②活泼金属与硝酸反应不生成H2，硝酸的浓度不同，还原产物不同，可能是NO2、N2O、NO、N2、NH等。
③不活泼金属与硝酸反应的模板为
④常温下，浓硝酸能使Fe、Al钝化。加热时可以与Fe、Al发生反应。
(2)硝酸与非金属的反应
①反应规律：非金属单质＋浓硝酸→最高价氧化物或其含氧酸＋NO2↑＋H2O；
②实例：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
(3)硝酸与还原性化合物的反应
硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如HI、HBr、SO2、Fe2＋、FeO、Br－、I－、S2－、SO等均能被HNO3氧化。
(4)铁与稀硝酸反应，先生成Fe(NO3)3，若Fe过量，Fe(NO3)3再与Fe反应生成Fe(NO3)2。
2．硝酸与金属反应的计算
(1)电子守恒法：硝酸与金属反应属于氧化还原反应，氮原子得到的电子总数等于金属原子失去的电子总数。
(2)原子守恒法：硝酸与金属反应时，反应前硝酸中的NO一部分仍以NO的形式存在，一部分转化为还原产物，这两部分中N的物质的量之和与反应消耗的硝酸中N的物质的量相等。
(3)电荷守恒法
HNO3过量时，反应后溶液中(不考虑OH－)根据电荷守恒有c(NO)＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。
(4)利用离子方程式计算
硝酸与硫酸混合液跟金属的反应，当金属足量时，不能用硝酸与金属反应的化学方程式计算，应用离子方程式计算，因为生成的硝酸盐中的NO与硫酸电离出的H＋仍能继续与金属反应。如金属铜与混酸的反应方程式为3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。
微专题2　常见气体的实验室制法
1．气体制备及其性质探究的基本流程
―→―→―→―→―→
2．常见气体的发生装置
(1)固＋固气(如制O2、NH3等)
(2)固＋液―→气(如制H2、O2、CO2、SO2、NO2、NO等)
或
(3)固＋液气(如制Cl2、SO2等)
3．常见气体净化装置
类型 液态吸收剂 固态吸收剂 固态吸收剂 固体吸收剂，加热
装置 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
4.常见气体的收集方法
(1)排水法：收集难溶于水的气体，如O2、H2、N2、NO、CO等。
(2)排液法：收集难溶于所选溶液的气体，如Cl2用排饱和食盐水法收集。
(3)向上排空气法：收集气体密度比空气的大且相差较大的气体，如Cl2、CO2、NO2等。
(4)向下排空气法：收集气体密度比空气的小的气体，如CH4、H2、NH3等。
5．尾气处理装置(如下图a、b、c)
a　　　b　　　c
注意：吸收式装置要注意防倒吸
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑