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第13讲：氮及其化合物
【内容与解析】
本节课复习的内容是硫及其化合物的性质与应用。主要是两个内容：1二氧化硫的性质。2硫酸的性质。二氧化硫的性质主要体现在二氧化硫的四个性质上，酸性氧化物、二氧化硫的还原性、二氧化硫的氧化性、二氧化硫的漂白性。硫酸的性质上，主要是浓硫酸的三大特性：吸水性、脱水性、强氧化性。所以就在于这些性质的区别上。
【教学目标与解析】
1．教学目标
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。
2．目标解析
1. 了解硫元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。就是指二氧化硫的四个性质，浓硫酸的三大特性。
2．了解硫元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。就是指二氧化硫会造成酸雨，硫酸型酸雨，而且是随时间的变化酸雨的PH值会越来越小。所以就有酸雨的防护问题。
【问题诊断分析】
本节中学生感到困难的地方就是在于复习过程中，在浓硫酸的计算上，要掌握的是不能用浓硫酸的量来进行计算，因为浓硫酸的量一定要过量，所以就要搞清硫酸在计算过程中到底反应了多少物质这是硫酸计算的关键。再就是二氧化硫性的判断，很多同学会把二氧化硫的漂白性，与还原性搞不清楚，这就是要掌握，无机物质的颜色是不能漂白的。
【教学条件支持】
这节课主要是通过PPT这个手段，因为这样能加快复习的速度，节约复习的时间。特别是二氧化硫的四个性质与浓硫酸的三大特性上，这样，学生更能掌握这两种物质的性质。
【复习过程】
一、氮气
1．物理性质
通常情况下，N2为无色无味的气体，不溶于水。
2．化学性质
(1)与O2反应：N2＋O22NO。
(2)工业合成氨：N2＋3H22NH3。
(3)与Mg反应：3Mg＋N2Mg3N2。
二、氮的氧化物
NO NO2
物理性质 颜色 无 红棕色
毒性 有毒 有毒
溶解性 不溶 溶
化学性质 与O2反应 2NO＋O2===2NO2
与H2O反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
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
三、氨气
1．物理性质
颜色：无色，气味：刺激性气味，密度：比空气小，溶解性：常温常压下，1体积水中溶解700体积氨。
2．化学性质
(1)与水反应
氨水显碱性，反应原理为：NH3＋H2O??NH3·H2O??NH＋OH－。
(2)与酸反应
与浓盐酸的反应为：NH3＋HCl===NH4Cl。
现象为：产生大量白烟。
(3)与盐反应
向AlCl3溶液中滴加氨水，反应的离子方程式为：
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
(4)与氧气反应化学方程式为：4NH3＋5O24NO＋6H2O。
3．制法
(1)实验室制法
NH4Cl和Ca(OH)2共热反应的化学方程式为：
Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
(2)工业制法N2＋3H22NH3。
四、铵盐
1．物理性质
铵盐是由铵离子和酸根离子构成的化合物，都是白色或无色晶体，都易溶于水。
2．化学性质
(1)受热分解
NH4Cl、NH4HCO3受热分解的化学方程式分别为：
NH4ClNH3↑＋HCl↑；NH4HCO3NH3↑＋CO2↑＋H2O。
(2)与强碱反应：
NH4NO3与NaOH反应的化学方程式为：NH4NO3＋NaOHNH3↑＋NaNO3＋H2O。
五、硝酸
1．物理性质
颜色：无色，挥发性：易挥发，气味：刺激性气味，溶解性：和水以任意比互溶。
2．化学性质
(1)酸的通性，但与活泼金属反应时不生成H2。
(2)不稳定性
化学方程式为：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。
久置的浓硝酸呈黄色，原因是：硝酸分解生成的NO2溶于HNO3，实验室保存浓HNO3时，应注意：放在低温阴凉处。
(3)强氧化性
①能与Pt、Au以外的所有金属反应，如Cu与浓、稀HNO3均可反应，化学方程式分别为：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
有些金属(如Fe、Al等)在冷的浓HNO3中发生钝化。
②与不活泼的木炭反应的化学方程式为：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
③与某些还原性化合物(如FeO等)反应的化学方程式为：3FeO＋10HNO3===3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O。
④浓硝酸与浓盐酸按1：3混合配制成王水，它的氧化性比硝酸更强，能溶解金、铂等金属。
【例1】　室温时，在容积为a mL的试管中充满NO2气体，然后倒置在水中到管内水面不再上升时为止；再通入b mL O2，则管内液面又继续上升，测得试管内最后剩余气体为c mL，且该气体不能支持燃烧，则a、b的关系是(　　)
A．a＝4b＋3c　 B．a＝4b＋c
C．a：b＝4：1 D．a：b＝4：3
[解析]　根据反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，a mL NO2产生 mL NO；通入b mL O2后发生反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，因为c mL气体不能支持燃烧，所以c mL气体为NO，则(－c) ：b＝4：3，解得a＝4b＋3c。
[答案]　A
变式1　在容积为672 mL的烧瓶里充满NO和NO2的混合气体，将其倒立在水槽里，去塞后再通入280 mL氧气，反应恰好完成，且水充满烧瓶(气体体积都已折合为标准状况，并假定烧瓶中的溶液不扩散)。下列有关叙述中正确的是(　　)
A．总反应为NO＋NO2＋O2＋H2O===2HNO3
B．总反应为4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O===12HNO3
C．生成HNO3的浓度接近0.3 mol·L－1
D．生成HNO3的浓度约为0.45 mol·L－1
解析：要熟练掌握NO2和O2以及NO和O2与H2O充分反应时的两个总反应式，并加以灵活应用。
(1)设参加反应的NO2的体积为x，NO的体积为y。
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
x 　 　
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
y　 　
，　　。
故参加反应的NO2与NO物质的量之比为2：1，则总反应为
4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O===12HNO3，
据氮元素质量守恒可得生成的HNO3为0.03 mol
c(HNO3)＝＝0.045 mol·L－1。
(2)用电子守恒法列出方程直接求解。
答案：B
【例2】　实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下：
已知实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。
(1)从上图中选择制取气体的合适装置：
氮气________、氢气________。
(2)氮气和氢气通过甲装置，甲装置的作用除了将气体混合外，还有________、________。
(3)氨合成器出来经冷却的气体连续通入乙装置的水中吸收氨，________(“会”或“不会”)发生倒吸，原因是：________________________________________________________________。
(4)用乙装置吸收一段时间氨后，再通入空气，同时将经加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内，能使铂丝保持红热的原因是：______________________，锥形瓶中还可观察到的现象是：_________________________________________________________________________________________。
(5)写出乙装置中氨氧化的化学方程式：__________________________________________。
(6)反应结束后锥形瓶内的溶液中含有H＋、OH－、________、________离子。
[解析]　(1)实验室中用饱和NaNO2溶液和饱和NH4Cl溶液混合加热的方法制取氮气，可以选用铁架台、酒精灯、蒸馏烧瓶、分液漏斗配套，装置用a，而H2的制取利用的是简易启普发生器装置b。
(2)甲装置中浓硫酸能吸收H2O，同时控制气体流速。
(3)倒吸是对于一些极易溶于水(或其他溶剂)的气体，如NH3、HCl等，由于气体在水中大量溶解，导致出气管中压强减小，而发生倒吸现象，氨合成器出来的气体中混有N2、H2等难溶于水的气体，因此不能形成压强差，不发生倒吸。
(4)(5)由于4NH3＋5O24NO＋6H2O是放热反应，故铂丝保持红热，NO被空气中O2氧化而生成红棕色NO2气体。
(6)由于反应过程中发生了如下反应：4NH3＋5O24NO＋6H2O；2NO＋O2===2NO2；3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；NH3＋HNO3===NH4NO3，因此溶液中含有NO、NH、H＋、OH－等。
[答案]　(1)a　b(2)干燥气体　控制氢气和氮气的流速(3)不会　因为混合气体中含有大量难溶于水的N2、H2(4)氨的氧化反应是一个放热反应　有红棕色气体产生(5)4NH3＋5O24NO＋6H2O
(6)NH　NO
变式2　(2010·福建省莆田市质检)实验室可采用多种方法制取氨气。
(1)请从下图中选择最恰当的气体发生装置，将相应字母标号填入下表：
方法 Ⅰ Ⅱ ……
试剂 仅用浓氨水 浓氨水、氢氧化钠固体 ……
装置 ……
(2)如何检验生成的气体是氨气？________。
解析：(1)实验室制取氨气，可以采取加热浓氨水的方法，装置选择C；也可以选用氢氧化钠固体和浓氨水，将浓氨水滴入NaOH固体中，NaOH固体溶解放热，氨气受热挥发，装置选择B。(2)检验氨气，可以利用氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的性质检验。
答案：(1)C　B
(2)把湿润的红色石蕊试纸靠近导管口，试纸变蓝
【例3】　某高三研究性学习小组为了测定某铜银合金的成分，将30. 0 g该合金溶于80 mL 13.5 mol/L的浓HNO3中，待合金完全溶解后，收集到气体6.72 L(标准状况)，并测得溶液的c(H＋)＝1 mol/L。假设反应后溶液的体积仍为80 mL，试计算：
(1)被还原的硝酸的物质的量；
(2)合金中银的质量分数。
[解析]　(1)硝酸被还原后的产物是NO或NO2，因为1 mol HNO3被还原得到1 mol NO或NO2，因此产生气体的物质的量即是被还原的HNO3的物质的量。故被还原的硝酸的物质的量n(HNO3)＝＝0.3 mol。
(2)因为反应后c(H＋)＝1 mol/L，说明硝酸过量。参加反应的硝酸为：13.5 mol/L×0.080 L－1 mol/L×0.080 L＝1 mol。
设合金中Ag的物质的量为x，Cu的物质的量为y，
根据质量为30.0 g，可建立方程式：
108 g/mol·x＋64 g/mol·y＝30.0 g，①
1 mol参加反应的HNO3中有0.3 mol被还原，有0.7 mol起酸的作用生成硝酸盐，据此有：x＋2y＝0.7 mol，②
联立①、②式，解得：x＝0.1 mol，y＝0.3 mol，
故w(Ag)＝×100%＝36.0%。
[答案]　(1)0.3 mol　(2)36.0%
变式3　将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2 L。请回答：
(1)NO的体积为________L，NO2的体积为________L。
(2)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a mol/L的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为________mol/L。
(3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，至少需要30%的双氧水________g。
解析：(1)据电子得失守恒得：
2×n(Cu)＝3×n(NO)＋1×n(NO2)，
×2＝3×＋
解得V(NO)＝5.8 L，
所以V(NO2)＝11.2 L－5.8 L＝5.4 L。
(2)原HNO3中的NO一部分变成气体(0.5 mol)，另一部分变为NaNO3(V·a·10－3 mol)，所以
n(HNO3)＝(V·a·10－3＋0.5)mol，
c(HNO3)＝ mol/L。
(3)由电子得失守恒得：2×n(Cu)＝2×n(H2O2)
×2＝n(H2O2)×2
n(H2O2)＝0.51 mol，
则m(H2O2)＝17.34 g，
需30%的双氧水：17.34 g÷30%＝57.8 g。
答案：(1)5.8　5.4　(2)(a·V·10－3＋0.5)/0.14
(3)57.8
点评：物质守恒定律体现了化学学科思想，守恒法解铜与硝酸反应的计算题反映了化学学科思想在化学计算中的应用，因此此类题目是高考命题的重要形式。在解题时，可以衍生出“原子守恒(物料守恒)”“电子守恒”“电荷守恒”等具体方法。
【目标检测】
1.下列叙述不正确的是(　　)
A．NH3易液化，液氨常用作制冷剂
B．与金属反应时，稀HNO3中的氮元素虽然可被还原为更低价态，但稀HNO3氧化性弱于浓HNO3
C．铵盐受热易分解，因此贮存铵态氮肥时要密封保存，并放在阴凉通风处
D．硝酸电离出的H＋离子，能被Zn、Fe等金属还原成H2
2．如图是课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案。下列有关操作不可能引发喷泉现象的是(　　)
A．挤压装置①的胶头滴管使CCl4全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹
B．挤压装置②的胶头滴管使NaOH溶液全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹
C．用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹
D．向装置④的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹
3．同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NH3和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是(　　)
A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2 C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2
4．将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是(　　)
A．反应速率：两者相同 B．消耗硝酸的物质的量：前者多，后者少
C．反应生成气体的颜色：前者浅，后者深 D．反应中转移的电子总数：前者多，后者少
5．实验室常用的几种气体发生装置如图A、B、C所示：
(1)实验室可以用B或C装置制取氨气，如果用C装置，通常使用的药品是________。检查C装置气密性是否良好的操作方法是____________________________________。
(2)气体的性质是选择气体收集方法的主要依据。下列性质与收集方法无关的是________(填序号，下同)。
①密度　②颜色　③溶解性　④热稳定性　⑤与氧气反应
下图是某学生设计的收集气体的几种装置，其中不可行的是________。
(3)若用A装置与D装置相连制取并收集X气体，则X可以是下列气体中的________。
①CO2　②NO　③Cl2　④H2
其中在D装置中连接小烧杯的目的是__________。
6．在浓硝酸中放入铜片：
(1)开始反应的化学方程式为_____________________________________________________。
(2)若铜有剩余，则反应将要结束时的反应化学方程式是________________________________。
(3)待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，其原因和离子方程式是_________________________________________________________________________。
(4)若将12.8 g铜跟一定量的浓硝酸反应，铜消耗完时，共产生气体5.6 L(标准状况)，则所消耗的硝酸的物质的量是________，所得气体的平均相对分子质量为________。
【配餐作业】
A组：名师一号：1、2、3、4、8
B组：名师一号：5、7、9、10、12、13、14
C组：名师一号：15

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