(通用版)2020版高考化学一轮复习第四章第四节氮及其化合物学案(含解析).doc
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1、1氮及其化合物第四节氮及其化合物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)。4了解化学与生活、材料、能源、环境、生命、信息技术等的关系。5了解“绿色化学”的重要性。考点(一) 氮及其氧化物 【点多面广精细研】1氮气的结构与性质(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的化学性质与氧气反应:N 2O 2 2NO。= = = = =放 电 或 高 温 与氢气反应:N 23H 2 2NH3。 高 温 、 高 压
2、 催 化 剂与镁反应:3MgN 2 Mg3N2。= = = = =点 燃 2氮的氧化物的种类与性质(1)氮有多种价态的氧化物如 N2O、NO、NO 2、N 2O4、N 2O3、N 2O5等。其中属于硝酸酸酐的是 N2O5。(2)NO 与 NO2性质的比较NO NO2氮的价态 2 价 4 价物理性质 无色、不溶于水的气体红棕色、有刺激性气味的气体,易液化,易溶于水化学与 O2反应2NOO 2=2NO2 不反应2与 H2O 反应 不反应 3NO2H 2O=2HNO3NO与 H2O、O2反应4NO2H 2O3O 2=4HNO3 4NO22H 2OO 2=4HNO3氧化性有氧化性,但通常情况下表现出还
3、原性强氧化性,在溶液中能氧化S2 、I 、Fe 2 等离子性质对环境的影响有毒,大气污染物之一 有毒,大气污染物之一实验室制取原理及收集方法3Cu8HNO 3(稀)= =3Cu(NO3)22NO4H 2O(排水法收集)Cu4HNO 3(浓)= =Cu(NO3)22NO 22H 2O(向上排空气法收集)(3)氮氧化物对环境的污染光化学烟雾:NO x在紫外线作用下,与碳氢化合物发生一系列光化学反应,产生了一种有毒的烟雾。酸雨:NO x排入大气中,与水反应生成 HNO3和 HNO2,随雨雪降到地面。破坏臭氧层:NO 2可使平流层中的臭氧减少,导致地面紫外线辐射量增加。NO 与血红蛋白结合使人中毒。小
4、题练微点判断下列说法的正误(正确的打“” ,错误的打“”)。(1)豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮属于氮的固定,是化学变化( )(2)汽车尾气中的氮氧化合物是由游离态氮转化来的( )(3)氮元素有负化合价、正化合价和零价,因而常温下,N 2既能与氧气反应,又能与H2反应( )(4)在实验室里,NO 和 NO2均用排水法收集( )(5)可用 NO2与水反应制取硝酸,故 NO2是酸性氧化物( )(6)通过灼热的镁粉,可除去 N2中的少量氧气( )(7)NO2溶于水时,NO 2是氧化剂,水是还原剂( )(8)溴蒸气和 NO2都是红棕色气体,不能用湿润的淀粉KI 试纸和 NaOH 溶液鉴别,可用AgN
5、O3溶液或蒸馏水或 CCl4鉴别( )(9)(2016全国卷)用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的 NO( )(10)(2015全国卷)密闭容器中 2 mol NO 与 1 mol O2充分反应,产物的分子数为2NA( )答案:(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)学霸微提醒(1)氮的氧化物都有毒,其中 NO2与 N2O4存在下列平衡:2NO 2N 2O4,因此实验测得3NO2的平均相对分子质量总大于 46。(2)验证某无色气体为 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。NOx的污染治理1.(2018全国卷)研究表明,氮
6、氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关(如图所示)。下列叙述错误的是( )A雾和霾的分散剂相同B雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵CNH 3是形成无机颗粒物的催化剂D雾霾的形成与过度施用氮肥有关解析:选 C 雾和霾的分散剂都是空气,A 项正确;雾霾中的无机颗粒物含有硝酸铵和硫酸铵,B 项正确;NH 3参与反应生成铵盐,是反应物,不是催化剂,C 项错误;过度施用氮肥会增加大气中氨的含量,D 项正确。2(2018天津高考)烟道气中的 NOx是主要的大气污染物之一,为了监测其含量,选用如下采样和检测方法。回答下列问题:.采样采样步骤:检验系统气密性;加热器将烟道气加热至 140 ;打开抽气泵置换系统内空
7、气;采集无尘、干燥的气样;关闭系统,停止采样。(1)A 中装有无碱玻璃棉,其作用为_。(2)C 中填充的干燥剂是(填标号)_。a碱石灰 B无水 CuSO4 cP 2O5(3)用实验室常用仪器组装一套装置,其作用与 D(装有碱液)相同,在虚线框中画出该装置的示意图,标明气体的流向及试剂。4(4)采样步骤加热烟道气的目的是_。.NO x含量的测定将 v L 气样通入适量酸化的 H2O2溶液中,使 NOx完全被氧化成 NO ,加水稀释至 3100.00 mL。量取 20.00 mL 该溶液,加入 v1 mL c1 molL1 FeSO4标准溶液(过量),充分反应后,用 c2 molL1 K2Cr2O
8、7标准溶液滴定剩余的 Fe2 ,终点时消耗 v2 mL。(5)NO 被 H2O2氧化为 NO 的离子方程式为_ 3_。(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有_。(7)滴定过程中发生下列反应:3Fe2 NO 4H =NO3Fe 3 2H 2O 3Cr2O 6Fe 2 14H =2Cr3 6Fe 3 7H 2O27则气样中 NOx折合成 NO2的含量为_ mgm 3 。(8)判断下列情况对 NOx含量测定结果的影响(填“偏高” “偏低”或“无影响”)。若缺少采样步骤,会使测定结果_。若 FeSO4标准溶液部分变质,会使测定结果_。解析:(1)装置 A 是过滤器,装有无碱玻璃棉的作用是过滤除去粉尘。(2
9、)C 中填充的是干燥剂,除去 H2O 且不能与 NOx反应,所以应选有酸性、干燥能力强的 P2O5。(3)D 装置中装有碱液,用于除去 NOx,作用与实验室中的洗气瓶相同,该装置的示意图见答案。(4)烟道气中有水,采样步骤加热器将烟道气加热至 140 的目的是防止 NOx溶于冷凝水。(5)NO 被 H2O2氧化为 NO ,H 2O2的还原产物为 H2O,离子方程式为 2NO3H 2O2=2H 2NO 32H 2O。(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有锥形瓶、滴定管,因为该滴定液呈酸性,所 3以选用酸式滴定管。(7)滴定过程中发生反应:3Fe2 NO 4H =NO 3Fe3 2H 2O、Cr 2O
10、 6Fe 2 14H =2Cr3 6Fe 3 7H 2O 3 27,与 Cr2O 反应的 Fe2 的物质的量为 6c2v2103 mol,标准液中 Fe2 的物质的量为27c1v1103 mol,则与 NO 反应的 Fe2 的物质的量为( c1v16 c2v2)103 mol,NO 的物 3 3质的量为 mol,则 v L 气样中折合成 NO2的含量为 c1v1 6c2v2 10 33mol46 gmol1 1 000 mgg1 1 000 c1v1 6c2v2 10 33v L 100 mL20 mLLm3 104 mgm3 。(8)若缺少采样步骤,系统内存在空气,23 c1v1 6c2v2
11、3v会使收集的气样中 NOx偏少,测定结果偏低。若 FeSO4标准溶液部分变质,溶液中的 Fe2浓度减小,消耗的 K2Cr2O7标准溶液体积减小,使测定结果偏高。答案:(1)除尘 (2)c5(3) (4)防止 NOx溶于冷凝水(5)2NO3H 2O2=2H 2NO 2H 2O 3(6)锥形瓶、酸式滴定管 (7) 10423 c1v1 6c2v23v(8)偏低 偏高方法规律 NO x尾气的处理(1)碱液吸收法2NO22NaOH= =NaNO3NaNO 2H 2O,NO2NO2NaOH= =2NaNO2H 2O,NO2、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
12、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(N 2)或 NOx与 CO 在一定温度下催化转化为无毒气体(N 2和 CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。反应方程式为4NH 36NO 5N26H 2O;= = = = =催 化 剂 8NH 36NO 2 7N212H 2O;= = = = =催 化 剂 2NO2CO N22CO 2;= = = = =催 化 剂 2NO 24CO N24CO 2。= = = = =催 化 剂 氮的氧化物与 O2、H 2O 反应的计算3.在一定条件下,将 NO2和 O2的混合气体 12 mL 通入足量水中,充分反
13、应后剩余 2 mL气体(同温同压下),则原混合气体中氧气的体积为( )1.2 mL 2.4 mL 3 mL 4 mLA BC D解析:选 D 混合气体通入水中,涉及的反应有4NO 2O 22H 2O=4HNO3,3NO 2H 2O=2HNO3NO。若 12 mL 全部为 NO2,发生反应,剩余气体 4 mL 大于实际剩余气体 2 mL,故剩余气体为 NO 或 O2。若剩余的气体是 O2,则 V(NO2) (122)mL8 mL, V(O2)12 mL8 mL4 mL。若剩余的气体是 NO(2 mL)456 mL NO2,则 V(O2) (126)mL1.2 mL。1564(2019石家庄二中模
14、拟)将充有 m mol NO 和 n mol NO2气体的试管倒立于水槽中,然后通入 m mol O2,若已知 n m,则充分反应后,试管中的气体在同温同压下的体积为( )A. B.4n 12 n m3C. D3( n m)3m n3解析:选 B 根据 3NO2H 2O=2HNO3NO 知, n mol NO2气体反应后生成 mol NO 气n3体,再根据 4NO3O 22H 2O=4HNO3得 m43,则知 NO 过量,故剩余的体积为(mn3) 。(mn3) 4m3 n m35氮氧化合物(用 NOx表示)是大气污染的重要因素,根据 NOx的性质特点,开发出多种化学治理氮氧化合物污染的方法。(
15、1)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知:4NH36NO 5N26H 2O,8NH36NO 2 7N212H 2O。同温同压下,= = = = =催 化 剂 = = = = =催 化 剂 3.5 L NH3恰好将 3.0 L NO 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_。(2)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。NO 2被烧碱溶液吸收时,生成两种钠盐,其物质的量之比为 11,写出该反应的化学方程式:_。NO 与 NO2按物质的量之比 11 被足量 NaOH 溶液完全吸收后只得到一种钠盐,该钠盐的化学式是_。解析:(1)设 NO 的体积为 V(
16、NO),NO 2的体积为 V(NO2),依据方程式知,处理 NO 需NH3: V(NO),处理 NO2需 NH3: V(NO2),则Error!,解得 V(NO)0.75 L, V(NO2)2.25 23 43L, V(NO) V(NO2)13。(2)生成两种钠盐,必然是 NO2的歧化反应,依据量的关系可知两种盐分别为 NaNO3和 NaNO2。NO 中氮的化合价为2 价,NO 2中氮的化合价为4 价,二者 11 混合时与 NaOH 反应生成一种钠盐,依据电子守恒可知,钠盐中氮的化合价为3,即为 NaNO2。答案:(1)13 (2)2NO 22NaOH= =NaNO3NaNO 2H 2O Na
17、NO 2方法规律氮的氧化物与 O2、H 2O 反应的 3 种计算方法1关系式法(1)NO 和 O2混合气体通入水中7由 2NOO 2=2NO2和 3NO2H 2O=2HNO3NO 得总反应为 4NO3O 22H 2O=4HNO3。(2)NO2和 O2混合气体通入水中由 3NO2H 2O=2HNO3NO 和 2NOO 2=2NO2得总反应为 4NO2O 22H 2O=4HNO3。(3)NO、NO 2和 O2三种混合气体通入水中先按 3NO2H 2O=2HNO3NO 计算出生成的 NO 体积,然后加上原来混合气体中 NO 体积,再按计算。2电子守恒法当 NOx转化为硝酸时要失去电子,如果是 NOx
18、与 O2混合,则反应中 O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。3原子守恒法4NO2O 2和 4NO3O 2从组成上均相当于 2N2O5的组成,都与 N2O5H 2O=2HNO3等效。当 NO、NO 2、O 2的混合气体溶于水时利用混合气体中 N、O 原子个数比进行分析判断。1.我国“神舟 11 号”宇宙飞船的运载火箭的推进剂引燃后发生剧烈反应,产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后的高温气体成分有 CO2、H 2O、N 2、NO 等,这些气体均为无色,但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量“红烟” ,产生“红烟”的原因是( )A “红烟”是 Fe 2O3BNO 与 H 2O 反应生成 NO2C
19、CO 2 与 NO 反应生成 NO 2DNO 遇空气生成 NO 2做 一 当 十 巧用平衡思想理解 NO2气体存在形式2NO2N 2O4 H0NO 2能使湿润的淀粉KI 试纸变蓝。1 mol NO 2在标准状况下的体积应小于 22.4 L。8标准状况下,22.4 L NO 2的质量大于 46 g。 解析:选 D 引燃后的高温气体成分有 CO2、H 2O、N 2、NO 等无色气体中,NO 容易被 O2氧化为 NO2,NO 2是红棕色气体。2.如图所示,将相同条件下的 m 体积 NO 和 n 体积 O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内,充分反应后,试管内残留 体积的气体,m2该气体与空气接触后
20、立即变为红棕色。则 m 与 n 的比值为( )A32 B23 C83 D38做 一 当 十 掌握氮的氧化物的相关计算计算剩余气体体积。溶液的浓度,在计算时一般设容器的体积为 V L,通过反应方程式计算剩余气体体积、溶液的浓度。 解析:选 C 该过程中涉及的反应有 2NOO 2=2NO2、3NO 2H 2O=2HNO3NO,可将两个方程式“合并”为 4NO3O 22H 2O=4HNO3。剩余气体与空气接触立即变为红棕色,说明剩余气体为 NO。则可知 体积的 NO 气体与 n 体积的 O2恰好完全反应。m24NO3O 22H 2O=4HNO34 3nm24 3 n,解得 m n83。m2考点(二)
21、 氨和铵盐 【点多面广精细研】1氨的物理性质与喷泉实验(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(1700),可由喷泉实验证明。(2)喷泉实验喷泉实验的原理因为烧瓶内气体易溶于水或易与水反应,使瓶内压强减小,形成压强差,大气压将烧杯中的水压入烧瓶而形成喷泉。常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂如表:9气体 HCl NH3 CO2、SO 2、Cl 2、H 2S NO2O 2吸收剂 水或 NaOH 溶液 水或盐酸 浓 NaOH 溶液 水2.氨的化学性质(1)与水反应反应原理为 NH3H 2ONH 3H2ONH OH 。氨气溶于水得氨水,氨水中含有的 4粒子有:NH 3H2
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- 通用版 2020 高考 化学 一轮 复习 第四 及其 化合物 解析 DOC
