高考化学大一轮复习 专题4 硫氮和可持续发展 第2单元 生产生活中的含氮化合物加试要求教师用书.docx

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高考化学大一轮复习 专题4 硫氮和可持续发展 第2单元 生产生活中的含氮化合物加试要求教师用书.docx

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高考化学大一轮复习专题4硫氮和可持续发展第2单元生产生活中的含氮化合物加试要求教师用书

第二单元 生产生活中的含氮化合物(加试要求)

浙江考试标准

知识条目

必考要求

加试要求

(1)氮氧化物的产生、转化及其性质

a

(2)氮及其化合物的相互转化关系

c

(3)氨的性质与用途

b

(4)工业合成氨

b

(5)铵盐的性质与用途

b

(6)硝酸的性质与用途

b

(7)工业制取硝酸的设备和流程

b

(8)氮肥的性质与科学使用

a

考点1|氮气及氮的氧化物的性质

[基础知识自查]

1.自然界中氮的存在和氮的固定

2.N2的性质及应用

(1)物理性质

无色无味的气体,密度比空气略小,难溶于水,熔点、沸点比O2的低。

(2)化学性质

3.氮的氧化物

(1)氮有多种价态的氧化物,如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3和N2O5等。

(2)NO、NO2的比较

NO

NO2

颜色

无色

红棕色

毒性

有毒

有毒

溶解性

难溶于水

易溶于水

与O2或与H2O反应

2NO+O2===2NO2

3NO2+H2O===2HNO3+NO

收集方法

排水法

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

(3)在进行NO2溶于水的实验时有如图所示操作

①将充满NO2的试管倒扣在盛有水的水槽中,可观察到的现象是:

红棕色气体逐渐变为无色,水位上升,最后水充满整个试管的

化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO。

②当向试管中通入O2,现象是无色气体又变为红棕色气体,试管内液面上升至充满,继续通O2试管内液面又下降。

[核心要点提升]

1.氮氧化物溶于水的关系

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,总关系式为4NO+3O2+2H2O===4HNO3(4∶3)。

(2)若NO2和O2通入水中,总关系式为4NO2+O2+2H2O===4HNO3(4∶1)。

2.NOx对环境的污染

(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,随雨雪降到地面。

(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。

3.常见的NOx尾气处理方法

(1)碱液吸收法

2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O

NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O

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(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。

[典型例题讲解]

 (2016·浙江嘉兴二模)将某红棕色气体A通入到稀钠盐溶液甲中,有白色沉淀产生;当红棕色气体通入过量时,白色沉淀逐渐完全消失。

上述过程中还产生一种无色气体B,B遇空气后又可产生A。

则:

(1)写出钠离子的结构示意图:

________;B与空气反应的化学方程式:

________________________________________________。

(2)甲中肯定不含有下列物质中的________(填选项字母)。

A.Na2S     B.NaAlO2

C.Na2SiO3D.NaCl

(3)通入气体A使白色沉淀逐渐消失且产生气体B,该反应的离子方程式是

________________________________________________。

【解析】 根据题意可知,红棕色气体A是NO2,B是NO,稀钠盐溶液甲中含NaAlO2,反应为3NO2+2NaAlO2+3H2O===2Al(OH)3↓+2NaNO3+NO;当红棕色气体通入过量时,白色沉淀逐渐完全消失,反应的化学方程式为9NO2+2Al(OH)3===2Al(NO3)3+3NO+3H2O。

【答案】 

(1)

 2NO+O2===2NO2

(2)AC

(3)9NO2+2Al(OH)3===2Al3++6NO

+3NO+3H2O

[题组对点训练]

1.下列关于自然界中氮循环(如下图)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

A [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

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。

]

2.烧瓶中放入铜片和稀硝酸,来制取较纯净的一氧化氮,反应开始后发现烧瓶中充满红棕色气体,这时的操作应是(  )

A.立即接上收集容器,用向上排空气法收集

B.待烧瓶中红棕色气体消失后,用向上排空气法收集

C.待烧瓶中红棕色气体消失后,用排水法收集

D.立即用排水法收集

D [红棕色气体为NO2,NO2与水反应生成NO。

]

3.如图所示,试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物),当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内水面上升,但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,可以观察到试管内水柱继续上升,经过多次重复后,试管内完全被水充满,原来试管中盛装的气体是(  )

A.可能是N2与NO2的混合气体

B.只能是O2与NO2的混合气体

C.可能是NO与NO2的混合气体

D.只能是NO2一种气体

C [根据题意①3NO2+H2O===2HNO3+NO。

②2NO+O2===2NO2将①②反应合并可得4NO2+O2+2H2O===4HNO3。

最后试管充满水的条件是NO2或NO2和NO或NO2和O2。

]

4.如图所示,相同条件下,两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体,分别倒置于水槽中,然后通过导管缓慢通入氧气,边通边慢慢摇动试管,直到两个试管内充满液体。

假设试管内的溶质不向水槽中扩散,则两个试管内溶液物质的量浓度之比为(  )

A.1∶1     B.5∶7

C.7∶5D.4∶3

A [相同条件下,容积相同的试管装有的NO和NO2的物质的量相同,生成的HNO3物质的量相同,又因为试管容积相同,故二者浓度之比为1∶1。

]

考点2|硝酸的性质和应用

[基础知识自查]

1.硝酸的主要性质

硝酸是无色有刺激性气味,易挥发的液体,与H2O以任意比互溶。

(1)不稳定性

①反应:

4HNO3

2H2O+4NO2↑+O2↑。

②市售浓硝酸呈黄色的原因是HNO3分解生成的NO2溶于硝酸中。

③硝酸的保存方法:

保存在棕色带有玻璃塞的细口试剂瓶中,置于冷暗处。

(2)强氧化性

①与不活泼金属反应。

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常温下,浓HNO3使Fe、Al钝化。

常温下可用铁桶盛装。

③与非金属反应。

如浓硝酸与C的反应:

C+4HNO3(浓)

CO2↑+4NO2↑+2H2O。

④与还原性化合物反应。

硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2+、FeO等还原性物质。

如:

稀HNO3与SO2、Na2SO3、FeO反应的离子方程式分别为3SO2+2NO

+2H2O===3SO

+2NO↑+4H+,3SO

+2NO

+2H+===3SO

+2NO↑+H2O,3FeO+NO

+10H+===3Fe3++NO↑+5H2O。

(3)与有机物反应

①硝化反应(与C6H6反应):

C6H6+HNO3

C6H5NO2+H2O。

②颜色反应:

蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。

2.硝酸工业生产的流程和反应原理

生产设备如图示:

[核心要点提升]

1.硝酸与金属反应的规律

(1)HNO3与金属反应一般不能产生H2。

(2)还原产物一般为HNO3(浓)→NO2,HNO3(稀)→NO;很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。

(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。

(4)浓硝酸与铜反应时,若铜过量,反应开始时浓硝酸被还原为NO2,但随着反应的进行,硝酸变稀,其还原产物变为NO。

(5)铁与稀硝酸反应时,铁过量,氧化产物为Fe2+;铁不足,氧化产物为Fe3+;二者的量在一定范围内,可能生成Fe2+和Fe3+的混合物。

2.硝酸与金属反应的计算技巧

(1)原子守恒法

HNO3与金属反应时,一部分HNO3起酸的作用,以NO

的形式存在于溶液中;一部分作为氧化剂转化为还原产物,这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。

(2)得失电子守恒法

HNO3与金属的反应属于氧化还原反应,HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。

(3)电荷守恒法

HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH-)则有:

c(NO

)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)。

【特别提醒】 

(1)浓、稀硝酸均具有强氧化性,浓度越大,氧化性越强。

(2)浓硝酸能使紫色石蕊试液变红,加热褪色,该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性。

[典型例题讲解]

 14g铜银合金与足量的某浓度的硝酸反应,将放出的气体与1.12L(标准状况下)氧气混合,通入水中恰好全部被吸收,则合金中铜的质量为(  )

A.9.6g     B.6.4g

C.3.2gD.1.6g

【解析】 硝酸与金属反应时生成的气体可有多种可能。

根据两个过程的变化可以得出结论:

金属铜、银失去的电子数等于氧气得到的电子数。

n(O2)=

=0.05mol,n(得电子)=4n(O2)=4×0.05mol=0.2mol。

则有

解得n(Cu)=0.05mol,则m(Cu)=0.05mol×64g/mol=3.2g。

【答案】 C

 当硝酸与金属或非金属反应时,反应物或反应条件不同,硝酸被还原的产物也不同。

请回答下列问题:

【导学号:

81640067】

(1)金属Zn与某浓度的硝酸反应时无气体产生,那么硝酸的还原产物为________(填化学式)。

(2)某混酸由200mL3mol·L-1的稀硝酸和200mL2.5mol·L-1的稀硫酸均匀混合而成(忽略溶液的体积变化)。

将其分成两等份,分别与铜和铁反应,还原产物只有NO,则最多能溶解________molCu和________gFe。

(3)200mL16mol·L-1的浓硝酸与3.2gCu反应,反应过程中还原产物只有NO2,则反应结束后,产生气体的体积为________(标准状况下),溶液中c(H+)∶c(NO

)=________∶________(忽略HNO3的挥发)。

(4)用试管将(3)反应产生的NO2收集满并倒立在足量的水中,待试管中液面不再上升时,试管中剩余气体的体积约为原气体体积的________。

试管中的液体的物质的量浓度为________(假设试管中的液体不对外扩散,此反应条件下1mol气体的体积为25.0L)。

如果NO2中混有N2O4气体,试管中的液体的物质的量浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。

【解析】 

(1)硝酸被还原,氮元素化合价降低,若无气体产生,则还原产物为NH4NO3。

(2)设最多溶解xmolCu,一份溶液中n(NO

)=0.3mol,n(H+)=0.8mol

据3Cu + 8H++ 2NO

===3Cu2++2NO↑+4H2O

382

x0.80.3

可知x=0.3(NO

过量)

因在反应中Fe和Cu的化合价变化均为+2价,则最多溶解Fe的物质的量是0.3mol,质量为56g·mol-1×0.3mol=16.8g。

(3)据电子守恒V(NO2)=

×2×22.4L·mol-1=2.24L,原溶液中硝酸的物质的量为16mol·L-1×0.2L=3.2mol,根据方程式:

Cu+4H++2NO

===Cu2++2NO2↑+2H2O可知:

生成2.24LNO2消耗NO

0.1mol,消耗H+0.2mol,则n(H+)∶n(NO

)=(3.2-0.2)∶(3.2-0.1)=30∶31。

(4)根据方程式3NO2+H2O===2HNO3+NO可知试管中剩余气体的体积约为原气体体积的

设试管的体积为1L,则试管中溶液(HNO3)的物质的量浓度根据c=

可得c=

=0.04mol·L-1。

若NO2中混有N2O4,则根据3N2O4+2H2O===4HNO3+2NO可知,所得溶液的体积减小,n(HNO3)的物质的量增加,则HNO3的物质的量浓度将增大。

【答案】 

(1)NH4NO3 

(2)0.3 16.8 (3)2.24L 30 31

(4)1/3 0.04mol·L-1 增大

[题组对点训练]

1.有关硝酸性质的叙述中,正确的是(  )

A.浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色

B.硝酸能与Na2CO3反应,但不生成CO2

C.Na2SO3与稀HNO3反应可生成SO2气体

D.一定量的浓HNO3投入过量的Cu,生成的气体除了有NO2外还可能有NO、N2O4等

D [硝酸是一种具有强氧化性的不稳定强酸,并且硝酸越浓,氧化性越强。

浓硝酸的氧化性强于稀硝酸,表现在浓硝酸可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色,而稀硝酸只能使蓝色石蕊试纸变红但不褪色。

由于硝酸是一种氧化性酸,可氧化许多还原性物质,因此硝酸与Na2SO3反应不能生成SO2,但与Na2CO3反应能生成CO2。

]

2.一定质量的铁和足量的稀硝酸或浓硝酸完全反应,在相同条件下,用排水集气法收集产生的气体。

下列叙述一定正确的是(  )

①硝酸浓度越大,消耗的硝酸越少

②硝酸浓度不同,生成的Fe(NO3)3的物质的量相同

③硝酸浓度越大,产生的气体越少

④用排水集气法收集到的气体在相同状况下体积相同

A.只有②      B.②④

C.③④D.①②③

B [依据Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O及Fe+6HNO3(浓)===Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O可知,硝酸浓度越大,消耗的硝酸越多,①错;根据铁元素守恒,最后生成的Fe(NO3)3的物质的量相同,②正确;③硝酸浓度越大,产生的气体越多,③错;因3NO2+H2O===2HNO3+NO,故用排水法收集到的气体均为NO,且在相同状况下体积相同,④正确。

]

3.38.4g铜跟适量的浓硝酸反应,铜全部作用后,共收集到气体22.4L(标准状况)(不考虑N2O4),反应消耗的硝酸可能是(  )

A.1.0molB.1.6mol

C.2.2molD.2.4mol

C [浓硝酸适量,在反应过程中变稀,实际上发生了两个反应:

Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,反应消耗的HNO3包括起酸性作用和起氧化性作用的两部分,前者反应后以Cu(NO3)2形式存在,后者被还原后生成NO2、NO气体,从两个方程式看出:

Cu~2HNO3(酸性)~Cu(NO3)2,HNO3(氧化剂)~NO2(或NO),所以反应消耗的HNO3的物质的量为:

×2+

=1.2mol+1mol=2.2mol。

]

4.足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体,这些气体与1.68LO2(标准状况)混合后通入水中,所有气体完全被水吸收生成硝酸。

若向所得硝酸铜溶液中加入5mol/LNaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,则消耗NaOH溶液的体积是(  )

A.60mLB.45mL

C.30mLD.15mL

A [由电子守恒和电荷守恒可知O2得电子数等于Cu2+结合的OH-数,故消耗NaOH溶液的体积为

=0.06L=60mL。

]

考点3|氨和铵盐的性质及应用 

[基础知识自查]

1.氨的性质与制备

物理性质

无色,有刺激性气味的气体,比空气轻,极易溶于水(体积比1∶700),易液化(液氨常作制冷剂)

2.铵盐的性质与检验

(1)铵盐的物理性质

铵盐都是白色固体,均易溶于水。

(2)铵盐的化学性质

(3)NH

的检验

NH

无色气体

试纸变蓝

(4)装有NH4Cl的长试管,用酒精灯对NH4Cl进行加热,现象为固体NH4Cl逐渐变少,试管口部有大量晶体形成。

3.氮肥

(1)常见氮肥

名称

硫酸铵

氯化铵

碳酸氢铵

硝酸铵

碳酰二胺

俗名

硫铵

氯铵

碳铵

硝铵

尿素

化学式

(NH4)2SO4

NH4Cl

NH4HCO3

NH4NO3

CO(NH2)2

类别

铵态氮肥

有机氮肥

(2)使用注意事项

贮存时,应密封并放在阴凉处,施用时,应埋在土壤中,并避免与碱性肥料(如草木灰)混用,以保证肥效。

[核心要点提升]

1.氨气的实验室制法

(1)NH3的一般实验室制法

(2)两种简易方法

①加热浓氨水:

(见图1)

反应原理:

NH3·H2O

NH3↑+H2O

图1            图2

②浓氨水中加入固态碱性物质:

(见图2)

反应原理:

浓氨水中存在以下平衡:

NH3+H2ONH3·H2ONH

+OH-,加入固态碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等),使平衡逆向移动,同时反应放热,促进NH3·H2O的分解。

加CaO的化学方程式为NH3·H2O+CaO===NH3↑+Ca(OH)2

2.NH

的检验方法

【易错警示】 氨气实验室制法的注意事项

(1)实验室用固体铵盐与碱共热制NH3时,不能使用NH4HCO3、NH4NO3及NaOH固体,因为NH4HCO3受热分解产生CO2,使制得的NH3不纯;NH4NO3受热时易发生爆炸;NaOH容易吸水结块,不利于NH3的产生和逸出,且加热条件下NaOH容易腐蚀玻璃。

(2)干燥氨气时不能选用酸性干燥剂,如浓硫酸、P2O5等,也不能选用无水CaCl2,因为它们均能与NH3发生反应,通常选用碱石灰。

(3)吸收氨气(或HCl)时要注意防止倒吸。

可用于吸收氨气(或HCl)并能防倒吸的常用装置为

[典型例题讲解]

 有四种无色溶液,它们分别是(NH4)2SO4、NH4Cl、Na2CO3、NaNO3,下列试剂中可以用来鉴别它们的是(  )

A.BaCl2溶液     B.NaOH溶液

C.Ba(OH)2溶液D.AgNO3溶液

【解析】 根据物质中含有NH

,可以考虑用OH-检验,物质中含有SO

,可以考虑用Ba2+检验,综合考虑可用Ba(OH)2检验。

【答案】 C

 某研究小组要快速制取干燥的氨气,提供的药品有:

浓氨水、氯化铵固体、氢氧化钠固体、蒸馏水、碱石灰,提供的仪器如下所示(必要的塞子、玻璃导管、橡胶管、固定装置和尾气处理装置略去)。

(1)需选择的药品是________和氢氧化钠固体,该小组选择的药品混合后快速放出氨气的原因________________________________________,

选择的仪器是________(填序号)。

(2)若用图甲装置收集NH3,如何判断烧瓶中已收集满NH3?

_________。

(3)图乙中胶头滴管中的水挤入烧瓶后,观察到的现象是___________。

【解析】 根据所给的仪器和药品,可利用浓氨水和NaOH固体制取NH3。

【答案】 

(1)浓氨水 NaOH溶于水放热,促使氨水分解放出氨气,且c(OH-)增大,使NH3+H2ONH3·H2ONH

+OH-平衡左移,有利于NH3放出

①③⑥或①③⑦

(2)漏斗下端边沿与水面接触时溶液颜色变为浅红色

(3)气球逐渐变大

[题组对点训练]

1.为了检验某固体物质中是否含有NH

,你认为下列试纸和试剂一定用不到的是(  )

①蒸馏水 ②NaOH溶液 ③红色石蕊试纸 ④蓝色石蕊试纸 ⑤稀硫酸

A.①⑤B.④

C.①③D.②④

B [固体溶于NaOH溶液后,加热,若含有NH

,则发生NH

+OH-

NH3↑+H2O,NH3能使湿润(用到蒸馏水)的红色石蕊试纸变蓝。

为防止NH3污染空气,可用稀硫酸吸收。

]

2.下列说法中正确的是(  )

A.所有铵盐受热均可以分解,产物均有NH3

B.硝酸铵受热易分解爆炸,实验室常加热氯化铵与氢氧化钙的混合物制备氨气

C.在盛有硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液的试管中,滴加少量NaOH溶液,在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验,试纸变蓝

D.铵盐都易溶于水,其水溶液均呈酸性

B [铵盐分解不一定产生氨气,如NH4NO3在400℃以上分解生成N2、NO2和H2O,A项错;Fe2+比NH

更易结合OH-,因而加入少量NaOH,不会产生NH3,C项错;NH4HCO3、(NH4)2S等均呈碱性,D项错。

]

3.实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置,其中正确的是(  )

A.①是氨气发生装置B.③是氨气发生装置

C.②是氨气吸收装置D.④是氨气收集、检验装置

B [①装置在试管口处又生成NH4Cl,无法制得NH3,A项错误;选用装置③,使用浓氨水与CaO或NaOH作用,可制取NH3,B项正确;②作为NH3的吸收装置,漏斗插入水中,不能防止倒吸,C项错误;利用④收集NH3时,导气管插入试管底部,否则收集气体不纯,D项错误。

]

4.(2016·浙江海宁期末)用如图装置制取、提纯并收集表中的四种气体(a、b、c表示相应仪器中加入的试剂),其中可行的是(  )

选项

气体

a

b

c

A

NO2

浓硝酸

铜片

NaOH溶液

B

SO2

浓硫酸

铜片

酸性KMnO4溶液

C

CO2

稀硫酸

Na2CO3固体

浓硫酸

D

NH3

浓氨水

生石灰

浓硫酸

C [A选项,NO2不能用NaOH溶液干燥,会被吸收,所以错误。

B选项,制取SO2需要加热,而且SO2会与酸性KMnO4溶液反应,所以错误。

C选项,稀硫酸和碳酸钠反应可生成二氧化碳,可用浓硫酸干燥,所以正确。

D选项,NH3不能用浓硫酸干燥,所以错误。

]

5.某兴趣小组用如图装置探究氨的催化氧化。

(1)氨催化氧化的化学方程式为________________________________________________

________________________________________________。

(2)加热玻璃管2一段时间后,挤压1中打气球鼓入空

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