第七讲 氮及其重要化合物的性质和应用.docx

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第七讲氮及其重要化合物的性质和应用

第七讲氮及其重要化合物的性质和应用

一、知识梳理

1．知识结构

2．氮及其化合物转化关系图：

3．氮族元素

（1）氮族元素

包括氮（N）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）五种元素，最外层有5个电子，电子层数不同，是VA族元素。

（2）氮族元素性质比较

在周期表中从上到下性质相似，最高价态为+5，负价为-3，Sb、Bi无负价；最高价氧化物水化物（HRO3或H3RO4）呈酸性。

但非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强，从非金属元素逐渐过渡到金属元素。

具体表现为：

如氢化物的稳定性：

NH3>PH3>AsH3，最高价氧化物水化物的酸性：

HNO3>H3PO4等；这是由于它们的原子中最外层都有5个电子（性质相似），而在周期表中按从上到下的顺序电子层数逐渐增多（得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强）引起的。

4．氮元素单质及其重要化合物的主要性质、制法及应用

氮元素是一种典型的变价元素，掌握氮元素形成的单质和化合物的有关知识，应抓住以

下线索（N元素化合价为线索）

化合价-30+2+4+5

物质NH3N2NONO2HNO3

（铵盐）（硝酸盐）

而对其中每种物质都从结构、性质（物理、化学）、制法、用途四方面来认识理解记忆，最后在各物质（不同价态间）间形成相互转化的知识网络。

氨气（NH3）

（1）分子结构：

由极性键形成的三角锥形的极性分子，N原子有一孤对电子；N-3价，

为N元素的最低价态

（2）物理性质：

无色、刺激性气味的气体，密度比空气小，极易溶于水，常温常压下

1体积水能溶解700体积的氨气，易液化（可作致冷剂）

（3）化学性质：

①与H2O反应：

NH3+H2O

NH3·H2O

+

，

溶液呈弱碱性，氨水的成份为：

NH3、H2O、NH3·H2O、

、

、H+，氨水易挥发；

②与酸反应：

NH3+HCl

NH4ClNH3+HNO3

NH4NO3（有白烟生成）；

③还原性（催化氧化）：

4NH3+5O2

4NO+6H2O（N为-3价，最低价态，具有还原性）

（4）实验室制法Ca（OH）2+2NH4Cl

CaCl2+2NH3↑+2H2O；

工业上采取N2与H2在高温高压催化剂条件下合成氨气

（5）用途：

化工原料，制硝酸、氮肥等，作致冷剂

铵盐

（1）物理性质：

白色晶体，易溶于水

（2）化学性质：

①受热分解：

NH4HCO3

NH3↑+H2O+CO2↑（30℃以上可分解），

NH4Cl

NH3↑+HCl↑

②与碱反应：

Ca（OH）2+2NH4Cl

CaCl2+2NH3↑+2H2O

铵盐与碱溶液反应的离子方程式：

+

NH3↑+H2O（该性质可用于

氨气的制取和铵根离子的检验）

氮气（N2）

（1）分子结构：

电子式为∶N┇┇N∶，结构式为N≡N，氮氮叁键键能大，分子结构稳定，化学性质不活泼。

（2）物理性质：

纯净的氮气是无色无味的气体，难溶于水，空气中约占总体积的78%。

（3）化学性质：

常温下性质稳定，可作保护气；但在高温、放电、点燃等条件下能与

H2、O2、IIA族的Mg、Ca等发生化学反应，即发生氮的固定（将

空气中的氮气转

变为含氮化合物的过程，有自然固氮和人工固氮两种形式）。

高温、高压

催化剂

N2中N元素0价，为N的中间价态，既有氧化性又有还原性

①与H2反应：

N2+3H2

2NH3

点燃

②与O2反应：

N2+O2

2NO

③与活泼金属反应：

N2+3Mg

Mg3N2

（4）氮气的用途：

化工原料；液氮是火箭燃烧的推进剂；还可用作医疗、保护气等。

氮的氧化物

（1）氮的氧化物简介：

氮元素有+1、+2、+3、+4、+5五种正价态，对应有六种氧化物

种类

色态

化学性质

N2O

无色气体

较不活泼

NO

无色气体

活泼，不溶于水

N2O3（亚硝酸酐）

蓝色液体（-20℃）

常温极易分解为NO、NO2

NO2

红棕色气体

较活泼，与水反应

N2O4

无色气体

较活泼，受热易分解

N2O5（硝酸酸酐）

无色固体

气态时不稳定，易分解

（2）NO和NO2的重要性质和制法

①性质：

2NO+O2

2NO2（易被氧气氧化，无色气体转化为红棕色）；

2NO2（红棕色）

==N2O4（无色）（平衡体系）；

3NO2+H2O

2HNO3+NO（工业制硝酸）；

NO+NO2+2NaOH

2NaNO2+H2O（尾气吸收）；

NO2有较强的氧化性，能使湿润的KI淀粉试纸变蓝。

②制法：

NO：

3Cu+8HNO3（稀）

3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O（必须__________

法收集NO）；

NO2：

Cu+4HNO3（浓）

Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O（必须___________法收集NO2）

（3）氮的氧化物溶于水的计算

①NO2或NO2与N2（非O2）的混合气体溶于水可依据3NO2+H2O

2HNO3+NO利用气体体积变化差值进行计算。

②NO2和O2的混合气体溶于水时由4NO2+O2+2H2O

4HNO3进行计算，当体积比V（NO2）︰V（O2）=4︰1时，恰好反应；>4︰1时，NO2过量，剩余NO；<4︰1时，O2过量，剩余O2。

③NO和O2同时通入水中时，由4NO+3O2+2H2O

4HNO3进行计算，原理同②。

④NO、NO2、O2的混合气体通入水中，先按①求出NO的体积，再加上混合气体中NO的体积再按③方法进行计算。

（4）氮的氧化物（NO、NO2）对环境的影响

氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因，同时也可造成水体污染。

汽车尾气中的氮氧化物（燃料在发动机内高温燃烧时，空气中的氮气与氧气反应生成的）与碳氢化合物经紫外线照射发生反应生成形成的一种有毒的烟雾，称为光化学烟雾。

光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛、伤害植物并使大气能见度降低。

另外，氮氧化物与空气中的水反应生成硝酸和亚硝酸，是酸雨的成分。

大气中氮氧化物主要来源于化石燃料的燃烧、

汽车尾气和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。

因此必须减少氮氧化物的排放，控制进入大气、陆地和海洋的含氮的氧化物。

在工业上含氮氧化物的尾气吸收常用以下反应：

NO2+NO+2NaOH＝2NaNO2+H2O，既可以回收尾气，生成的亚硝酸盐又是重要的化工原料。

硝酸（HNO3）

（1）物理性质：

无色、刺激性气味、易挥发液体，能与水以任意比例互溶，常用浓硝酸的质量分数大约为69%。

（2）化学性质

硝酸为强酸，具有以下性质：

①具有酸的通性，

②不稳定性：

4HNO3

4NO2↑+O2↑+2H2O

③强氧化性：

无论浓、稀硝酸均具有强氧化性，与金属反应时不放出氢气。

a、与金属反应：

Cu+4HNO3（浓）

Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O；

3Cu+8HNO3（

稀）

3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O；

3Ag+4HNO3（稀）

3AgNO3+NO↑+2H2O；

常温下浓硝酸与铁、铝发生钝化。

b、与非金属反应：

C+4HNO3（浓）

CO2↑+4NO2↑+2H2O。

c、与其他还原剂反应,如H2S、SO2、Fe2+等。

d、与有机物反应:

硝化反应、酯化反应、与蛋白质发生颜色反应等。

（3）制法

①实验室制法：

硝酸盐与浓硫酸微热，

NaNO3（固）+H2SO4（浓）

NaHSO4+HNO3↑（不能用强热和稀硫酸）；

②工业制法：

氨的催化氧化法，4NH3+5O2

4NO+6H2O；

2NO+O2

2NO2；3NO2+H2O

2HNO3+NO；

尾气处理：

NO2+NO+2NaOH

2NaNO2+H2O

（4）用途：

制硝酸盐、氮肥、炸药、染料等。

二、课堂精讲例题

例题1如图所示，集气瓶内充满某混合气体，置于光亮处，将滴管内的水挤入集气瓶后，烧杯中的水会进入集气瓶，集气瓶内气体是（）

①CO、O2　②Cl2、CH4　③NO2、O2　④N2、H2

A．①②B．②④C．③④D．②③

搭配课堂训练题

1．“保护环境，就是保护人类自己。

”下列环境问题与产生的主要原因不相符的是（）

①“臭氧空洞”主要是大量使用氟氯代烃等引起的

②“光化学烟雾”主要是由NO2等引起的

③“酸雨”主要是由空气中CO2浓度增大引起的

④“白色污染”主要是由聚乙烯塑料等引起的

⑤“厄尔尼诺”现象由空气中CO2浓度增大引起的

⑥“温室效应”主要是由空气中CO2浓度增大引起的

⑦“赤潮”主要是由水体中P、N等元素过量引起的

A．只有①②　　　　　　　B．只有②③⑤

C．全部D．只有③

2．如下图所示，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∶1B．5∶7

C．7∶5D．4∶3

重复例题2对某酸性溶液（可能含有

、

、H2SO3、

）分别进行如下实验：

①加热时放出的气体可以使品红溶液褪色；②加碱调至碱性后，加热时放出的气体可以使湿润的红色石蕊试纸变蓝；③加入氯水时，溶液显黄色，再加入BaCl2溶液，产生的白色沉淀不溶于稀硝酸。

对于下列物质不能确认其在原溶液中是否存在的是（）

A．Br－B．

C．H2SO3D．

搭配课堂训练题

1．无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、NH3、N2中的几种，将100mL甲气体经过下图所示实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为（）

A．NH3、NO2、N2B．NH3、NO、CO2

C．NH3、NO2、CO2D．NO、CO2、N2

2．将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述中正确的是（）

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

例题3将盛有amolNO2和bmolNO（标准状况下）混合气体的试管倒立于水槽中，再通入

bmolO2，充分反应后试管里剩余气体的成分及物质的量决定于a与b的关系，请填写表格：

a与b的关系

剩余气体的成分

剩余气体物质的量

若a＝b

若a>b

若a

O2

搭配课堂训练题

【题目】：

某化学课外小组欲用固体与液体反应（不需加热），快速简便地制取一满瓶（125mL）干燥的氧气。

（1）从所提供的仪器（或装置）A至G中，选出所需要的（填序号）________。

（2）选用的试剂为______________________，化学反应方程式________________________。

（3）用上述所选的气体发生装置，除可制取O2、H2、CO2外，请于下表中写出还可用此装置制取的2种其他气体及制取该气体所需的试剂。

气体

所需试剂

①

②

三、课后自我检测

A类题（10道题）：

1