部编版高考化学大一轮复习专题6铝氮及其化合物第二单元氮及其化合物加试学案58.docx
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部编版高考化学大一轮复习专题6铝氮及其化合物第二单元氮及其化合物加试学案58
第二单元 氮及其化合物(加试)
[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
考点一 氮气及其氧化物
1.氮气
写出有关反应的化学方程式:
①3Mg+N2
Mg3N2;
②N2+3H2
2NH3;
③N2+O2
2NO。
2.氮氧化物
氮有多种价态的氧化物:
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。
完成下表中NO和NO2的比较:
NO
NO2
物理性质
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
微溶
能溶
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
题组一 氮气及其氧化物性质定性判断
1.下列反应中,起了氮的固定作用的是( )
A.N2和H2在一定条件下合成氨
B.由氨制成碳酸氢铵或硫酸铵
C.NO和O2反应生成NO2
D.NO2与H2O反应生成HNO3
答案 A
解析 工业合成氨是人工固氮,将氮气转化为氮的化合物,属于氮的固定,A项正确;B、C、D项都是含氮化合物变为含氮化合物,不属于氮的固定,B、C、D项错误。
2.某集气瓶内充满了红棕色的气体,加入水后盖上盖子充分振荡后瓶内呈无色,打开盖子后发现在瓶口附近又变为红棕色,则原来瓶内装有的气体是( )
A.氮气B.一氧化氮C.二氧化氮D.溴蒸气
答案 C
解析 红棕色的二氧化氮与水反应生成无色的一氧化氮,一氧化氮再与氧气反应又生成红棕色的二氧化氮。
题组二 氮的氧化物对环境的污染及治理
3.汽车排放的尾气中含有NO2,NO2是城市大气污染的主要污染物之一。
在日光照射下,NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应,从而不断产生O3,加重空气污染。
反应过程为①2NO2―→2NO+2O,②2NO+O2―→2NO2,③O+O2―→O3。
下列对该反应过程及生成物叙述正确的是( )
A.NO2起催化剂作用B.NO起催化剂作用
C.NO2只起氧化剂作用D.O3与O2为同分异构体
答案 A
解析 反应过程①+②得O2―→2O,③O+O2―→O3,NO2起催化剂作用,反应过程中NO2作氧化剂,A项正确,B、C项错误;O3与O2不是同分异构体,属同素异形体,D项错误。
4.2007年诺贝尔化学奖授予善于做“表面文章”的德国科学家格哈德·埃特尔。
他的成就之一是证实了气体在固体催化剂表面进行的反应,开创了表面化学的方法论。
在汽车尾气净化装置里,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。
下列说法正确的是( )
A.NO2是该过程的最终产物
B.NO和O2必须在催化剂表面才能反应
C.汽车尾气的主要污染成分是CO2和NO
D.该催化转化的总反应方程式:
2NO+O2+4CO
4CO2+N2
答案 D
解析 气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程中先生成二氧化氮,然后在催化剂表面和一氧化碳反应,最终生成无毒气体,起到尾气净化的作用,故A错误;NO和O2在常温下就会发生反应,故B错误;汽车尾气的主要污染成分是CO、NO、NO2等,故C错误;尾气处理净化的目的是把有毒的污染气体在催化剂作用下转化为空气中的无毒成分,反应方程式为2NO+O2+4CO
4CO2+N2正好是过程图中的变化,故D正确。
氮氧化物对环境的污染
常见的污染类型
(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。
考点二 氨气和铵盐
1.氨的分子结构和物理性质
电子式
密度
气味
水溶性
比空气小
强烈刺激性气味
极易溶于水(1∶700)
2.氨的化学性质
(1)氨气与水的反应
NH3+H2ONH3·H2ONH
+OH-,氨气溶于水得氨水,氨水中含有的粒子有NH3·H2O、NH3、H2O、NH
、OH-、H+。
一水合氨为可溶性一元弱碱,易挥发,不稳定,易分解:
NH3·H2O
NH3↑+H2O。
(2)氨气与酸的反应
蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近,其现象为有白烟生成,将浓盐酸改为浓硝酸,也会出现相同的现象。
化学方程式:
HCl+NH3===NH4Cl、NH3+HNO3===NH4NO3。
(3)与盐溶液的反应
如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式:
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
。
3.氮肥的性质与科学使用
(1)常见的铵态氮肥硫酸铵(俗称硫铵)、氯化铵(俗称氯铵)、碳酸氢铵(俗称碳铵)、硝酸铵(俗称硝铵),它们都是白色、易溶于水的晶体,受热易分解,因此应保存在阴凉处。
铵盐能与碱反应放出NH3,因此应避免将铵态氮肥与碱性肥料混合使用。
(2)常见的硝态氮肥是硝酸盐。
题组一 氨气和铵盐的性质定性判断
1.NH3是一种重要的化工原料,可以制备一系列物质(如图)。
下列有关表述正确的是( )
A.NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥
B.NH4Cl、HNO3和Na2CO3受热时都易分解
C.NH3和NO2在一定条件下可发生氧化还原反应
D.图中所涉及的盐类物质均可以水解
答案 C
解析 NaHCO3不能用作化肥,A项错误;Na2CO3很稳定,受热时不易分解,B项错误;图中的NaCl是强酸强碱盐,不水解,D项错误。
2.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.④⑤C.①③D.①④⑤
答案 B
解析 为了检验某固体物质中是否含有NH
,可以向固体中加入NaOH溶液,并加热,将产生的气体用湿润的红色石蕊试纸检验,若试纸变为蓝色,就证明该气体是NH3,原固体中含有NH
,因此一定用不到的物质是④蓝色石蕊试纸、⑤稀硫酸,答案选B。
3.下列说法中正确的是( )
A.所有铵盐受热均可以分解,但产物不一定有NH3
B.加热可除去NH4Cl中的少量NaHCO3
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
答案 A
解析 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项正确;Fe2+比NH
更易结合OH-,因而加入少量NaOH不会产生NH3,C项错误;NH4HCO3、(NH4)2S等溶液均呈碱性,D项错误。
4.探究氨气及铵盐性质的过程中,下列根据实验现象得出的结论不正确的是( )
A.将集有氨气的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨气极易溶于水
B.将pH=11的氨水稀释1000倍,测得pH>8,说明NH3·H2O为弱碱
C.加热NH4HCO3固体,观察到固体逐渐减少,试管口有液滴产生,说明NH4HCO3受热不稳定
D.将红热的铂丝伸入右图所示的锥形瓶中,瓶口出现少量红棕色气体,说明氨气的氧化产物为NO2
答案 D
解析 氨气极易溶于水,使试管内压强迅速降低,液体迅速充满试管,A正确;强碱稀释10n倍,pH减小n个单位,而将pH=11的氨水稀释1000倍,测得pH>8,说明NH3·H2O为弱碱,B正确;加热NH4HCO3固体,观察到固体逐渐减少,试管口有液滴产生,说明碳酸氢铵受热分解,不稳定,C正确;氨气催化氧化生成一氧化氮,一氧化氮与空气中的氧气反应生成二氧化氮,D错误。
题组二 氮肥
5.下列说法不正确的是( )
A.氨水也可直接作化肥
B.“雷雨发庄稼”属于自然固氮
C.“肥田粉”属硝态氮肥
D.铵盐氮肥都是白色易溶于水的晶体,易分解,要保存在阴凉处
答案 C
解析 “肥田粉”是硫酸铵的俗称,应属于铵盐类氮肥。
氮的固定是指将游离态的氮(N2)转变为含氮的化合物,氮的固定分为生物固氮、自然固氮和工业固氮等,在自然条件下,将空气中的氮气转化为化合态的氮属于自然固氮。
6.下列氮肥中,不含铵根离子的是( )
A.碳铵B.硫铵
C.硝酸钾D.氨水
答案 C
解析 碳铵为NH4HCO3,硫铵为硫酸铵又称为“肥田粉”,它们都属于铵盐,含铵根离子;氨水中也含铵根离子,硝酸钾中不含铵根离子。
题组三 NH3的制法及性质探究
7.下列装置适用于实验室制氨气并验证氨气的某化学性质,其中能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取氨气
B.用装置乙除去氨气中的水蒸气
C.用装置丙验证氨气具有还原性
D.用装置丁吸收尾气
答案 C
解析 氨气极易溶于水,用氢氧化钠溶液和氯化铵溶液反应,氨气很难逸出,A错误;氨气和浓硫酸反应,应用碱石灰干燥氨气,B错误;加热条件下,氨气与氧化铜发生氧化还原反应,根据氧化铜的颜色变化可判断是否发生氧化还原反应,C正确;氨气直接通入水中,不能防止倒吸,D错误。
8.下列装置应用于实验室制取NH3,并用AlCl3溶液吸收多余氨气制氢氧化铝,最后回收氯化铵的实验,能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取NH3
B.用装置乙吸收NH3制取Al(OH)3
C.用装置丙在不断搅拌下分离Al(OH)3和NH4Cl溶液
D.用装置丁蒸干NH4Cl溶液并灼烧制NH4Cl
答案 A
解析 CaO与水反应增大氢氧根离子浓度,且放热,均可使氨气逸出,甲装置可制备氨气,A正确;氨气极易溶于水,导管在液面下,乙装置可发生倒吸,B错误;过滤时不能搅拌,易捣破滤纸,C错误;蒸干NH4Cl溶液会使氯化铵分解,应用结晶法制NH4Cl,D错误。
9.某学习兴趣小组探究氨气的制取实验:
(1)甲同学拟用下列实验方法制备氨气,其中合理的是________(填字母,下同)。
A.将氯化铵固体加热分解收集产生的气体
B.将浓氨水滴入氢氧化钠固体中,收集产生的气体
C.将碳酸氢铵加热分解产生的气体用碱石灰干燥
D.将氯化铵稀溶液滴入氢氧化钠固体中,收集产生的气体
(2)根据上述正确的原理,该同学欲用下列常见的实验室制气装置制取氨气,适宜的装置是________。
(3)气体的性质是气体收集方法选择的主要依据。
下列性质与收集方法无关的是________(填序号)。
①密度 ②颜色 ③溶解性 ④热稳定性 ⑤与氧气反应
(4)下图是甲同学设计收集氨气的几种装置,其中可行的是________,集气的原理是________________________________________________________________________。
答案
(1)BC
(2)CD (3)②④ (4)d 利用氨气密度小于空气,采用短管进氨气,长管出空气,即可收集氨气
解析
(1)加热氯化铵产生氯化氢和氨气,遇冷又转化为氯化铵固体,不能制取氨气,用浓氨水与氢氧化钠固体混合制氨气时,将氨水滴入氢氧化钠固体中更方便操作,而且节约氨水的用量。
(2)将浓氨水滴入氢氧化钠固体制氨气用C装置,将碳酸氢铵加热分解,产生的气体用碱石灰干燥制氨气选用D装置。
(3)收集气体可采用排空气法(密度、气体不能被氧气氧化等),也可采用排水法(不易溶于水),与其他性质无关。
(4)氨气极易溶于水,且密度比空气小,故采用向下排空气法收集。
题组四 喷泉实验
10.喷泉是一种常见的自然现象,其产生原因是存在压强差。
(1)图甲中,为化学教学中所用的喷泉实验装置。
在烧瓶中充满干燥气体,胶头滴管及烧杯中盛有液体。
下列组合中不可能形成喷泉的是________(填字母,下同)。
A.HCl和H2OB.O2和H2O
C.NH3和H2OD.CO2和NaOH溶液
(2)某学生积极思考产生喷泉的其他办法,并设计了如图乙所示的装置。
①在图乙的锥形瓶中,分别加入足量的下列物质,反应后可能产生喷泉的是________。
A.Cu与稀盐酸
B.NaHCO3与NaOH溶液
C.CaCO3与稀硫酸
D.NH4HCO3与稀盐酸
这种方法产生喷泉的原理是___________________________________________________
________________________________________________________________________。
②在图乙锥形瓶外放一水槽,瓶中加入酒精,水槽中加入水后,再加入足量的下列物质,结果也产生喷泉。
水槽中加入的物质可以是________。
A.浓硫酸B.食盐
C.硝酸钾D.硫酸铜
这种方法产生喷泉的原理是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
③比较图甲和图乙两套装置,从产生喷泉的原理来分析,图甲________(填“增大”或“减小”,下同)上部烧瓶内气体压强;图乙________下部锥形瓶内气体压强。
(3)城市中常见的人造喷泉及火山爆发的原理与上述________(填“图甲”或“图乙”)装置的原理相似。
答案
(1)B
(2)①D 锥形瓶中发生反应:
NH4HCO3+HCl===NH4Cl+CO2↑+H2O,随着CO2气体产生,锥形瓶中的压强增大而产生“喷泉” ②A 浓H2SO4溶于水时,放出大量的热,温度升高使锥形瓶中的酒精挥发速度加快,瓶内压强增大,从而形成“喷泉” ③减小 增大
(3)图乙
解析 图甲装置形成“喷泉”是因为烧瓶内气体极易溶解于烧杯和滴管中的液体,使烧瓶内的压强突然减小而产生压强差形成“喷泉”。
图乙装置恰恰相反,下部锥形瓶中的物质相互反应产生气体,使锥形瓶内气体压强增大而产生压强差,将液体从下瓶中压入到上瓶形成“喷泉”。
中学教材中喷泉实验装置如右图所示。
实验操作是打开橡皮管上的夹子,挤压滴管的胶头,则烧杯中的水由玻璃管进入烧瓶,形成喷泉。
(1)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。
(2)能形成喷泉的条件
从原理上讲,气体要易溶于水或易与水反应,以形成足够大的压强差;从实验条件上讲,烧瓶内气体要充满,气体和仪器均要干燥,装置的气密性要好。
(3)中学化学教材中常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂如下表:
气体
HCl
NH3
CO2、SO2、Cl2、H2S
NO2+O2
吸收剂
水或NaOH
溶液
水或
盐酸
浓NaOH溶液
水
(4)喷泉实验的装置
喷泉实验的本质是形成压强差而引发液体上喷,为此可设计多种不同的装置和采用不同的操作(如使气体溶于水、热敷、生成气体、发生气体体积减小的反应等)来使喷泉产生。
装置Ⅱ:
挤压气球,即可使少量的溶液沿导管进入烧瓶中,导致大量的NH3溶解,烧瓶内形成负压而产生喷泉。
装置Ⅲ:
去掉了胶头滴管。
打开止水夹,用手(或热毛巾等)捂热烧瓶,氨气受热膨胀,使氨气通过导管与水接触,即产生喷泉。
(开放性问题,或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶,使水进入烧瓶,烧瓶内氨气溶于水)
装置Ⅳ:
在锥形瓶中加入能产生气体的物质,使锥形瓶内气体的压强明显增大,将液体压入烧瓶而产生喷泉。
装置Ⅴ:
在水槽中加入使水温度升高的物质,致使锥形瓶内酒精因升温而挥发,锥形瓶内气体压强增大而产生喷泉。
装置Ⅵ:
烧瓶中通入H2S(或SO2),然后通入SO2(或H2S),现象为有淡黄色粉末状物质生成,瓶内壁附有水珠,NaOH溶液喷到烧瓶内。
考点三 硝酸的性质及工业制法
1.物理性质
硝酸是无色易挥发的液体,有刺激性气味。
2.化学性质
(1)不稳定性
反应的化学方程式:
4HNO3(浓)
2H2O+4NO2↑+O2↑。
(2)强氧化性
硝酸无论浓、稀都有强氧化性,而且浓度越大,氧化性越强。
按要求完成下列反应的方程式:
①与金属反应:
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与非金属反应:
浓硝酸与C的反应:
C+4HNO3(浓)
CO2↑+4NO2↑+2H2O。
③与还原性化合物反应:
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2+等还原性物质。
稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式:
3Fe2++4H++NO
===3Fe3++NO↑+2H2O。
(3)与有机物反应
①硝化反应:
与
反应的化学方程式:
+HNO3
+H2O。
②颜色反应:
含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。
3.用途
硝酸是重要的化工原料,可用于制造炸药、染料、塑料和硝酸盐等,也是实验室里必备的重要试剂。
4.工业上氨氧化法生产硝酸的过程
(1)生产流程
氨气的催化氧化→
(2)生产设备主要有热交换器、转化器和吸收塔。
(3)主要反应的化学方程式
转化器:
4NH3+5O2
4NO+6H2O;
热交换器:
2NO+O2===2NO2;
吸收塔:
3NO2+H2O===2HNO3+NO。
题组一 硝酸的性质定性判断
1.下列物质与硝酸反应时,硝酸既表现酸性,又表现氧化性的是( )
A.CuO与稀硝酸反应
B.C与浓硝酸反应
C.HBr与浓硝酸反应
D.Cu与稀硝酸反应
答案 D
解析 硝酸表现酸性时,生成物中应有硝酸盐;硝酸表现氧化性时,生成物中应有含低价态的氮的化合物或氮气。
题给四个反应的方程式分别为A项,CuO+2HNO3===Cu(NO3)2+H2O;B项,C+4HNO3(浓)
CO2↑+4NO2↑+2H2O;C项,HBr+6HNO3(浓)===HBrO3+6NO2↑+3H2O;D项,3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
由反应可知选项A只表现了硝酸的酸性;选项B、C只表现了硝酸的强氧化性;选项D既表现了硝酸的酸性,又表现了硝酸的强氧化性。
2.我国清代《本草纲目拾遗》中记叙无机药物335种,其中“强水”条目下写道:
“性最烈,能蚀五金……其水甚强,五金八石皆能穿滴,惟玻璃可盛。
”这里的“强水”是指( )
A.氨水B.硝酸
C.醋D.卤水
答案 B
解析 氨水属于弱碱溶液,和金属不反应,不符合条件,故A错误;硝酸具有强氧化性、强酸性,能腐蚀大多数金属,也能和岩石中的CaCO3发生反应,但不能和玻璃中的成分硅酸盐反应,所以符合条件,故B正确;醋酸是弱电解质,能腐蚀较活泼金属,但不能腐蚀不活泼金属,如Cu等金属,不符合条件,故C错误;卤水的主要成分为氯化镁、氯化钠和一些金属阳离子,和大多数金属不反应,不符合条件,故D错误。
3.将铜粉放入稀H2SO4中,加热无明显现象发生,当加入下列一种物质后,铜粉的质量减少,溶液呈蓝色,同时有气体逸出,该物质是( )
A.Fe2(SO4)3B.Na2SO4
C.KNO3D.FeSO4
答案 C
解析 “溶液呈蓝色”说明铜被氧化,在原稀H2SO4溶液中已含有H+,当加入Fe3+时,也可以氧化Cu,但此时并不能放出气体。
只有加入C选项中的KNO3,提供了NO
,Cu片在稀硝酸的环境中,会被氧化并放出NO气体。
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。
2.涉及HNO3的离子反应常见的易错问题
(1)忽视NO
在酸性条件下的强氧化性。
在酸性条件下NO
不能与Fe2+、I-、SO
、S2-等还原性较强的离子大量共存。
(2)在书写离子方程式时,忽视HNO3的强氧化性,将氧化还原反应简单的写成复分解反应。
题组二 硝酸的工业制法
4.工业上制取硝酸铵的流程图如图,请回答下列问题:
(1)在上述工业制硝酸的生产中,B设备的名称是________,其中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物,可用如下两种方法处理:
碱液吸收法:
NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O
NH3还原法:
________NH3+________NO2===________N2+________H2O
①配平上述反应方程式。
②以上两种方法中,符合绿色化学的是___________________________________。
(4)某化肥厂用NH3制备NH4NO3。
已知:
由NH3制NO的产率是96%、NO制HNO3的产率是92%,则制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量(不考虑其他损耗)的________%。
答案
(1)氧化炉 4NH3+5O2
4NO+6H2O
(2)可使NO循环利用,全部转化成HNO3
(3)①8 6 7 12 ②NH3还原法
(4)53.1
解析 (4)NH3 ~ HNO3
xx×96%×92%
HNO3 + NH3===NH4NO3
x×96%×92%x×96%×92%
×100%≈53.1%。
考点四 氮及其化合物的相互转化关系
1.转化关系
注意 箭头指出可体现物质的性质,指向可寻找该物质的制备方法。
2.不同价态的含氮物质相互转化的几种形式
(1)歧化——同一种物质中同一价态的同一元素的化合价在同一反应中既升高又降低。
如:
3NO2+H2O===2HNO3+NO
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
(2)归中——同种元素的不同化合物发生氧化还原反应,元素的两种化合价向中间靠拢。
如:
6NO+4NH3
5N2+6H2O
NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O
(3)含氮物质的连续氧化
NH3
NO
NO2
HNO3
N2
NO
NO2
HNO3
1.A、B、C、D是短周期元素形成的四种气体单质。
E、F均为气体,且F为红棕色。
有关的转化关系如下图所示(反应条件均已略去)。
请回答下列问题:
(1)D的化学式为________。
(2)反应③的离子方程式为________________________