氮化合物在大数据建模高考化学中的专题21成果

【高考化学·考试大纲】了解常见非金属元素N的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。

【课程标准·学业要求】(1)能列举、描述、辨识典型物质重要的物理和化学性质及实验现象。(2)能用化学方程式、离子方程式正确表示典型物质的主要化学性质。

1.[双选]下列判断正确的是(　)

A.[全国高考Ⅰ]可用蘸浓盐酸的棉棒检验输送氨气的管道是否漏气

B.[15 全国Ⅱ,13]将浓硝酸滴加到用砂纸打磨过的铝条上,产生红棕色气体

C.[17 全国Ⅱ,13]加热盛有少量NH4HCO3固体的试管,并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸,石蕊试纸变蓝,说明NH4HCO3显碱性

D.[17 全国Ⅰ,12]氧的简单氢化物的热稳定性比氮的强

E.[17 全国Ⅲ,12]氧化物对应水化物的酸性:Al>N

2.[16 全国Ⅱ,26]联氨(又称肼,N2H4,无色液体)是一种应用广泛的化工原料,可用作火箭燃料。

(1)联氨分子的电子式为_________,其中氮的化合价为______。

(2)实验室可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨,反应的化学方程式为___________________。

(3)已知:2N2H4(l)+N2O4(l)==3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1048.9kJ/mol;联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为____________________。

一、氮气

1.氮气结构

电子式为__________,结构式为_______________。

2.氮气的化学性质

由于N2分子中2个N原子形成三个共价键,键能大,N2是N元素最稳定的存在形式。主要反应如下:

(1)合成氨反应:N2+3H2_______

(2)与氧化反应:_______

(3)与Mg反应:_______

3.氮的固定

将游离态氮转变为化合态氮的方法叫做氮的固定。如工业合成氨为人工固氮;雷雨天产生NO气体就属于自然固氮。

二、氮的氧化物

1.氮元素的化合物

氮元素有+1、+2、+3、+4、+5等五种正价态,在氧化物中_______和_______是酸性氧化物,分别是HNO2和HNO3的酸酐。NOx都是________污染物,空气中的NO2是造成光化学污染的主要因素。

2.NOx的性质

(1)NO是____色、难溶于水的气体,易被O2氧化为NO2,化学方程式为:2NO+O2==__________

(2)NO2是_____色、易溶于水、并且易与水反应的气体:3NO2+H2O==________________

+4价的N有两种气态氧化物,常温下相互转化而共存:2NO2(红棕色)N2O4(无色)

(3)NO2氧化性强(近似看成稀硝酸的氧化性),溶液中能氧化SO2,能使湿润的KI淀粉试纸变蓝。

三、氨气

1.氨的结构

电子式_______,结构式________,氨是极性分子。

2.物理性质

氨是无色、有刺激性气味,比空气轻的气体,______液化;液氨汽化时要吸收大量的热,因此作制冷剂;氨______溶于水,其水溶液叫氨水。

3.碱性气体

(1)与水的反应:

氨气是中学化学中唯一能使湿润的______石蕊试纸变蓝的碱性气体,加热氨水,平衡左移,碱性减弱,生成氨气。

NH3·H2O不稳定,受热时易分解:NH3·H2O_________

(2)与HCl反应:NH3(g)+HCl(g)===__________

NH3(g)与盐酸挥发的HCl气体在空气中相遇产生白烟,原因是二者反应生成NH4Cl固体小颗粒(遇到不挥发性酸如H2SO4等不产生白烟)。

(3)向AlCl3溶液中加入过量的氨水,离子方程式为:Al3++3NH3·H2O==_______________。

4.还原性

氨的催化氧化:____________

四、铵盐

1.结构

NH+4的电子式铵盐中存在的化学键类型有________________。

2.物理性质

都是易溶于水的晶体。

3.化学性质

(1)铵盐受热都容易分解

NH4Cl____________________

NH4HCO3___________________

注意:分解后的气体遇冷又生成盐,所以,不能用加热铵盐分解的方式制取氨气。

(2)铵盐与NaOH溶液加热的离子方程式为:

NH+4+OH-_____________

注意:一般加热才生成氨气。

(3)铵盐的水解:

4.NH+4的检验

操作与现象:取少许样品与浓NaOH溶液混合于试管中并加热,将湿润红色石蕊试纸靠近瓶口,若试纸变蓝,证明样品中含有NH+4;反之则没有NH+4。

5.铵态氮肥

主要是指氨水及铵盐,如(NH4)2SO4、NH4Cl、NH4HCO3等。

五、硝酸

硝酸除了具有酸的通性外,还具有特殊性质

1.不稳定性

4HNO3(浓)_____________________。

硝酸越浓越易分解,所以浓硝酸常呈棕色(溶有NO2);故浓硝酸存放在_______试剂瓶,并置于____处。

2.硝酸的强氧化性

金属与硝酸反应都不能生成H2,默认浓HNO3还原产物为______,稀HNO3还原产物为_____,不指明浓度时,常按稀硝酸处理。

(1)浓、稀硝酸与Cu反应的方程式分别为:

Cu+4HNO3(浓)==______________________

3Cu+8HNO3(稀)==____________________

现象:铜片溶解,溶液变成______色,有无色气泡产生,液面上方变为_______色。

以上反应中,硝酸表现:_________性和_____性。

(2)硝酸与非金属反应,在加热条件下,非金属被氧化成最高价氧化物或含氧酸。如碳与浓硝酸反应的方程式为:

C+4HNO3(浓)_____________________

以上反应中,硝酸表现:___________。

(3)铝、铁遇冷的浓HNO3产生________现象,表现了浓硝酸______性。但在加热条件下铝、铁能被浓硝酸氧化而溶解。

六、*磷及其化合物

1.单质磷

常见的同素异形体有两种:白磷(分子晶体,分子式为P4),在空气中容易自燃,能溶于CS2;另一种是红磷。

2.化学性质(1)在空气中燃烧:(产生大量白烟)(www.xing528.com)

(2)P2O5是酸性氧化物,P2O5+

P2O5常用作干燥剂,H3PO4是一种非氧化性的中等强度的三元酸,具有酸的通性。

(3)在氯气中燃烧

现象:产生大量的白色烟雾。

七、氮元素的价类二维转化关系

【考型1】硝酸的氧化性

1.[15 北京,12]在通风橱中进行下列实验:

下列说法不正确的是(　)

A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式:2NO+O2==2NO2

B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化膜,阻止Fe进一步反应

C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀硝酸的氧化性强于浓硝酸

D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化

【考型2】氨和铵盐

2.[福建高考]下列物质与水作用形成的溶液能与NH4Cl反应生成NH3的是(　)

A.二氧化氮　B.钠　C.硫酸镁　D.二氧化硅

【考型3】氨气的实验室制法

3.[15 广东,33](1)用NH4Cl和Ca(OH)2制备NH3,反应发生、气体收集和尾气处理装置依次为。

(2)按如图装置进行NH3性质实验。

①先打开旋塞1,B瓶中的现象是,原因是,稳定后,关闭旋塞1。

②再打开旋塞2,B瓶中的现象是____________________________________。

【考型4】氮氧化物与亚硝酸盐

4.下列说法错误的是(　)

A.[天津高考]NO2溶于水时发生氧化还原反应

B.[14 天津,2]制二氧化氮时,用水或NaOH溶液吸收尾气

C.[17 海南,6]用氢氧化钠溶液吸收工业废气中的NO2:2NO2+2OH-==NO-3+NO-2+H2O

【考型5】喷泉实验

5.判断下列正误：

(1)[14 广东,9]NH3能使酚酞溶液变红,所以可用于设计喷泉实验(　)

(2)[山东高考]分别充满HCl、NH3的烧瓶倒置于水中后液面均迅速上升,说明二者均易溶于水(　)

一、硝酸氧化性及其隐形条件

1.硝酸根的氧化性

在中性或碱性条件下,NO3-不

与其他离子发生氧化还原反应,但如果引入酸性条件,则NO-3具有强氧化性,能氧化Fe2+、I-、Br-、SO2-3、S2-、HS-等离子,考试中要特别注意操作中隐藏着的“酸性条件”的改变。

以硝酸作氧化剂时,常释放出氮氧化物气体(如NO、NO2等),会造成环境污染。此点在实验题、化工流程题中常涉及到。

2.硝酸与铁反应

(1)常温下,浓硝酸使铁、铝发生钝化,近年来认为,钝化时先观察到有少量红棕色气体出现,随即停止。

(2)稀硝酸能将Fe氧化成Fe(NO3)3,稀硝酸默认还原成NO,事实上金属与硝酸的反应,硝酸的浓度越低,金属越活泼,氮元素被还原的价态就越低,如还原成N2O、NH4NO3等,试题会以信息或探究性的方式处理这种情况。

(3)反应中,当Fe过量时,Fe+2Fe(NO3)33Fe(NO3)2,最终得到的是Fe(NO3)2。

二、氨与铵盐

1.氨有较强的还原性,常以拓展的形式进行考查:

(1)与氧化铜反应:

(2)与氮氧化物反应:

(3)与氯气反应:8NH3+3Cl2==4N2+6NH4Cl

现象:产生白烟。可用蘸浓氨水的棉棒检验输送氯气的管道是否漏气。

2.生产上,氨常作为碱性物质与酸反应,调节溶液的pH值,使反应发生。如:侯氏制碱法中将CO2通入NaCl溶液中不反应,常先通入NH3使溶液呈碱性,再通入CO2使反应进行。在氨参与的反应溶液中,温度过高可能导致氨气的挥发而影响反应的进行。

(1)NH3+H2O+CO2==NH4HCO3(首先通入氨气,然后再通入二氧化碳)。

(2)NH4HCO3+NaCl==NH4Cl+NaHCO3↓(NaHCO3溶解度最小,所以析出)。

3.氮的其他氢化物:氮的氢化物在结构上与氧的氢化物相似,在考试中,常通过类比的方法进行考查,两者比较如下:H2O与NH3、H3O+与NH+4、OH-与NH-2(均为10电子);H2O2与N2H4、-OH与-NH2。

三、★氨气的实验室制法

1.原理:用铵盐(NH4Cl)与消石灰混合加热制备NH3,化学方程式为:

注意:不能用NH4Cl、NH4HCO3直接加热分解的方法制取NH3,因为分解产物遇冷,又生成铵盐。

2.装置:“固+固气”装置。

3.收集:只能用向下排空气法收集。

4.干燥:选用盛CaO,或碱石灰的干燥管干燥。

5.检验:★用润湿的红色石蕊试纸检验(变蓝)。

6.吸收:要用防倒吸装置(如上右图)。原理:氨气极易溶于水,容易发生倒吸。

7.★其他制法

(1)浓氨水受热分解。原理:减少水的用量,强碱性溶液加热,都有利于氨气的逸出。

(2)将浓氨水滴入到氧化钙或氢氧化钠固体中。原因:反应消耗水、反应放热。

NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-,平稳向左移动

四、氮氧化物与硝酸盐

1.“2NO2N2O4”反应涉及的知识

必须思考的转化关系:

*以此为据,在考试中可能的几个讨论:

①lmolNO2的体积应小于22.4L(折算成标准状况)

②22.4L(折成标准状况)NO2的质量大于46g。

③在标准状况下,NO2是液态,可用冰水冷却的方式分离NO、NO2。

④NO与O2混合后,相对分子质量应大于按体积比求得的数值。

2.亚硝酸及亚硝酸盐

NaNO2有食盐的咸味和外观,误食用后会使人中毒。

HNO2是不稳定的一元弱酸,既有氧化性又有还原性。

亚硝酸及亚硝酸盐的生成分析:NO2+NO→

*以此推导出:

(1)NO2+NO+2NaOH==2NaNO2+H2O(氮元素的归中反应)

(2)2NO2+2NaOH==NaNO3+NaNO2+H2O(氮元素的歧化反应)

NO2可用NaOH溶液进行尾气完全吸收(不是生成NO)。所以,常用NaOH溶液作为NOx的吸收剂。

五、喷泉实验

原理:使烧瓶内在短时间内产生较大的负压,利用大气压将液体压入烧瓶内形成喷泉。

形成条件:(1)气体能大量溶于所用液体或气体快速与液体反应。(2)装置气密性好。

常见题型:分析能否形成喷泉;喷泉实验后溶液浓度的计算。