高中化學 第13講 氮及其化合物課件 新人教版必修1-新人教版高一必修1化學課件

1、第13講氮及其化合物一、氮氣和氮的氧化物一、氮氣和氮的氧化物(一一)氮氣的性質氮氣的性質通常情況下,N2化學性質很穩(wěn)定,只在高溫、放電、催化劑等條件下才能發(fā)生一些化學反應。寫出相關反應的化學方程式:教材研讀教材研讀(二二)氮的氧化物氮的氧化物1.NO和和NO2 2.人類活動對自然界氮循環(huán)和環(huán)境的影響人類活動對自然界氮循環(huán)和環(huán)境的影響(1)固氮及影響a.含義:使空氣中游離態(tài)的氮轉化為化合態(tài)氮。b.方法c.影響(2)NOx的污染a.氮氧化物:主要有NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等,其中NO和(10%)(90%)高能固氮 約占自然固氮生物固氮 約占合成氨固氮人工固氮仿生固氮活化氮

2、數量增加溫室效應問題破壞全球生態(tài)平衡水體污染酸雨NO2是最主要的空氣污染物。b.污染源:石油產品的燃燒和煤的燃燒,汽車尾氣及工業(yè)廢氣的排放,農田土壤及動物排泄物中含氮化合物的轉化等。c.污染(3)對生產中氮氧化物污染的防治a.控制進入自然界的有害物質的數量。b.增強生態(tài)系統(tǒng)對有害物質的吸收能力。自測自測1俗話說“雷雨發(fā)莊稼”,這說明雷雨中含有能被植物吸收利用的化合態(tài)的氮,請同學們寫出三個有關的化學方程式:(1) N2+O2 2NO ;(2) 2NO+O2 2NO2 ;(3)3NO2+H2O 2HNO3+NO。自測自測2(1)怎樣收集NO、NO2氣體?(2)如何鑒別NO2與溴蒸氣?答案答案(1)

3、收集NO用排水法,收集NO2用向上排空氣法。(2)將二者分別通入AgNO3溶液中,產生沉淀者為溴蒸氣(或其他合理答案)。解析(1)NO只能用排水法收集,不能用排空氣法收集;而NO2只能用向上排空氣法收集,不能用排水法收集。(2)由于NO2和Br2在性質上有不少相似性:均具有氧化性,溶于水均有酸生成,均可與堿反應,均為紅棕色等,所以不能用淀粉KI試紙、pH試紙、NaOH溶液來鑒別;但二者性質又有差別,可以用下列溶液或方法鑒別:AgNO3溶液;CCl4溶液;水洗法。二、氨和銨鹽二、氨和銨鹽(一一)氨的結構與性質氨的結構與性質1.結構結構:電子式為 HH 。2.物理性質物理性質:無色、有刺激性氣味的

4、氣體,密度比空氣小,易液化,極易溶于水。3.化學性質化學性質(1)與水反應NH3+H2ONH3H2ON+OH-NH3是中學化學中唯一能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍變藍 的氣體,常用此性質檢驗NH3。HN4H(2)與氧氣反應(氨的催化氧化)4NH3+5O2 4NO+6H2O (寫化學方程式)。(二二)銨鹽的性質和銨鹽的性質和N的檢驗的檢驗1.銨鹽的性質銨鹽的性質(1)易溶于水的離子化合物(2)與堿反應N+OH-NH3+H2O(3)受熱分解如NH4ClNH3+HCl4H4H(4)水解反應N+H2ONH3H2O+H+2.N的檢驗的檢驗(1)取樣品與堿共熱,用濕潤的紅色石蕊紅色石蕊 試紙檢驗產生的氣體,觀

5、察試紙是否變藍;(2)取樣品與堿共熱,用蘸有濃鹽酸濃鹽酸 的玻璃棒檢驗產生的氣體,觀察是否有白煙產生。(三三)氨氣的制法氨氣的制法1.氨氣的實驗室制法氨氣的實驗室制法(1)原理:銨鹽與堿銨鹽與堿 共熱,產生氨氣。實驗室常用反應的化學方程式為:2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H2O 。4H4H(2)制取裝置:如圖所示。1)收集:由于氨氣易溶易溶 于水,密度比空氣小小 ,所以只能用向下排空氣法收集。2)檢驗:a.用濕潤的紅色紅色 石蕊試紙(變藍);b.將蘸有濃鹽酸的玻璃棒接近管口(產生白煙白煙 )。3)棉花團的作用:在收集NH3的試管口放置一團松軟的干棉花,是為了防止試管內的

6、NH3與試管外的空氣形成對流,以便在較短時間內收集到較為純凈的氨氣。2.氨氣的工業(yè)制法氨氣的工業(yè)制法N2+3H22NH3自測自測3判斷正誤,正確的劃“”,錯誤的劃“”。(1)向AgNO3溶液中滴加過量氨水,溶液澄清,說明Ag+與NH3H2O能大量共存( )(2)可用蘸濃鹽酸的棉棒檢驗輸送氨氣的管道是否漏氣()(3)液氨汽化時要吸收大量的熱,可用作制冷劑()(4)實驗室用NH4Cl和Ca(OH)2制備NH3涉及氧化還原反應( )(5)檢驗N時,往試樣中加入NaOH溶液,微熱,用濕潤的藍色石蕊試紙檢驗逸出的氣體()(6)用玻璃棒蘸取濃氨水點到紅色石蕊試紙上,試紙變藍色,是因為濃氨水呈堿性()4H

7、自測自測4(1)現有1molL-1的氨水,則該溶液中NH3H2O的物質的量濃度是1molL-1嗎?為什么?(2)為什么蘸有濃氨水和濃鹽酸的兩支玻璃棒靠近時會產生白煙?蘸有濃氨水和濃硫酸的兩支玻璃棒靠近時是否也產生白煙?答案答案(1)不是。NH3H2O是弱電解質,在水溶液中部分電離,溶液中NH3、N、NH3H2O的物質的量濃度和為1molL-1。(2)濃氨水和濃鹽酸均有揮發(fā)性,揮發(fā)出來的NH3和HCl在空氣中相遇,化合生成NH4Cl固體小顆粒,即為白煙。濃硫酸沒有揮發(fā)性,故不能形成白煙。三、硝酸三、硝酸1.物理性質物理性質(1)純硝酸為無色、有刺激性刺激性 氣味的液液 體。(2)硝酸沸點較低,易

8、揮發(fā),在空氣中遇水蒸氣形成白霧。(3)質量分數在69%以上的硝酸稱為濃硝酸。4H2.化學性質化學性質(1)強酸性稀硝酸使紫色石蕊試液變紅。(2)不穩(wěn)定性a.濃硝酸不穩(wěn)定,見光或受熱易分解,反應的化學方程式為:4HNO3(濃濃) 2H2O+4NO2+O2 。b.存放:濃HNO3應盛放在棕棕 色試劑瓶里,并存放在黑暗陰涼黑暗陰涼處。c.濃硝酸常呈黃色是HNO3分解產生的NO2溶于硝酸的緣故,去掉硝酸中黃色的方法是通入少量O2,發(fā)生的反應為:4NO2+O2+2H2O 4HNO3 。(3)強氧化性a.與金屬的反應(大部分金屬能與硝酸反應)Cu與濃、稀硝酸均能反應,化學方程式分別為:Cu+4HNO3(濃

9、)Cu(NO3)2+2NO2+2H2O、3Cu+8HNO3(稀稀) 3Cu(NO3)2+2NO+4H2O 。常溫下,鐵、鋁遇冷的濃HNO3能發(fā)生鈍化鈍化 。b.與非金屬的反應,如C+4HNO3(濃)CO2+4NO2+2H2O。c.硝酸還能與其他還原劑,如H2S、SO2、Na2SO3、FeSO4、KI、NaBr等發(fā)生氧化還原反應。d.王水濃HNO3和濃鹽酸按體積比1 3混合即得王水,它的氧化性更強,能溶解Pt、Au等金屬。3.N的檢驗的檢驗待測液(濃)藍色溶液+紅棕色氣體。若待測液較稀,相當于Cu與稀HNO3反應,產生無色氣體NO,現象不明顯,因此可將稀溶液濃縮后再檢驗。4.用途用途制化肥、炸藥

10、、染料等。3O自測自測5久置的濃硝酸呈黃色,如何消除?怎樣保存濃硝酸?答案答案濃硝酸見光或受熱發(fā)生分解,生成的NO2溶于濃硝酸使其顯黃色,所以消除的方法是通入O2(或空氣),使其發(fā)生反應4NO2+O2+2H2O4HNO3。濃硝酸應保存在棕色試劑瓶中,并置于陰涼處。自測自測6判斷正誤,正確的劃“”,錯誤的劃“”。(1)濃、稀硝酸都能使藍色石蕊試紙最終變?yōu)榧t色()(2)硝酸能與Na2CO3反應,但不生成CO2()(3)硝酸可與Na2S反應制得H2S氣體()(4)過量的銅與濃硝酸反應有一氧化氮生成()(5)常溫下,鋁和鐵在濃HNO3中“鈍化”,說明鋁和鐵與濃HNO3不反應()(6)將可調高度的銅絲伸

11、入稀HNO3中,溶液變藍,說明Cu與稀HNO3發(fā)生置換反應()(7)用濃HNO3與Cu反應制備NO2()(8)向裝有Fe(NO3)2溶液的試管中加入稀H2SO4,在管口觀察到有紅棕色氣體產生,這是因為HNO3分解生成了NO2() 考點突破考點突破考點一有關氮的氧化物的計算考點一有關氮的氧化物的計算考點三金屬與硝酸反應的規(guī)律和相關計算考點三金屬與硝酸反應的規(guī)律和相關計算( (教師用書專用教師用書專用) )考點二氨的綜合考查考點二氨的綜合考查1.關系式法關系式法(1)NO2和O2的混合氣體溶于水的計算由4NO2+O2+2H2O4HNO3可知,當體積比:V(NO2) V(O2)(2)NO與O2同時通

12、入水中2NO+O22NO2,4NO2+2H2O+O24HNO3總反應方程式為4NO+3O2+2H2O4HNO3,當體積比:V(NO) V(O2)22241O,O4141NO,NO過量 剩余氣體為恰好完全反應過量 剩余氣體為243O4343NO剩余恰好完全反應剩余考點一有關氮的氧化物的計算考點一有關氮的氧化物的計算2.原子守恒法原子守恒法4NO2+O2和4NO+3O2從組成上均相當于2N2O5,上述兩個總反應都與N2O5+H2O2HNO3等效。當混合氣體溶于水時利用混合氣體中N、O原子個數比進行分析判斷。N(N) N(O)22 5O2 52 5NO剩余恰好完全反應剩余典例典例1一個大試管的容積為

13、27mL,收集滿二氧化氮氣體,把它倒扣在盛滿水的水槽里同時通入氧氣,一段時間后,量筒里剩余氣體體積為2mL。則通入的O2體積可能是 5.25 mL或 8.75 mL 。解析解析27mLNO2與水反應生成的NO為9mL,通入O2后發(fā)生反應4NO+3O2+2H2O4HNO3。若剩余的2mL氣體為O2,則V(O2)=2mL+9mL=8.75mL;若剩余的2mL氣體為NO,則參與反應的NO為7mL,消耗的O2為7mL=5.25mL。34341-1容積為50mL的量筒內充滿二氧化氮和氧氣的混合氣體,將其倒置在盛滿水的水槽里,一段時間后,量筒里剩余氣體體積為5mL。則原混合氣體中NO2和O2的體積比可能是

14、 18 7或 43 7 。解析解析若剩余的5mL氣體為O2,則參加反應4NO2+O2+2H2O4HNO3的NO2和O2的總體積為50mL-5mL=45mL,則原混合氣體中NO2的體積為45mL=36mL,O2的體積為50mL-36mL=14mL,即NO2與O2的體積比為36 14=18 7。若剩余的5mL氣體為NO,由3NO2+H2O2HNO3+NO可得反應的NO2體積為15mL,則發(fā)生反應4NO2+O2+2H2O4HNO3的NO2和O2的總體積為50mL-15mL=35mL,則原混合氣體中O2的體積為35mL=7mL,NO2的體積為50mL-7mL=43mL,即NO2與O2的體積比為43 7

15、。45151-2如下圖所示,將相同條件下的m體積NO和n體積O2同時通入倒立于水槽中且盛滿水的試管內,充分反應后,試管內殘留體積的氣體,該氣體與空氣接觸后立即變?yōu)榧t棕色。則m與n的比值為()A.3 2B.2 3C.8 3D.3 82mC答案答案C剩余氣體與空氣接觸立即變?yōu)榧t棕色,說明剩余氣體為NO,則體積的NO氣體與n體積的氧氣恰好完全反應,由4NO+3O2+2H2O4HNO3得=n,即m n=8 3。2m2m43一、氨氣的實驗室制法一、氨氣的實驗室制法1.加熱加熱NH4Cl和和Ca(OH)2的混合物的混合物2NH4Cl+Ca(OH)22NH3+CaCl2+2H2O特別提示特別提示選銨鹽時,不

16、選(NH4)2CO3、NH4HCO3、NH4NO3等,因它們受熱易分解,使產生的NH3中混有較多的雜質氣體,另外NH4NO3受熱易發(fā)生爆炸;選堿時,用消石灰而不用NaOH或KOH,因NaOH、KOH具有吸濕性,易結塊,不利于產生氨氣,且在高溫下均能腐蝕玻璃?？键c二氨的綜合考查2.實驗室制取氨氣的其他方法實驗室制取氨氣的其他方法二、氨水的成分及性質二、氨水的成分及性質(1)組分三種分子:NH3、NH3H2O、H2O;三種離子:N、OH-、H+;粒子濃度大小順序為:c(NH3H2O)c(OH-)c(N)c(H+)。(2)性質容易揮發(fā),盛濃氨水的試劑瓶瓶口常有白霧產生,久置溶液質量減輕,濃度變小。氨

17、水質量分數越大,其密度越小,因此質量分數為x%的氨水與質量分數為3x%的氨水等體積混合后,所得氨水的質量分數小于2x%。氨水中存在平衡:NH3+H2ONH3H2ON+OH-,氨水呈堿性。4H4H4H氨水是很好的沉淀劑,能使Mg2+、Al3+、Fe2+、Fe3+、Ag+、Cu2+、Zn2+轉化為氫氧化物沉淀,其中AgOH、Cu(OH)2、Zn(OH)2等沉淀能溶于過量氨水,生成配離子。典例典例2 (2015北京理綜,8)下列關于自然界中氮循環(huán)(如圖)的說法不正確的是()A.氮元素均被氧化B.工業(yè)合成氨屬于人工固氮C.含氮無機物和含氮有機物可相互轉化D.碳、氫、氧三種元素也參與了氮循環(huán)答案答案 A

18、A項,人工固氮時,N2+3H22NH3,氮元素被還原;B項,把游離態(tài)的氮元素轉化為含氮化合物的過程是氮的固定,工業(yè)合成氨屬于人工固氮;C項,硝酸鹽可轉化為蛋白質,動植物遺體可轉化為氨或銨鹽,則含氮有機物和含氮無機物可相互轉化;D項,在自然界氮循環(huán)過程中,碳、氫、氧三種元素也參與了循環(huán)。2-1某小組的同學欲探究NH3經一系列反應得到HNO3和NH4NO3的過程,NH3的轉化過程如圖所示:甲、乙兩同學分別按如圖所示裝置進行實驗。用于A、B裝置中的可選藥品:濃氨水、30%H2O2溶液、蒸餾水、NaOH固體、MnO2。(1)儀器a的名稱是,裝置A的圓底燒瓶中發(fā)生反應的化學方程式為。裝置E有多種作用,下

19、列關于裝置E的作用或其中所盛液體的說法中,不正確的是(填字母)。a.使氨氣和氧氣充分混合b.控制通入氨氣和氧氣的體積比c.平衡裝置內的壓強d.錐形瓶內液體是飽和食鹽水(2)甲同學先點燃酒精燈,再打開K1、K2、K3、K4,反應一段時間后,他認為成功模擬了過程的反應,原因是其觀察到(填支持其觀點的實驗現象);甲同學進行的實驗中產生的氣體持續(xù)通入裝置H一段時間后,H中的溶液變成藍色,則其中銅片所參與反應的離子方程式為,若制得的氨氣僅按-的順序完全轉化為硝酸,欲使H裝置中所得溶液為純凈的CuSO4溶液(忽略Cu2+的水解),理論上所需氨氣在標準狀況下的體積為L(假設硝酸與銅反應產生的還原產物全部排出

20、反應裝置);從所得CuSO4溶液中得到CuSO45H2O晶體的方法是將溶液、過濾、洗滌、干燥。(3)乙同學為模擬過程的反應,在甲同學操作的基礎上對該裝置進行了下列各項中的一項操作,使G處圓底燒瓶中產生大量白煙,你認為這項操作是(填字母)。a.關閉K3并熄滅酒精燈b.關閉K4并熄滅酒精燈c.關閉K3、K4并熄滅酒精燈(4)丙同學認為該系列實驗裝置存在一處明顯的設計缺陷,你認為該設計缺陷是。答案答案(1)長頸漏斗2H2O22H2O+O2d(2)G處圓底燒瓶中有紅棕色氣體產生3Cu+8H+2N3Cu2+2NO+4H2O2.24蒸發(fā)濃縮冷卻結晶(3)a(4)缺少尾氣處理裝置解析解析(1)儀器a的名稱是

21、長頸漏斗;氨氣的干燥用堿石灰,應放在球形干燥管中,故裝置B、D用于制取純凈、干燥的氨氣,裝置A、C用于制取純凈、干燥的氧氣,裝置A的圓底燒瓶中發(fā)生反應的化學方程式為2H2O22H2O+O2。裝置E有多種作用,如使氨氣和氧氣充分混合,通過觀察產生氣泡的速率控制通入氨氣和氧氣的體積比,平衡裝置內的壓強,但氨氣極易溶于水,錐形瓶內液體不能是飽和食鹽水。(2)若甲同學成功模擬了過程的反應,則應有NO2生成,故觀察到G處圓3O底燒瓶中有紅棕色氣體產生;NO2溶于水生成HNO3,HNO3可與Cu反應,則銅片所參與反應的離子方程式為3Cu+8H+2N3Cu2+2NO+4H2O。由反應方程式知,若制得純凈的C

22、uSO4溶液,硫酸和硝酸的物質的量之比為3 2,n(H2SO4)=0.15L1molL-1=0.15mol,則需硝酸的物質的量為0.1mol,根據氮原子守恒可知,理論上所需氨氣的物質的量為0.1mol,在標準狀況下的體積為2.24L;從所得CuSO4溶液中得到CuSO45H2O晶體的方法是將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥。(3)甲同學操作使G處圓底燒瓶中含有硝酸蒸氣,若要制得硝酸銨,應再通入一定量的氨氣,故應關閉K3并熄滅酒精燈。3O2-2某學習興趣小組探究氨氣的制取實驗:(1)甲同學擬用下列實驗方法制備氨氣,其中合理的是(填字母)。A.將氯化銨固體加熱分解收集產生的氣體B.將濃氨水

23、滴入氫氧化鈉固體中,收集產生的氣體C.將碳酸氫銨加熱分解產生的氣體用堿石灰干燥D.將氯化銨稀溶液滴入氫氧化鈉固體中,收集產生的氣體(2)根據上述正確的原理,該同學欲用下列常見的實驗室制氣裝置制取氨氣,適宜的裝置是。(3)氣體的性質是氣體收集方法選擇的主要依據。下列性質與收集方法無關的是(填序號)。密度顏色溶解性熱穩(wěn)定性與氧氣反應(4)下圖是甲同學設計的收集氨氣的幾種裝置,其中可行的是,集氣的原理是。答案答案(1)BC(2)CD(3)(4)d利用氨氣密度小于空氣,采用短管進氨氣,長管出空氣,即可收集氨氣解析解析(1)氯化銨受熱分解產生氯化氫和氨氣,遇冷又轉化為氯化銨固體;用NH4Cl和NaOH反

24、應制取氨氣時,應用濃的NH4Cl溶液并加熱。(2)將濃氨水滴入氫氧化鈉固體中制氨氣用C裝置;將碳酸氫銨加熱分解產生的氣體用堿石灰干燥制氨氣選用D裝置。(3)氣體收集方法的選擇要考慮密度、溶解性及能否與空氣中成分反應。(4)氨氣極易溶于水,密度比空氣小,故采用向下排空氣法收集。1.反應規(guī)律反應規(guī)律(1)HNO3與金屬的反應一般,還原產物:濃HNO3NO2,稀HNO3NO。考點三金屬與硝酸反應的規(guī)律和相關計算考點三金屬與硝酸反應的規(guī)律和相關計算( (教師用書專用教師用書專用) )(2)Cu與HNO3的反應Cu與濃HNO3反應時,若Cu足量,開始時還原產物為NO2,隨著反應的進行,濃HNO3變稀,還

25、原產物為NO,最終得到NO2與NO的混合氣體。(3)Fe與稀HNO3的反應Fe過量,氧化產物為Fe2+;Fe不足,氧化產物為Fe3+。2.計算方法計算方法(1)原子守恒法HNO3與金屬反應時,一部分HNO3起酸性作用;另一部分HNO3作為氧化劑被還原,反應產生的硝酸鹽及還原產物中氮原子的總物質的量等于反應消耗的HNO3中氮原子的物質的量。(2)得失電子守恒法HNO3中氮原子得電子的物質的量等于金屬失電子的物質的量。(3)離子方程式計算法金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應時,由于硝酸鹽中的N在H2SO4提供H+的條件下能繼續(xù)與金屬反應,因此此類題目應用離子方程式來計算,先作過量判斷,然后根據

26、完全反應的金屬或H+或N的量進行相關計算。3O3O典例典例3在某100mL的混合液中,硝酸和硫酸的物質的量濃度分別是0.4mol/L、0.1mol/L,向該混合液中加入1.92g銅粉,加熱,待充分反應后,所得溶液中銅離子的物質的量濃度(不考慮溶液體積變化)是()A.0.15mol/LB.0.225mol/LC.0.30mol/LD.0.45mol/LB答案答案B反應的離子方程式為3Cu+8H+2N3Cu2+2NO+4H2O,分析可知H+不足,應根據n(H+)進行計算,所以n(Cu2+)=0.06mol=0.0225mol,c(Cu2+)=0.225mol/L。3O380.0225mol0.1L3-1足量銅與一定量濃硝酸反應,得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體,這些氣體與1.68LO2(標準狀況)混合后通入水中,所有氣體完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入5molL-1NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,則消耗NaOH溶液的體積是()A.60mLB.45mLC.30mLD.15mLA答案答案A由題意可知:HNO3HNO3,則Cu失去的電子數與O2得到的電子數相等,即n(Cu)=2n(O2)=2=0.15mol。根據關系式CuCu(NO3)22NaOH可得n(NaOH)=2n(Cu)=0