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6氮族

第二单元第6讲氮族元素

命题趋势分析:

氮族元素是高考命题的热点,常考内容为:

①NH3及NH4+的结构、检验及性质②氨气的制备及工业制硝酸③NO及NO2的性质及制备④硝酸的强氧化性⑤酸雨、光化学烟雾、臭氧空洞等环境保护问题。

高考命题时常以其为媒介结合无机化工、实验知识考查化学平衡移动原理、实验操作、环境保护等问题。

复习方法导引:

1.构建以氮和磷为中心的知识体系,运用知识网络复习相关反应原理

2.学会利用氧化还原原理、周期律的知识分析氧族元素性质的变化规律。

3.重视与环境保护相关的工业流程及实验题。

知识归纳与整合:

一、氮

1.氮:

⑴电子式,结构式N≡N。

⑵化学性质不活泼:

与H2反应:

N2+3H22NH3

点燃

放电

与O2反应:

N2+O2=2NO与Mg反应:

N2+3Mg=Mg3N2

二、氮的氧化物与氢化物

1.常见氮的氧化物:

气体

性质

NO

NO2

状态

气体

气体

颜色

无色

红棕色

气味

————

刺激性气味

水溶性

不溶

与水反应

实验室制法

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

收集方法

不会与O2反应,可用排水法收集

与水反应,只能用向上排气法收集

与O2、H2O反应

4NO+3O2+2H2O=4HNO3

4NO2+O2+2H2O=4HNO3

相互转化

3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO+O2=2NO2

关系

都是有毒气体,会造成环境污染;会与碳氢化合物作用形成光化学烟雾,也会形成酸雨

2.氨气:

(1)电子式为

,结构式为

氨分子的结构呈三角锥形,N原子位于锥顶,H原子位于锥底,

(2)物理性质:

氨是无色有刺激性气味的气体,密度比空气小,易液化,极易溶于水。

实验室收集氨气的方法有:

向下排空气法。

接触氨气时要小心,如果不慎接触过多而出现症状,要及时吸氧,并用大量水冲洗眼睛。

(3)化学性质:

①与水反应:

NH3+H2O

NH3·H2ONH3·H2O

NH4++OH-

氨水中存在的分子有NH3、H2O、NH3·H2O,离子有NH4+、OH-、H+,氨水越

浓,氨水的密度越小,氨水呈弱碱性。

②与盐酸反应方程式:

NH3+HCl=NH4Cl,浓氨水与浓盐酸相遇时,现象是:

产生大量白烟,类似的现象还有浓氨水与浓硝酸相遇。

NH3是一种碱性气体,检验氨气的方法是:

浓盐酸或湿润的红色石蕊试纸。

③与氧气反应:

反应方程式为:

4NH3+5O24NO+6H2O,正反应放热。

这是工业制硝酸的重要原理之一。

4.氨气的实验室制法:

用铵盐与碱共热,基本原理同上

(1)装置:

发生装置同制取氧气的装置。

收集:

向下排空气法

(2)检满:

a:

将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口,若有白烟产生,证明集满气体。

b:

将湿润的红色石蕊试纸置于试管口,若试纸变蓝,则证明集满NH3。

(3)干燥:

不能用浓硫酸,通常用碱石灰。

合成氨工业(选修2)

基本原理:

空气(N2)

NH3

NO

NO2

HNO3

三.铵盐

1.均是离子化合物,离子晶体;均是易溶于水的无色晶体;与碱反应(固体或

溶液)时,固体状态(不写离子方程式);溶液较稀生成一水合氨;溶液较浓或加热生成氨气

2.铵盐受热分解:

①挥发性酸的铵盐:

NH4Cl

NH3↑+HCl↑(NH3+HCl=NH4Cl)(假升华现象)

NH4HCO3

NH3↑+H2O+CO2↑

特殊的:

NH4I

NH3↑+H2↑+I2↑(NH4I受热时会有紫色气体产生。

②不挥发性酸的铵盐:

(NH4)3PO4

NH3↑+H3PO4  (NH4)2SO4

NH3↑+NH4HSO4

特殊的:

NH4NO3

N2O↑+2H2O(170℃~260℃)

2NH4NO3

2N2↑+2O2↑+4H2O(大于300℃)(硝酸铵炸药爆炸原理)

3.铵盐跟碱反应:

所有氨盐遇碱都可以生成氨气。

“氨盐+碱——氨气+水+新盐”或“氨盐+碱——水合氨+新盐”

(NH4)2SO4+Ba(OH)2

2NH3↑+2H2O+BaSO4↓

2NH4Cl+Ca(OH)2

CaCl2+2NH3↑(固体不写离子方程式)

NH4Cl+NaOH=NH3↑+NaCl+H2O(浓溶液) NH4Cl+NaOH=NH3·H2O+NaCl(稀溶液)

铵盐与碱共热可产生氨气,作为检验铵离子的方法

4.与浓硫酸共热:

2NH4Cl+H2SO4(浓)

(NH4)2SO4+2HCl↑

四、硝酸的性质

1.硝酸是一种无色,有刺激性气味的液体,易挥发。

2.化学性质:

(1)酸性:

具有酸的通性。

(2)强氧化性:

①与金属反应:

HNO3能将大部分的金属(即使是不活泼金属)氧化。

Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

与金属反应时,由于硝酸具有强氧化性,因此不产生氢气!

浓硝酸一般被还原成NO2,稀硝酸一般被还原成NO,金属被氧化成相应的金属硝酸盐。

有些金属如Fe、Al等在冷的浓硝酸中会发生钝化。

在此过程中,硝酸既表现

酸性,也表现强氧化性。

②与非金属反应:

C+HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O

拓展:

S+HNO3(浓)H2SO4+6NO2↑+2H2O

浓硝酸与非金属反应时,一般被还原为NO2,非金属一般被氧化成最高价氧化物!

③与其他还原剂(如H2S、HBr、HI、SO2、FeS、KI、Na2SO3等):

王水是由浓硝酸和浓盐酸按体积比1:

3配成,具有更强的氧化性,可溶解AuPt。

(3)不稳定性:

浓硝酸在常温下见光或受热就会分解

4HNO3

2H2O+4NO2↑+O2↑

实验室里浓硝酸呈黄色,就是由于硝酸分解产生的NO2溶于硝酸的缘故。

为了便于长期保存,应该把它盛放在棕色瓶里,并贮放在阴凉避光的地方。

五.磷及其化合物

1.磷的单质

(1)同素异形体:

红磷、白磷(P4)

单质

白磷

红磷

分子结构

P4正四面体型,分子晶体

结构复杂、分子晶体

色态

白色蜡状固体

暗红色粉末

溶解性

不溶于水,易溶于CS2

不溶于水和CS2

毒性

剧毒

无毒

着火点、保存

40℃,易自燃,贮存在冷水中

240℃,可燃,贮存在密闭瓶中

转化

白磷(隔绝空气)

红磷

(2)化学性质:

  可燃性:

4P+5O2

2P2O5(白烟,作烟幕弹)(白磷自燃,暗处发光)

  还原性:

与Cl2反应:

2P+3Cl2

2PCl3(l)  2P+5Cl2

2PCl5(s) (生成白色的烟雾)

与浓HNO3:

P+5HNO3(浓)

H3PO4+5NO2↑+H2O

  弱氧化性:

磷蒸气与H2生成PH3(相当困难)

  (3)用途:

制高纯磷酸(白)、农药(红)、火柴(红,侧面)、燃烧弹和烟幕弹。

  2.磷的化合物:

(1)P2O5:

极易溶于水的白色粉末,是较好的干燥剂(吸湿性很强)

  

(2)H3PO4:

  物理性质:

无色晶体,无毒,与水任意比例互溶,有吸水性,可作干燥剂,属非氧化性酸,沸点高(难挥发)。

  化学性质:

三元中强酸,不易分解,具有酸的通性,与碱中和、与NaBr、NaI作用。

  用途:

制HI、HBr。

工业制法:

Ca3(PO4)2+3H2SO4=2H3PO4+3CaSO4↓。

  (3)HPO3:

剧毒,一元弱酸,在热水中能转化成H3PO4(HPO3+H2O=H3PO4)。

  (4)磷酸盐:

  磷矿石:

主要是Ca3(PO4)2,不溶于水,可制作磷肥。

  重过磷酸钙:

主要是Ca(H2PO4)2,易溶于水,作磷肥,过磷酸钙是Ca(H2PO4)2和CaSO4的混合物。

  CaHPO4:

不溶于水,K+、Na+、NH4+的磷酸一氢盐易溶于水。

六、氮族元素

1.原子结构:

最外层电子数相同(有5个),电子层数、原子半径不同

2.相似点:

常见化合价是-3、+2、+4、+5;气态氢化物通式是XH3,常见氧化物的通式XO、XO2,最高价氧化物的水化物的通式HXO3或H3XO4

3.递变规律:

从上往下,原子半径递增,单质熔沸点递增,元素非金属性递减,金属性递增,气态氢化物的稳定性递减,最高价氧化物的水化物酸性递减、碱性递增。

考点突破:

考点一:

氨气的性质及用途

【经典例题1】制取氨气并完成喷泉实验(图中夹持装置均已略去)。

图1图2

(1)写出实验室制取氨气的化学方程式:

(2)收集氨气应用________法,要得到干燥的氨气可选用________做干燥剂。

(3)用图1装置进行喷泉实验,上部烧瓶已装满干燥氨气,引发水上喷的操作是。

该实验的原理是。

(4)如果只提供如图2的装置,请说明引发喷泉的方法

【解析】

(1)略。

(2)氨气密度小于空气,采用向下排空气法收集,碱性气体干燥宜采用碱石灰。

(3)胶管中的水挤入烧瓶后,氨气迅速溶于水,使烧瓶内外出现较大的压力差,产生喷泉。

(4)关键是设法是烧瓶内外产生压力差。

【答案】

(1)2NH4Cl+Ca(OH)2

2NH3↑+CaCl2+2H2O

(2)向下排空气碱石灰(3)打开止水夹,挤出胶头滴管中的水。

氢气极易溶解于水,致使烧瓶内气体压强迅速减小。

(4)打开夹子,用手(或热毛巾等)将烧瓶捂热,氢气受热膨胀,赶出玻璃导管内的空气,氨气与水接触,即发生喷泉。

【拓展练习】

1.有甲、乙两位同学想利用下列装置及化学试剂,对实验室制取并收集氨气的实验进行改进。

化学试剂:

①NH4Cl固体②浓氨水③固体NaOH

(1)甲同学想方便快速制取少量氨气,应选择的装置是_________(填序号)。

选用试剂是_______(填序号),选用上述试剂制氨气的理由是_____________________。

(2)乙同学建议,把教材中实验室制取氨气的收集装置由大试管改为集气瓶且瓶口向上收集氨气,并确保不污染环境,若用这种排气法收集氨气,请在图Ⅱ的方框内画出其气体收集装置和尾气吸收装置,标出所用试剂(自选)名称。

【拓展练习答案】

1.本题考查了多种氨气制备方式及实验改进。

答案:

(1)B②③NaOH将氨水逐滴滴加到NaOH固体上,固体遇水放热,使氨气溶解度降低,同时可使溶液中c(OH-)增大,促进NH3+H2O

NH3·H2O

NH4++OH-向逆方向移动,从而使氨气逸出。

(2)如右图

解析:

(1)若需方便快速制取少量氨气,应将浓氨水逐滴滴加到NaOH固体上,由于NaOH固体与水反应放热,放出的热量使氨气溶解度降低,同时可使溶液中c(OH-)增大,促进NH3·H2O

NH4++OH-向逆方向移动,NH3快速逸出。

由于NH3易溶于水且密度小于空气,所以只能用向上排空气法,由于NH3易溶于水,所以应用倒置的漏斗扣在液面上,防止倒吸。

考点二:

氮的氧化物及硝酸的性质

【经典例题2】Murad等三位教授最早提出NO分子在人体内有独特功能,近年来此领域研究有很大发展,因此这三位教授荣获了1998年诺贝尔医学及生理学奖。

下列关于NO的叙述不正确的是(  )(1999年全国高考题)

A.NO可以是某些含低价N物质氧化产物B.NO不是亚硝酸酐

C.NO可以是某些含高价N物质的还原产物D.NO是棕色气体

【解析】本题“高起点 低落点”,看似很深奥,实际不然,考查的落点是中学化学常见物质NO的有关性质。

根据NO中氮元素的化合价(+2)处于氮元素中间价态,应用氧化还原反应原理可推知:

NO既可能是低价含N物质的氧化产物,又可能是高价含N物质的还原产物;根据酸酐概念亚硝酸酸酐应是N2O3;NO应是无色气体。

【答案】D

【拓展练习】

1.同温同压下,在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体,它们是①NO和N02,②N02和02,③NH3和N2。

现将3支试管均倒置于水槽中,充分反应后,试管中剩余气体的体积分别为,则下列关系正确的是()

A.V1>V2>V3  B.V1>V3>V2    C.V2>V3>V1   D.V3>V1>V2

2.在标准状况下,将1.92g铜粉投人一定量浓HN03中,随着铜粉的溶解,反应生成的气体颜色逐渐变浅,当铜粉完全溶解后共收集到由N02和NO组成的混合气体1.12L,则混合气体中NO的体积为()

A.112mL     B.1008mL     C.224mL     D.448mL

【拓展练习答案】

1.B2.A

考点三:

氮族元素实验探究

【经典例题3】下图所示装置中,a是盛有标况下224mL空气(氧气占五分之一)和10mLl.2mol/L硝酸的烧瓶,b是未充气(实验开始前内部没有气体)装有0.384g铜粉的气球,c是夹紧了的弹簧夹,d中盛有足量的过氧化钠,e是充有二氧化碳的注射器。

整套装置经过气密性检查已合格。

(1)将气球中的铜粉小心倒入烧瓶中,充分反应后发现铜粉有剩余(设产生的气体不溶解于溶液中),则可观察到的现象是:

               。

(2)欲提高铜与硝酸反应的速率可采用多种不同的措施,若用加入化学试剂法,下列试剂中可以使用的是(填代号)    

A蒸馏水B无水醋酸钠 C石墨D硝酸银(少量)

(3)将烧瓶充分振荡,所观察到的现象是         

                 ;有关反应的化学方程式是:

              。

(4)打开弹簧夹c,将二氧化碳推人干燥管内,使反应充分进行。

将烧瓶中反应的全过程用一个总的化学方程式表示:

                    。

(5)欲使所有的铜粉都溶解,至少需要推入二氧化碳   mL(设推入的二氧化碳全部反应)。

【解析】解答此题的关键有两点,一是在于分析清楚题目设置的实验情境;二是要注意这是一个定性分析和定量计算相结合的实验题。

【答案】

(1)溶液逐渐变蓝,烧瓶中气体逐渐变为红棕色,气球变大。

(2)CD(3)气球体积变小,瓶内气体颜色变浅 3NO2+H2O=2HNO3+NO (4)2Cu+4HNO3+O2=2Cu(NO3)2+2H2O (5)44.8

【拓展练习】

1.某同学为研究硝酸与镁的反应,进行图示实验,实验现象及相关数据如下:

(a)A中为一定浓度的硝酸与Mg片发生反应,生成的气体通过B后,在B中只生成一种盐,剩余气体遇空气不变色,其体积为原体积的一半。

(b)从C进入D中的气体有两种,且体积比为1∶1。

(c)将D加热一段时间后,E中干燥的红色石蕊试纸逐渐变蓝。

(设实验前,装置中的空气已排尽;气体的体积均在同温同压下测定)

已知反应中水蒸气的体积忽略不计,实验中的液体药品均过量。

请回答:

(1)硝酸与Mg片反应生成的气体成分是_____________________________(用化学式表示)。

(2)硝酸在装置A的反应中所表现的性质有_____________________。

(3)写出D中发生反应的化学方程式____________________________________________。

(4)若向反应后的A中加入足量的NaOH固体,使产生的气体全部逸出,其体积为硝酸与Mg片反应生成的气体体积的1/4(同温同压),写出符合上述实验事实的硝酸与Mg片反应的离子方程式__________________________________________________________。

【拓展练习答案】

1.

(1)NONO2N2H2

(2)酸性氧化性(3)Fe2O3+3H2

2Fe+3H2O

N2+3H2

2NH3(4)12Mg+3OH-+5NO3-=12Mg2++NH4++NO2↑+NO↑+N2↑+H2↑+12H2O

解析:

(1)NO2与NaOH溶液反应的方程式为2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O,NO与NaOH溶液不反应,但有NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O,由(a)推知产物中有NO和NO2且两者比例为1:

1;结合(a)(b)知Mg和HNO3反应的产物中有4种气体生成,且物质的量相等,结合(c)可知E中生成的气体是NH3,推知是由N2和H2合成的。

(2)略。

(3)由

(1)分析易得答案。

(4)由(4)推知HNO3的还原产物中还存在NH4+,其物质的量和每一种气体的物质的量相等,最后可根据得失电子守恒把化学方程式配平。

考点四:

氮族元素推断题

【经典例题4】短周期元素的单质X、Y、Z在通常状况下均为气态,并有下列转化关系(反应条件略去):

 

已知:

a.常见双原子单质分子中,X分子含共价键最多。

b.甲分子中含10个电子,乙分子含有18个电子。

(1)X的电子式是。

(2)实验室可用下图所示装置(缺少收集装置,夹持固定装置略去)制备并收集甲。

①在图中方框内绘出用烧瓶收集甲的仪器装置简图。

②试管中的试剂是(填写化学式)。

③烧杯中溶液由无色变为红色,其原因是(用电离方程式表示)。

(3)磷在Z中燃烧可生成两种产物,其中一种产物丁分子中各原子最外层不全是8电子结构,丁的化学式是。

(4)nmol丁与nmol丙在一定条件下反应,生成4nmol乙和另一化合物,该化合物蒸气的密度是相同状况下氢气的174倍,其化学式是

【解析】

(1)共价化合物甲、乙反应得到离子化合物丙,易知丙为NH4Cl,结合已知a、b,推知X为N2,Y为H2,Z为Cl2。

(2)固体加热法制备氨气,一般选用NH4Cl、Ca(OH)2,但不能选用NH4NO3!

(3)P在Cl2燃烧产物有PCl3和PCl5,前者分子中各原子最外层均符合8电子结构,后者P原子不符合。

(4)NH4Cl+PCl5=4HCl+P3N3Cl6

【答案】

(1)

(2)①如右图

②NH4Cl、Ca(OH)2(合理答案均给分)

③NH3·H2O

NH4++OH-(3)PCl5(4)P3N3Cl6

【拓展练习】

1.

下图表示从固体混合物中分离X的2种方案,请回答有关问题。

(1)选用方案I时,X应该具有的性质是,残留物应该具有的性质是;

(2)选用方案Ⅱ从某金属粉末(含有Au、Ag和Cu)中分离Au,加入的试剂是,有关反应的化学方程式为;

(3)为提纯某Fe2O3样品(主要杂质有SiO2、A12O3),参照方案I和Ⅱ,请设计一种以框图形式表示的实验方案(注明物质和操作)。

【拓展练习答案】

1.

(1)有挥发性(或易升华)受热不挥发,且具有较高的热稳定性

(2)HNO33Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

3Ag+4HNO3(稀)=3AgNO3+NO↑+2H2O

[或Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

Ag+2HNO3(浓)=AgNO3+NO2↑+2H2O]

(3)

解析:

(1)从题中给的信息可理解为升华或蒸馏,因此X的性质为加热时可升华,或易挥发。

残留物必须热稳定性好,且没有挥发性。

(2)金、银、铜三种金属金的活泼性最差,不能与硝酸反应,选用硝酸作为试剂,过滤即可。

(3)三种氧化物中,SiO2、Al2O3都能与强碱发生反应,但Fe2O3不会反应,可以选浓NaOH溶液反应后过滤。

但如果SiO2的含量大,则不宜用前面所述方法,可选用盐酸溶解,过滤后去除SiO2,再在混合液中加入过量的溶液,过滤得Fe(OH)3沉淀,洗涤后加热分解的方法。

课外达标:

基础过关

一.选择题(有1个正确答案)

1.酸雨给人类带来了种种灾祸,严重地威胁着地球生命生存的生态环境,下列有关减少或者防止酸雨形成的措施中可行的是:

①对燃煤进行脱硫;②对含SO2、NO2等工业废气进行无害处理后,再排放到大气中;③人工收集雷电作用所产生的氮的氧化物;④飞机、汽车等交通工具采用清洁燃料,如天然气、甲醇等。

A.①②③④B.①②③C.①②④D.①③④

2.已知气体的摩尔质量越小,扩散速度越快。

右图所示为气体扩散速度的试验,两种气体扩散相遇时形成白色烟环。

下列关于物质甲、乙的判断正确的是

A.甲是浓氨水,乙是浓硫酸

B.甲是浓盐酸,乙是浓氨水

C.甲是浓氨水,乙是浓盐酸

D.甲是浓硝酸,乙是浓氨水

3.同温同压下,在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体,它们是①NO和NO2,②NO2和O2,③NH3和N2。

现将3支试管均倒置于水槽中,充分反应后,试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3则下列关系正确的是

A.Vl>V2>V3B.Vl>V3>V2C.V2>V3>V1D.V3>Vl>V2

4.下图中a、b、c表示相应仪器中加入的试剂,可用下图装置制取、净化、收集的气体是

编号

气体

a

b

c

A

NH3

浓氨水

生石灰

碱石灰

B

CO2

盐酸

碳酸钙

饱和NaHCO3

C

NO

稀HNO3

铜屑

H2O

D

NO2

浓HNO3

铜屑

NaOH溶液

5.NH3和H2O,NH4+和H3O+,NH2-和OH-,N3-和O2-这四组粒子,从某些性质上看,每组粒子中两两相似,据此判断,下列反应中正确的是()

A.Cu+2NH3==Cu(NH2)2+H2↑

B.Cu+2NH4Cl==CuCl2+2NH3↑+H2↑

C.3Mg(NH2)2Mg3N2+4NH3↑

D.NaCl+2NH3==NH4Cl+NaNH2

6.25℃时,将稀氨水逐滴加入到稀硫酸中,当溶液的pH=7时,下列关系正确的是(  )

A.c(NH+4)=c(SO2-4)        B.c(NH+4)>c(SO2-4)

C.c(NH+4)

7.下列物质能通过化合反应直接制得的是(  )

①FeCl2 ②H2SO4 ③NH4NO3 ④HCl

A.只有①②③  B.只有②③     C.只有①③④D.全部

8.将aLNH3通过灼热的装有铁触媒的硬质玻璃管后,气体体积变为bL(气体体积均在同温同压下测定)。

该bL气体中NH3的体积分数是(  )

A.

B.

C.

D.

9.研究反应物的化学计量数与产物之间的关系时,使用类似数轴的方法可以收到的直观形象的效果。

下列表达不正确的是B

A.密闭容器中CuO和C高温反应的气体产物:

B.Fe在Cl2中的燃烧产物:

C.AlCl3溶液中滴加NaOH后铝的存在形式:

D.氨水与SO2反应后溶液中的铵盐:

10.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.45mLC.30mLD.15mL

二.填空题

11.

(1)在甲图所示的装置中,烧瓶中充满干燥气体A,将滴管中的液体B挤入烧瓶内,轻轻振荡烧瓶,然后打开弹簧夹,尖嘴管

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