氮及其化合物复习.docx
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氮及其化合物复习
2013氮及其化合物
【学习目标】
1.能运用原子结构知识掌握氮族元素性质的相似性和递变规律；
2.掌握N2的分子结构、性质和重要用途及自然界中氮的循环；
3.掌握氮的氧化物（NO、NO2）的性质及对大气的污染；
4.了解常见化肥的基本性质，掌握NH4＋的检验方法；
5.了解氨的物理性质、用途，掌握氨的化学性质和实验室制法。
6.了解常见的铵盐及其性质。
【思维导图】
【知识详解】
一、氮族元素：
1.包括元素：
氮（7N）、磷（15P）、砷（33As）、锑（51Sb）、铋（83Bi）五种元素。
氮族元素位于元素周期表中第VA族，其代表元素为氮和磷。
2．原子结构：
⑴相似性：
①最外层电子数均为5个，均能获得3个电子稳定结构；
②在最高价氧化物中化合价都为+5，化学式为R2O5；
③在气态氢化物中都显-3价，化学式为RH3；
④最高价氧化物的水化物的化学式为HRO3或H3RO4。
⑵递变规律：
按氮、磷、砷、锑、铋的顺序，随着核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子的引力减弱，得电子能力减弱，失电子能力增强，非金属性减弱，金属性增强。
在氮族元素的单质中，氮、磷具有较明显的非金属性；砷虽然是非金属，但有一些金属性；锑、铋为金属．
①元素先+3价趋势增强，-3价趋势减弱；
②氢化物的稳定性降低，还原性增强
③最高价氧化物的水化物酸性减弱，碱性增强。
3．物理性质：
N2
P
As
Sb
Bi
颜色
无色
白磷：
白色或黄色
红磷：
红棕色
灰砷：
灰色
银白色
银白色或微显红色
状态
气体
固体
固体
固体
固体
密度
逐渐增大
熔点、沸点
先按N2、P、As的顺序逐渐升高，而后按Sb、Bi的顺序逐渐降低
【及时巩固】
〖练习1〗已知元素砷（As）的原子序数为33，下列叙述正确的是
A.砷元素的最高化合价为+3B.砷元素是第四周期的主族元素
C.砷原子的第3电子层含有18个电子D.砷的最高价氧化物的水溶液呈强碱性
〖练习2〗现有X、Y两种第ⅤA族元素，下列事实不能说明X的非金属性比Y强的是
A．两种元素所形成最高价含氧酸的酸性强弱：
H3XO4＞H3YO4
B．两种元素所形成的最高价氧化物的稳定性：
X2O3＞Y2O3
C．两种元素所形成气态氢化物的稳定性：
XH3＞YH3
D．两种元素形成的气态氢化物的还原性：
YH3＞XH3
〖练习3〗用R表示氮族元素，其最高价含氧酸钠盐的化学式可能是
A．Na2RO3B．Na3RO3C．NaRO3D．Na3RO4
〖练习4〗关于氮族元素的论述中，错误的是
A．随原子序数增大，其原子半径也增大B．都是典型的非金属元素
C．氮族元素的最高价为+5D．最高价含氧酸的酸性随原子序数递增而减弱
二、氮气（N2）：
1．氮元素在自然界中的存在形式：
既有游离态又有化合态。
空气中含N2占78％（体积分数）或75％（质量分数）；化合态氮存在于多种无机物和有机物中，氮元素是构成蛋白质和核酸不可缺少的元素。
2．物理性质：
纯净的氮气是无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。
3．氮气的分子结构：
氮分子（N2）的电子式为
，结构式为N≡N。
由于N2分子中的N≡N键很牢固，所以通常情况下，氮气的化学性质稳定、不活泼。
4．氮气的化学性质：
常温下氮气很稳定，很难与其它物质发生反应，但这种稳定是相对的，在一定条件下（如高温、放电等），也能跟某些物质（如氧气、氢气等）发生反应。
⑴N2的氧化性：
①与H2化合生成NH3N2+3H2
2NH3
点燃
〖说明〗该反应是一个可逆反应，是工业合成氨的原理。
②镁条能在N2中燃烧N2+3Mg====Mg3N2（金属镁、锂均能与氮气反应）
Mg3N2易与水反应：
Mg3N2+6H2O===3Mg（OH）2+2NH3↑
点燃
点燃
点燃
〖拓展延伸〗镁条在空气中点燃发生的反应有：
2Mg+O2====2MgON2+3Mg====Mg3N22Mg+CO2====2MgO+C
⑵N2与O2化合生成NO：
N2+O2
2NO
〖说明〗在闪电或行驶的汽车引擎中会发生以上反应。
5．氮气的用途：
⑴合成氨，制硝酸；
⑵代替稀有气体作焊接金属时的保护气，以防止金属被空气氧化；
⑶在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发；
⑷保存粮食、水果等食品，以防止腐烂；
⑸医学上用液氮作冷冻剂，以便在冷冻麻醉下进行手术；
⑹利用液氮制造低温环境，使某些超导材料获得超导性能。
6．制法：
△
⑴实验室制法：
加热NH4Cl饱和溶液和NaNO2晶体的混合物。
NaNO2+NH4Cl===NaCl+N2↑+2H2O
分馏
净化、液化
⑵工业制法：
液氮（沸点-195.8℃）N2
空气────→───→
液氧（沸点-183℃）O2
7．氮的固定：
游离态氮转变为化合态氮的方法。
自然固氮→闪电时，N2转化为NO
生物固氮→豆科作物根瘤菌将N2转化为化合态氮
工业固氮→工业上用N2和H2合成氨气
8．氮的循环：
〖说明〗在自然界，通过氮的固定，使大气中游离态的氮转变为化合态的氮进入土壤，植物从土壤中吸收含氮的化合物制造蛋白质。
动物则靠食用植物得到蛋白质。
动物的尸体残骸，动物的排泄物以及植物腐败物等在土壤中被细菌分解，变为含氮化合物，部分被植物吸收；而土壤中的硝酸盐也会被细菌分解成氮气，氮气可再回到大气中。
这一过程保证了氮在自然界的循环。
【及时巩固】
〖练习1〗氮元素在地球上含量丰富，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。
下列叙述与氮元素的循环无关的是
A．工业合成氨的过程是固氮的过程
B．自然界中，氨是动物体特别是蛋白质腐败后的产物
C．为防止粮食、罐头、水果等食品腐烂，常用氮气作保护气
D．电闪雷鸣的雨天，N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
〖练习2〗下列反应起了氮的固定作用的是
A．N2和H2在一定条件下反应生成NH3B．NO和O2反应生成NO2
C．NH3经催化氧化生成NOD．由NH3制碳铵和硫铵
〖练习2〗相同质量的镁条分别在氧气、氮气和空气中充分燃烧，所得固体产物的质量由大到小的顺序是________________________（用氧气、氮气、空气填写，下同）；过量的镁条分别在相同状况下相同体积的氧气、氮气和空气中充分燃烧，生成的固体产物的质量由大到小的顺序是_______________。
答案：
氧气、空气、氮气氮气、空气、氧气
三、氮的氧化物：
各种价态氮氧化物：
（N2O）、
（NO）、
（N2O3）、
（NO2、N2O4）、
（N2O5），其中N2O3和N2O5分别是HNO2和HNO3的酸酐。
气态的氮氧化物几乎都是剧毒性物质，在太阳辐射下还会与碳氢化物反应形成光化学烟雾。
1．NO、NO2性质：
氮的氧化物
一氧化氮（NO）
二氧化氮（NO2）
物理性质
为无色、不溶于水、有毒的气体
为红棕色、有刺激性气味、有毒的气体，易溶于水
化学性质
①极易被空气中的O2氧化：
2NO+O2=2NO2
②NO中的氮为+2价，处于中间价态，既有氧化性又有还原性
①与H2O反应：
3NO2+H2O＝2HNO3+NO
（工业制HNO3原理．在此反应中，NO2同时作氧化剂和还原剂）
②平衡体系：
2NO2
N2O4
氮氧化物对环境的污染、危害及防治措施
①硝酸型酸雨的产生及危害
②造成光化学烟雾的主要因素：
氮氧化物（NxOy）和碳氢化合物（CxHy）在大气环境中受到强烈的太阳紫外线照射后，发生复杂的化学反应，主要生成光化学氧化剂（主在是O3）及其他多种复杂的化合物，这是一种新的二次污染物，统称为光化学烟雾。
光化学烟雾刺激呼吸器官，使人生病甚至死亡。
光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。
③破坏臭氧层
措施：
空气中的NO、NO2污染物主要来自于石油产品和煤燃烧的产物、汽车尾气以及制硝酸工厂的废气，因此使用洁净能源，减少氮氧化物的排放；为汽车安装尾气转化装置；处理工厂废气可以减少排放。
2．NO、NO2的制取：
⑴实验室NO可用Cu与稀HNO3反应制取：
3Cu＋8HNO3（稀）＝3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，由于NO极易与空气中的氧气作用，故只能用排水法收集。
⑵实验室NO2可用Cu与浓HNO3反应制取：
Cu＋4HNO3（浓）＝Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O，由于NO2可与水反应，故只能用排空气法收集。
3．2NO2
N2O4△H<0的应用
（见五年高考三年模拟P174——四）
【及时巩固】
〖练习1〗右图为装有活塞的密闭容器，内盛22.4mL的NO，若通入11.2mLO2（气体体积均在标准状况下测定），保持温度和压强不变，则容器内的密度
A．等于1.369g/LB．等于2.054g/L
C．在1.369g/L和2.054g/L之间D．大于2.054g/L
〖练习2〗用NA代表阿伏加德罗常数，下列说法正确的是
A．0.5molAl与足量盐酸反应转移电子数为1NA
B．标准状况下，11.2LSO3所含的分子数为0.5NA
C．0.1molCH4所含的电子数为1NA
D．46gNO2在标准状况下的体积约为22.4L
〖练习3〗在恒温时，一固定容积的容器内发生如下反应：
2NO2（g）
N2O4（g）达到平衡时，再向容器内通入一定量的NO2（g），重新达到平衡后，与第一次平衡时相比，NO2的体积分数C
A．不变B．增大C．减小D．无法判断
〖练习4〗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1998年诺贝尔医学及生理学奖。
关于NO的下列叙述不正确的是
A．NO可以是某些含低价N物质的氧化产物B．NO不是亚硝酸酸酐
C．NO可以是某些高价N物质的还原的产物D．NO是红棕色气体
〖练习5〗工业废气NO、NO2是造成大气污染的气体之一，工业上常用原理：
NOx+NH3——N2+H2O，使其转化为无毒的N2，现有NO、NO2的混合3.0L，可与3.5L相同状况的NH3完全反应，全部转化为N2，则在原混合气体中NO和NO2的物质的量之比是
A．1:
1 B．2:
1 C．3:
1 D．1:
3
〖练习6〗上世纪80年代后期人们逐渐认识到，NO在人体内起着多方面的重要生理作用。
下列关于NO的说法不正确的是
A．NO分子中有极性共价键B．NO是造成化学烟雾的因素之一
C．NO是汽车尾气的有害成分之一D．NO分子所含电子总数为偶数
4．有关NO、NO2、O2的混合气体和水反应的计算
基本反应：
3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO+O2=2NO2
4NO2+O2+2H2O=4HNO34NO+3O2+2H2O=4HNO3
⑴NO2与水反应
〖练习1〗在NO2被水吸收的反应中，发生还原反应和发生氧化反应的物质的质量之比为
A．3∶1B．1∶3C．1∶2D．2∶1
〖练习2〗标准状况下，容积为aL的圆底烧瓶充满NO2后，倒立于盛水的水槽中，若烧瓶内溶液不扩散，最终瓶内的溶液的物质的量浓度为
A．
B．
C．
D．
⑵NO（N2）、NO2混合气体与水反应
〖练习3〗一定温度和压强下，将装有N2和NO2混合气体的试管倒立在水中，经足够时间后，试管内气体体积缩小为原体积的3/5，则混合气体中N2和NO2的体积比为
A．2∶3B．3∶2C．3∶5D．5∶3
〖练习4〗将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中，经过足够时间后，试管内气体体积缩小为原体积的一半，则原混合气体中N2和NO2的体积比是
A.1∶1B.1∶2C.1∶3D.3∶1
〖练习5〗NO与NO2的混合气体60mL，通入水中，最后收集到的气体体积为40ml（气体体积均在相同条件下测定），则原混合气体中NO与NO2的体积比为
A.1∶2B.2∶3C.3∶2D.1∶1
⑶NO2和O2的混合气体与水的反应
关系式：
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
NO2与O2的体积比
发生的化学反应
剩余气体
=4:
1
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
无
<4:
1
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
O2
>4:
1
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
3NO2+H2O=2HNO3+NO
NO
〖练习6〗在一定条件下，将充满NO2和O2的试管倒立于水槽中，充分反应后，剩余气体体积为原混合气体的1/8，由原混合气体中NO2和O2的体积比是
A．8：
1B．7：
3C．7：
1D．4：
1
〖练习7〗将盛有12mLNO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2mL无色气体，则原混合气体中O2的体积是
A．1.2mLB．2.4mLC．3.6mLD．4mL
〖练习8〗将容积为50mL的量筒内充满NO2和O2的混合气体，倒置量筒在盛满水的水槽里，足够时间后，量筒里剩余气体体积为5mL。
则混合气体中NO2和O2体积比可能是。
答案：
18:
7或43:
7
〖练习9〗一定条件下将等体积的NO2和O2的混合气体充入试管中，并倒立在水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原体积的
A．1/4 B．3/4 C．1/8 D．3/8
〖练习10〗将充满NO2和O2的量筒倒立于盛有水的水槽中，经过一段时间后，水上升到量筒体积的一半处停止了，则剩余气体的成分是
A．NO2B．NOC．O2D．N2
〖练习11〗标准状况下，在三个干燥的烧瓶内分别装入：
干燥纯净的NH3、含一半空气的氯化氢、NO2和O2的混合气体［V（NO2）∶V（O2）］=4∶17。
然后分别作喷泉实验，三个烧瓶中所得溶液的物质的量浓度之比为
A．2∶1∶:
2B．5∶5∶4C．1∶1∶1D．无法确定
〖练习12〗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．V1>V2>V3B．V1>V3>V2C．V2>V3>V1D．V3>V1>V2
⑷NO和O2的混合气体与水的反应
关系式：
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
NO与O2的体积比
发生的化学反应
剩余气体
=4:
3
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
无
<4:
3
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
O2
>4:
3
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
NO
〖练习13〗一定条件下将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原体积的
A.１/4B.3/4C.1/8D.3/8
〖练习14〗向倒扣在水槽中盛有NO的试管中缓慢通入35mLO2，反应完成后，若试管内的液面仍保持在原来位置，则试管中原NO的体积是
A．20mLB．15mLC．12.5mLD．10mL
〖练习15〗在一定条件下，将m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水中且盛满水的容器内，充分反应后，容器内残留m/2体积的气体，该气体与空气接触后变为红棕色。
则m与n的比值为
A．3∶2B．2∶3C．8∶3D．3∶8
⑸NO2、NO、O2的混合气体与水反应（规律见五·三P173重点难点一）
方法一：
V（O2）=V（NO2）/4+3V（NO）/4或者利用混合气体中的N、O原子个数比，当N（N）∶N（O）=2∶5时，气体可被完全吸收。
方法二：
NO2、NO、O2三种混合气体通入水中，可先按3NO2+H2O=2HNO3+NO求出NO2与H2O反应生成的NO的体积，再加上原混合气体中的NO的体积即为NO的总体积，再按4NO+3O2+2H2O=4HNO3方法进行计算。
特例：
当V（NO）:
V（NO2）:
:
V（O2）=1:
1:
1时，混合气体全部与水反应，无气体剩余。
〖练习16〗同温同压下，将NO2、NO、O2按一定比例充满一容器，再倒置于盛水的水槽中，片刻液体充满了容器。
则反应前NO2、NO、O2的体积比是
A．1∶1∶1B．4∶3∶1C．4∶24∶19D．4∶24∶7
〖练习17〗
把盛有48mLNO和NO2的混合气体的容器倒立于水中（保持同温同压下），液面稳定后，容器内气体体积变为24mL，则：
①原混合气体中，NO是_______mL，NO2是_______mL；
②若在剩余的24mL气体中通入6mLO2，液面稳定后，容器内剩余气体是_______，体积为________mL。
③若在剩余的24mL气体中通入24mLO2，液面稳定后，容器内剩余气体是______，体积为________mL。
④若在原48mLNO和NO2的混合气体中，通入_____mLO2再倒置于水中，水可充满容器。
答案：
（1）1236
（2）NO16（3）O26（4）18
四、氨和铵盐：
1．氨的合成：
N2+3H22NH3
2．氨分子的结构：
NH3的电子式为
，结构式为
，氨分子的结构为三角锥形，N原子位于锥顶，三个H原子位于锥底，键角107°18′，是极性分子。
3．氨气的物理性质：
氨气是无色、有刺激性气味的气体，在标准状况下，密度是0.771g·L—1，比空气小。
氨易液化，液氨气化时要吸收大量的热，使周围温度急剧下降，所以液氨可作致冷剂。
氨气极易溶于水，常温常压下，1体积水中大约可溶解700体积的氨气。
氨的水溶液称氨水。
计算氨水的浓度时，溶质应为NH3。
〖实验〗选修1P97实验4—8
如右图，在干燥的圆底烧瓶里充满氨，用带有玻璃管和滴管（滴管里预先吸入水）的塞子塞进瓶口。
倒置烧瓶，是玻璃管插入盛有水的烧杯（预先在水里滴入少量酚酞溶液）。
轻轻挤压滴管，使少量水进入烧瓶。
观察并描述现象。
现象：
______________________________________________
分析出现这一现象的原因及可能得出的结论：
______________
______________________________________________________
______________________________________________________。
现象：
烧杯里的水由玻璃管进入烧瓶，形成喷泉，烧瓶内液体呈红色。
结论：
形成喷泉，说明氨极易溶于水；水进入烧瓶后酚酞试液呈红色，说明氨溶于水后，水溶液显碱性。
氨对人的眼、鼻、喉等粘膜有刺激作用，若不慎接触过多的氨而出现病症，要及时吸入新鲜空气和水蒸气，并用大量水冲洗眼睛。
4．氨的化学性质：
⑴跟水反应：
氨气溶于水时（氨气的水溶液叫氨水），大部分的NH3分子与H2O分子结合成NH3·H2O（一水合氨）。
NH3·H2O为弱电解质，只能部分电离成NH4＋和OH－。
NH3+H2O
NH3·H2O
NH4＋+OH－
a．氨水的性质：
氨水具有弱碱性，使无色酚酞试液变为浅红色，使红色石蕊试液变为蓝色。
氨水的浓度越大，密度反而越小（是一种特殊情况）。
NH3·H2O不稳定，故加热氨水时有氨气逸出：
NH3·H2O
NH3↑+H2O
b．氨水的组成：
氨水是混合物（液氨是纯净物），其中含有3种分子（NH3、NH3·H2O、H2O）和3种离子（NH4＋和OH－、极少量的H＋）。
c．氨水的保存方法：
氨水对许多金属有腐蚀作用，所以不能用金属容器盛装氨水。
通常把氨水盛装在玻璃容器、橡皮袋、陶瓷坛或内涂沥青的铁桶里。
d．有关氨水浓度的计算：
氨水虽然大部分以NH3·H2O形式存在，但计算时仍以NH3作溶质。
★e．NH3是唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，常用此性质检验NH3。
★比较液氨与氨水：
名称
液氨
氨水
形成
氨降温加压
液化
氨溶于水
物质分类
纯净物
混合物
成分
NH3
NH3、NH3·H2O、H2O、NH4+、OH—、H+
⑵氨与酸（硫酸、硝酸、盐酸等）反应，生成铵盐。
反应原理：
NH3+H+===NH4+
〖说明〗a．当蘸有浓氨水的玻璃棒与蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近时，产生大量白烟。
这种白烟是氨水中挥发出来的NH3与盐酸挥发出来的HCl化合生成的NH4C1晶体小颗粒。
反应的方程式：
NH3+HCl===NH4Cl
b．氨气与挥发性酸（浓盐酸、浓硝酸等）相遇，因反应生成微小的铵盐晶体而冒白烟，这是检验氨气的方法之—。
c．氨气与不挥发性酸（如H2SO4、H3PO4等）反应时，无白烟生成。
⑶与氧化剂反应（具有还原性）
4NH3+5O2
4NO+6H2O
点燃
〖说明〗氨气在催化剂（如铂等）、加热条件下，被氧气氧化生成NO和H2O。
此反应是放热反应，叫做氨的催化氧化（或叫接触氧化）是工业制硝酸的反应原理之一。
4NH3+3O2（纯氧）====2N2+6H2O（黄绿色火焰）
2NH3+3Cl2====N2+6HCl8NH3+3Cl2====N2+6NH4Cl
5．氨气的用途：
①是氮肥工业及制造硝酸、铵盐、纯碱的原料；
②是有机合成工业如合成纤维、塑料、染料、尿素等的常用原料；
③用作冰机中的致冷剂。
6．氨的实验室制法：
（必修1P99）
①反应原理：
2NH4Cl+Ca（OH）2
CaCl2+2NH3↑+2H2O
②发生装置：
固固反应加热装置，与制取氧气的发生装置相同。
③干燥：
用碱石灰干燥。
〖说明〗不能用浓H2SO4、P2O5等酸性干燥剂和CaCl2干燥氨气，因为它们都能与氨气发生反应（CaCl2与NH3反应生成CaCl2·8NH3）。
④收集方法：
由于氨极易溶于水，密度比空气小，所以只能用向下排空气法收集。
⑤检验：
a．用湿润的红色石蕊试纸放试管口或者瓶口（变蓝）
b．蘸有浓盐酸的玻璃棒接近试管口或者瓶口（产生白烟）。
⑥棉花团的作用：
是为了防止试管内的NH3与试管外的空气形成对流，以期在较短时间内收集到较为纯净的氨气。
〖注意〗
①制氨气所用的铵盐不能用NH4NO3、NH4HCO3、（NH4）2CO3等代替，因为NH4NO3在加热时易发生爆炸，而NH4HCO3、（NH4）2CO3极易分解产生CO2气体使制得的NH3不纯。
②消石灰不能用NaOH、KOH等强碱代替，因为NaOH、KOH具有吸湿性，易潮解结块，不利于生成的氨气逸出，而且NaOH、KOH对玻璃有强烈的腐蚀作用。
③NH3极易溶于水，制取和收集的容器必须干燥。
④实验室制取氨气的另一种常用方法：
将浓氨水滴到生石灰或烧碱固体上。
有关反应的化学方程式为：
CaO+NH3·H2O====Ca（OH
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