（浙江選考）2020版高考化學大一輪復習 第3講 元素化學 考點20 氮及其氧化物學案.docx

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考點20　氮及其氧化物 知識條目 加試要求 1.氮氧化物的產生、轉化及其性質 a 2.氮及其化合物的相互轉化關系 c 一、氮氣 1．氮的存在及氮的固定 自然界中N元素大部分以游離態(tài)存在于空氣中，也有一部分以化合態(tài)存在于動、植物體內，土壤及無機鹽中。游離態(tài)的氮轉化為化合態(tài)的氮的過程，叫作氮的固定。 2．分子結構和物理性質 電子式 結構式 顏色 氣味 水溶性 密度 N??N N≡N 無色 無味 難溶于水 與空氣接近 3.化學性質 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。 (1)與H2反應：N2＋3H22NH3 (2)與O2反應：N2＋O22NO (3)與Mg反應：N2＋3MgMg3N2 二、氮的氧化物 氮有多種價態(tài)的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。 1．NO和NO2的比較 NO NO2 物理性質 顏色 無色 紅棕色 溶解性 不溶 能溶 毒性 有毒 有毒 化學性質 與O2反應 2NO＋O2===2NO2 與H2O反應 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 實驗室制法 (填化學方程式) 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 與人體、 環(huán)境的關系 ①與血紅蛋白結合使人中毒；②轉化成NO2形成酸雨、光化學煙霧 形成酸雨、光化學煙霧 2.氮的氧化物與水反應的幾種情況 (1)NO2或NO2與N2(非O2且不溶于水的其他氣體均可)的混合氣體溶于水 可依據3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，利用氣體體積差值進行計算。 (2)NO2和O2混合氣體溶于水的計算 由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知，當體積比：V(NO2)∶V(O2)＜4∶1時，O2過量，剩余氣體為O2；V(NO2)∶V(O2)＝4∶1時，恰好完全反應；V(NO2)∶V(O2)＞4∶1時，NO2過量，剩余氣體為NO。 (3)NO與O2同時通入水中 2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO?？偡磻匠淌綖?NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。當體積比：V(NO)∶V(O2)＜4∶3時，余O2；V(NO)∶V(O2)＝4∶3時，恰好完全反應；V(NO)∶V(O2)＞4∶3時，余NO。 3．NO2與溴蒸氣的鑒別方法 由于NO2和Br2在性質上有不少相似性：①均具有氧化性；②溶于水均有酸生成；③均可與堿反應；④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，可以用下列方法鑒別：①AgNO3溶液；②CCl4；③用水洗法。 【例1】　某氮的氧化物和一氧化碳在催化劑的作用下充分反應，生成氮氣和二氧化碳。若測得氮氣和二氧化碳的物質的量之比為1∶2，則該氮的氧化物為(　　) A．N2OB．NOC．NO2D．N2O5 【解析】　設該氮氧化物的分子式為NOx，根據氧化還原反應規(guī)律寫出反應的化學方程式為2NOx＋2xCON2＋2xCO2，由于n(N2)∶n(CO2)＝1∶2，得出x＝1，因此該氮的氧化物為NO。 【答案】　B 【提煉】　本題主要考查運用氧化還原反應規(guī)律分析、解決氮氧化物相關問題，由此推廣到其他類似的題目也可用相同的方法分析。 【例2】　將容積為50mL的量筒充滿二氧化氮和氧氣的混合氣體，倒置量筒在盛滿水的水槽里，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________或________。 【解析】　NO或NO2與O2的混合氣體與水的反應計算關系式，可由下列化學方程式推導出來。 2NO＋O2===2NO2 ① 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ② 由②2＋①得 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ③ 由①3＋②2 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 ④ ③、④兩式就是平時計算經常用到的關系式。 假設剩余的5mL為O2，則參加反應③的NO2和O2的總體積為50mL－5mL＝45mL。 則原混合氣體里，NO2的體積為45mL4/5＝36mL， O2的體積為50mL－36mL＝14mL， 即NO2與O2的體積比為36∶14＝18∶7。 假設剩余的5mL為NO，由②式得過量的NO2體積為15mL，則發(fā)生反應③的NO2和O2的總體積為50mL－15mL＝35mL。則原混合氣體里，O2的體積為35mL1/5＝7mL，NO2的體積為50mL－7mL＝43mL，即NO2與O2的體積為43∶7。 【答案】　18∶7　43∶7 【提煉】　本題主要考查氮氧化物與O2、H2O反應的計算，相關分析見【知識整理歸納】。 【例3】　氮的氧化物(NOx)是大氣污染物之一，工業(yè)上在一定溫度和催化劑條件下用NH3將NOx還原生成N2。某同學在實驗室中對NH3與NOx反應進行了探究?；卮鹣铝袉栴}： (1)氨氣的制備 ①氨氣的發(fā)生裝置可以選擇上圖中的________，反應的化學方程式為________________________________________________________________________。 ②欲收集一瓶干燥的氨氣，選擇上圖中的裝置，其連接順序為：發(fā)生裝置→______________(按氣流方向，用小寫字母表示)。 (2)氨氣與二氧化氮的反應 將上述收集到的NH3充入注射器X中，硬質玻璃管Y中加入少量催化劑，充入NO2(兩端用夾子K1、K2夾好)。 在一定溫度下按圖示裝置進行實驗。 操作步驟 實驗現象 解釋原因 打開K1，推動注射器活塞，使X中的氣體緩慢通入Y管中 ①Y管中____________________________________________ ②反應的化學方程式________________________________________ 將注射器活塞退回原處并固定，待裝置恢復到溫室 Y管中有少量水珠 生成的氣態(tài)水凝聚 打開K2 ③____________________________________________ ④____________________________________________ 【解析】　(1)①實驗室制取氨氣的常用方法是Ca(OH)2與NH4Cl混合加熱，或者CaO中滴入濃氨水(不需要加熱)。這里提供的裝置只有A適合第一種方法。②要收集干燥的氨氣應用堿石灰進行干燥，干燥管應“大進小出”，即d進c出；由于氨氣的密度比空氣小，應用向下排空氣法進行收集，即f進e出；最后應進行尾氣處理，并要防止倒吸，應接i。 (2)①②：NH3和NO2反應，根據氧化還原反應規(guī)律，生成N2，反應的化學方程式為8NH3＋6NO27N2＋12H2O，產物均無色，因此隨著反應的進行，NO2的紅棕色會逐漸變淺。③④：當產物中的H2O為液體時，反應過程中氣體總物質的量減小，恢復原體積后裝置中氣壓小于大氣壓，因此NaOH溶液會倒吸。 【答案】　(1)①A　Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O　②d→c→f→e→i (2)①氣體紅棕色逐漸變淺?、?NH3＋6NO27N2＋12H2O?、跱aOH溶液倒吸入Y管?、墚敭a物中的H2O為液體時，反應過程中氣體的總物質的量減小，恢復原體積后裝置中氣壓小于大氣壓 【提煉】　本題主要考查氨的制備、凈化、收集和尾氣吸收，以及通過氨的還原性來分析、解決問題?？舍槍怏w的發(fā)生裝置、收集裝置、尾氣處理等進行適當小結歸納。 【例4】　研究氮氧化物反應機理，對于控制汽車尾氣、保護環(huán)境有重要意義。 (1)NO在空氣中存在如下反應：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH 上述反應分兩步完成，其中第一步反應①如下，寫出第二步反應②的熱化學方程式(其反應的焓變ΔH2用含ΔH、ΔH1的式子來表示)： ①2NO(g)N2O2(g)　ΔH1＜0?、赺_____________ (2)工業(yè)制HNO3的尾氣中含有的NO2和NO常用NaOH溶液吸收，反應的化學方程式為：NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O,2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，現有平均組成為NOx的NO、NO2混合氣體，通入足量的NaOH溶液中，充分反應后沒有氣體剩余，則： ①x的取值范圍為________________。 ②反應后溶液中n(NO)∶n(NO)＝__________________(用含x的代數式表示)。 (3)電解法處理氮氧化合物是目前大氣污染治理的一個新思路，原理是將NOx在電解池中分解成無污染的N2和O2除去，如圖所示，兩電極間是新型固體氧化物陶瓷，在一定條件下可自由傳導O2－，電解池的陰極反應為________________________________________________________________________。 【解析】　(1)由蓋斯定律①＋②可得總反應2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，所以總的熱化學方程式－①可得②，則②的熱化學方程式為O2(g)＋N2O2(g)2NO2(g)　ΔH2＝ΔH－ΔH1。 (2)平均組成為NOx的NO、NO2混合氣體，通入足量的NaOH溶液中，充分反應后沒有氣體剩余，根據反應NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O和2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，說明只有當n(NO2)∶n(NO)≥1時，混合氣體才能被NaOH溶液完全吸收。當n(NO)∶n(NO2)＝1時，x＝1.5；當只有NO2時，x＝2；故x取值范圍為1.5≤x＜2。NOx被NaOH溶液完全吸收時，根據氧化還原反應中得失電子守恒規(guī)律，可寫出反應的化學方程式：2NOx＋2NaOH===(5－2x)NaNO2＋(2x－3)NaNO3＋H2O，因此反應后溶液中n(NO)∶n(NO)＝(5－2x)∶(2x－3)。 (3)陰極發(fā)生還原反應，根據題意，陰極上是NOx獲得電子生成N2與O2－，因此電極反應式為2NOx＋4xe－===N2＋2xO2－。 【答案】　(1)O2(g)＋N2O2(g)2NO2(g)　ΔH2＝ΔH－ΔH1 (2)①1.5≤x＜2?、?5－2x)∶(2x－3) (3)2NOx＋4xe－===N2＋2xO2－ 【提煉】　本題主要考查在氮氧化物情景中蓋斯定律的應用、氧化還原反應中的電子守恒規(guī)律和電極反應方程式的書寫，可以總結電極反應方程式的書寫規(guī)律：①先確定陰、陽極，根據陽極發(fā)生氧化反應，陰極發(fā)生還原反應的規(guī)律分析兩極分別發(fā)生反應的物質或微粒；②書寫電極反應式，分析電子得失；③根據電解質分析電荷守恒，配平需要添加的微粒；④根據原子守恒配平。