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第二單元《生產生活中的含氮化合物》
編輯:
逍遙路
關鍵詞:
高一
來源:
高中學習網
第二單元《生產生活中的含氮化合物》
【學海導航】
一、氮氣和氮氧化物
1. 氮氣:無色無味、難溶于水的氣體?諝庵78%(體積分數)是氮氣。
氮分子(N2)為雙原子分子,結構穩(wěn)定,決定了氮氣性質的穩(wěn)定性,常溫下氮氣很穩(wěn)定,很難與其它物質發(fā)生反應,因此,生產上常用氮氣作保護氣。但這種穩(wěn)定是相對的,在一定條件下(如高溫、放電等),也能跟某些物質(如氧氣、氫氣等)發(fā)生反應。
N2 + O2 2NO
N2 + 3H2 2NH3
2. 固氮作用:游離態(tài)氮轉變?yōu)榛蠎B(tài)氮的方法。
途徑 舉例
自然固氮 → 閃電時,N2 轉化為NO
生物固氮 → 豆科作物根瘤菌將N2 轉化為化合態(tài)氮
工業(yè)固氮 → 工業(yè)上用N2 和H2合成氨氣
3、氮氧化物(NO和NO2):
NONO2
色、態(tài)(常溫下)無色氣體紅棕色氣體
氣 味沒有氣味刺激性氣味
毒 性有 毒有 毒
重要反應2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
氮氧化物對環(huán)境的污染、危害及防治措施①硝酸型酸雨的產生及危害
②造成光化學煙霧的主要因素③破壞臭氧層
措施:使用潔凈能源,減少氮氧化物的排放;為汽車安裝尾氣轉化裝置;處理工廠廢氣
氮的氧化物是大氣污染氣體,常用堿液
(NaOH溶液)吸收。
二、氮肥的生產和使用
1、氨的合成: N2 + 3H2 2NH3
2、氨氣的物理性質:
氨氣是無色、有刺激性氣味的氣體,在標準狀況下,密度是0.771g.L-1,比空氣小。氨易液化,液氨氣化時要吸收大量的熱,使周圍溫度急劇下降,所以液氨可作致冷劑。
氨極易溶于水,常溫常壓下,1體積水中大約可溶解700體積的氨氣。氨的水溶液稱氨水。計算氨水的濃度時,溶質應為NH3 。
3、氨的化學性質:
(1)氨溶于水時,大部分氨分子和水分子形成一水合氨分子(NH3?H2O)。一水合氨分子(NH3?H2O)不穩(wěn)定,受熱時分解為氨氣和水。
NH3 + H2O NH3?H2O
NH3?H2O NH4+ + OH-
氨水顯弱堿性。
比較液氨與氨水:
名 稱液 氨氨 水
形 成氨降溫加壓
液 化氨溶于水
物質分類純凈物混合物
成 分NH3NH3、NH3?H2O 、H2O 、 NH4+ 、 OH- 、H+
(2)氨具有弱堿性,可以與酸(硫酸、硝酸、鹽酸等)反應,生成銨鹽。
NH3 + H+ = NH4+
(3)與氧氣反應(具有還原性)
氨氣在催化劑(如鉑等)、加熱的條件下,生成一氧化氮和水,并放出熱量。此反應是放熱反應,是工業(yè)制硝酸的基礎。
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
4、銨鹽:由銨離子和酸根離子構成的鹽。
如:硫酸銨【(NH4)2SO4 ,俗稱硫銨,又稱肥田粉】,氯化銨【NH4Cl,俗稱氯銨】,硝酸銨【NH4NO3,俗稱硝銨】,碳酸氫銨【NH4HCO3,俗稱碳銨】,它們都是白色、易溶于水的晶體。銨鹽屬于銨態(tài)氮肥。常用氮肥有硝態(tài)氮肥和尿素【 CO(NH2)2 】
①銨鹽受熱易分解:
NH4Cl NH3 + HCl
NH4HCO3 NH3 ↑+ H2O + CO2↑
②銨鹽能與堿反應放出氨氣:
NH4Cl + NaOH NaCl + NH3 ↑+ H2O
▲銨態(tài)氮肥,要避免與堿性肥料混合施用。
5、實驗反思:①噴泉實驗的實質是什么?氨氣為什么可做噴泉實驗?是否只有氨氣才能做該實驗?
②用氯化銨和氫氧化鈣固體混合共熱制氨氣,應使用什么實驗裝置?注意哪些問題?
三、硝酸:
1、硝酸的工業(yè)制法:氨催化氧化法
原理: 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
總反應式:NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O
2、硝酸的物理性質:
純硝酸為無色有刺激性氣味的液體,沸點較低(83℃),易揮發(fā),在空氣中遇水蒸氣形成硝酸的小液滴而呈白霧狀。98%以上的濃硝酸稱為“發(fā)煙硝酸”,69%的硝酸溶液稱為濃HNO3。濃HNO3由于HNO3分解產生的NO2溶于硝酸中而一般呈黃色。
3、硝酸的化學性質:
(1)不穩(wěn)定性:4HNO3 4NO2 + 2H2O + O2
硝酸越濃越易分解,因此濃HNO3應存放在棕色試劑瓶中。
(2)強酸性:具有酸的通性。
(3)強氧化性: HNO3中的+5價N元素處于最高價態(tài),具有很強的氧化性。
如:Cu + 4HNO3(濃) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
C + 4HNO3(濃) = CO2 + 4NO2 + 2H2O
鈍化作用:常溫下, 濃HNO3使Fe、Al鈍化。
4、氮及其化合物的性質和轉化關系:
NH4NO3 NH3 HNO3
N2 NO NO2
5、自然界中氮的循環(huán):
雷電 細菌分解
遺 體
固氮
作用 遺體
【例題解析】
【例題1】(12分)下圖中,A是一種無色液體,G是極易溶于水的堿性氣體,Y是胃酸的主要成分,K是不溶于稀硝酸的白色沉淀,反應⑤是工業(yè)制X的主要反應之一。
請按要求填空:
(1)寫出下列物質的化學式:A: ,E: F: ,Y: 。
(2)反應⑤的化學方程式為: 。
(3)1molB通過反應②得到1molF,B中F的質量分數為72%,則B的化學式為: 。
分析:解題要尋找突破口,如“G是極易溶于水的堿性氣體”,中學階段只能是NH3 ,“Y是胃酸的主要成分”,推知Y是HCl;反應⑤是以氨為原料制取X,聯想工業(yè)制硝酸的原理,可推出C是O2,J是NO,A是H2O,再推知D是H2,E是N2,X是HNO3,I是AgNO3,K是AgCl,H是NO2。反應⑤是:4NH3+5O2 4NO+6H2O,反應⑥是:3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO。(3)中1molB通過反應②得到Ag和N2,從已知條件出發(fā),B中F的質量分數為72%,從而推知F的化學式為AgN3 。
【答案】(12分)(1)H2O N2 Ag HCl (2)4NH3+5O2 4NO+6H2O (3)AgN3,
【例題2】汽車尾氣(含有烴類、CO、SO2與NO等物質)是城市空氣的污染源。治理的方法之一是在汽車的排氣管上裝一個“催化轉換器”(用鉑、鈀合金作催化劑)。它的特點是使CO與NO反應,生成可參與大氣生態(tài)環(huán)境循環(huán)的無毒氣體,并促使烴類充分燃燒及SO2的轉化。
(1)寫出一氧化碳與一氧化氮反應的化學方程式
(2)“催化轉換器”的缺點是在一定程度上提高空氣的酸度,其原因是
(3)控制城市空氣污染源的方法可以有 (多選扣分)
a 開發(fā)氫能源 b 使用電動車
c 植樹造林 d 戴上呼吸面具
分析:解此題,一方面應從反應物自身的性質入手,汽車尾氣中,CO具有較強的還原性,NO具有較強的氧化性,一定條件下,可能發(fā)生氧化還原反應;另一方面,應緊扣題意,尋找突破口,由“生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無毒氣體”,推出生成產物為CO2和N2。
【答案】(1) 2CO + 2NO 2CO2 + N2,
(2)SO2轉化成SO3,產生硫酸酸霧。
(3) a、b。
【例題3】在下圖裝置中,燒瓶中充滿干燥氣體a,將滴管中的液體b擠入燒瓶內,輕輕振蕩燒瓶,然后打開彈簧夾f,燒杯中的液體b呈噴泉狀噴出,最終幾乎充滿燒瓶.則a和b分別是( )
分析:此題考查形成噴泉的實驗,從而了解形成噴泉的實質,是要形成內外氣壓差。
【答案】(BD)
【例題4】在100ml NaOH溶液中加入NH4NO3和(NH4)2SO4的固體混合物,加熱充分反應。右圖表示加入的混合物質量和產生的氣體體積(標準狀況)的關系,試計算:
(1)NaOH溶液的物質的量濃度
(2)當NaOH溶液的體積為140mL,固體混合物質量是51.6g時,充分反應后,生成氣體的體積為多少升?
(3)當NaOH溶液體積為180mL時,固體混和物的質量為51.6g時,充分反應后,生成氣體的體積為多少升?
解析:(1)由圖可見:34.4g混合物和100mLNaOH溶液恰好完全反應。
n(NaOH)=n(NH3)= =0.5mol
c(NaOH)= = = 5.00mol/L
(2)V(NaOH)=140mL完全反應所需固體質量
= =48.16g<51.6g,
因固體過量,所以
V(g)=22.4L?mol-1×5mol?L-1×0.14L=15.68L
(3)V(NaOH)=180mL完全反應所需固體質量
= =61.92g>51.6g,故NaOH過量,固體51.6g完全反應, =
V(g)=16.8L
【答案】:(1)5.00mol/L (2)15.68L (3)16.8L。
【習題精練】
一、選擇題:(每小題只有一個選項正確)
1、據稱2004年冬季將是自1869年人類有氣象觀測記錄以來的四大暖冬之最。江蘇氣溫預計 較常年偏高4~6℃。這與下列各組中的兩種氣體在大氣中的含量都有關系的是: ( )
A.SO2、CO2 B.NO2、CO
C.CO2、CH4 D.NO、O3
2、美國三位醫(yī)學教授因發(fā)現X 物質在人體血管系統(tǒng)內具有傳送信號的功能而榮獲1998年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。因此 X 物質被譽為“生物信使分子”。已知 X 是一種奇電子數分子,也是一種污染大氣的無色氣體,且能使血紅蛋白失去攜氧能力。則 X 是: ( )
A.CO B.HF C.CO2 D.NO
3、起固氮作用的化學反應的是: ( )
A.工業(yè)上用氮氣和氫氣合成氨氣
B.一氧化氮與氧氣反應生成二氧化氮
C.氨氣經催化氧化生成一氧化氮
D.由氨氣制碳酸氫氨和硫酸氨
4、在標準狀況下, ①HCl②NH3 ③SO2 ④NO2分別充滿容積相同的燒瓶做噴泉實驗, 都獲成功, 則生成溶液物質的量濃度相同的是: ( )
A.①②③ B.①②③④
C.①②④ D.①②
5、在NO2與水的反應中,水: ( )
A.是還原劑
B.是氧化劑
C.既是氧化劑又是還原劑
D.既不是氧化劑又不是還原劑
6、密度為0.91 g?cm-3的氨水,質量百分比濃度為25%(即質量分數為0.25),該氨水用等體積的水稀釋后,溶液中溶質的質量分數為 ( )
A.等于12.5% B.大于12.5%
C.小于12.5% D.無法確定
7、在NH3、HNO3、H2SO4的工業(yè)生產中,具有的共同點是: ( )
A.使用吸收塔設備
B.使用尾氣吸收裝置
C.使用H2作原料
D.使用催化劑
8、工業(yè)廢氣中氮氧化合物是造成污染的主要來源。為治污,工業(yè)上通常通入NH3與之發(fā)生下列反應:NOX+NH3→N2+H2O,F有NO、NO2的混合氣3L,可用同溫同壓下的3.5LNH3恰好使其完全轉化為N2,則原混合氣體中NO和NO2的物質的量之比: ( )
A.1:3 B.2:1
C.1:1 D.1:4
9、限用一種試劑, 經過一次性實驗就能鑒別下列四種溶液:Na2CO3、(NH4)2SO4、NH4Cl、KNO3, 應選用: ( )
A.AgNO3溶液 B.NaOH溶液
C.Ba(OH)2溶液 D.鹽酸
10、Inorganic Syntheses一書中,有一如右圖所示的裝置,用以制備某種干燥的純凈氣體。該裝置中所裝的藥品正確的是:( )
A.A中裝濃硫酸,B中裝濃鹽酸
B.A中裝濃鹽酸,B中裝濃硫酸
C.A中裝氫氧化鈉濃溶液,B中裝濃氨水
D.A中裝濃氨水,B中裝氫氧化鈉濃溶液
11、對下列事實的解釋正確的是: ( )
A.濃硝酸在光照下變黃,證明硝酸不穩(wěn)定,且產物有紅棕色氣體可溶于濃硝酸
B.向某溶液中加入氯化鋇溶液和稀硝酸,生成白色沉淀,則原溶液一定含有SO42-
C.常溫下,將銅放入濃硫酸中無明顯變化,說明銅在冷的濃硫酸中鈍化
D.氯氣使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{,說明氯氣可與淀粉反應
12、在某100mL混合液中,HNO3和H2SO4的物質的量濃度分別是0.4mol?L-1和0.1mol?L-1。向該混合液中加入1.92g銅粉,加熱,待充分反應后,所得溶液中的Cu2+的物質的量濃度(mol?L-1)是: ( )
A.0.15 B.0.225 C.0.35 D.0.45
二、填空題:
13.制取氨氣并完成噴泉實驗(圖中夾持裝置已略去)。
⑴寫出實驗室制取氨氣的化學方程式:
.
⑵收集氨氣用 法,要得到干燥的氨氣可選用 作干燥劑。
⑶用圖1裝置進行噴泉實驗,上部燒瓶已裝滿干燥氨氣,引發(fā)水上噴的操作是 該實驗的原理是 .
⑷如果只提供如圖2的裝置,請說明引發(fā)噴泉的方法。
.
14.A、B、C、D均為中學所學的常見物質且均含有同一種元素,它們之間的轉化關系如下圖所示(反應條件及其他物質已經略去):
。
(1)若A、D的水溶液均能使?jié)駶櫟乃{色石蕊試紙變紅,且D為強酸,則A、D分別為(填寫化學式)A: ,D: 。
寫出A→B轉化的化學方程式: 。
(2)若A的水溶液能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍,D的稀溶液能使藍色的濕潤石蕊試紙變紅。則A為 ,寫出A→B轉化的化學方程式:
15. NO分子因污染空氣而臭名昭著。近年來,發(fā)現少量的NO在生物體內許多組織中存在,它有擴張血管、免疫、增強記憶的功能,而成為當前生命科學的研究熱點,NO亦被稱為“明星分子”。請回答下列問題。
(1)NO對環(huán)境的危害在于(填以下項目的編號)
A.破壞臭氧層
B.高溫下能使一些金屬被氧化
C.造成酸雨
D.與人體血紅蛋白結合
(2)在含Cu+ 離子的酶活化中心中,亞硝酸根離子(NO2-)可轉化為NO,寫出Cu+和亞硝酸根離子在酸性水溶液中反應的離子方程式:。
(3)在常溫下,把NO氣體壓縮到100個大氣壓,在一個體積固定的容器里加熱到50℃,發(fā)現氣體的壓力迅速下降,壓力降至略小于原壓力2/3就不再改變,已知其中一種產物為N2O,寫出上述變化的化學方程式:。
16.人類也可主動地參與氮循環(huán),合成氨工業(yè)就是參與上圖過程 ①的手段之一,氮肥的生產和使用促進了植物體內蛋白質和核酸的合成,使農業(yè)生產取得了飛速發(fā)展,以天然氣為原料合成氨是新的生產氮肥的方法,它具有污染小、成本低等諸多優(yōu)點。 其過程大體如下:
(1)請寫出用天然氣制備氫氣的化學方程式:
(2)寫出合成尿素[CO(NH2)2]反應的化學方程式:
(3)某工廠以標準狀態(tài)下的含CH489.6%的天然氣100 m3為原料經過上述過程,只生產NH4NO3,不生產尿素, 若生產中氮元素無損失,求最多可制得NH4NO3化肥的質量。
17.下圖是銅與稀硝酸反應的兩個實驗裝置圖,請回答下列問題:
(1)銅與稀硝酸反應的離子方程式_____ _
。
(2)I實驗裝置中能否證明銅與稀硝酸反應生成的是NO氣體______________(填“能”或“不能”),簡述理由___________ _
。
(3)若用Ⅱ實驗裝置進行實驗,以證明銅與稀硝酸反應生成的氣體是NO,則:檢查氣密性的操作是__________________________________
_________________________。
在燒杯中加入一定體積的稀硝酸,打開止水夾,用注射器慢慢抽取干燥管內的空氣,稀硝酸沿著干燥管慢慢上升,直到充滿整個干燥管,停止抽拉注射器,關閉止水夾,觀察干燥管內的現象__________________________________
_______________________________________。反應停止后,打開止水夾,用注射器抽取干燥管內的氣體(事先已將注射器內原有的空氣推出),關閉止水夾后取下注射器,并抽取一定量的空氣,觀察到的現象是_______________
__ 。
(4)上述實驗完成后,將注射器內的氣體通入到NaOH溶液中,其目的是__________________
_______________ 。
18.某化肥廠用NH3為原料制取硝酸,再進一步制取NH4NO3。已知:由NH3制取HNO3時的產率為88%;由NH3與HNO3反應生成NH4NO3的產率為98%。若用100t NH3制取硝酸銨,則用于制硝酸的氨的質量為多少噸?可制得硝酸銨多少噸?
【答案】
一、選擇題:(每小題只有一個選項正確)
1、C 2、D 3、A 4、B 5、D 6、C
7、D 8、A 9、C 10、B 11、A 12、B
二、填空題:
13.⑴2NH4Cl + Ca(OH)2 2NH3↑ + CaCl2 + 2 H2O
⑵ 向下排空氣 , 堿石灰
⑶打開止水夾,擠出膠頭滴管中的水 ; 氨氣極易溶于水,致使燒瓶內氣體壓強迅速減小。
⑷ 打開止水夾,用手或熱毛巾將燒瓶捂熱,氨氣受熱膨脹,趕出玻璃導管內的空氣,使得氨氣與水接觸,即可發(fā)生噴泉現象。
14、(1)A:H2S D:H2SO4
2H2S+3O2 == 2SO2+2H2O;
(2)A:NH3 4NH3+5O2 == 4NO + 6H2O
15.(1)C、D。
(2) Cu+ + NO2- + 2H+ = Cu2+ + NO↑+H2O
(3) 3NO = N2O +NO2
16.(1)CH4 + 2H2O CO2 + 4H2
(2)2NH3 + CO2 = CO(NH2)2 + H2O
(3)426.5Kg
17.(1)3Cu + 2NO3 ? + 8H+ 3Cu2+ + 2NO↑+ 4H2O
(2)不能,因為圓底燒瓶中有空氣,空氣中的氧氣會與NO反應生成NO2,出現紅棕色。
(3)關閉止水夾,將干燥管放入帶有水的燒杯中,若干燥管內的液面比燒杯中的液面低,且過一段時間后干燥管內的液面位置保持不變,則表明該裝置的氣密性良好。銅片溶解,且表面有無色氣泡產生,溶液變成藍色,液面下降。有紅棕色氣體產生。
(4)防止污染環(huán)境。
18、52.7t, 218t
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