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第二单元《生产生活中的含氮化合物》

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第二单元《生产生活中的含氮化合物》

【学海导航】
一、氮气和氮氧化物
1. 氮气:无色无味、难溶于水的气体。空气中78%(体积分数)是氮气。
氮分子(N2)为双原子分子,结构稳定,决定了氮气性质的稳定性,常温下氮气很稳定,很难与其它物质发生反应,因此,生产上常用氮气作保护气。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。
N2 + O2 2NO
N2 + 3H2 2NH3
2. 固氮作用:游离态氮转变为化合态氮的方法。
途径 举例
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
3、氮氧化物(NO和NO2):

NONO2
色、态(常温下)无色气体红棕色气体
气 味没有气味刺激性气味
毒 性有 毒有 毒
重要反应2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
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③破坏臭氧层
措施: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
氮的氧化物是大气污染气体,常用碱液
(NaOH溶液)吸收。
二、氮肥的生产和使用
1、氨的合成: N2 + 3H2 2NH3
2、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 。
3、氨的化学性质:
(1)氨溶于水时,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)不稳定,受热时分解为氨气和水。
NH3 + H2O NH3?H2O
NH3?H2O NH4+ + OH-
氨水显弱碱性。
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NH3NH3、NH3?H2O 、H2O 、 NH4+ 、 OH- 、H+
(2)氨具有弱碱性,可以与酸(硫酸、硝酸、盐酸等)反应,生成铵盐。
NH3 + H+ = NH4+
(3)与氧气反应(具有还原性)
氨气在催化剂(如铂等)、加热的条件下,生成一氧化氮和水,并放出热量。此反应是放热反应,是工业制硝酸的基础。
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
4、铵盐:由铵离子和酸根离子构成的盐。
如:硫酸铵【(NH4)2SO4 ,俗称硫铵,又称肥田粉】,氯化铵【NH4Cl,俗称氯铵】,硝酸铵【NH4NO3,俗称硝铵】,碳酸氢铵【NH4HCO3,俗称碳铵】,它们都是白色、易溶于水的晶体。铵盐属于铵态氮肥。常用氮肥有硝态氮肥和尿素【 CO(NH2)2 】
①铵盐受热易分解:
NH4Cl NH3 + HCl
NH4HCO3 NH3 ↑+ H2O + CO2↑
②铵盐能与碱反应放出氨气:
NH4Cl + NaOH NaCl + NH3 ↑+ H2O
▲铵态氮肥,要避免与碱性肥料混合施用。
5、实验反思:①喷泉实验的实质是什么?氨气为什么可做喷泉实验?是否只有氨气才能做该实验?
②用氯化铵和氢氧化钙固体混合共热制氨气,应使用什么实验装置?注意哪些问题?
三、硝酸:
1、硝酸的工业制法:氨催化氧化法
原理: 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
总反应式:NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O
2、硝酸的物理性质:
纯硝酸为无色有刺激性气味的液体,沸点较低(83℃),易挥发,在空气中遇水蒸气形成硝酸的小液滴而呈白雾状。98%以上的浓硝酸称为“发烟硝酸”,69%的硝酸溶液称为浓HNO3。浓HNO3由于HNO3分解产生的NO2溶于硝酸中而一般呈黄色。
3、硝酸的化学性质:
(1)不稳定性:4HNO3 4NO2 + 2H2O + O2
硝酸越浓越易分解,因此浓HNO3应存放在棕色试剂瓶中。
(2)强酸性:具有酸的通性。
(3)强氧化性: HNO3中的+5价N元素处于最高价态,具有很强的氧化性。
如:Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
C + 4HNO3(浓) = CO2 + 4NO2 + 2H2O
钝化作用:常温下, 浓HNO3使Fe、Al钝化。
4、氮及其化合物的性质和转化关系:
NH4NO3 NH3 HNO3

N2 NO NO2
5、自然界中氮的循环:


雷电 细菌分解

遗 体
固氮
作用 遗体

【例题解析】
【例题1】(12分)下图中,A是一种无色液体,G是极易溶于水的碱性气体,Y是胃酸的主要成分,K是不溶于稀硝酸的白色沉淀,反应⑤是工业制X的主要反应之一。

请按要求填空:
(1)写出下列物质的化学式:A: ,E: F: ,Y: 。
(2)反应⑤的化学方程式为: 。
(3)1molB通过反应②得到1molF,B中F的质量分数为72%,则B的化学式为: 。
分析:解题要寻找突破口,如“G是极易溶于水的碱性气体”,中学阶段只能是NH3 ,“Y是胃酸的主要成分”,推知Y是HCl;反应⑤是以氨为原料制取X,联想工业制硝酸的原理,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。反应⑤是:4NH3+5O2 4NO+6H2O,反应⑥是:3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO。(3)中1molB通过反应②得到Ag和N2,从已知条件出发,B中F的质量分数为72%,从而推知F的化学式为AgN3 。
【答案】(12分)(1)H2O N2 Ag HCl (2)4NH3+5O2 4NO+6H2O (3)AgN3,
【例题2】汽车尾气(含有烃类、CO、SO2与NO等物质)是城市空气的污染源。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”(用铂、钯合金作催化剂)。它的特点是使CO与NO反应,生成可参与大气生态环境循环的无毒气体,并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。
(1)写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式
(2)“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高空气的酸度,其原因是
(3)控制城市空气污染源的方法可以有 (多选扣分)
a 开发氢能源 b 使用电动车
c 植树造林 d 戴上呼吸面具
分析:解此题,一方面应从反应物自身的性质入手,汽车尾气中,CO具有较强的还原性,NO具有较强的氧化性,一定条件下,可能发生氧化还原反应;另一方面,应紧扣题意,寻找突破口,由“生成可参与大气生态循环的无毒气体”,推出生成产物为CO2和N2。
【答案】(1) 2CO + 2NO 2CO2 + N2,
(2)SO2转化成SO3,产生硫酸酸雾。
(3) a、b。
【例题3】在下图装置中,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f,烧杯中的液体b呈喷泉状喷出,最终几乎充满烧瓶.则a和b分别是( )
分析:此题考查形成喷泉的实验,从而了解形成喷泉的实质,是要形成内外气压差。
【答案】(BD)
【例题4】在100ml NaOH溶液中加入NH4NO3和(NH4)2SO4的固体混合物,加热充分反应。右图表示加入的混合物质量和产生的气体体积(标准状况)的关系,试计算:
(1)NaOH溶液的物质的量浓度
(2)当NaOH溶液的体积为140mL,固体混合物质量是51.6g时,充分反应后,生成气体的体积为多少升?
(3)当NaOH溶液体积为180mL时,固体混和物的质量为51.6g时,充分反应后,生成气体的体积为多少升?
解析:(1)由图可见:34.4g混合物和100mLNaOH溶液恰好完全反应。
n(NaOH)=n(NH3)= =0.5mol
c(NaOH)= = = 5.00mol/L
(2)V(NaOH)=140mL完全反应所需固体质量
= =48.16g<51.6g,
因固体过量,所以
V(g)=22.4L?mol-1×5mol?L-1×0.14L=15.68L
(3)V(NaOH)=180mL完全反应所需固体质量
= =61.92g>51.6g,故NaOH过量,固体51.6g完全反应, =
V(g)=16.8L
【答案】:(1)5.00mol/L (2)15.68L (3)16.8L。


【习题精练】
一、选择题:(每小题只有一个选项正确)
1、据称2004年冬季将是自1869年人类有气象观测记录以来的四大暖冬之最。江苏气温预计 较常年偏高4~6℃。这与下列各组中的两种气体在大气中的含量都有关系的是: ( )
A.SO2、CO2 B.NO2、CO
C.CO2、CH4 D.NO、O3
2、美国三位医学教授因发现X 物质在人体血管系统内具有传送信号的功能而荣获1998年度诺贝尔生理学或医学奖。因此 X 物质被誉为“生物信使分子”。已知 X 是一种奇电子数分子,也是一种污染大气的无色气体,且能使血红蛋白失去携氧能力。则 X 是: ( )
A.CO B.HF C.CO2 D.NO
3、起固氮作用的化学反应的是: ( )
A.工业上用氮气和氢气合成氨气
B.一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮
C.氨气经催化氧化生成一氧化氮
D.由氨气制碳酸氢氨和硫酸氨
4、在标准状况下, ①HCl②NH3 ③SO2 ④NO2分别充满容积相同的烧瓶做喷泉实验, 都获成功, 则生成溶液物质的量浓度相同的是: ( )
A.①②③ B.①②③④
C.①②④ D.①②
5、在NO2与水的反应中,水: ( )
A.是还原剂
B.是氧化剂
C.既是氧化剂又是还原剂
D.既不是氧化剂又不是还原剂
6、密度为0.91 g?cm-3的氨水,质量百分比浓度为25%(即质量分数为0.25),该氨水用等体积的水稀释后,溶液中溶质的质量分数为 ( )
A.等于12.5% B.大于12.5%
C.小于12.5% D.无法确定
7、在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中,具有的共同点是: ( )
A.使用吸收塔设备
B.使用尾气吸收装置
C.使用H2作原料
D.使用催化剂
8、工业废气中氮氧化合物是造成污染的主要来源。为治污,工业上通常通入NH3与之发生下列反应:NOX+NH3→N2+H2O。现有NO、NO2的混合气3L,可用同温同压下的3.5LNH3恰好使其完全转化为N2,则原混合气体中NO和NO2的物质的量之比: ( )
A.1:3 B.2:1
C.1:1 D.1:4
9、限用一种试剂, 经过一次性实验就能鉴别下列四种溶液:Na2CO3、(NH4)2SO4、NH4Cl、KNO3, 应选用: ( )
  A.AgNO3溶液    B.NaOH溶液
  C.Ba(OH)2溶液   D.盐酸
10、Inorganic Syntheses一书中,有一如右图所示的装置,用以制备某种干燥的纯净气体。该装置中所装的药品正确的是:( )
A.A中装浓硫酸,B中装浓盐酸
B.A中装浓盐酸,B中装浓硫酸
C.A中装氢氧化钠浓溶液,B中装浓氨水
D.A中装浓氨水,B中装氢氧化钠浓溶液
11、对下列事实的解释正确的是: ( )
A.浓硝酸在光照下变黄,证明硝酸不稳定,且产物有红棕色气体可溶于浓硝酸
B.向某溶液中加入氯化钡溶液和稀硝酸,生成白色沉淀,则原溶液一定含有SO42-
C.常温下,将铜放入浓硫酸中无明显变化,说明铜在冷的浓硫酸中钝化
D.氯气使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝,说明氯气可与淀粉反应
12、在某100mL混合液中,HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4mol?L-1和0.1mol?L-1。向该混合液中加入1.92g铜粉,加热,待充分反应后,所得溶液中的Cu2+的物质的量浓度(mol?L-1)是: ( )
A.0.15 B.0.225 C.0.35 D.0.45
二、填空题:
13.制取氨气并完成喷泉实验(图中夹持装置已略去)。
⑴写出实验室制取氨气的化学方程式:
.
⑵收集氨气用 法,要得到干燥的氨气可选用 作干燥剂。
⑶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 .
⑷如果只提供如图2的装置,请说明引发喷泉的方法。

.
14.A、B、C、D均为中学所学的常见物质且均含有同一种元素,它们之间的转化关系如下图所示(反应条件及其他物质已经略去):

(1)若A、D的水溶液均能使湿润的蓝色石蕊试纸变红,且D为强酸,则A、D分别为(填写化学式)A: ,D: 。
写出A→B转化的化学方程式: 。
(2)若A的水溶液能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,D的稀溶液能使蓝色的湿润石蕊试纸变红。则A为 ,写出A→B转化的化学方程式:

15. NO分子因污染空气而臭名昭著。近年来,发现少量的NO在生物体内许多组织中存在,它有扩张血管、免疫、增强记忆的功能,而成为当前生命科学的研究热点,NO亦被称为“明星分子”。请回答下列问题。
(1)NO对环境的危害在于(填以下项目的编号)
A.破坏臭氧层
B.高温下能使一些金属被氧化
C.造成酸雨
D.与人体血红蛋白结合
(2)在含Cu+ 离子的酶活化中心中,亚硝酸根离子(NO2-)可转化为NO,写出Cu+和亚硝酸根离子在酸性水溶液中反应的离子方程式:。
(3)在常温下,把NO气体压缩到100个大气压,在一个体积固定的容器里加热到50℃,发现气体的压力迅速下降,压力降至略小于原压力2/3就不再改变,已知其中一种产物为N2O,写出上述变化的化学方程式:。
16.人类也可主动地参与氮循环,合成氨工业就是参与上图过程 ①的手段之一,氮肥的生产和使用促进了植物体内蛋白质和核酸的合成,使农业生产取得了飞速发展,以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法,它具有污染小、成本低等诸多优点。 其过程大体如下:

(1)请写出用天然气制备氢气的化学方程式:

(2)写出合成尿素[CO(NH2)2]反应的化学方程式:

(3)某工厂以标准状态下的含CH489.6%的天然气100 m3为原料经过上述过程,只生产NH4NO3,不生产尿素, 若生产中氮元素无损失,求最多可制得NH4NO3化肥的质量。

17.下图是铜与稀硝酸反应的两个实验装置图,请回答下列问题:


(1)铜与稀硝酸反应的离子方程式_____ _

(2)I实验装置中能否证明铜与稀硝酸反应生成的是NO气体______________(填“能”或“不能”),简述理由___________ _

(3)若用Ⅱ实验装置进行实验,以证明铜与稀硝酸反应生成的气体是NO,则:检查气密性的操作是__________________________________
_________________________。
在烧杯中加入一定体积的稀硝酸,打开止水夹,用注射器慢慢抽取干燥管内的空气,稀硝酸沿着干燥管慢慢上升,直到充满整个干燥管,停止抽拉注射器,关闭止水夹,观察干燥管内的现象__________________________________
_______________________________________。反应停止后,打开止水夹,用注射器抽取干燥管内的气体(事先已将注射器内原有的空气推出),关闭止水夹后取下注射器,并抽取一定量的空气,观察到的现象是_______________
__ 。
(4)上述实验完成后,将注射器内的气体通入到NaOH溶液中,其目的是__________________
_______________ 。
18.某化肥厂用NH3为原料制取硝酸,再进一步制取NH4NO3。已知:由NH3制取HNO3时的产率为88%;由NH3与HNO3反应生成NH4NO3的产率为98%。若用100t NH3制取硝酸铵,则用于制硝酸的氨的质量为多少吨?可制得硝酸铵多少吨?



【答案】
一、选择题:(每小题只有一个选项正确)
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、填空题:
13.⑴2NH4Cl + Ca(OH)2 2NH3↑ + CaCl2 + 2 H2O
⑵ 向下排空气 , 碱石灰
⑶打开止水夹,挤出胶头滴管中的水 ; 氨气极易溶于水,致使烧瓶内气体压强迅速减小。
⑷ 打开止水夹,用手或热毛巾将烧瓶捂热,氨气受热膨胀,赶出玻璃导管内的空气,使得氨气与水接触,即可发生喷泉现象。
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,因为圆底烧瓶中有空气,空气中的氧气会与NO反应生成NO2,出现红棕色。
(3)关闭止水夹,将干燥管放入带有水的烧杯中,若干燥管内的液面比烧杯中的液面低,且过一段时间后干燥管内的液面位置保持不变,则表明该装置的气密性良好。铜片溶解,且表面有无色气泡产生,溶液变成蓝色,液面下降。有红棕色气体产生。
(4)防止污染环境。
18、52.7t, 218t

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