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第16講　氮及其化合物 一、氮 1．氮元素在自然界中的存在及氮的固定 2．氮氣(N2) (1)物理性質(zhì)：無色無味的氣體，密度比空氣略小，難溶于水，熔點、沸點很低。 (2)化學性質(zhì) N2的電子式為N??N，結(jié)構(gòu)式為N≡N，由于分子中含有的氮氮三鍵鍵能很大，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在通常狀況下，化學性質(zhì)很不活潑。 ①與氧氣反應：N2＋O22NO(汽車尾氣中產(chǎn)生氮的氧化物和雷電固氮)。 ②與氫氣反應：N2＋3H22NH3(工業(yè)合成氨的反應原理)。 ③與Mg反應：3Mg＋N2Mg3N2。 二、氮的氧化物 1．氮有多種價態(tài)的氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等，其中屬于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。 NO和NO2性質(zhì)的比較 2．氮氧化物對環(huán)境的污染及防治 (1)NOx對人體、環(huán)境的影響 ①光化學煙霧；②酸雨；③NO與血紅蛋白結(jié)合使人中毒。 (2)常見的NOx尾氣處理方法 ①堿液吸收法——工業(yè)尾氣中NOx的處理 2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O、 NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O ②催化轉(zhuǎn)化法——汽車尾氣的處理 在催化劑、加熱條件下，氨可將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無毒氣體(N2)或NOx與CO在一定溫度下催化轉(zhuǎn)化為無毒氣體(N2和CO2)。 三、氨和銨鹽 1．氨的分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì) (1)分子結(jié)構(gòu) 分子式：NH3，電子式：，空間構(gòu)型：三角錐形。屬于極性分子。 (2)物理性質(zhì) 無色有刺激性氣味的氣體，密度比空氣小，易液化，可用作制冷劑，極易溶于水(約1∶700)，可由噴泉實驗證明。 (3)化學性質(zhì) ①與水反應：NH3＋H2ONH3H2ONH＋OH－，氨的水溶液叫氨水，呈弱堿性。 a．組成：三種分子：NH3、H2O、NH3H2O；三種離子：NH、OH－、H＋。 b．性質(zhì)：氨水質(zhì)量分數(shù)越大，其密度越小。 c．NH3H2O為可溶性一元弱堿，易揮發(fā)，不穩(wěn)定，易分解： NH3H2ONH3↑＋H2O。(可用于制備少量NH3) ②氨氣與酸反應 a．蘸有濃鹽酸的玻璃棒與蘸有濃氨水的玻璃棒靠近，其現(xiàn)象為有白煙生成，將濃鹽酸改為濃硝酸，也會出現(xiàn)相同的現(xiàn)象?；瘜W方程式為HCl＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。 b．與CO2等酸性氧化物反應：NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3或2NH3＋CO2＋H2O===(NH4)2CO3。 ③NH3的還原性 氨的催化氧化：4NH3＋5O24NO＋6H2O； 與CuO的反應：2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O； 與Cl2的反應：2NH3＋3Cl2===6HCl＋N2或8NH3＋3Cl2===6NH4Cl＋N2。 ④與鹽溶液反應 將氨水加入下列溶液，完成下表： 2．氨氣的制法 (1)工業(yè)制法：N2＋3H22NH3。 (2)實驗室制法 實驗裝置 凈化裝置 3．銨鹽及NH4的檢驗 (1)銨鹽的物理性質(zhì) 大多數(shù)銨鹽是白色固體，均易溶于水。 (2)銨鹽的化學性質(zhì) (3)NH的檢驗 未知液濕潤的紅色石蕊試紙變藍色，則證明含NH。 四、硝酸 1．物理性質(zhì) 硝酸是無色易揮發(fā)的液體，有刺激性氣味。 2．化學性質(zhì) (1)強酸性 與鹽酸、硫酸并稱三大強酸。 (2)強氧化性 ①HNO3與金屬反應時，不產(chǎn)生H2。 a．與除Au、Pt外大部分金屬反應(如Cu)： 與濃硝酸：Cu＋4HNO3(濃)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。 與稀硝酸：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 b．常溫下濃硝酸使Fe、Al鈍化。 ②與非金屬(如木炭)反應 C＋4HNO3(濃)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。 ③與某些還原性化合物(如Fe2＋、SO2、SO、H2S、S2－、HI、I－等)反應，稀硝酸與Fe2＋反應的離子方程式為 3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。 (3)不穩(wěn)定性 ①反應方程式：4HNO3(濃)4NO2↑＋O2↑＋2H2O。 ②硝酸保存在棕色試劑瓶中，置于冷暗處，不能用橡膠塞。 ③市售濃硝酸呈黃色的原因是濃HNO3分解生成NO2，NO2溶于濃硝酸呈黃色。 1．判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“”，并指明錯因。 (1)濃硝酸中滴加紫色石蕊溶液，最終變?yōu)榧t色。() 錯因：濃HNO3中滴加石蕊溶液，先變紅，后褪色。 (2)加熱盛有NH4Cl固體的試管，試管底部固體消失，試管口有晶體凝結(jié)，說明NH4Cl固體可以升華。() 錯因：NH4Cl加熱時，先分解生成NH3和HCl，離開熱源后NH3與HCl又化合生成NH4Cl。 (3)在實驗室里，NO和NO2均用排水法收集。() 錯因：NO2與水發(fā)生反應，不能用排水法收集。 (4)可用NO2與水反應制取硝酸，故NO2是酸性氧化物。() 錯因：NO2是特殊氧化物。 (5)通過灼熱的鎂粉，可除N2中的少量氧氣。() 錯因：加熱時N2與Mg反應生成Mg3N2。 2．教材改編題 (據(jù)人教必修一P103 T5)某同學用濾紙折成一個紙蝴蝶并噴灑一種溶液(保持濕潤)，掛在鐵架臺上。另取一只盛某種溶液的燒杯，放在紙蝴蝶的下方(如圖)。過一會兒，發(fā)現(xiàn)紙蝴蝶變?yōu)榧t色。下表的組合中，能夠?qū)崿F(xiàn)上述變化的是________。 答案?、佗? 考點　氮和氮的氧化物 [典例1]　(2018滁州高三模擬)Murad等三位教授提出NO在人體內(nèi)有獨特的功能，關(guān)于NO的敘述正確的是(　　) ①NO可以是某些含低價氮物質(zhì)氧化的產(chǎn)物?、贜O是亞硝酸的酸酐?、跱O可以是某些含高價氮物質(zhì)還原的產(chǎn)物?、躈O是無色氣體，在空氣中可變?yōu)榧t棕色 A．全部 B．①③④ C．②③④ D．①④ 解析　NO中氮的化合價處于中間價態(tài)，它可以是還原產(chǎn)物，如HNO3→NO，也可以是氧化產(chǎn)物，如NH3→NO；HNO2的酸酐是N2O3；NO是無色氣體，可被空氣中的氧氣氧化為紅棕色的NO2。 答案　B 名師精講 1．將游離態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)榛蠎B(tài)氮的過程叫氮的固定，固定氮的方式有自然固氮和人工固氮。 (1)自然固氮 (2)人工固氮：合成氨工業(yè)。 2．氮的氧化物 氮元素有＋1、＋2、＋3、＋4、＋5五種正價，五種正價對應六種氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5。其中N2O3和N2O5分別是HNO2和HNO3的酸酐。它們都是空氣污染物，空氣中的氮氧化物是造成光化學污染的主要因素。另外，在思考某些問題時，要注意：2NO2N2O4對氣體體積及平均相對分子質(zhì)量的影響。 3．氮氧化物對環(huán)境的污染及防治 (1)常見的污染類型 ①光化學煙霧：NOx在紫外線作用下，與碳氫化合物發(fā)生一系列光化學反應，產(chǎn)生了一種有毒的煙霧。 ②酸雨：NOx排入大氣中后，與水反應生成HNO3和HNO2，隨雨雪降到地面。 ③破壞臭氧層：NO2可使平流層中的臭氧減少，導致地面紫外線輻射量增加。 ④NO與血紅蛋白結(jié)合使人中毒。 (2)常見的NOx尾氣處理方法 ①堿液吸收法 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O NO2、NO的混合氣體能被足量燒堿溶液完全吸收的條件是n(NO2)≥n(NO)。一般適合工業(yè)尾氣中NOx的處理。 ②催化轉(zhuǎn)化法 在催化劑、加熱條件下，氨可將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無毒氣體(N2)或NOx與CO在一定溫度下催化轉(zhuǎn)化為無毒氣體(N2和CO2)。一般適用于汽車尾氣的處理。反應方程式為 4NH3＋6NO5N2＋6H2O 8NH3＋6NO27N2＋12H2O 2NO＋2CON2＋2CO2 2NO2＋4CON2＋4CO2 1．雷雨天，空氣中的N2會發(fā)生一系列反應，生成氮的化合物。雷雨時，一般不可能生成的氮的化合物是(　　) ①NH3　②NO?、跱O2　④N2O3?、軳2O5?、轍NO3 A．②④⑥ B．②③⑤⑥ C．①④⑤ D．①③⑤ 答案　C 解析　雷雨天氣發(fā)生如下反應：N2＋O22NO；2NO＋O2===2NO2；3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。故選C。 2．汽車尾氣主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物質(zhì)，逐漸成為城市空氣污染的主要來源之一。 (1)汽車尾氣中的CO來自于________，NO來自于_____________________。汽車尾氣對環(huán)境的危害主要有________________________(至少填兩種)。 (2)NOx能形成酸雨，寫出NO2轉(zhuǎn)化為HNO3的化學方程式：_____________。 (3)汽車尾氣中的CO、NOx在適宜溫度下采用催化轉(zhuǎn)化法處理，使它們相互反應生成參與大氣循環(huán)的無毒氣體。寫出NO被CO還原的化學方程式_________。 答案　(1)汽油的不完全燃燒　N2與O2在汽車汽缸內(nèi)的高溫環(huán)境下的反應　形成硝酸型酸雨、導致光化學煙霧、產(chǎn)生溫室效應(任填兩種即可)　(2)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　(3)2CO＋2NON2＋2CO2 解析　(1)汽車汽缸內(nèi)不斷進行著汽油的燃燒反應，當空氣不足時，汽油不完全燃燒，會產(chǎn)生CO；當空氣過量時，N2和O2在放電或高溫條件下反應生成NO。汽車尾氣對環(huán)境的危害很大，可以形成硝酸型酸雨，導致光化學煙霧，產(chǎn)生溫室效應。 (3)CO、NOx反應后生成的無毒氣體為CO2和N2。 考點　氮的氧化物的簡單計算 [典例2]　氮氧化合物(用NOx表示)是大氣污染的重要因素，根據(jù)NOx的性質(zhì)特點，開發(fā)出多種化學治理氮氧化合物污染的方法。 (1)用氨可將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無毒氣體。已知：4NH3＋6NO5N2＋6H2O,8NH3＋6NO27N2＋12H2O。同溫同壓下，3.5 L NH3恰好將3.0 L NO和NO2的混合氣體完全轉(zhuǎn)化為N2，則原混合氣體中NO和NO2的體積之比是________。 (2)工業(yè)尾氣中氮的氧化物常采用堿液吸收法處理。 ①NO2被燒堿溶液吸收時，生成兩種鈉鹽，其物質(zhì)的量之比為1∶1，寫出該反應的化學方程式：________________________________。 ②NO與NO2按物質(zhì)的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一種鈉鹽，該鈉鹽的化學式是________。 (3)純堿溶液也能用于處理氮氧化合物廢氣，反應原理與上述(2)類似，同時產(chǎn)生CO2。 ①請寫出純堿溶液吸收NO2的化學方程式：____________________。 ②現(xiàn)有一定量的某工業(yè)廢氣，其中含有3.36 L NO2、1.12 L NO(已換算為標準狀況，假設不含N2O4)，恰好被200 mL碳酸鈉溶液吸收，所得鹽的物質(zhì)的量分別為________、________，該碳酸鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為________molL－1。 解析　(1)設NO的體積為V(NO)，NO2的體積為V(NO2)，依據(jù)方程式知，處理NO需NH3：V(NO)，處理NO2需NH3：V(NO2)，則 解得V(NO)＝0.75 L，V(NO2)＝2.25 L V(NO)∶V(NO2)＝1∶3。 (2)①生成兩種鈉鹽，必然是NO2的歧化反應，依據(jù)量的關(guān)系可知兩種鹽分別為NaNO3和NaNO2。 ②NO中氮的化合價為＋2價，NO2中氮的化合價為＋4價，二者以1∶1混合時與NaOH反應生成一種鈉鹽，依據(jù)得失電子守恒可知，鈉鹽中氮的化合價為＋3，即為NaNO2。 (3)②n(NO2)＝0.15 mol，n(NO)＝0.05 mol 則單獨與Na2CO3反應的NO2為0.15 mol－0.05 mol＝0.1 mol 所以共生成NaNO3：0.05 mol，NaNO2：0.15 mol c(Na2CO3)＝＝0.5 molL－1。 答案　(1)1∶3 (2)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O　 ②NaNO2 (3)①Na2CO3＋2NO2===NaNO3＋NaNO2＋CO2 ②NaNO3：0.05 mol　NaNO2：0.15 mol　0.5 名師精講 氮的氧化物與O2、H2O反應的計算 1．原理 解答氮氧化物溶于水的計算問題首先明確原理，無論是單一氣體(NO2)，還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體，反應的實質(zhì)是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,2NO＋O2===2NO2，故若有氣體剩余只能是NO或O2，不能是NO2。 2．方法 氮的氧化物與O2、H2O反應的計算，常見的有兩種方法 (1)加合式法 ①NO2和O2混合氣體溶于水的計算 由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知： V(NO2)∶V(O2) ②NO與O2同時通入水中 2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 總的化學方程式為4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 可知： V(NO)∶V(O2) (2)得失電子守恒法 NO與O2的混合氣體通入水中發(fā)生反應：2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在這當中，存在著NO向NO2轉(zhuǎn)化、NO2向HNO3轉(zhuǎn)化的同時又生成NO的循環(huán)反應。但總體來講，NO→HNO3，N的化合價升高是由于被O2氧化，因此可寫出 在氧化還原反應中得失電子數(shù)必然相等。 3．(2018沈陽模擬)在一定條件下，將NO2和O2的混合氣體12 mL通入足量水中，充分反應后剩余2 mL氣體(同溫同壓下)，則原混合氣體中氧氣的體積為(　　) ①1.2 mL?、?.4 mL?、? mL?、? mL A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案　D 解析　4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 若剩余的氣體是O2，則V(NO2)＝(12－2)＝8 mL， V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。 若剩余的氣體是NO(2 mL)?6 mL NO2。 則V(O2)＝(12－6)＝1.2 mL。 4．將充有m mol NO和n mol NO2氣體的試管倒立于水槽中，然后通入m mol O2，若已知n>m，則充分反應后，試管中的氣體的物質(zhì)的量(　　) A．(4n－1)/2 mol B．(n－m)/3 mol C．(3m＋n)/3 mol D．3(n－m) mol 答案　B 解析　根據(jù)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO知，n mol NO2氣體反應后生成n/3 mol NO氣體，再根據(jù)4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3得(m＋n/3)∶m>4∶3，則知NO過量，故剩余的物質(zhì)的量為(m＋n/3)－4m/3＝(n－m)/3 mol。 考點　氨氣的性質(zhì)和實驗室制取 [典例3]　(2016全國卷Ⅰ)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NO2反應進行了探究。回答下列問題： (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(zhì)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(xiàn)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，待裝置恢復到室溫 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制備氨氣，可用Ca(OH)2(s)和NH4Cl(s)混合加熱，可選用裝置A；也可采用加熱濃氨水的方法，此時可選用裝置B。②欲得到干燥的氨氣，首先要干燥(干燥管要大口進，小口出)，其次要收集(氨氣密度比空氣小，要用向下排空氣法)，最后為尾氣處理(因氨氣極易溶于水，要用防倒吸的F裝置)。 (2)NH3和NO2在催化劑、一定溫度下可發(fā)生反應，故Y管中紅棕色氣體慢慢變淺；由化學方程式8NH3＋6NO27N2＋12H2O可以得出，反應后氣體分子數(shù)減少，壓強減小，故打開K2后，Z中NaOH溶液會產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象。 答案　(1)①A　2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O(或B　NH3H2ONH3↑＋H2O) ②dcfei (2)①紅棕色氣體慢慢變淺?、?NH3＋6NO27N2＋12H2O　③Z中NaOH溶液產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象?、芊磻髿怏w分子數(shù)減少，Y管中壓強小于外壓 名師精講 1．氨氣的特殊性質(zhì) (1)氨是中學階段所學的唯一的堿性氣體，能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，利用這一點，可以在推斷題中作為解題的突破口。 (2)氨水中含有三種分子(H2O、NH3H2O、NH3)和三種離子(OH－、NH、H＋)，其中含量最多的是NH3H2O(除H2O外)，但計算其物質(zhì)的量濃度和溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)時，氨水的溶質(zhì)以NH3代替。 (3)氨水中存在平衡：NH3＋H2ONH3H2ONH＋OH－。生成的一水合氨(NH3H2O)是一種弱堿，很不穩(wěn)定，受熱會分解：NH3H2ONH3↑＋H2O。當氨水作反應物時，在離子方程式中用分子式表示。 2．實驗室制備氨氣的注意事項 (1)制取氨氣時所用的銨鹽不宜用硝酸銨、碳酸銨或碳酸氫銨。因為在加熱過程中，NH4NO3可能發(fā)生爆炸；而(NH4)2CO3、NH4HCO3受熱易分解產(chǎn)生CO2，使生成的NH3中混有較多的CO2雜質(zhì)。 (2)消石灰不能用NaOH、KOH代替，一方面Ca(OH)2比NaOH便宜，另一方面NaOH、KOH具有吸濕性，易結(jié)塊，不利于產(chǎn)生NH3，且在加熱條件下易腐蝕試管。 (3)氨是堿性氣體，不能用酸性干燥劑(濃硫酸、P2O5)干燥，也不能用CaCl2干燥，因為CaCl2可以吸收NH3生成CaCl28NH3。 (4)吸收氨氣時要注意防止倒吸。 可用于吸收氨氣并能防倒吸的常用裝置為： (5)銨鹽受熱都能分解，但不是都產(chǎn)生NH3，如NH4NO3在200 ℃時分解生成N2O和H2O。 3．實驗室快速制取氨氣的方法 5．(2018長春高三模擬)探究氨氣及銨鹽性質(zhì)的過程中，下列根據(jù)實驗現(xiàn)象得出的結(jié)論不正確的是(　　) A．將集有氨氣的試管倒扣于水槽中，液體迅速充滿試管，說明氨氣極易溶于水 B．向氨水中加入濃氫氧化鈉溶液，加熱產(chǎn)生使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體，說明氨水中含有NH C．加熱NH4HCO3固體，觀察到固體逐漸減少，試管口有液滴產(chǎn)生，說明NH4HCO3受熱易分解 D．將紅熱的Pt絲伸入如圖所示的錐形瓶中，瓶口出現(xiàn)少量的紅棕色氣體，說明氨氣催化氧化的產(chǎn)物中有NO 答案　B 解析　B項，因為氨水中存在氨分子，加熱氨氣逸出，也能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，不能證明是銨根離子與氫氧化鈉反應產(chǎn)生的氨氣，錯誤；D項，4NH3＋5O24NO＋6H2O,2NO＋O2===2NO2，NH3的氧化產(chǎn)物應為NO，正確。 6．如圖所示分別是某課外活動小組設計的制取氨氣的兩組裝置，回答下列問題： (1)用A圖所示的裝置可制備干燥的NH3： 反應的化學方程式為____________________________。 裝置中收集NH3的試管口放置棉花團的作用是__________________。 (2)用B圖所示的裝置可快速制取較大量NH3： ①用文字和化學方程式表示濃氨水滴入CaO中有大量NH3逸出的過程：__________________________________________。 ②檢驗NH3是否收集滿的實驗方法是_______________。 答案　(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O　減少空氣對流，收集到較純凈的NH3 (2)①CaO＋H2O===Ca(OH)2，反應放熱，NH3H2ONH3↑＋H2O?、谟谜河猩僭S濃鹽酸的玻璃棒靠近收集NH3的容器口，若產(chǎn)生白煙，說明容器內(nèi)已收集滿NH3，反之，則沒有收集滿(或用濕潤的紅色石蕊試紙靠近收集NH3的容器口，若濕潤的紅色石蕊試紙變藍，則說明NH3已收集滿，反之，則沒有收集滿)(其他合理答案也可) 解析　(1)A圖所示的裝置中發(fā)生的反應為2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；為了防止氨氣與空氣對流，確保收集滿純凈的氨氣，故用棉花團堵住試管口。 (2)雖然一水合氨與生石灰不反應，但是生石灰與水反應劇烈且放熱，使大量氨氣逸出：NH3H2ONH3↑＋H2O。 考點　銨鹽　NH的檢驗 [典例4]　碳銨是一種較常使用的化肥，它在常溫下易分解。某化學興趣小組對碳銨的成分存在疑問，進行了如下探究。 【定性實驗】檢驗溶液中的陰、陽離子。 取少量固體放入試管中，加入鹽酸，把生成的氣體通入澄清石灰水中，有白色沉淀生成。再另取少量碳銨放入試管中，加入濃NaOH溶液，加熱，用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗生成的氣體，石蕊試紙變藍色。 (1)根據(jù)實驗現(xiàn)象，推測碳銨中含有的陰離子可能是________或________。 (2)根據(jù)實驗現(xiàn)象，碳銨與足量NaOH溶液加熱反應的離子方程式可能是____________________________________________(任寫一種)。 【定量實驗】測定碳銨中C元素和N元素質(zhì)量比。 該興趣小組準確稱取a g碳銨，加熱使之分解，并把產(chǎn)物通入堿石灰中，如下圖所示。 (3)碳銨固體應放在________(填字母)中進行加熱。 A．大試管 B．蒸發(fā)皿 C．燒瓶 D．坩堝 (4)從安全的角度考慮，尾氣處理的裝置可以選用________(填字母)。 (5)若灼燒后沒有固體殘余，稱量U形管在實驗前后的質(zhì)量差為b g。由此測得N元素的質(zhì)量是________g。 解析　(1)氣體為二氧化碳，碳銨中的陰離子為HCO或CO。 (2)碳銨中如果含有碳酸銨，離子方程式為NH＋OH－NH3↑＋H2O；碳銨中如果含有碳酸氫銨，離子方程式為NH＋HCO＋2OH－NH3↑＋2H2O＋CO。 (3)蒸發(fā)皿用于液體加熱；坩堝屬于開放容器不利于收集；燒瓶太大；試管最合適。 (4)B、C裝置容易倒吸，D裝置密封不科學，A裝置可以防止倒吸，符合要求。 (5)碳銨分解生成二氧化碳、水、氨氣，被堿石灰吸收的是二氧化碳和水，所以產(chǎn)生氨氣的質(zhì)量為(a－b)g，其中N元素的質(zhì)量為 g。 答案　(1)HCO　CO (2)NH＋OH－NH3↑＋H2O(或NH＋HCO＋2OH－NH3↑＋2H2O＋CO) (3)A　(4)A　(5) 名師精講 1．銨鹽特例 (1)銨鹽分解不一定產(chǎn)生NH3，如NH4NO3加熱到一定溫度時會發(fā)生爆炸，生成多種氣體。 (2)銨鹽遇堿性物質(zhì)能發(fā)生反應產(chǎn)生氨，因此銨態(tài)氮肥不宜和堿性物質(zhì)(如含K2CO3的草木灰)混合施用。 2．NH的檢驗 7．下列說法中正確的是(　　) A．所有銨鹽受熱均可以分解，產(chǎn)物均有NH3 B．硝酸銨受熱易分解爆炸，實驗室常用加熱氯化銨與氫氧化鈣的固體混合物制備氨氣 C．在盛有硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液的試管中，滴加少量NaOH溶液，在試管口用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗，試紙變藍 D．銨鹽都易溶于水，其水溶液均呈酸性 答案　B 解析　銨鹽分解不一定產(chǎn)生NH3，如NH4NO3在400 ℃以上分解生成N2、NO2和H2O，A項錯誤；Fe2＋比NH更易結(jié)合OH－，所以加入少量NaOH溶液，不會產(chǎn)生NH3，C項錯誤；NH4HCO3、(NH4)2S溶液等均呈堿性，D項錯誤。 8．稱取(NH4)2SO4和NH4HSO4混合物樣品7.24 g，加入含0.1 mol NaOH的溶液，完全反應，生成NH3 1792 mL(標準狀況)，則(NH4)2SO4和NH4HSO4的物質(zhì)的量之比為(　　) A．1∶1 B．1∶2 C．1.87∶1 D．3.65∶1 答案　C 解析　若NaOH完全與NH反應，則生成NH3 0.1 mol，其在標準狀況下的體積為2240 mL，題給條件是生成NH3 1792 mL，可知0.1 mol氫氧化鈉不足，故NaOH先與H＋反應完全，再與NH反應，因共生成NH3 0.08 mol，故與H＋反應的氫氧化鈉為0.02 mol，則可知道NH4HSO4為0.02 mol，則(NH4)2SO4的質(zhì)量為7.24 g－115 gmol－10.02 mol＝4.94 g，物質(zhì)的量為4.94 g132 gmol－1≈0.0374 mol。兩者物質(zhì)的量之比為1.87∶1。 考點　硝酸的性質(zhì)及應用 [典例5]　(2018邯鄲大名一中月考)向50 mL稀H2SO4與稀HNO3的混合溶液中逐漸加入鐵粉，假設加入鐵粉的質(zhì)量與產(chǎn)生氣體的體積(標準狀況)之間的關(guān)系如圖所示，且每一段只對應一個反應。下列說法正確的是(　　) A．開始時產(chǎn)生的氣體為H2 B．AB段發(fā)生的反應為置換反應 C．所用混合溶液中c(HNO3)＝0.5 molL－1 D．參加反應的鐵粉的總質(zhì)量m2＝5.6 g 解析　向混合溶液中逐漸加入鐵粉，鐵首先和稀硝酸反應生成Fe3＋和NO；當溶液中NO完全被消耗之后，過量的鐵能和Fe3＋反應生成Fe2＋；當Fe3＋完全反應之后，過量的鐵和稀硫酸反應生成FeSO4和H2。由以上分析可知，開始生成的氣體是NO，A錯誤；AB段的反應是鐵和Fe3＋的反應，不是置換反應，B錯誤；A點對應的氣體是NO，物質(zhì)的量是0.05 mol，根據(jù)氮原子守恒可知，稀硝酸的物質(zhì)的量濃度是＝1.0 molL－1，C錯誤；生成氫氣的體積是0.56 L，物質(zhì)的量為0.025 mol，所以反應中共轉(zhuǎn)移電子0.05 mol3＋0.025 mol2＝0.2 mol，參加反應的鐵最終在溶液中以Fe2＋的形式存在，因此根據(jù)得失電子守恒可知，消耗鐵的物質(zhì)的量是0.1 mol，質(zhì)量是5.6 g，D正確。 答案　D 名師精講 1．硝酸的性質(zhì) (1)硝酸與非金屬單質(zhì)反應 硝酸與非金屬單質(zhì)反應時，非金屬單質(zhì)被氧化成最高價氧化物或其對應的含氧酸，硝酸只表現(xiàn)氧化性，完全轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物。如： C＋4HNO3(濃)2H2O＋CO2↑＋4NO2↑ S＋6HNO3(濃)2H2O＋H2SO4＋6NO2↑ (2)硝酸與金屬反應 ①硝酸與金屬單質(zhì)反應一般不產(chǎn)生氫氣。 ②硝酸與金屬單質(zhì)反應時一部分被還原，一部分生成硝酸鹽，故硝酸既表現(xiàn)了酸性又表現(xiàn)了氧化性。 ③濃硝酸與金屬反應時，若金屬過量，開始反應時濃硝酸被還原為NO2，隨著反應的進行，HNO3濃度降低，還原產(chǎn)物會變?yōu)镹O。 ④硝酸在氧化還原反應中，其還原產(chǎn)物可能有多種價態(tài)的物質(zhì)：NO2、HNO2、NO、N2O、N2、NH4NO3等，這取決于硝酸的濃度和還原劑還原性的強弱，一般情況下，硝酸的濃度越小，其還原產(chǎn)物的價態(tài)越低。 實驗證明，硝酸濃度越大，得電子的能力越強，因而其氧化能力越強。 2．NO在酸性條件下的強氧化性 NO在酸性條件下具有強氧化性，往往作為隱含條件出現(xiàn)在試題中，在解題中往往被忽視而形成易錯點。常見的隱含形式有 (1)在離子共存問題中，NO在酸性條件下不與具有較強還原性的離子如S2－、I－、Fe2＋等大量共存。 (2)SO的檢驗中不能用HNO3酸化、不能用Ba(NO3)2作沉淀劑，以防止SO的干擾。 (3)向Ba(NO3)2溶液中通入還原性氣體SO2可得到BaSO4沉淀。 (4)向Fe(NO3)2溶液中加入非氧化性酸，如鹽酸，F(xiàn)e2＋能被氧化為Fe3＋。 (5)向過量銅與一定量硝酸反應后的混合物中加入非氧化性酸，銅能繼續(xù)溶解。 (6)向含還原性離子的酸性溶液中加入硝酸鹽，還原性離子可被氧化。 3．硝酸與金屬反應的計算方法 (1)思維建模 (2)計算方法 原子 守恒法 HNO3與金屬反應時，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作為氧化劑轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物，這兩部分中氮原子的總物質(zhì)的量等于反應消耗的HNO3中氮原子的物質(zhì)的量 得失電子 守恒法 HNO3與金屬的反應屬于氧化還原反應，HNO3中氮原子得電子的物質(zhì)的量等于金屬失電子的物質(zhì)的量 離子方程式 計算法 金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應時，由于硝酸鹽中NO在H2SO4提供H＋的條件下能繼續(xù)與金屬反應，因此此類題目應用離子方程式來計算，先作過量判斷，然后根據(jù)完全反應的金屬或H＋或NO進行相關(guān)計算 9．下列說法正確的是(　　) A．常溫下將濃HNO3滴入鐵粉中無明顯現(xiàn)象，故濃HNO3與鐵不反應 B．用如圖裝置進行實驗，將裝置①中的濃硝酸滴入裝置②用砂紙打磨過的鋁條中可觀察到產(chǎn)生紅棕色氣體 C．HNO3見光會分解 D．向稀HNO3中滴加Na2SO3溶液：SO＋2H＋===SO2↑＋H2O 答案　C 解析　常溫下濃HNO3使Fe鈍化，不是不反應，A錯誤；B項中在常溫下鋁遇濃硝酸會發(fā)生鈍化，不會產(chǎn)生二氧化氮，錯誤；C項中，硝酸見光和受熱均會分解，正確；D項中，HNO3與Na2SO3發(fā)生氧化還原反應，生成SO與NO，錯誤。 10．將32.64 g銅與140 mL一定濃度的硝酸反應，銅完全溶解，產(chǎn)生的NO和NO2混合氣體在標準狀況下的體積為11.2 L。請回答下列問題： (1)NO的體積為________L，NO2的體積為________L。 (2)參加反應的HNO3的物質(zhì)的量是____________。 (3)待產(chǎn)生的氣體全部釋放后，向溶液中加入V mL a molL－1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部轉(zhuǎn)化成沉淀，則原硝酸溶液的濃度為________molL－1。 (4)欲使銅與硝酸反應生成的氣體在NaOH溶液中全部轉(zhuǎn)化為NaNO3，至少需要30%的雙氧水________g。 答案　(1)5.824　5.376　(2)1.52 mol (3)　(4)57.8 解析　(1)n(Cu)＝＝0.51 mol，設混合氣體中NO的物質(zhì)的量為x，NO2的物質(zhì)的量為y。 根據(jù)氣體的總體積為11.2 L，有：x＋y＝0.5 mol。 根據(jù)得失電子守恒，有：3x＋y＝(0.512) mol。 解方程組得：x＝0.26 mol，y＝0.24 mol。 則：V(NO)＝0.26 mol22.4 Lmol－1＝5.824 L V(NO2)＝11.2 L－5.824 L＝5.376 L。 (2)參加反應的HNO3分兩部分：一部分沒有被還原，顯酸性，生成Cu(NO3)2；另一部分被還原成NO2和NO，所以參加反應的HNO3的物質(zhì)的量為0.51 mol2＋0.5 mol＝1.52 mol。 (3)HNO3在反應中一部分變成氣體，一部分以NO的形式留在溶液中。變成氣體的HNO3的物質(zhì)的量為0.5 mol。加入NaOH溶液至正好使溶液中Cu2＋全部轉(zhuǎn)化為沉淀，則溶液中只有NaNO3，其物質(zhì)的量為10－3aV mol，所以，c(HNO3)＝ molL－1。 (4)由得失電子守恒得：2n(Cu)＝2n(H2O2)，2＝n(H2O2)2，n(H2O2)＝0.51 mol，則m(H2O2)＝17.34 g。 需30%的雙氧水：17.34 g30%＝57.8 g。 微專題 壓強差原理在化學實驗中的應用 1 通過壓強的變化，檢查裝置的氣密性檢查裝置氣密性的原理一般都是通過改變裝置內(nèi)氣體壓強實現(xiàn)的，若檢查氣密性的裝置本身是一個非氣密性裝置，則首先要處理成一個密閉體系。其敘述形式是：裝置形成封閉體系→操作(微熱、手捂、熱毛巾捂、加水等)→描述現(xiàn)象→得出結(jié)論。 [典例1]　如圖：裝置A、B在加入反應物前，怎樣檢查其氣密性？ 答案　對裝置A：將導管的出口浸入水槽的水中，手握住試管，有氣泡從導管口逸出，放開手后，有少量水進入導管，且水柱保持一段時間不變，說明裝置不漏氣；對裝置B：塞緊橡皮塞，夾緊彈簧夾后，從長頸漏斗注入一定量的水，使長頸漏斗內(nèi)的水面高于試管內(nèi)的水面，停止加水后，長頸漏斗中與試管中液面差保持不變，說明裝置不漏氣。 [體驗1]　下列所示裝置中，肯定不符合氣密性要求的是(　　) 答案　D 解析　A中由于分液漏斗和燒瓶之間有橡皮管連接，壓強相等，分液漏斗中液體一定能夠順利流下，無法判斷裝置氣密性；B和C能夠說明裝置的氣密性完好；兩端液面能夠保持水平，而D中說明裝置氣密性不好。 2 防止壓強減小，出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象是指有毒、對環(huán)境有污染的一類氣體在被試劑吸收的時候，根據(jù)氣體溶解度的大小造成裝置系統(tǒng)內(nèi)壓強降低容易倒吸的現(xiàn)象，對吸收裝置加以改進，從而起到防止倒吸的作用。 [典例2]　如圖是某課外興趣小組的同學設計的各種尾氣吸收裝置，從實驗安全和環(huán)境保護的角度考慮，其中能用于吸收HCl(裝置中的液體為水，固體為堿石灰)的是________(填字母)。 解析　HCl極易溶于水，a裝置倒置漏斗的截面積大，一旦產(chǎn)生倒吸時，進入漏斗中的水面就會與燒杯中的水面脫離，漏斗中的水會在重力作用下又回到燒杯中，不會進入導管產(chǎn)生倒吸；b裝置中應短進長出，HCl的密度大于空氣，利于HCl排出被吸收，且無吸收HCl的裝置；c裝置若長進短出時，如d裝置可防止倒吸。 答案　adeh [體驗2]　判斷物質(zhì)在不同溶劑中的溶解度時，有一條經(jīng)驗規(guī)則：極性分子(如H2O等)組成的溶劑易于溶解極性分子的溶質(zhì)；非極性分子(如苯、四氯化碳等)組成的溶劑易于溶解非極性分子組成的溶質(zhì)。下列裝置中，不適于用做HCl氣體尾氣吸收的是(　　) 答案　B 解析　B裝置中由于HCl氣體不溶于苯而直接逸出，不適于用做HCl尾氣的吸收；C裝置中由于HCl難溶于CCl4，不會發(fā)生倒吸，同時HCl在外逸的過程中被上層的水吸收，故可用于HCl尾氣的吸收；D裝置的原理與A相似，也不會發(fā)生倒吸。 3 通過增大或減小壓強，產(chǎn)生噴泉噴泉現(xiàn)象是指極易溶于水的一類氣體被水吸收，或易發(fā)生化學反應的氣體被吸收劑吸收而使氣體分子數(shù)減少造成壓強降低；或者降低氣體的溫度，或增大氣體外界的溫度造成內(nèi)外壓強差，或者通過增多氣體分子數(shù)而增大壓強等，從而形成噴泉。 (1)常見裝置及操作方法 設計說明：裝置(Ⅰ)改變了膠頭滴管的位置，膠頭滴管擠入少量水于試劑瓶中，即可使少量溶液沿導管進入燒瓶中，導致大量的NH3溶解，燒瓶內(nèi)形成負壓而產(chǎn)生噴泉。裝置(Ⅱ)省去了膠頭滴管，用手(或熱毛巾等)捂熱燒瓶，氨氣受熱膨脹，趕出玻璃導管內(nèi)的空氣，氨氣與水接觸，即發(fā)生噴泉(或用浸冰水的毛巾“冷敷”燒瓶，使水進入燒瓶中，瓶內(nèi)氨氣溶于水)。裝置(Ⅲ)向?qū)Ч苤型ㄈ胍欢康腍2S和SO2，現(xiàn)象為有淡黃色粉末狀物質(zhì)生成，瓶內(nèi)壁附有水珠，NaOH溶液上噴形成噴泉。裝置(Ⅳ)打開①處的活塞并向燒瓶中緩慢通入等體積的HCl氣體后關(guān)閉該活塞，等充分反應后再打開②處的活塞，觀察到先有白煙產(chǎn)生，后產(chǎn)生噴泉。 (2)幾種常見的能形成噴泉的氣體和液體 [典例3]　(2018周口模擬)利用如圖所示的裝置，可以驗證NH3和HCl的有關(guān)性質(zhì)。實驗前a、b、c活塞均關(guān)閉。 (1)若要在燒瓶Ⅱ中產(chǎn)生“噴泉”現(xiàn)象，燒瓶Ⅰ中不產(chǎn)生“噴泉”現(xiàn)象，其操作方法是____________________________________再擠壓膠頭滴管，在燒瓶中可觀察到的現(xiàn)象是__________________________。 (3)通過擠壓膠頭滴管和控制活塞的開關(guān)，在燒瓶Ⅰ中產(chǎn)生“噴泉”現(xiàn)象，燒瓶Ⅱ中不產(chǎn)生“噴泉”現(xiàn)象，其操作方法是___________________。 若要在該裝置中產(chǎn)生雙噴泉現(xiàn)象，其操作方法是_______________。 解析　(1)不打開c，打開a、b后，擠壓膠頭滴管使水噴入燒瓶Ⅱ即可。 (2)打開a、c，氣體擴散，燒瓶Ⅱ中會出現(xiàn)白煙(NH3＋HCl===NH4Cl) 答案　(1)先打開a、b活塞，再擠壓膠頭滴管(或先擠壓膠頭滴管，再打開a、b活塞) (2)燒瓶Ⅱ中產(chǎn)生白煙 (3)先打開a、c活塞，再擠壓膠頭滴管，片刻后，關(guān)閉a活塞，然后打開b活塞　先打開a、c活塞，再擠壓膠頭滴管，片刻后，打開b活塞 [體驗3]　下圖是課外活動小組的同學設計的4個噴泉實驗方案，下列有關(guān)操作不可能引發(fā)噴泉的是(　　) A．擠壓裝置①的膠頭滴管使CCl4全部進入燒瓶，片刻后打開止水夾 B．擠壓裝置②的膠頭滴管使NaOH溶液全部進入燒瓶，片刻后打開止水夾 C．用鼓氣裝置從裝置③的a處不斷鼓入空氣并打開止水夾 D．在裝置④的水槽中慢慢加入足量濃硫酸并打開止水夾 答案　B 解析　H2難溶于NaOH溶液，不能使燒瓶內(nèi)外形成較大壓強差，故不能引發(fā)噴泉。 4 消除壓強差，以防產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象這是一類防止氣體制備過程中，因裝置堵塞或氣體產(chǎn)生速率太快而造成單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)增多，內(nèi)壓增大造成危險而改進的裝置。裝置改進的目的就是消除壓強差。 [典例4]　下列裝置中不能用來防堵塞的是(　　) 解析　A裝置中的橡皮管是對氣體發(fā)生裝置的一微小改進，這一改進的優(yōu)點就是平衡燒瓶和分液漏斗內(nèi)的氣壓，便于分液漏斗內(nèi)的液體順利流下，可以起到防止堵塞的作用；C裝置中將B和C管連通，其原理與A同，也能防堵塞；B裝置中有一根導氣管通大氣，當氣體產(chǎn)生速率過快而氣壓增大，或?qū)夤芏氯鴼鈮涸龃髸r，均可將瓶內(nèi)的液體壓入導氣管甚至沖出，以平衡氣壓，防止堵塞。 答案　D