含氮化合物的性质及其应用

课题

含氮化合物的性质及其应用 学情分析

复习巩固所学的知识 教学目标与

考点分析

1.了解氮气及其重要含氮化合物的主要性质及应用

2.了解某些含氮化合物对环境质量的影响

3.能综合应用氮及氮的化合物知识 教学重点

难点

含氮的化合物的性质 教学方法 根据重难点给学生讲解例题，辅导学生完成课后练习

教学过程

1、本考点知识结构：

2、氮的循环：

3、氮及其化合物的衍变关系：

NH3 ←N2 →NO→NO2→HNO3→NH4NO3→NH3 NH3·H2O NH4+、OH－

4、氮氧化物：

①各种价态氮氧化物：1N+（N2O）、2N+（NO）、3N+（N2O3）、4N+（NO2、N2O4）、5N+（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。

②NO和NO2性质比较

NO：一种无色气体，难溶于水，不成盐氧化物。常温下，极易被氧化为NO2：2NO+O2=2NO2 NO2：一种有刺激性气味的红棕色气体,溶于水后与水反应：3NO2+H2O==2HNO3+NO

③氮氧化物溶于水计算方法

涉及的可能相关化学反应方程式分别为：3NO2+H2O=2HNO3+NO、4NO+3O2+2H2O=4HNO3、4NO2+O2+2H2O=4HNO3、NO2+NO+O2+H2O=2HNO3。

NO与NO2混合气体溶于水：反应最后得到的气体是NO，其体积=V（NO）+1/3V（NO2）

NO与O2的混合气体溶于水：

若V（NO）∶V（O2）=4∶3，则容器内无气体剩余，水可充满容器。

若V（NO）∶V（O2）>4∶3，则容器内剩余气体为过量的NO。

若V（NO）∶V（O2）<4∶3，则容器内剩余气体为过量的O2。

NO2与O2的混合气体溶于水：

若V（NO2）∶V（O2）=4∶1，则容器内无气体剩余，水可充满容器。

若V（NO2）∶V（O2）>4∶1，则NO2过量，容器内剩余气体为的NO，体积为过量的NO2的1/3。

若V（NO2）∶V（O2）<4∶1，则O2过量，容器内剩余气体为过量的O2。

NO2、NO与O2三种气体溶于水：

若V（NO2）∶V（NO）∶V（O2）=1∶1∶1，则容器内无气体剩余，水可充满容器。

若按1∶1∶1反应后，仍有某两种或一种气体多余可按前面思路进行判断。

5、硝酸的重要特性：强氧化性：

①浓、稀硝酸在与活泼或不活泼金属发生反应时，硝酸中5N+被还原，一般不产生氢气。

②浓、稀硝酸与活泼金属反应时，5N+被还原，所得产物可以是4N+（NO2）、2N+（NO）、1N+（N2O）、

N（N2）或3N-（NH3），鉴于反应复杂，中学对活泼金属与浓、稀硝酸的反应不做要求。

③浓、稀硝酸与金属铜的反应：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O、

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu-

(NO3)2+2NO↑+4H2O。以上反应中，硝酸表现出氧化性同时还表现出酸性。其他不活泼金属类似于铜与浓、稀硝酸反应。注意：一定量的浓硝酸与足量的铜发生反应时，硝酸会由浓变稀，往往得到的是NO 和NO2的混合气体。

④浓硝酸与碳的反应：C+4HNO 3（浓）CO 2↑+NO2↑+2H2O。硝酸只表现出氧化性。

⑤在浓硝酸中滴加几滴石蕊试液、微热，先变红、后褪色，说明浓硝酸的酸性及氧化性。

⑥冷的浓硝酸在常温下

使铁、铝等活泼金属发生钝化(在其表面因氧化生成一层致密的氧化膜)。常温．．．

时，常把浓硝酸存放在铁质、铝质密闭容器里。但若加热，则会剧烈反应。

⑦王水：浓硝酸与浓盐酸的混合物，其体积比为1:3。可溶解金、铂、钛等金属。

6、氨、液氨、氨水、铵之间的区别：

氨：无色有刺激性气味的气体，比空气轻。氨分子是一种呈三角锥形的极性分子，极易溶于水，易液化。液氨是氨气液化的产物，仍然是氨分子，属纯净物。

氨水是氨气的水溶液，是混合物：NH3+H2O NH3·H2O NH4++OH-。氨水中微粒有：NH3、H2O、NH3·H2O、NH4+、OH—、极少量的H+。氨水浓度越大，密度越小。

铵（NH4+）是带一个单位正电荷的离子，不能单独存在，只能在铵盐或氨水中与阴离子共存。凡是含NH4+的盐叫铵盐，铵盐易溶于水。铵盐不稳定，加热易分解。

氨与铵可相互转化：NH 3 NH 4＋，NH 4+与强碱反应放出NH 3,

7、NH 4+的检验方法：

①检验固态铵盐不必加热，只需取少量晶体与石灰拌和有氨的特殊气味即可；

②若是铵盐溶液，为了使更多的NH 3放出使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则必须加热。

③铵盐溶液与强碱溶液反应的离子方程式有三种写法：

a 、浓溶液不加热写成：NH 4++OH —=NH 3＋H 2O ；

b 、稀溶液不加热写成NH 4++OH —== NH 3·H 2O ；

c 、不论浓、稀，只要加热则写成：NH 4++OH -错误!未找到引用源。NH 3↑+H 2O 。

铵盐与碱共热都能产生氨气：(NH 4)2SO 4+NaOH Na 2SO 4+2NH 3↑+2H 2O 。实验室常用加热铵盐和碱的混合物制取氨气，反应生成的氨气用湿润的红色石蕊试纸检验。

8、光化学烟雾：

氮氧化物（NOx ）和碳氢化合物（HC ）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O 3）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。光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。

【实例分析】

【例1】 （2010浙江卷25）（14分）洗车安全气囊是德国安全的重要保障。当车辆发生碰撞的瞬间，安全装置通电点火使其中的粉末分解释放出大量的氮气形成气囊，从而保护司机及乘客免受伤害。为研究安全气囊工作的化学原理，取安全装置中的粉末进行实验。经组成分析，确定该粉末仅Na 、Fe 、N 、O 四种元素。水溶性试验表明，固体粉末部分溶解。经检测，可溶物为化合物甲；不溶物为红棕色固体，可溶于盐酸。

取13.0g 化合物甲，加热使其完全分解，生成氮气和单质乙，生成的氮气折合成标准状况下的体积为6.72L 。单质乙在高温隔绝空气的条件下与不溶物红棕色粉末反应生成化合物丙和另和一种单质。化合物丙与空气接触可转化为可溶性盐。

＋H

＋OH －

请回答下列问题：

（1）甲的化学式为，丙的电子式为。

（2）若丙在空气中转化为碳酸氢盐，则反应的化学方程式为。

（3）单质乙与红棕色粉末发生反应的化学方程式为，安全气囊中红棕色粉末的作用是。

（4）以下物质中，有可能作为安全气囊中红棕色粉末替代品的是。

A. KCl

B. KNO3

C. Na2S

D. CuO

（5）设计一个实验方案，探究化合物丙与空气接触后生成可溶性盐的成分（不考虑结晶水合物）。

【解析】本题知识载体很新鲜，很生活，很化学。简答式的题目首先要进行分析，确定设计的物质及反应才能完成各小题的内容。

题目关键词：粉末分解释放氮气，粉末仅含Na、Fe、N、O，水溶性试验部分溶解，可溶部分为化合物甲，不溶物红棕色可溶于盐酸。13.0g甲完全分解为N2和单质乙，N26.72L，单质乙在高温隔绝空气的条件下与不溶物红棕色粉末反应生成化合物丙和另和一种单质。化合物丙与空气接触可转化为可溶性盐。

解题分析：1、粉末由两种物质混合而成。2、红棕色物质可能为Fe2O3\Fe(OH)3等,根据题意只能是Fe2O3。3、甲只有两种元素，且含N，必含Na。3、计算：N(6.72/22.4)*2*14=8.4g，则Na的物质的量为：（13-8.4）/23=0.2mol，N与Na的物质的量之比为：0.6:0.2=3:1，则化合物甲为Na3N。4、在高温下Na与Fe2O3反应的产物为Na2O2和Fe。

【答案】（1）Na3N，(2)2N2O2+4CO2+2H2O=4NaHCO3+O2

(3)6Na+2Fe2O3=3Na2O2+4Fe ,红色粉末的作用是充当氧化剂，除去氮化钠分解产生的金属钠（金属钠溶于水产生大量的热和碱性有害物质），提供大量的热量用于氮化钠的迅速分解。（4）从氧化性角度分析KNO3、CuO均可，但KNO3本身受热分解，产生氧气与氮气反应。故选择D. CuO。（5）实验目的：检

验Na2O2在空气中与水或二氧化碳反应的产物，即检验NaOH和Na2CO3或NaHCO3。实验设计一：实验原理：定量分析法。步骤：1、称量混合固体的质量。2、将混合物加热，并将气体通入澄清石灰水，无气体则无NaHCO3，石灰水变浑浊则有NaHCO3无NaOH，称量石灰水质量变化量mg。3、加入过量盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水，称量石灰水质量增加量ng。4、通过m与n的计算获得最终结果。实验设计二：实验原理：测定盐酸用量与产生二氧化碳的量的关系确定混合物成分。1、不产生二氧化碳则混合物只有NaOH。2、开始产生二氧化碳前，与开始产生二氧化碳直到最大量消耗的盐酸的体积比为1:1则只有Na2CO3。大于1:1则为NaOH与Na2CO3的混合物。小于1:1则为Na2CO3和NaHCO3的混合物。即比较图中a,b的大小。

教与学提示：

题型的难点1是通过定性和定量两种方式确定物质的化学

成分，其中Na3N又是学生很不熟悉的。难点2是氧化还原方程式的书写与配平，及氧化还原原理的应用。难点3是实验设计，通过定量来定性。但，题目设计与问题设计都在平时的练习与讨论中必然会涉及。比如实验设计部分，在省市多次统考中均有有关碳酸盐与酸反应定量问题出现过，或反复练习过。但，在简答的环境中也还是有难度的。解题中要动用到平时知识的积累，决定成败还是在平时。

【例2】（2010重庆卷27）某兴趣小组用题27图装置探究氨的催化氧化。

（1）氨催化氧化的化学方程式为___________________．

（2）加热玻璃管2一段时间后，挤压1中打气球鼓入空气，观察到2中物质呈红热状态；停止加热

A.反应过程中，被氧化与被还原的元素的物质的量之比为2：1

B.NF3在空气中泄漏时不易被察觉

C.若NF3泄漏，可以用NaOH溶液喷淋的方法减少污染

D.若反应中生成1.0mol HNO3，转移的电子数目为6.02×1023

【答案】C

3.（安徽省怀宁中学2010届高三3月月考）1

4.2g 69%的浓HNO3（密度为1.42g/cm3）与10mL 1

5.5 mol·L-1 HNO3的浓度相比

（）

A.是同一浓度的不同表示方法

B.数值不同，也能换算为相同值

C.不同浓度的两种硝酸溶液

D.无法比较其大小

【答案】AB

4.(2008·上海高考)已知气体的摩尔质量越小，扩散速度越快.如图所示为气体

扩散速度的实验，两种气体扩散相遇时形成白色烟环.下列关于物质甲、乙

的判断正确的是( )

A．甲是浓氨水，乙是浓硫酸

B．甲是浓盐酸，乙是浓氨水

C．甲是浓氨水，乙是浓盐酸

D．甲是浓硝酸，乙是浓氨水

【解析】A项中浓H2SO4不是挥发性酸，不会产生白色烟环；B、C、D三项中由于NH3

的摩尔质量小，扩散速度快，所以离白色烟环远的甲为浓氨水，故C正确.

【答案】C

5．(2010·常州模拟)氢化铵(NH4H)与氯化铵的结构相似，又知NH4H与水反应有H2生成.则下列叙述不．正确的是( )

A．NH4H是离子化合物

B．NH4H固体投入少量的水中，有两种气体生成

C．NH4H与水反应时，NH4H是还原剂

D．NH4H溶于水，所形成的溶液显酸性

【解析】氢化铵(NH4H)与氯化铵的结构相似，所以NH4H是离子化合物，A正确；根据题目所给信息，写出NH4H与水反应的方程式：NH4H＋H2O===NH3·H2O＋H2↑，如果投入少量的水中，则生成浓氨水，会有氨气放出，所以有氢气和氨气两种气体放出，B正确；形成的溶液呈碱性，故D项

错误；NH 4H 与水反应时，NH 4H 中的－1价氢被氧化到0价，即NH 4H 作还原剂，C 项正确.

【答案】D

6．下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是 ( )

A ．①②

B ．②③

C ．③④

D ．①③

【解析】NH 4Cl 受热可产生NH 3和HCl ，但两者遇冷会重新反应生成NH 4Cl ，在此过程中还有可能出现堵塞导管的情况，因此不能用①的方法制取氨气，③中试管口未向下倾斜，会导致液体倒流入试管而使试管炸裂，③不可行.浓氨水滴入氧化钙固体中，会发生CaO ＋2NH 3·H 2O===Ca(OH)2＋2NH 3↑，故可用②的方法制取氨气.浓氨水受热产生氨气，通过碱石灰吸收水蒸气后即得干燥的NH 3，所以④符合要求.

【答案】D

7．(2010·西安模拟)下列对反应3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 的说法中正确的是( )

A ．氧化剂与还原剂的质量比为1∶2

B ．氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2

C ．NO 2是氧化剂，H 2O 是还原剂

D ．若有6 mol NO 2参与反应时，有3 mol 电子发生转移

【解析】该反应中电子转移情况为：3NO 2＋H 2O===2HN 失2e －O 3＋N 得2e －O.氧化剂与还原剂的质量比为1∶2，A 正确；氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1，B 正确；NO 2既是氧化剂又是还原剂，C 错误；若有6 mol NO 2参与反应，则转移电子4 mol ，D 错误.

【答案】A

8．(2010·宜昌模拟)为了社会可持续发展，化工生产过程应尽量减少对环境的副作用.“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念，它要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应，据此，由单质铜制取硝酸铜的下列衍变关系可行且符合“绿色化学”的是

( )

A ．Cu ――→HNO 3Cu(NO 3)2

B ．Cu ――→O 2CuO ――→HNO 3Cu(NO 3)2

C ．Cu ――→O 2CuO ――→H 2O Cu(OH)2――→HNO 3Cu(NO 3)2

D ．Cu ――→H 2SO 4CuSO 4――→Ba NO 32Cu(NO 3)2

【解析】A 项中产生氮氧化物，污染环境；C 项中CuO 与H 2O 不反应；D 项中产生SO 2，污染环境；只有B 项，既不产生大气污染物， 又节省HNO 3，故选B.

【答案】B

9．将8 mL NO 2和O 2的混合气体通入倒立于水槽中装满水的量筒，充分反应后，剩余气体为1 mL ，则原混合气体中NO 2和O 2的体积比可能为 ( )

A ．7∶5

B ．3∶7

C ．7∶1

D ．1∶7

【解析】1 mL 剩余气体可能为NO 或O 2.

(1)若为NO ，则由3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO ，说明NO 2和O 2与水反应后剩余NO 2 3 mL ，设原混合气体中O 2的体积为x ，则有：

4NO 2 ＋4 O 2 ＋ 2H 2O===4HNO 31

8 mL －3 mL －x x

8 mL －3 mL －x x ＝41

，求得x ＝1 mL V (NO 2)∶V (O 2)＝(8－1) mL ∶1 mL ＝7∶1.

(2)若为O 2，设原混合气体中NO 2的体积为y ，则有：

4NO 2 ＋O 2 ＋ 2H 2O===4HNO 3

4y 18 mL －1 mL －y

y

8 mL －1 mL －y ＝41，求得y ＝5.6 mL V (NO 2)∶V (O 2)＝5.6 mL ∶(8－5.6) mL ＝7∶3.

【答案】C

10．(2010·南京模拟)某实验过程如图所示：

则图③的试管中的现象是 ( )

(2)①碱性条件下NO－2被ClO－氧化为NO－3；②酸性条件下根据HNO2与HI的比例，

再由电子守恒计算出HNO2中的氮元素降低2价，生成N2O.

(3)根据强酸制弱酸原理知c、d符合题意.

【答案】

(1)NO＋NO2＋H2O===2HNO2

(2)①NO－2＋ClO－===NO－3＋Cl－②N2O

(3)cd

15．(16分)（09年全国理综Ⅱ·28）已知氨可以与灼热的氧化铜反应得到氮气和金属铜，用示意图中的装置可以实现该反应。

回答下列问题：

（1）A中加入的物质是，

发生反应的化学方程式是。

（2）B中加入的物质是，其作用是。

（3）实验时在C中观察到得现象是，发生反应的化学方程式是。

（4）实验时在D中观察到得现象是，D中收集到的物质是，检验该物质的方法和现象是。

【答案】

（1）固体NH4Cl和C a(O H)22NH4Cl＋Ca(OH)2△CaCl2＋2NH3↑＋2H2O（其他合理答案也给分）

（2）碱石灰（或CaO）除去NH3气流中的水汽

（3）黑色粉末部分逐渐变为红色 2NH 3＋3CuO △

N 2＋3H 2O ＋3Cu

（4）出现无色液体 氨水 用红色石蕊试纸检验、试纸变蓝 用无水硫酸铜检验、无水硫酸铜变蓝

16．(12分)在50 mL a mol ·L －1的硝酸溶液中加入6.4 g Cu 全部溶解，假设硝酸的还原产物只有NO 2

和NO ，将反应后溶液用蒸馏水稀释至100 mL 时测得c (NO －3

)＝3 mol ·L －1. (1)求稀释后的溶液pH ＝________.

(2)若a ＝9，则生成的气体中NO 2的物质的量为______mol.

(3)治理氮氧化物污染的方法之一是用NaOH 溶液进行吸收，反应原理如下：

NO 2＋NO ＋2NaOH===2NaNO 2＋H 2O

2NO 2＋2NaOH===NaNO 2＋NaNO 3＋H 2O

若将上述的NO 2和NO 的混合气体通入1 mol ·L －1的NaOH 溶液恰好被吸收，NaOH

溶液的体积为________mL.

【解析】(1)HNO 3―→????? 氧化剂：生成NO 、NO 2酸性：生成Cu NO

32余酸：HNO 3

根据溶液中的电荷守恒：

c (H ＋)＋2c (Cu 2＋)＝c (NO －3)

由于c (Cu 2＋)＝0.1 mol 0.1 L

＝1 mol ·L －1 c (NO －3)＝3 mol ·L

－1 故c (H ＋)＝1 mol ·L －1

pH ＝－lg c (H ＋)＝0。

(2)设生成气体中NO 2的物质的量为x ，NO 的物质的量为y ，根据氧化还原反应中转移

电子数相等得出x ＋3y ＝0.1×2

?????

x ＋3y ＝0.1×2x ＋y ＋0.1×3＝0.05×9

解得x ＝0.125 mol ，y ＝0.025 mol.

(3)由方程式知1 mol N 对应1 mol NaOH