第四章第4讲.ppt

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1、一、氮气及氮的氧化物 自我诊断 1.用化学方程式表示“雷雨发庄稼”的原理。 ， ， 。 雨水中的HNO3进入土壤与矿物质作用生成 ，其中 被植物根系吸收。,第4讲 氮的氧化物和硝酸,基础盘点,N2+O2 2NO,2NO+O2 2NO2,3NO2+H2O 2HNO3+NO,硝酸盐,NO,2.如何鉴别NO2与溴蒸气？ 答案 由于NO2和Br2在性质上有不少相似性：均 具有氧化性；溶于水均有酸生成;均可与碱反 应；均为红棕色等。所以不能用淀粉-KI试纸、 pH试纸、NaOH溶液来鉴别,但二者性质又有差别， 可以用下列方法鉴别：AgNO3溶液；CCl4； 用水洗法。,基础回归 1.氮气 （1）氮的固定

2、 含义：使空气中 的氮转化为 的 过程。,游离态,化合态氮,合成氨固氮 固氮,方法：,自然固氮,人工固氮,固氮（约占10%） 固氮（约占90%）,高能,生物,仿生,（2）氮气的性质 物理性质 纯净的N2是一种无色无味的气体，难溶于水，在空 气中约占总体积的 。 结构：电子式为 ，结构式为 ，氮 氮三键的键能大，分子结构稳定，化学性质不活泼。 化学性质 通常情况下，N2化学性质很稳定，只在高温、放 电、催化剂等条件下才能发生一些化学反应。,4/5,NN,a.与H2反应： 。 b.与O2反应： 。 c.与Mg反应： 。,2.氮的氧化物,无色,有毒,不溶,红棕色,有毒,能溶,特别提示 氮的氧化物都是

3、大气污染物。 空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。 空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、 汽车尾气、硝酸工厂等。 NO2：既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。 NO2能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝： 2NO2+2KI 2KNO2+I2。 NO、NO2均能与NH3发生归中反应生成N2。 NOx+NH3 N2+H2O。,二、硝酸 自我诊断 3.思考并回答下列问题： （1）酸的挥发性和不稳定性有何区别？ （2）酸性和氧化性有何统一和区别？ （3）在浓、稀硝酸中分别滴加紫色石蕊试液各有 什么现象发生？ （4）“浓HNO3与Cu反应产生NO2，稀HNO3与Cu反 应产生NO，则稀HNO3氧化性

4、更强。”这种说法对 吗？为什么？,答案 （1）二者有着本质区别。酸的挥发性是一 种物理性质,指的是酸以分子状态离开溶液逸出。 一般低沸点酸挥发性强。而不稳定性指化学性质, 指的是酸分子分解生成新的物质。 （2）酸性指酸中H+表现出的性质；氧化性有时 是H+表现出的性质,有时指酸根离子表现出的,即 其中心原子被还原，此时不生成H2。 （3）浓、稀硝酸均具有酸的通性，所以都可以 使紫色石蕊试液变红，但二者又都具有氧化性， 且浓硝酸氧化性强于稀硝酸,所以浓硝酸中红色 迅速褪去，且产生红棕色气体NO2，对稀硝酸加 热可出现类似现象。,（4）不对。在跟金属反应时,浓硝酸一般被还原为 NO2而稀硝酸一般被

5、还原为NO的原因,可作如下简 单解释：硝酸越浓，氧化性越强,反应中即使生成 了氮的低价化合物，也会被浓HNO3氧化为氮的较 高价氧化物NO2；硝酸较稀时，氧化能力较 弱,生成氮的较低价氧化物NO，NO不会被稀 HNO3进一步氧化。,基础回归 1.硝酸的物理性质 色味态： ；挥发性: ；水溶性： ；发烟硝酸： 。 2.硝酸的化学性质 (1)具有酸的通性，但考虑其酸性时需首先考虑到 其强氧化性。,无色有刺激性气味的液体,易挥发,与水以任意比互溶,质量分数大于98%的硝酸,注意 浓、稀HNO3对紫色石蕊试液作用，前者使 之先变红后褪色，后者只使之变红。 金属与HNO3反应不产生H2。 比较HNO3与

6、Na2CO3和Na2SO3的反应。(前者为复 分解反应，后者为氧化还原反应。) （2）不稳定性：浓硝酸显黄色，是因为 ，说明浓硝酸具有 性，化学方程式为 。,解产生的NO2溶解在硝酸中,HNO3分,不稳定,4HNO3,4NO2+O2+2H2O,(3)强氧化性 与金属的反应 a.除Pt、Au外，大部分金属均能与HNO3反应。 b.Cu与浓、稀HNO3发生反应的化学方程式分别为： , 。 c.Fe、Al遇冷的浓HNO3或浓H2SO4能发生 ， 故可以用铁、铝容器贮存冷的浓HNO3、浓H2SO4。,Cu+4HNO3(浓） Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,3Cu+8HNO3(稀） 3Cu(NO3

7、)2+2NO+4H2O,钝化,与非金属反应 与浓HNO3反应时，非金属单质一般被氧化为最高 价氧化物或最高价含氧酸，如碳与浓HNO3反应的 化学方程式为: 。 与某些还原性化合物或离子的反应，例如：H2S、 SO2、HBr、HI、FeCl2等。 王水 王水由 与 按体积比13混合所得， 具有更强的氧化性，能使Au、Pt溶解。,C+4HNO3（浓） CO2+,4NO2+2H2O,浓硝酸,浓盐酸,（4）与有机物的反应 硝化反应（如与苯反应）； 酯化反应（如与纤维素反应）； 颜色反应（如与蛋白质反应）。,要点一 氮的氧化物与O2、H2O混合的计算方法 1.加合式法 （1）NO2和O2混合气体溶于水的

8、计算 由4NO2+O2+2H2O 4HNO3可知，当体积比：,V(NO2):V(O2),41 NO2过量，剩余气体为NO,要点精讲,（2）NO与O2同时通入水中： 2NO+O2 2NO2，3NO2+H2O 2HNO3+NO 总反应方程式为：4NO+3O2+2HO2 4HNO3 当体积比：,V(NO2):V(O2),43 余NO,（3）NO2、NO、O2三种混合气体通入水中 可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况 分别处理。 也可先将NO2和H2O反应转化为NO,按4NO+3O2 +2H2O 4HNO3情况处理。 还可以利用混合气体中N、O原子个数比进行分 析判断：,n(N):n(O),

9、25 剩余NO,2.原子守恒法 4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组 成，都与N2O5+H2O 2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气溶于水时利用混合气体中N、O原子 个数比进行分析判断。,n(N):n(O),25 剩余NO,3.得失电子守恒法 当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子，若上述 两种气体与O2混合，O2得电子，且得失电子数 必然相等,这是得失电子守恒法解答此类题目的 依据。 NO、NO2混合气与NaOH溶液的反应 发生如下反应：3NO2+H2O 2HNO3+NO，NO2+NO+2NaOH 2NaNO2+H2O,将以上两个 反应合并得:2NO2+2N

10、aOH NaNO3+NaNO2+ H2O。 （1）当V（NO）V(NO2)时，反应后剩余NO，体 积为V（NO）原-V（NO2）。 （2）当V(NO2)V(NO)时，最后无气体剩余。,【典例导析1】将容积为50 mL的量筒内充满二氧化 氮和氧气的混合气体，倒置量筒在盛满水的水槽 里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为5 mL。 则原混合气体中NO2和O2体积比可能是 或 。 解析 NO或NO2与O2混合气体与水的反应计算关 系式可由下列化学方程式推导出来。 2NO+O2 2NO2 3NO2+H2O 2HNO3+NO 由2+得 4NO2+O2+2H2O 4HNO3 由+ 4NO+3O2+2H2O

11、4HNO3 ,、两式就是平时计算经常用到的关系式。 设剩余的5 mL为O2，则参加反应的NO2和O2的总 体积为:50 mL-5 mL=45 mL 则原混合气体里,NO2的体积为:45 mL4/5=36 mL O2的体积为：50 mL-36 mL=14 mL 即NO2与O2的体积比为：3614=187。 设剩余的5 mL为NO，由式得过量的NO2体积为 15 mL,则发生反应的NO2和O2的总体积为50 mL -15 mL=35 mL 则原混合气体里,O2的体积为：35 mL1/5=7 mL, NO2的体积为：50 mL-7 mL=43 mL 即NO2与O2的体积为：437。 答案 187 4

12、37,迁移应用1 将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量 筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2 mL无色气 体，则原混合气体中O2的体积是 （ ） A.1.2 mL B.2.4 mL C.3.6 mL D.4 mL 解析 解题依据的化学反应原理为 4NO2+O2+2H2 O 4HNO3 3NO2+H2O 2HNO3+NO 设O2的体积为x mL，剩余的气体有两种可能： 若剩O2，则V剩=x- （12-x）=2 得x=4，D正确。 若剩NO，则V剩= （12-x）-4x=2， 得x=1.2，A正确。,AD,要点二 金属与硝酸的反应 1.金属与HNO3反应的一般通式 （1）金属+浓硝酸 金属

13、硝酸盐+NO2+H2O （2）金属+稀硝酸 金属硝酸盐+NO+H2O 2.反应规律 （1）金属与硝酸反应一般不生成H2。浓HNO3一 般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原为NO。 （2）铁与稀硝酸反应，先生成Fe(NO3)3，若Fe过 量，Fe(NO3)3再和Fe反应生成Fe(NO3)2。 （3）铜与浓HNO3反应，若Cu过量，开始时硝酸 的还原产物为NO2，随着反应的进行，浓HNO3 变稀，硝酸的还原产物为NO，最终应得到NO2 和NO的混合气体。,3.计算方法 （1）原子守恒法 HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用， 以NO 的形式存在于溶液中；一部分作为氧化 剂转化为还原产物

14、，这两部分中氮原子的总物 质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的 量。 （2）得失电子守恒法 HNO3与金属的反应属于氧化还原反应,HNO3中氮 原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的 量。,（3）电荷守恒法 HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH-）则有： c(NO )=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)。 （4）离子方程式计算法 金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸 盐中NO 在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属 反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先 作过量判断,然后根据完全反应的金属或H+或NO 进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。,【典

15、例导析2】足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝 酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体,这些气体 与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体 完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加 入5 mol/L NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,则消耗 NaOH溶液的体积是 （ ） A.60 mL B.45 mL C.30 mL D.15 mL 解析 O2为氧化剂，Cu为还原剂，HNO3仅仅发生 了复分解反应，则n（Cu）=2n(O2)=0.15 mol，n(NaOH)=2n(Cu)=0.3 mol,V(NaOH)= =0.06 L=60 mL，故选A。,A,迁移应用2 将32.64

16、 g铜与140 mL一定浓度的硝酸 反应，铜完全溶解产生的NO和NO2混合气体在标 准状况下的体积为11.2 L。请回答： (1)NO的体积为 L，NO2的体积为 L。 (2)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a mol/L的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2+全部转化 成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为 mol/L。 (3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全 部转化为NaNO3，至少需要30%的双氧水 g。,解析 (1)设反应得到的NO为x mol，NO2为y mol 解题思路为化合价升降相等（铜元素化合价的升 高等于N元素化合价的降低） (2)参加反应的硝酸的物质的量为n（

17、NaOH）+ n（NOx），所以c（HNO3）=（aV10-3+0.5）/ 0.14 mol/L,(3)加入双氧水的目的是将氮氧化合物氧化成+5价的 硝酸盐，根据氧化还原反应的电子得失相等（电子 守恒），双氧水得到的电子数和铜失去的电子数相 等，即：30%的双氧水的质量为（0.5134/0.3） g= 57.8 g 答案 (1)5.824 5.376 (2) (3)57.8,题组一 氮气及氮的氧化物 1.关于氮气的性质的说法中，错误的是 ( ) A.通常情况下，氮气性质很不活泼 B.可在氧气中燃烧，生成一氧化氮 C.氮气的化学性质比较稳定，其原因是两原子间 的化学键非常牢固 D.跟氢气在一定条

18、件下发生反应，氮气是氧化剂 解析 本题主要考查氮气的性质。氮气难溶于水， 通常情况下，性质很不活泼；在放电条件下，能 跟氧气反应;在高温、高压、催化剂下，能与氢气 反应，在与氢气反应时氮气是氧化剂，氮元素被 还原，故B项错误。,对点训练,B,2.无色的混合气体甲，可能含有NO、CO2、NO2、NH3、N2中的几种,将100 mL甲气体经过如图实验 的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余， 则甲气体的组成为 （ ）,A.NH3、NO2、N2 B.NH3、NO、CO2 C.NH3、NO2、CO2 D.NO、CO2、N2 解析 由题意，无色混合气体中一定无NO2， 100 mL气体通入浓H2SO

19、4后，体积变为80 mL， 一定有NH3，经Na2O2后变为红棕色，则含有 CO2和NO，最后无气体剩余，则不含N2。 答案 B,3.如图所示，相同条件下，两个容积相同的试管分 别装满NO2和NO气体，分别倒置于水槽中，然后 通过导管缓慢通入氧气，边通边慢慢摇动试管， 直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不 向水槽中扩散，则两个试管内溶液物质的量浓度 之比为 （ ）,A.11 B.57 C.75 D.43,解析 根据反应方程式： 4NO2+O2+2H2O 4HNO3 4NO+3O2+2H2O 4HNO3 生成HNO3的物质的量取决于NO2与NO的体积， 由 于NO2与NO体积相同，生成HN

20、O3的物质的 量相等，即两试管中HNO3的浓度相等。 答案 A,4.室温时，在容积为a mL的试管中充满NO2气体， 然后倒置在水中到管内水面不再上升时为止;再 通入b mL O2，则管内液面又继续上升,测得试管 内最后剩余气体为c mL,且该气体不能支持燃烧。 则a、b的关系是 （ ） A.a=4b+3c B.a=4b+c C.ab=41 D.ab=43 解析 根据反应3NO2+H2O 2HNO3+NO，a mL NO2会生成a/3 mL NO，通入O2后,最后气体不支 持燃烧，故c mL为NO，即b mL O2反应的NO为 （ -c） mL，根据方程式即( -c)b=43,整 理可得a=4

21、b+3c。,A,题组二 硝酸 5.下列对于硝酸的认识，不正确的是 （ ） A.浓HNO3和稀HNO3都具有氧化性 B.铜与HNO3的反应属于置换反应 C.金属与HNO3反应不产生氢气 D.可用铁和铝制品盛装浓HNO3 解析 硝酸是氧化性酸，且浓硝酸的氧化性强于稀 硝酸，A正确；铜与浓、稀硝酸反应的还原产物分 别是NO2和NO，没有单质生成，故不属于置换反 应，B错误；硝酸是氧化性酸，金属与HNO3反应均 不产生H2，而生成水，C正确；铁和铝遇冷浓硝酸 钝化，故可用铁或铝制品盛装浓HNO3，D正确。综 上所述，本题答案为B。,B,6.下列反应中，浓硝酸既表现氧化性，又表现出酸 性的是（双选） （

22、 ） A.浓硝酸中滴入石蕊试液并微热 B.氧化亚铁与浓硝酸反应 C.氢氧化铝与浓硝酸反应 D.碳与浓硝酸 解析 浓硝酸中滴入石蕊试液时先变红色，后褪为 无色，变红色是由于硝酸具有酸性，红色褪为无色 是由浓硝酸的强氧化性所致；FeO与浓硝酸反应时 可得Fe(NO3)3，其中Fe2+被氧化为Fe3+表现出硝酸的 氧化性，Fe3+与HNO3反应生成Fe(NO3)3,表现出硝 酸的酸性；Al(OH)3与硝酸只发生中和反应，表现 出硝酸的酸性。,AB,7.某元素的单质与足量浓HNO3反应时，参加反应的 单质与HNO3的物质的量之比为14，则反应后的 产物中，该元素的价态为（双选） ( ) A.+1 B.

23、+2 C.+3 D.+4 解析 设参加反应的单质、HNO3分别为1 mol、 4 mol。若单质为金属，设反应后金属为+x价，表 现酸性的HNO3为x mol，被还原的HNO3为（4-x） mol，还原产物为NO2，由电荷守恒,x=(4-x)1, x=2。若单质为非金属，则4 mol HNO3全被还原， 由电荷守恒，x=41,x=4，单质为金属时B项符 合，单质为非金属时D项符合。,BD,8.下列是中学化学中常见物质间的反应转化关系图， 其中部分产物已略去。常温下，G为固体单质，B、 I为液体，其余都为气体。A为化合物，I的浓溶液 与G在加热条件下生成F、B和C。H可用作工业上 冶炼金属的还原

24、剂。请按要求填空：,（1）写出下列物质的化学式：A ；B ； C 。 （2）写出F+B I的化学方程式: 。 （3）写出G和I的浓溶液反应的化学方程式: 。 解析 液体B能被电解说明B是H2O，则E是H2或O2， 又根据气体A与E反应条件是催化剂和加热、反应 产物D又和E反应生成F可确定E是O2，A是NH3,从 而确定D是NO,F是NO2,F与B反应生成的I是HNO3。 固体单质G能与I（HNO3）在加热条件下反应生成 F（NO2）、B（H2O）和C，C是一种气体，猜测G,是C（碳）,C是CO2；CO2与C在高温下反应生成 H（CO），G（C）与E（O2）反应也可生成H （CO），而CO可用作

25、还原剂在工业上冶炼铁 等金属，可以确定G是C（碳）。 答案 （1）NH3 H2O CO2 （2）3NO2+H2O 2HNO3+NO （3）C+4HNO3（浓） CO2+4NO2+2H2O,9.在浓硝酸中放入铜片： （1）反应开始的化学方程式为 。 （2）若铜有剩余，则反应快要结束时的化学方程 式是 。 （3）待反应停止时，再加入少量25%的稀硫酸， 这时铜片上又有气泡产生，其原因和离子方程式 是 。 （4）若将12.8 g铜与一定量的浓硝酸反应，铜消耗 完时，共产生气体5.6 L（标准状况），则所消耗 的硝酸的物质的量是 ，所得气体的平均相对 分子质量为 。,答案 （1）Cu+4HNO3（浓） Cu(NO3)2+ 2NO2+2H2O （2）3Cu+8HNO3（稀） 3Cu（NO3）2+ 2NO+4H2O （3）加入稀硫酸后，H2SO4溶液中的H+与原 溶液中的NO 又形成了具有强氧化性的稀硝 酸，稀硝酸再与过量的铜反应产生气体。离 子方程式是3Cu+2NO +8H+ 3Cu2+ 2NO+4H2O （4）0.65 mol 41.2,返回,