专题六 氮及其化合物与硅及其化合物（讲义）-《无机化学》(化工社）专题复习讲练测

专题6 氮及其化合物与硅及其化合物（讲义）-《无机化学》化工社-专题复习讲练测 一、考纲解读 1.能准确描述氮气的颜色、气味、状态、溶解性和密度等物理性质，如知道氮气是无色无味气体，难溶于水，密度略小于空气。 2.掌握氨与水反应的化学方程式和电离方程式，理解氨水溶液呈碱性的原因；掌握氨与氧气在催化剂作用下反应的化学方程式。 3.了解硅在自然界中的存在形式（主要以化合态存在于二氧化硅和硅酸盐中），知道硅单质有晶体硅和无定形硅两种形式。 二、知识点梳理 一、氮气 自然界中，大部分氮元素以单质形式存在于空气中，约占空气体积的 78%左右。智利的硝石 (NaNO3)是少有的含氮矿物。氮元素还是构成生命体的重要元素，它是组成氨基酸、核酸、叶绿素等的基本元素。 1.氮气的物理性质 纯净的氮气是无色无味的气体，比空气略轻。氮气在水中的溶解度很小，在通常状况下，1体积水只能溶解 0.02 体积的氮气。在 100kPa、-195.8C时，会变成无色液体，在-209.9C时会凝成雪花状固体。工业上一般采用分离液态空气法制取氮气。 2.氮气的化学性质 通常情况下，氮气不容易和其他物质发生化学反应，因为氮分子中的两个氮原子以三键结合，其结构式为 N=N，结合得很牢固。但在特殊条件下，氮气可以和氧气、氢气、金属等物质发生反应。 (1) 与氧气反应 氮气和氧气反应只有在放电条件下才能反应。 在雷雨天气，空气中常有 NO 气体生成，但是无色 NO 很容易被氧化成红棕色的 NO气体。这种通过闪电将空气中的 N转化成含氮化合物的过程是一种自然固氮，不过自然固氨远远满足不了农业生产的需求。 除 NO和 NO2外，氮元素还能形成多种含氮的氧化物。飞机、汽车、内燃机、工业窑炉等燃烧时排放的气体都含有氮氧化物，它们对环境的损害极大，有研究表明，它们既是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗 O3的一个重要因子。 (2) 与氢气反应 在高温高压和催化剂存在的条件下，氮气可以和氢气化合生成氨气。 3.氮气的用途 (1)氮气工业上用来合成氨和硝酸等物质。 (2) 利用氮气的稳定性，可以将其作为保护气。如用于填充灯泡，防止灯泡中钨丝被氧化;在博物馆里，常将一些贵重而稀有的画页、书卷保存在充满氮气的圆简里，防止其被蛀坏;用氮气来保存粮食，这种方法叫做“真空充氮贮粮”。 (3) 利用液氮给手术刀降温，称为“冷刀”。医生用“冷刀”做手术，可以减少出血或不出血，手术后病人能更快康复。氮气的用途见图 3-10。 二、氨和铵盐 1.氨 (1) 氨的物理性质 NH3为无色，有强烈刺激性气味的气体，比空气轻。它极易溶解于水，常温常压下，1体积水约可以溶解 700 体积的 NH，其水溶液称为氨水。氨容易液化，在液化过程中会放出大量的热。液氨在汽化的过程中会吸热，能使周围的温度急剧降低，因此液氨可以作为制冷剂。 (2) 氨的化学性质 与水反应。氨溶解于水时，NH3能和水反应，生成一水合氨 (NH3·H2O)。 氨水是一元弱碱，但它不稳定，受热会分解生成氨和水。 与酸反应 取两根玻璃棒，分别蘸取浓盐酸和浓氨水，使两根玻璃棒靠近，观察现象。 从实验可见，玻璃棒的周围产生了大量白烟。这是浓盐酸挥发出的氯化氢气体和氨水挥发出的氨气反应生成的微小的氯化晶体。 氨同样能和其他酸溶液化合生成相应的钱盐，这是制造氮肥的重要反应。 (3)氨的实验室制法和用途 实验室常用加热盐和碱的固体混合物来制取氨。 氨是一种重要的化工原料，是氮肥工业的基础，也是制造硝酸、纯碱、铰盐和炸药的重要原料，广泛应用于化工、化肥、制药、合成纤维、塑料、染料、制冷剂等。 2.铵根的检验 铵根能与碱溶液反应释放出氨气，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色，利用这个性质可以检验铵根的存在。 三、硝酸 纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，它能和水以任意比例混合，沸点 83°C，密度为 1.5g/cm。一般市售的浓硝酸浓度为 68%，98%以上的浓硝酸极易挥发，在空气中形成酸雾，称为“发烟硝酸”。 硝酸是工业“三大强酸”之一，它除了具有酸的通性外，还有自己的特性，不稳定性和强氧化性。 1.不稳定性 浓硝酸不稳定，见光易分解，受热时分解的更快。 2.强化性 浓硝酸和稀硝酸都具有强氧化性，浓硝酸能氧化除金、铂以外的大部分金属，如不论浓硝酸稀硝酸都可以和铜起反应。 浓硝酸氧化性比稀硝酸强，但是浓硝酸在常温下，遇到金属铝、铁时会发生钝化现象。 四、硅及其化合物 1.硅 单质硅有晶体和无定形两种同素异形体。晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，熔点高，硬度较大。硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料。高纯度晶体硅 (纯度>99.9999999%) 常被用来制作硅整流器、可控硅元件、集成电路和晶体管等半导体器件。工业上，用焦炭在高温下还原石英砂的方法制得粗硅，将粗硅提纯，可以得到制作半导体材料的高纯硅。 常温下，硅的化学性质不活泼，不与绝大多数物质如氢气、氧气、硝酸和硫酸等起反应。但在加热条件下，硅可以和一些非金属反应。例如，加热时研细的硅可与氧气反应，生成二氧化硅。 2.二氧化硅(SiO2) 天然二氧化硅又叫硅石，是一种坚硬难溶的固体，在地壳中分布很广。比较纯净的二氧化硅晶体叫做石英，可用来制作玻璃、陶瓷及耐火材料。纯净的无色透明的二氧化硅晶体叫做水晶。含微量杂质的水晶呈现不同的颜色，如紫水晶、黄水晶、茶晶和墨晶等(见图 3-12)。水晶常被用来制作光学仪器和电子工业的重要部件，也可用来制成各种水晶工艺品、首饰和眼镜片等。此外，二氧化硅还是制造水泥和光导纤维的重要原料。二氧化硅不溶于水，化学性质稳定，与绝大多数酸 (氢氟酸除外)不发生反应。 二氧化硅是酸性氧化物，能缓慢溶于强碱溶液，生成硅酸盐。加热时，二氧化硅能和碱性氧化物起反应，生成相应的硅酸盐。 3.硅酸 硅酸是二氧化硅的水合物，通常用 H,SiO表示硅酸。硅酸不溶于水，是一种胶状沉淀。它是一种二元弱酸，比碳酸还弱。 硅酸不能用二氧化硅与水直接化合制得，一般利用可溶性硅酸盐和强酸反应来制取。 硅酸凝胶经洗涤、加热脱去大部分水，可变成无色稍透明、带有微孔结构的固态胶体，工业上叫做硅胶。它有很强的吸附能力，常用作吸附剂、干燥剂和催化剂载体。蓝色硅胶是一种变色硅胶，将无色硅胶浸入二氯化钻 (CoCl2) 溶液后干燥制得。无水 CoCl2呈蓝色,水合的 CoCl2·6H20为红色，因此根据颜色的变化，可以判断硅胶的吸湿程度。变色硅胶可以用作精密化学仪器和电子仪器的干燥剂。 三、真题练讲 1.(2021年湖南省统一考试)下列对于硝酸的认识，不正确的是(　　) A．浓硝酸的氧化性强于稀硝酸 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．可用铁和铝制容器盛装浓硝酸 【答案】B 【解析】硝酸是氧化性酸，且浓硝酸的氧化性强于稀硝酸；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；硝酸是氧化性酸，金属与HNO3反应均不产生H2；铁与铝遇冷浓硝酸钝化，故可用铁或铝制容器盛装浓HNO3。 2.(2021年河南省统一考试)铁粉和铜粉的均匀混合物，平均分成四等份，分别加入同浓度的稀硝酸，充分反应，在标准状况下生成NO的体积和剩余金属的质量如下表(设硝酸的还原产物只有NO)： 编号 ① ② ③ ④ 稀硝酸体积/mL 100 200 300 400 剩余金属/g 18.0 9.6 0 0 NO体积/mL 2 240 4 480 6 720 V 下列计算结果错误的是 (　　) A．实验①中溶解了8.4 g Fe B．原混合物总质量为105.6 g C．硝酸的浓度为4 mol/L D．实验④中V＝6 720 【答案】D 【解析】实验①②都有金属剩余，则溶液中金属离子为＋2价，实验①中再加入100 mL稀硝酸，参加反应的金属的质量为18.0 g－9.6 g＝8.4 g，生成的NO：＝0.1 mol，根据得失电子守恒可知，参加反应的金属的物质的量为＝0.15 mol，参加反应的金属的平均摩尔质量为＝56 g/mol，故该过程只有Fe参与反应，即实验①中8.4 g Fe参加反应，故原混合物的质量为：(18.0＋8.4)g×4＝105.6 g，A、B正确；实验①发生反应3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，生成NO的物质的量为0.1 mol，根据方程式可知，参加反应的HNO3的物质的量为0.1 mol×4＝0.4 mol，故HNO3的物质的量浓度为0.4 mol/0.1 L＝4 mol/L，C正确；实验②中再加入100 mL稀硝酸，参加反应的金属的质量为9.6 g，生成NO的体积为6 720 mL－4 480 ml＝2 240 mL，NO的物质的量为0.1 mol，若该过程只有Cu参加反应，根据得失电子守恒，则Cu的质量为×64 g/mol＝9.6 g，等于参加反应金属的质量，故该过程只有Cu反应，且Cu恰好完全反应，故加入200 mL稀硝酸时，Fe的存在形式是硝酸亚铁，在实验③的基础上再加入100 mL稀硝酸，硝酸与溶液中的Fe2＋反应生成NO，则V>6 720，D错误。 3.(2021年浙江省统一考试)NH3是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(见图)。下列说法正确的是(　　) A．NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥 B．NH4Cl、HNO3和Na2CO3受热时都易分解 C．NH3和NO2在一定条件下可发生氧化还原反应 D．图中所涉及的盐类物质均可以发生水解反应 【答案】C 【解析】NaHCO3不是化肥，Na2CO3不易分解，NaCl不发生水解反应。 4.(2020年浙江省统一考试)氮及其化合物的“价—类”二维图如下所示。 下列说法正确的是(　　) A．X可通过加热氯化铵固体制取 B．从物质类别角度分析，P和Z都属于酸性氧化物 C．将X转化为 Q的过程，属于氮的固定 D．3.2 g Cu与10 mol·L－1的Y溶液恰好反应，生成NO、NO2混合气体1.12 L(标准状况)，则 Y 溶液的体积为 15 mL 【答案】D 【解析】　X是NH3，加热氯化铵固体生成的NH3和HCl遇冷重新生成NH4Cl，不能制取NH3，A错误；P是N2O5，Z是NO2或N2O4，NO2、N2O4不是酸性氧化物，B错误；Q是NO，氨气转化为NO不属于氮的固定，C错误；Y是HNO3，3.2 g Cu为0.05 mol，与HNO3反应生成0.05 mol Cu(NO3)2，生成NO、NO2混合气体1.12 L(标准状况)，则气体总物质的量为0.05 mol，据N原子守恒可知原硝酸中n(HNO3)＝0.05 mol×2＋0.05 mol＝0.15 mol，故硝酸溶液的体积为＝0.015 L＝15 mL，D正确。 5.(2019年浙江省统一考试)陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是( ) A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁 B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成 C.陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐 D.陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 【答案】A 【解析】氧化铁为红棕色固体，瓷器的青色不可能来自氧化铁，故A错误；秦兵马俑是陶制品，陶制品是由黏土烧制而成的，故B正确；陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物，陶瓷的主要成分是硅酸盐，与水泥、玻璃等同属硅酸盐产品，故C正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐的化学性质不活泼，具有不与酸或碱反应、抗氧化的特点，故D正确。答案：A 四、限时练讲 1．下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是 (　　) A．氮元素均被氧化 B．工业合成氨属于人工固氮 C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化 D．碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环 【答案】A 【解析】N2→NH3中氮元素被还原，A错误；工业合成氨是氮气转化为氨气，属于人工固氮，B正确；通过生物体，铵盐(含氮无机物)与蛋白质(含氮有机物)可相互转化，C正确；生物体合成蛋白质的过程有C、H、O的参与，D正确。 2．下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是(　　) 选项 实验操作 现象 解释或结论 ① 过量的Fe粉中加入稀硝酸，充分反应后，滴入KSCN溶液 溶液呈红色 稀硝酸将Fe氧化为Fe3＋ ② 浓硝酸久置或光照 变黄色 HNO3不稳定易分解 ③ Al箔插入稀硝酸中 无现象 Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜 ④ 用玻璃棒蘸取浓硝酸点到蓝色石蕊试纸上 试纸先变红色后褪色 浓硝酸具有酸性和强氧化性 A.①②　　　　　　　 B．③④ C．②③④ D.②④ 【答案】D 【解析】过量的铁粉中加入稀HNO3，生成Fe2＋，加入KSCN溶液时，颜色不变，故①错；浓HNO3久置变黄是因为HNO3分解产生的NO2溶于其中，故②正确；Al箔遇浓HNO3钝化，稀HNO3会使Al箔溶解，故③错；浓硝酸具有强酸性和强氧化性，可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色，故④正确。 3．稀硝酸作为较强氧化剂在溶液中发生的反应是2NO＋8H＋＋6e－===2NO↑＋4H2O，下列离子能让此反应过程发生的是 (　　) ①Fe2＋；②Mg2＋；③SO；④S2－；⑤I－；⑥ClO－ A．①③④⑤　 B．①②③④⑤⑥ C．②③④⑥　 D．①③④⑥ 【答案】A 【解析】①Fe2＋能作还原剂，故正确，②Mg2＋中Mg元素处于最高价态，只有氧化性，不能作还原剂故错误；③SO中硫元素处于中间价态，具有还原性，能作还原剂，故正确；④S2－中硫元素处于最低价态，具有还原性，能作还原剂，故正确；⑤I－中碘元素处于最低价态，具有还原性，能作还原剂，故正确。⑥ClO－只有氧化性，不能作还原剂，故错误。 4．广东一直是我国对外交流的重要窗口，馆藏文物是其历史见证。下列文物主要由硅酸盐制成的是(　　) 文物 选项 A.南宋鎏金饰品 B.蒜头纹银盒 C.广彩瓷咖啡杯 D.铜镀金钟座 【答案】C 【解析】　鎏金饰品主要由合金材料制成，故A项不符合题意；蒜头纹银盒的主要成分为金属银，故B项不符合题意；广彩瓷咖啡杯是由黏土等硅酸盐产品烧制而成，其主要成分为硅酸盐，故C项符合题意；铜镀金钟座由铜和金等金属制成，故D项不符合题意。 5．陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是(　　) A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁 B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成 C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐 D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 【答案】A 【解析】　“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红棕色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，B项正确；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素化合价处于最高价，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。 6.下列关于铵盐的叙述中不正确的是( ) A.常温下，都是易溶于水的晶体 B.可用作氮肥 C.热稳定性较差，加热分解时一定产生NH3和酸 D.跟强碱共热时，有氨气放出 【答案】C 【解析】铵盐均为无色或白色晶体，都易溶于水，故A正确；铵盐中含有氨元素，可作为氮肥使用，故B正确；铵盐不稳定，受热易分解,非氧化性酸的铵盐能生成相应的酸和氨气，如碳酸铵、氯化铵，氧化性酸的铵盐加热可能会发生氧化还原反应，如硝酸铵，故C错误；铵盐与强碱共热反应可生成氨气，故D正确。 7.用浓氯化铵溶液处理过的舞台幕布不易着火，其主要原因是( ) ①幕布的着火点升高②幕布的质量增加③氯化铵分解吸收热量，降低了环境温度④氯化铵分解产生的气体隔绝了空气 A.①② B.③④ C.①③ D.②④ 【答案】B 【解析】主要原因有两个：一是NH4C1分解吸收热量，降低了环境温度；二是NH4Cl分解生成的NH3、HC1可以有效隔绝幕布与空气的接触。 8．喷泉实验装置如图所示。应用下列各组气体—溶液，能出现喷泉现象的是(　　) 选项 气体 溶液 A H2S 稀盐酸 B HCl 稀氨水 C NO 稀H2SO4 D CO2 饱和NaHCO3溶液 【答案】B 【解析】　H2S与稀盐酸、NO与稀H2SO4、CO2与饱和NaHCO3溶液均不反应，不能形成喷泉，A、C、D错误。 9.玻璃与人们的生产生活密切联系。玻璃制品随处可见。 (1)一般住宅的窗玻璃是普通玻璃，制造普通玻璃的主要原料是 、 、 ，粉碎后放入玻璃窑中在高温下发生反应生成玻璃，普通玻璃的成分是 、 、 (2)某玻璃中成分用氧化物表示时Na2O、CaO、SiO2的质量之比为31:28:180,此玻璃的组成可表示为(填选项) A.Na2O·CaO·6H2SiO3 B.Na2O·CaO·6SiO2 C.2Na2O·2CaO·9SiO2 D.6Na2O·6CaO·SiO2 【答案】（1）纯碱 石灰石 石英砂 CaSiO3 Na2SiO3 SiO2 (2)B 10.氮元素的价类二维图如图所示，请据此回答： (1)X的化学式为_______；从物质性质上看，X属于_______性氧化物(填“酸”或碱)；X转化为HNO3_______氧化还原反应(填“是”或“不是”)。 (2)亚硝酸(HNO2)可由如图中的两种气体(已知：X常温下为固体)按一定比例通入水中制得，两种气体分别为_______(填化学式)。 (3)工业上以NH3、空气、水为原料通过三步反应生产硝酸： ①NH3→NO，其化学方程式为_______。 _______NH3+_______NO_______ N2+_______H2O ②NO→NO2，其实验现象为_______。 ③NO2→HNO3，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_______。 【答案】(1) N2O5     酸     不是 (2)NO2、NO (3) 4NH3+6NO5N2+6H2O     无色气体变为红棕色     1：2 【解析】（1）X化合价与硝酸相同为+5价，物质类型为氧化物，X化学式为：N2O5，从物质性质上看，N2O5为酸性氧化物、转化为HNO3的反应为： N2O5+H2O=2HNO3，元素化合价不变、反应为不是氧化还原反应。 （2）亚硝酸(HNO2)中N为+3价，可由如图中的两种气体按一定比例通入水中制得，则两种气体分别为NO、NO2、通过发生氧化还原反应得到亚硝酸。 （3）①NH3→NO反应是氨气的催化氧化得到NO和水，反应的化学方程式为：； ②NO→NO2实验现象是无色气体变化为红棕色气体； ③二氧化氮和水反应生成一氧化氮和硝酸，反应的化学方程式为：3NO2+H2O=2HNO3+NO，反应中二氧化氮中N元素化合价+4价变化为+5价时为还原剂、变为+2价时作氧化剂，则氧化剂与还原剂物质的量之比为1:2。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.硅在自然界中主要以化合态存在，如二氧化硅和硅酸盐。硅单质有晶体硅和无定形硅两种，晶体硅是良好的半导体材料，在电子工业中有广泛应用。 2.二氧化硅化学性质：它是酸性氧化物，能与碱反应生成盐和水，但不与水反应。二氧化硅还能与氢氟酸反应，这是它的特性。由于其对光有良好的传导性，可用于制造光导纤维。 3.硅酸是一种弱酸，酸性比碳酸还弱。硅酸可通过可溶性硅酸盐与酸反应制得，硅酸凝胶经干燥脱水后得到硅胶，硅胶可作干燥剂。 4.陶瓷主要以黏土为原料，成分复杂，是多种硅酸盐的混合物。陶瓷具有耐高温、耐腐蚀等优良性能，在日常生活和工业生产中都有重要地位，如餐具、建筑装饰材料、工业陶瓷等。 请同学们多结合实际操作，加深对理论知识的理解；操作需要反复练习，加深记忆；要注意安全，避免发生意外。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$