5.2 氮及其化合物(课件)-【学而思·PPT课件分层练习】2024-2025学年高一化学必修2（人教版2019）

第二节　氮及其化合物 必备知识 清单破 知识点 1　氮气与氮的固定 1.氮气 (1)物理性质:无色无味气体,难溶于水,密度略小于空气。 (2)分子结构:电子式为··N︙︙N··,结构式为 ; 键很难断裂,通常情况下,氮气的 化学性质很稳定、不活泼,不易与其他物质反应。 (3)化学性质 ①与氢气反应生成NH3:N2+3H2  2NH3。 ②与氧气在放电或高温条件下反应生成NO:N2+O2  2NO。 ③与活泼金属单质(如Mg、Li)反应:3Mg+N2  Mg3N2、6Li+N2  2Li3N。 第1讲　描述运动的基本概念 2.氮的固定 将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定,固氮方式可分为自然固氮(雷 电固氮、生物固氮)、人工固氮。 第1讲　描述运动的基本概念 1.一氧化氮(NO) (1)物理性质 　　无色无味的气体,密度比空气略大,不溶于水。 (2)化学性质 　　易被O2氧化为NO2(红棕色),2NO+O2  2NO2,NO不能用排空气法收集,一般用排水法 收集。 2.二氧化氮(NO2) (1)物理性质 　　红棕色有刺激性气味的气体,密度比空气大,易液化,易溶于水。 知识点 2　一氧化氮和二氧化氮 第1讲　描述运动的基本概念 (2)化学性质 ①与水的反应:3NO2+H2O  2HNO3+NO(NO2不能用排水法收集,常用向上排空气法收 集)。 ②与氢氧化钠溶液的反应:2NO2+2NaOH  NaNO3+NaNO2+H2O。 ③NO和NO2的混合气体能与NaOH溶液反应,化学方程式为NO+NO2+2NaOH  2NaNO2+ H2O。 知识拓展    (1)NO和NO2都是有毒气体,NO结合血液中的血红蛋白的能力远强于氧气,也比 CO强,更容易引起人体缺氧,使人窒息。 (2)NO与空气中的O2反应,气体颜色会发生变化,故可用该原理检验NO的存在。 (3)用水洗法可除去NO中的NO2杂质。 3.氮的氧化物溶于水的计算(详见定点1) 第1讲　描述运动的基本概念 1.氨气 (1)分子结构:氨的电子式为   结构式为 。 (2)物理性质:氨是无色、有刺激性气味的气体,密度比空气小,很容易液化;氨极易溶于水,在 常温常压下,1体积水大约可溶解700体积氨,氨气溶于水时,需防止倒吸现象的发生。 (3)化学性质 知识点 2　氨气和氨水 第1讲　描述运动的基本概念 (4)用途 ①氨气是氮肥工业、有机合成工业及制造硝酸、铵盐和纯碱的原料。 ②氨气易液化,液氨可用作制冷剂。 2.氨水 氨溶于水的水溶液称为氨水,其中大部分NH3与水结合成一水合氨(NH3·H2O),NH3·H2O为弱电 解质,只能部分电离成N 和OH-:NH3+H2O  NH3·H2O  N +OH-。 3.氨气的实验室制法(详见定点3) 第1讲　描述运动的基本概念 1.铵盐:铵根离子(N )和酸根离子构成的化合物。 2.铵盐中含有离子键、共价键,其是由非金属元素组成的离子化合物。 3.物理性质:一般为无色或白色晶体,绝大多数铵盐易溶于水。 4.化学性质 (1)不稳定性 ①NH4Cl固体受热分解:NH4Cl  NH3↑+HCl↑。 特别提醒    在试管中加热氯化铵固体,观察到的现象是氯化铵白色固体消失,在试管上方重 新凝成白色固体,该过程不是升华,过程中发生的化学反应为NH4Cl  NH3↑+HCl↑、NH3 +HCl  NH4Cl,利用NH4Cl的这种性质常用来分离提纯NH4Cl固体。 ②NH4HCO3固体受热分解:NH4HCO3  NH3↑+CO2↑+H2O。 知识点 4　 铵盐及N 的检验 第1讲　描述运动的基本概念 ③(NH4)2CO3固体受热分解:(NH4)2CO3  2NH3↑+CO2↑+H2O。 ④NH4NO3受热分解较为复杂,在不同温度下分解产物不同。 (2)与碱反应 　　铵盐与碱无论在固体状态还是在水溶液中都能反应,固体之间的反应一般不写离子方程 式。若在水溶液中,加热时铵盐与碱的反应一般可用离子方程式表示为N +OH-  NH3↑ +H2O,若溶液浓度较稀且不加热,则离子方程式一般为N +OH-  NH3·H2O。 (3)N 的检验方法 　　取少量样品与碱[如Ca(OH)2]混合于试管中共热,将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口,若 试纸变蓝,则证明样品中含有N 。 第1讲　描述运动的基本概念 1.物理性质:无色、易挥发、有刺激性气味的液体。 2.化学性质 (1)强酸性 　　稀HNO3具有酸的通性,但与金属反应不产生H2。 (2)不稳定性 　　浓硝酸见光或受热易分解,化学方程式为4HNO3  4NO2↑+O2↑+2H2O。 (3)强氧化性 　　硝酸具有强氧化性,能与除金、铂等以外的大多数金属单质反应。 知识点 5　硝酸 第1讲　描述运动的基本概念 与金属 单质反应 ①稀硝酸与铜反应的化学方程式:3Cu+8HNO3(稀)  3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O ②浓硝酸与铜反应的化学方程式:Cu+4HNO3(浓)  Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O ③与Fe、Al反应:常温下,浓硝酸可使Fe、Al表面形成致密的氧化物薄膜而钝化,所以可用铁或铝制容器盛装冷的浓硝酸,但要注意密封,以防止硝酸挥发变稀后与铁、铝反应 与非金属 单质反应 浓硝酸与C反应的化学方程式:C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O 与具有还 原性的 物质反应 硝酸可氧化Fe2+、H2S、SO2、Na2SO3、HI等还原性物质。如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式为3Fe2++4H++N   3Fe3++NO↑+2H2O 第1讲　描述运动的基本概念 知识拓展    浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为1∶3)叫做王水,能溶解一些不溶于硝酸的金 属,如金、铂等。 3.金属单质与硝酸反应的相关计算(详见定点4) 第1讲　描述运动的基本概念 1.SO2和氮氧化物的主要来源、危害与防治 知识点 6　酸雨及防治 第1讲　描述运动的基本概念   2.酸雨 第1讲　描述运动的基本概念 1.“雷雨发庄稼”和工业合成氨,均包含氮的固定过程,氮的固定过程中氮元素均被氧化。这 种说法正确吗? (　    ) “雷雨发庄稼”和工业合成氨中均涉及N2转化为含氮化合物的反应,即N2+O2  2NO和N2+3H2 2NH3,均包含氮的固定过程,在反应N2+O2 2NO中氮元素被 氧化,在反应N2+3H2 2NH3中氮元素被还原。 2.NO、NO2均是非金属元素与氧元素形成的化合物,均属于酸性氧化物。这种说法正确吗? (　     ) NO和NO2均不属于酸性氧化物。 3.蘸有浓氨水与蘸有浓酸的玻璃棒相互靠近,均能产生白烟。这种说法正确吗? (　    ) 玻璃棒上蘸有浓盐酸或浓硝酸时,与蘸有浓氨水的玻璃棒相互靠近有白烟生成,蘸 有浓硫酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒相互靠近,没有明显现象。 知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 ✕ ✕ ✕ 提示 提示 提示 第1讲　描述运动的基本概念 4.固态NH4Cl受热分解变成气体,气体遇冷又变成固态NH4Cl;固态碘单质受热变成碘蒸气,碘 蒸气遇冷又变成固态碘单质,这两种现象的本质相同。这种说法正确吗? (　    ) 固态NH4Cl受热分解生成HCl和NH3,HCl和NH3遇冷发生化合反应生成NH4Cl,发生 的是化学变化;固态碘单质受热升华变成碘蒸气,碘蒸气遇冷变成固态碘单质,无新物质生成, 发生的是物理变化,两种现象的本质不相同。 5.检验N 时,往试样中加入NaOH浓溶液并微热,用湿润的蓝色石蕊试纸检验逸出的气体。 这种说法正确吗? (　    ) 若试样中存在N ,则往试样中加入NaOH浓溶液并微热会有NH3产生,检验NH3应 使用湿润的红色石蕊试纸。 6.在金属单质与硝酸的反应中,硝酸表现出酸性和氧化性。这种说法正确吗? (　    ) 金属单质与硝酸的反应中,生成硝酸盐,硝酸表现出酸性,生成NO或NO2,硝酸表现出 氧化性。 ✕ ✕ √ 提示 提示 提示 第1讲　描述运动的基本概念 关键能力 定点破 定点1　氮的氧化物溶于水的计算   1.相关反应原理 3NO2+H2O  2HNO3+NO①; 2NO+O2  2NO2②。 由①×2+②得:4NO2+O2+2H2O  4HNO3③; 由①×2+②×3得:4NO+3O2+2H2O  4HNO3④; 由①+②得:NO+NO2+O2+H2O  2HNO3⑤。 2.氮的氧化物溶于水的四种类型 (1)NO2气体:溶于水时仅发生反应①,剩余气体为NO。 (2)NO2和O2的混合气体:溶于水时发生反应③。 第1讲　描述运动的基本概念 x=  0<x<4 x=4 x>4 反应情况 O2过量,最终剩余O2 恰好完 全反应 NO2过量,继续发生反 应①,最终剩余NO (3)NO和O2的混合气体:溶于水时发生反应④。 x=  0<x<  x=  x>  反应情况 O2过量,最终剩余O2 恰好完 全反应 NO过量,最终剩余 NO 第1讲　描述运动的基本概念 (4)NO、NO2和O2的混合气体:溶于水时发生反应⑤。 a.若V(NO)∶V(NO2)∶V(O2)=1∶1∶1,恰好完全反应,无气体剩余,即V(剩)=0。 b.若V(NO)∶V(NO2)∶V(O2)≠1∶1∶1,可先求出NO2与H2O反应生成的NO的体积,再加上原 混合气体中NO的体积,得到NO的总体积,再按照反应④进行计算。 3.运用守恒法进行判断和计算 (1)利用混合气体中N、O原子的个数比进行分析判断 通过观察,反应③、④、⑤的混合气体中N原子与O原子的个数之比均为2∶5,由此可得出结 论:只要混合气体中N原子与O原子的个数之比为2∶5,即等于N2O5中N原子与O原子的个数 之比,则混合气体溶于水后恰好生成硝酸,无气体剩余。根据混合气体中N、O原子的个数比 进行分析判断: 第1讲　描述运动的基本概念 N(N)∶N(O)  (2)利用得失电子守恒进行分析判断 当NO2或NO转化为HNO3时失去电子,O2得电子,NO2、NO两种气体与O2混合通入水中时,得 失电子数必然相等,这是应用得失电子守恒法解答此类题目的依据。1 mol NO参与反应失去 3 mol电子,1 mol NO2参与反应失去1 mol电子,1 mol O2参与反应得到4 mol电子,根据得失电 子守恒进行分析判断: ①若3n(NO)+n(NO2)<4n(O2),剩余O2; ②若3n(NO)+n(NO2)=4n(O2),恰好完全反应; ③若3n(NO)+n(NO2)>4n(O2),剩余NO。 第1讲　描述运动的基本概念 典例 将盛有25 mL NO2和O2混合气体的量筒倒置于水槽中,一段时间后,气体体积减小到5 mL且不再变化(同温同压下)。则原混合气体中NO2和O2的体积比可能是 (　    ) A.1∶1　　　　　　B.18∶7 C.16∶9　　　　　　D.22∶3 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨    本题中剩余的5 mL气体可能是O2,也可能是NO,据此结合相关反应可确定NO2和 O2的体积比。 解析    若混合气体中O2过量,即剩余5 mL O2,根据反应4NO2+O2+2H2O  4HNO3,可知NO2 的体积为(25-5) mL× =16 mL,O2的体积为5 mL+(25-5) mL× =9 mL,则NO2和O2的体积比为1 6∶9;若NO2过量,先发生反应4NO2+O2+2H2O  4HNO3①,后发生反应3NO2+H2O  2 HNO3+NO②,剩余5 mL NO气体,由②可知发生反应①后剩余NO2为5 mL×3=15 mL,则O2的体 积为(25-15) mL× =2 mL,则NO2和O2的体积比为(25-2) mL∶2 mL=23∶2。结合选项可知C 项正确。 答案    C 第1讲　描述运动的基本概念   1.NH3的喷泉实验 定点2　喷泉实验及原理 实验 装置   实验操作及现象 打开止水夹,挤压胶头滴管,烧杯中的溶液由玻璃管进入烧瓶,形成红色喷泉 原理 烧瓶内气体与液体接触→气体溶解或发生化学反应→烧瓶内压强减小→外界大气压使烧杯内液体迅速进入烧瓶形成喷泉 实验关键 ①气体和烧瓶要干燥;②气体要充满烧瓶;③装置气密性良好 第1讲　描述运动的基本概念 知识拓展　常见气体与吸收剂的组合 气体 HCl、HBr NH3 CO2、H2S、SO2 吸收剂 水或NaOH 溶液 水或盐酸 NaOH等 碱的溶液 组合时 的条件 气体在水或溶液中的溶解度很大或与水或溶液发生反应,使气体的 物质的量迅速减小,产生足够的压强差(负压) 第1讲　描述运动的基本概念 2.常见的喷泉实验装置 (1)图甲装置形成“喷泉”是因为烧瓶内气体极易溶于烧杯和胶头滴管中的液体(或易与液 体反应)。打开止水夹,挤压胶头滴管使滴管中的液体进入烧瓶,烧瓶内的压强突然减小而与 外界产生压强差,烧杯中的液体被压入烧瓶内形成“喷泉”。 第1讲　描述运动的基本概念 (2)图乙装置形成“喷泉”可采用使烧瓶受热的方法,瓶内气体膨胀,打开止水夹,止水夹下部 导管中的空气被排出,烧瓶内的气体与液体接触溶解或发生反应,烧瓶内压强减小,与外界产 生压强差而形成“喷泉”。 (3)图丙装置中锥形瓶内的物质反应产生气体,使锥形瓶内压强增大而与烧瓶内产生压强差, 打开止水夹,液体从锥形瓶中进入烧瓶中形成“喷泉”。 第1讲　描述运动的基本概念   1.氨气的实验室制法 (1)原理:2NH4Cl+Ca(OH)2   CaCl2+2NH3↑+2H2O。 (2)装置   ①发生装置:固体+固体  气体,与实验室利用氯酸钾和二氧化锰加热制取氧气的装置相 同。 ②净化装置:通常用碱石灰干燥氨气,不能用五氧化二磷、浓硫酸或无水氯化钙干燥。 定点3　氨气的实验室制法 第1讲　描述运动的基本概念   (3)收集方法:向下排空气法。试管口塞一团疏松的棉花,目的是防止氨气与空气形成对流,便 于收集到较纯净的氨气。 (4)验满方法 ①方法一:将湿润的红色石蕊试纸放置在试管口附近,若试纸变蓝,说明已经收集满。 ②方法二:用蘸取浓盐酸的玻璃棒靠近试管口,若有白烟生成,说明已经收集满。 (5)尾气处理:多余的氨气要吸收掉(可在试管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球)以避免污 染空气。在吸收时要防倒吸,常采用的装置有: 第1讲　描述运动的基本概念 特别提醒    Ca(OH)2不能用KOH或NaOH代替,原因是NaOH、KOH易吸水、易结块,不利于 生成的NH3逸出,而且高温下NaOH、KOH会腐蚀试管。 2.实验室快速制取氨气的方法 (1)加热浓氨水法:NH3·H2O不稳定,受热易分解生成NH3,化学方程式为NH3·H2O  NH3↑+H 2O,故可直接加热浓氨水制备NH3。 (2)NaOH固体(或生石灰、碱石灰)滴加浓氨水法:NaOH固体溶于水放出大量的热,会促使一 水合氨分解,而生石灰可与水反应生成Ca(OH)2,同时放出大量的热,也会促使一水合氨分解, 故可在常温下向NaOH固体或CaO固体中滴加浓氨水来制备NH3。 快速制氨气的装置有: 第1讲　描述运动的基本概念   1.金属单质与硝酸反应的思维模型   定点4　金属单质与硝酸反应的相关计算 第1讲　描述运动的基本概念 2.计算方法(假设还原产物为NO2、NO) (1)三个守恒 ①得失电子守恒:金属失电子的物质的量=n(NO2)+3n(NO)。 ②氮原子守恒:n(HNO3)消耗=x·n[M(NO3)x]+n(NO2)+n(NO)。 ③电荷守恒:反应后溶液中c(N )=x·c(Mx+)+c(H+)。 知识拓展    若向反应后所得溶液中加入NaOH恰好使Mx+沉淀完全,此时溶质为NaNO3,则存 在n(Na+)=n(N )=n(HNO3)总-n(NO)-n(NO2)。 (2)一个关系 起酸性作用的HNO3的物质的量是金属物质的量和金属所带电荷数的乘积,可表示为n(HNO3) 酸性=x·n(Mx+)=n(转移电子)。 第1讲　描述运动的基本概念 典例 铜镁合金4.6 g完全溶于浓硝酸,若反应中硝酸被还原只产生4 480 mL的NO2气体和336 mL的N2O4气体(都已折算成标准状况下的体积),在反应后的溶液中,加入足量的氢氧化钠溶 液,生成沉淀的质量为(　    ) A.9.02 g　 B.8.51 g　 C.8.26 g　 D.7.04 g 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨    解答本题需要利用整体思维分析出金属失去电子的物质的量等于金属阳离子结 合的OH-的物质的量,然后结合“得失电子守恒”列式求解。 解析    最终生成的沉淀是氢氧化镁和氢氧化铜,所以沉淀的质量就是金属的质量和金属阳离 子结合的OH-的质量之和。与金属阳离子结合的OH-的物质的量就是金属失去电子的物质的 量,所以根据得失电子守恒可知,金属失去电子的物质的量是 + ×2=0. 23 mol,则与金属阳离子结合的OH-的质量为0.23 mol×17 g·mol-1=3.91 g,则沉淀的质量是8.51 g,B正确。 答案    B 第1讲　描述运动的基本概念 $$