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2012年高考輔導:非金屬單質及其化合物(三)

 昵稱PG98j 2012-05-02
【內容講解】
五、氮元素及其化合物
1.氮氣
  (1)與氫氣反應
  
  (2)與O2反應
  N2+O22NO
  高溫
  (3)與金屬反應。
  N2+3MgMg3N2
  氮的固定
  把大氣中的氮轉化為氮的化合物的方法,稱為氮的固定。如在放電條件下N2和O2直接化合生成NO,豆科植物根瘤菌的作用等均屬氮的固定。

2.NO和NO2
  NO NO2

理性質
色、態(tài)、味 無色、無味、氣體 紅棕色、刺激性氣味氣體
密度 (MNO=30)
(略大于空氣)
(MNO=46)
(大于空氣)
熔沸點
溶解性 不溶于水 易溶于水
毒性 有毒 有毒
化學性質 與水 不反應 3NO2+H2O=2HNO3+NO
NO2既是氧化劑,又是還原劑
與堿 不反應 2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O
氧化性 2NO+2CO=2CO2+N2 2NO2+2KI=I2+2KNO2
還原性 2NO+O2=2NO2
可使酸性KMnO4褪色
可使酸性KMnO4褪色
(與O2混合,通入水中 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 4NO2+O2+2H2O=4HNO3
特性   2NO2N2O4

3.氨氣(NH3)
  (1)結構
  氨分子的空間構型是三角錐形。由于氨分子中N-H鍵的極性強,氨分子與水分子、氨分子與氨分子間存在較強的分子間作用力(氫鍵),所以氨極易溶于水,氨的熔、沸點相對較高(易液化)。
  (2)與酸反應
  NH3+HCl=NH4Cl 白煙
  NH3+HNO3=NH4NO3 白煙
  2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4
  (3)與水反應:NH3+H2ONH3 ·H2ONH4++OH
  (NH3·H2O是弱堿)
  所以,氨水中的微粒有:分子:NH3·H2O、H2O、NH3
  離子:NH4+ 、OH、H+
  (4)還原性
  4NH3+5O24NO+6H2O
  8NH3+3Cl2 = N2+6NH4Cl
  (5)氨氣的實驗室制法
  原理: 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O
  裝置:固-固反應加熱裝置(同制O2)
  干燥:堿石灰(或固體NaOH、固體CaO)
  (不能用濃H2SO4、CaCl2干燥,CaCl2與NH3反應:CaCl2+8NH3= CaCl2·8NH3)
  收集:向下排空氣法收集
  驗滿:①用濕潤的紅色石蕊試紙(變藍)
  ②蘸有濃HCl的玻璃棒接近瓶口(產生白煙)
  尾氣吸收:水(防止倒吸)
  會畫裝置:
             pic_221796

4.銨鹽
  (1)銨鹽都是離子化合物,都易溶于水
  (2)銨鹽的化學性質
  ①受熱分解 NH4ClNH3↑+HCl↑(用于除去或分離銨鹽)
   NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O
 ?、谂c堿反應NH4++OHNH3↑+H2O(用于NH4+的檢驗)
 ?、跱H3與NH4+的相互轉化
  

5.硝酸
  (1)酸的通性:一元強酸。
  (2)氧化性:
 ?、倥c金屬單質的反應:
  a.活潑金屬
  b.Al、Fe鈍化
  常溫濃硝酸可使鋁、鐵鈍化,但加熱能和它們劇烈的發(fā)生化學反應。
  如:
  c.不活潑金屬
  Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
  3Cu+8HNO3(?。?3Cu(NO3)+2NO↑+4H2O
  3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O
 ?、谂c非金屬單質的反應:
  C+4HNO3(濃)CO2 ↑+4NO2↑+2H2O
 ?、叟c化合物的反應:
   Fe2+→Fe3+ SO32-→SO42- I-→I2
  
  (濃硝酸應保存在棕色瓶中,并置于陰涼處)
  (4)蛋白質顯色反應

6.氮及其化合物間的轉化關系
      

六、常見陰陽離子檢驗
1、陽離子檢驗
離子 試劑或方法 現(xiàn)象 離子方程式
H+ 石蕊
甲基橙
Na2CO3
活潑金屬(如Zn)
藍色→紅色
橙色→紅
有無色無味氣體產生
K+ 焰色反應 淺紫色火焰(透過藍色鈷玻璃) 焰色反應操作
Na+ 焰色反應 黃色火焰
NH4+ 加OH,加熱 ①有氣體產生,氣體能使?jié)櫇竦募t色石蕊試紙變藍;
②遇蘸有濃HCl的玻璃棒有白煙
NH4++OH-NH3↑+H2O
NH3+HCl==NH4Cl
Ag+ 加Cl,稀HNO3 白色沉淀,不溶于稀HNO3 Ag++Cl-=AgCl↓
Mg2+ NaOH溶液 白色沉淀,堿過量沉淀不溶 Mg2++2OH-=Mg(OH)2
Ba2+ 加入稀H2SO4 白色沉淀
Fe2+ 加NaOH 白色絮狀沉淀→灰綠色→紅褐色 Fe2++2OH-=Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
加KSCN和氯水 加KSCN無現(xiàn)象,再加氯水溶液變紅色
Cu2+ 加NaOH 藍色絮狀沉淀
Al3+ 加NaOH 先生成白色沉淀,OH-過量白色沉淀溶解
Fe3+ 加NaOH 紅褐色沉淀
加KSCN 溶液變紅色
加苯酚 溶液顯紫色

2、常見陰離子檢驗
離子 試劑或方法 現(xiàn)象 離子方程式
OH- 石蕊試液
酚酞試液
甲基橙試液
變藍
變紅
變黃
 
先加鹽酸酸化,無白色沉淀,再加BaCl2溶液,有白色沉淀。 產生白色沉淀
加H+、品紅溶液 有氣體產生,使品紅褪色(HSO3-的現(xiàn)象相同)
H+、澄清石灰水 有氣體產生,石灰水變渾濁(HCO3 -的現(xiàn)象相同)
Cl- Ag+、稀HNO3 產生白色沉淀,不溶于稀HNO3 Cl-+Ag+=AgCl
Br- ①Ag+、稀HNO3
②氯水、苯或CCl4
①產生淡黃色沉淀,不溶于稀HNO3
②溶液分層、苯層或CCl4層為橙紅色

2Br-+Cl2=Br2+2Cl -
I- ①Ag+、稀HNO3
②新制氯水,淀粉溶液
③氯水、苯或CCl4
①黃色沉淀,不溶于稀HNO3
②滴入新制Cl2,振蕩后再滴入淀粉溶液,變藍
③溶液分層、苯層或CCl4層紫紅色

I2遇淀粉變藍
AlO2- 加H+ 先生成白色沉淀, H+過量后白色沉淀溶解

AlO2-+H++H2O=Al(OH)3

Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O


【經典例題】
例題1.將32.64g銅與140mL一定濃度的硝酸反應,銅完全溶解產生的NO和NO2混合氣體在標準狀況下的體積為11.2L。請回答:
(1)NO的體積為_________L,NO2的體積為_________L。
(2)待產生的氣體全部釋放后,向溶液中加入VmL a mol/L的NaOH溶液,恰好使溶液中的Cu2+全部轉化成沉淀,則原硝酸溶液的濃度為_________mol/L。
(3)欲使銅與硝酸反應生成的氣體在NaOH溶液中全部轉化為NaNO3,至少需要30%的雙氧水_________g。

【解析】(1)設混合氣體中NO的物質的量為x mol,NO2的物質的量為y mol。
根據氣體的總體積為11.2L,有:xy=0.5mol。
根據“得失電子守恒”,有:3xy=mol×2
上式中,左邊為N得電子數,右邊為Cu失電子數
解方程組得:x=0.26mol,y=0.24mol。
則V(NO)=0.26mol×22.4L·mol1=5.8L,
V(NO2)=11.2L-5.8L=5.4L
(2)HNO3在反應中一部分變成氣體,一部分以NO3的形式留在溶液中。
變成氣體的HNO3的物質的量為0.5 mol。
加入NaOH溶液至正好使溶液中Cu2+全部轉化為沉淀,則溶液中只有NaNO3,其物質的量為103a Vmol,也就是以NO3形式留在溶液中的HNO3的物質的量為103aVmol。
所以,c(HNO3)=。
(3)NO、NO2變成NaNO3需要失去電子總數等于Cu與HNO3反應時失去電子總數,即為:0.51mol×2=1.02mol
故需要用作氧化劑的H2O2的物質的量為:0.51mol,也就是需要30%H2O2溶液的質量為:

【答案】(1)5.8L,5.4L (2) (3)57.8g

例題2.某學習小組探究濃、稀硝酸氧化性的相對強弱,按下圖裝置進行試驗(夾持儀器已略去)。實驗表明濃硝酸能將氧化成,而稀硝酸不能氧化。由此得出的結論是濃硝酸的氧化性強于稀硝酸。

可選藥品:濃硝酸、3mo/L稀硝酸、蒸餾水、濃硫酸、氫氧化鈉溶液及二氧化碳
已知:氫氧化鈉溶液不與反應,能與反應:

(1) 實驗應避免有害氣體排放到空氣中,裝置③、④、⑥中盛放的藥品依次是_________
(2) 滴加濃硝酸之前的操作是檢驗裝置的氣密性,加入藥品,打開彈簧夾后_________
(3) 裝置①中發(fā)生反應的化學方程式是_________
(4) 裝置②的作用是_________,發(fā)生反應的化學方程式是_________
(5) 該小組得出的結論依據的試驗現(xiàn)象是_________
(6) 試驗結束后,同學們發(fā)現(xiàn)裝置①中溶液呈綠色,而不顯藍色。甲同學認為是該溶液中硝酸銅的質量分數較高所致,而乙同學認為是該溶液中溶解了生成的氣體。同學們分別設計以下4個實驗來判斷兩種看法是否正確。這些方案中可行的是(選填序號字母)_________
a. 加熱該綠色溶液,觀察顏色變化
b. 加水稀釋綠色溶液,觀察顏色變化
c. 向該綠色溶液中通入氮氣,觀察顏色變化
d. 向飽和硝酸銅溶液中通入濃硝酸與銅反應產生的氣體,觀察顏色變化

【解析】本題主要考查HNO3的性質、化學基本實驗設計和評價能力。(1)根據裝置特點和實驗目的,裝置⑤是收集NO,裝置⑥中盛放NaOH溶液吸收NO2,因為要驗證稀HNO3不能氧化NO,所以裝置③中應該盛放稀硝酸。
(2)由于裝置中殘存的空氣能氧化NO而對實驗產生干擾,所以滴加濃HNO3之前需要通入一段時間CO2趕走裝置中的空氣,同時也需將裝置⑤中導管末端伸入倒置的燒瓶內防止反應產生的NO氣體逸出。
(3)Cu與濃HNO3反應:Cu + 4HNO3(濃)=Cu(NO3)2 + 2NO2↑ +2 H2O。
(4)裝置②中盛放H2O,使NO2與H2O反應生成NO:3NO2 + H2O=2HNO3 + NO。
(5)NO通過稀HNO3溶液后,若無紅棕色NO2產生,說明稀HNO3不能氧化NO,所以盛放稀HNO3裝置的液面上方沒有顏色變化即可說明之。裝置④中盛放的是濃HNO3,若濃HNO3能氧化NO則裝置④液面的上方會產生紅棕色氣體。
(6)要證明是Cu(NO3)2濃度過高或是溶解了NO2導致裝置①中溶液呈綠色,一是可設計將溶解的NO2趕走(a、c方案)再觀察顏色變化。二是增大溶液中NO2的溶解(d方案)觀察顏色變化。加水稀釋綠色溶液再觀察顏色變化的問題在于加水稀釋時既稀釋了Cu(NO3)2的濃度有降低了NO2,無法確定兩種看法那種正確。
【答案】
(1)3mol/L稀硝酸、濃硝酸、氫氧化鈉溶液
(2)通入CO2一段時間,關閉彈簧夾,將裝置⑤中導管末端伸入倒置的燒瓶內
(3)Cu + 4HNO3(濃)= Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
(4)將NO2轉化為NO 3NO2 + H2O =2HNO3 + NO
(5)裝置③中液面上方氣體仍為無色,裝置④中液面上方氣體由無色變?yōu)榧t棕色
(6)a c d

例題3. X、Y、Z、W為含有相同電子數的分子或離子,均由原子序數小于10的元素組成,X有5個原子核。通常狀況下,W為無色液體。

已知:X+YZ+W
(1)Y的電子式是_________________________。
(2)液態(tài)Z和W的電離相似,都可電離出電子數相同的兩種離子,液態(tài)Z的電離方程式是_______。
(3)用圖示裝置制備NO并驗證其還原性。有下列主要操作:
a.向廣口瓶內注入足量熱NaOH溶液,將盛有銅片的小燒杯放入瓶中。
b.關閉止水夾,點燃紅磷,伸入瓶中,塞好膠塞。
c.待紅磷充分燃燒,一段時間后打開分液漏斗旋塞,向燒杯中滴入少量稀硝酸。
①步驟c后還缺少的一步主要操作是_________________________________。
②紅磷充分燃燒的產物與NaOH溶液反應的離子方程式是___________________。
③步驟c滴入稀硝酸后燒杯中的現(xiàn)象是__________________________________。
反應的離子方程式是______________________________________。
(4)一定溫度下,將1 mol N2O4置于密閉容器中,保持壓強不變,升高溫度至T1的過程中,氣體由無色逐漸變?yōu)榧t棕色。溫度由T1繼續(xù)升高到T2的過程中,氣體逐漸變?yōu)闊o色。若保持T2,增大壓強,氣體逐漸變?yōu)榧t棕色。氣體的物質的量n隨溫度T變化的關系如圖所示。

①溫度在T1~T2之間,反應的化學方程式是_________________________。
②溫度在T2~T3之間,氣體的平均相對分子質量是(保留1位小數)______________。

【解析】本題是以實驗為主的無機綜合題,匯聚多個學科內知識板塊,包括物質結構、元素的單質及其化合物的性質、化學實驗、化學平衡、有關物質的量的計算等,所涉及到的知識均為學科主干內容,由于綜合程度高,情景陌生,思維容量大,能較好的考查考生的觀察能力、實驗能力和思維能力。試題新穎,在“題海”中是找不到的,能較好地區(qū)分動手做過實驗和沒動手做過實驗的考生。
試題以常見分子或離子的推斷為起點,給出的條件充分,入手較容易。四種微粒由前10號元素組成且含有相同的電子數,很容易考慮到C、N、O、F的氣態(tài)氫化物分子CH4、NH3、H2O和HF(均含10個電子)。X有5個原子核,常見微粒中只有NH4+。通常狀況下為無色液體的W一定為H2O,則有NH4+ + OH-NH3 + H2O。
H2O為弱電解質,可電離出含電子數相同的OH-和H3O+,舉一反三,液氨的電離方程式為:

2NH3 (l)NH2-+NH4+。
對實驗裝置圖則需要有一定的觀察能力,結合主要操作理解實驗目的。燃燒紅磷是為了消耗掉廣口瓶中的O2,熱NaOH溶液吸收燃燒產物P2O5,設計嚴密,保證生成物為磷酸鈉;隨之稀硝酸與Cu反應產生NO,在沒有O2條件下NO不會被氧化成NO2,最后打開止水夾進入空氣或O2,即可觀察到無色的NO被氧化成紅棕色的NO2。該實驗含有一定實驗設計因素,綜合程度大,考查考生敏捷地接受給出的新信息,并將所給信息與已學過的有關知識相結合,解決問題的能力。
第(4)小問對考生的思維能力有較高要求,考查化學平衡和有關物質的量的計算。據題意,由起始溫度至T1時,存在反應N2O42NO2,T1時N2O4完全分解為NO2T1~T2時則出現(xiàn)2NO22NO + O2的可逆反應。從nT的關系圖中可觀察到T2~T3時,氣體的物質的量保持3 mol,而起始時為1mol N2O4(摩爾質量為92 g/mol),則T2~T3時氣體的平均相對分子質量必為30.7 。
【答案】
(1) (2)2NH3(l) NH+NH
(3) ①打開止水夾,通入少量氧氣
②P2O5+6OH-=2PO+3H2O
③Cu片逐漸溶解,有無色氣泡產生,溶液由無色變?yōu)樗{色
3Cu+8H++2NO=3Cu2++2NO↑+4H2O
(4) ①2NO2 2NO+O2 ?、?0.7

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