高三化学复习知识清单(通用版) 知识清单13 氮及其重要化合物
展开【知识归纳】
一、氮气的性质和应用
1.原子结构
(1)原子结构示意图:
(2)在周期表中位置:第二周期第VA族
(3)原子的轨道表示式:,单电子数:3
(4)第一电离能:I1(N)>I1(O)
2.氮气的结构
(1)结构式N≡N,电子式
①化学键:1个键2个键
②稳定性:键<键
(2)分子极性:非极性分子
3.氮元素的自然存在
4.自然界中氮的循环
二、氮气的性质
1.物理性质
(1)色味态:无色无味气体
(2)密度:在标准状况下ρ(N2)==1.25g•L-1,比空气的小(极为接近)
(3)溶解性:难溶于水
(4)收集方法:只能用排水法(密度与空气接近,不能用排空气法)
2.化学性质
(1)稳定性:N≡N键能很大,通常情况下很难发生反应
(2)氧化性:N2+3H22NH3(工业固氮反应)
(3)还原性
①除去中H2的N2:3Mg+N2Mg3N2
②高能固氮反应:N2+O22NO
3.氮化镁
(1)电子式:
(2)与水反应:Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2↓+2NH3↑
(3)与过量盐酸反应:Mg3N2+8HCl3MgCl2+2NH4Cl
二、氮的氧化物的性质及应用
1.氮元素的六种氧化物
2.NO的性质
(1)色味态:无色无味气体
(2)溶解性:难溶于水
(3)强还原性
①与O2反应:2NO+O22NO2
②与酸性H2O2反应:2NO+3H2O22H++2NO3-+2H2O
③酸性KMnO4溶液:5NO+3MnO4-+4H+5NO3-+3Mn2++2H2O
④除去NO2中的NO:NO+2HNO3(浓)3NO2↑+H2O
3.NO2的性质
(1)色味态:红棕色有刺激性气味气体
(2)溶解性:易溶于水,不溶于四氯化碳
(3)与H2O反应:3NO2+H2O2HNO3+NO
(4)双聚反应:2NO2N2O4;△H<0
①加热:红棕色变深
②加压:颜色先变深后变浅,比加压前深
(5)强氧化性:能够将某些还原性微粒氧化,自身被还原成NO
①2NO2+2KI=2KNO2+I2(湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,可用于检验NO2)
②NO2+SO2SO3+NO
③H2S+NO2S+NO+H2O
④2Fe2++4H++NO22Fe3++2H2O+NO↑
(6)鉴别NO2和溴蒸气
4.氮氧化物的危害
(1)形成硝酸型酸雨
含氮物质NONO2HNO3
(2)形成光化学烟雾
NO2和O2O3有毒烟雾
(3)破坏臭氧层:NO催化O3分解为O2
NO+O3=NO2+O,NO2+O=NO+O2
(4)水体富营养化:水中含氮化合物引起水体污染
5.常见的处理氮氧化物的方法
(1)NaOH溶液吸收法
①2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O
②NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O
(2)纯碱溶液吸收法
①2NO2+Na2CO3NaNO3+NaNO2+CO2↑
②NO2+NO+Na2CO32NaNO2+CO2↑
(3)CH4还原法
①2CH4+2NO2N2+2CO2+4H2O
②CH4+4NO2N2+CO2+2H2O
(4)NH3还原法
①6NO2+8NH37N2+12H2O
②6NO+4NH35N2+6H2O
(5)H2还原法
①4H2+2NO2N2+4H2O
②2H2+2NON2+2H2O
(6)CO还原法
①4CO+2NO24CO2+N2
②2CO+2NO2CO2+N2
三、氨气的性质
1.物理性质
(1)色味态:无色、有刺激性气味的气体
(2)密度:比空气的小
(3)溶解性:极易溶于水,1∶700,难溶于CCl4
(4)物理特性:易液化(沸点-33.5℃)
2.碱性气体
(1)水:NH3+H2ONH3·H2O
(2)指示剂:能够使紫色石蕊试液变蓝,酚酞试液变红
(3)与酸化合成铵盐
①HCl:HClNH4Cl,产生白烟
②HNO3:HNO3NH4NO3,产生白烟,同浓硝酸
③H2SO4:H2SO4(浓)(NH4)2SO4,产生白色沉淀
3.氨气的还原性:NH3eq \(--------------------→,\s\up7(O2、Cl2、CuO),\s\d5())N2或NO
(1)催化氧化:4NH3+5O24NO+6H2O
(2)热的CuO:2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O
(3)还原氯气
①少量NH3:2NH3+3Cl26HCl+N2
②过量NH3:8NH3+3Cl26NH4Cl+N2(检验输送氯气的管道是否泄漏)
4.氧化性:2Na+2NH32NaNH2+H2↑
5.氨气的用途
(1)制硝酸和硝酸铵:N2NH3NONO2HNO3NH4NO3
(2)致冷剂:液氨气化吸热,使环境温度急剧降低
(3)制化肥:制备硝铵、硫铵、氯铵、碳铵等铵态氮肥
四、氨水的性质
1.氨水的密度
(1)比水小,浓度越大,密度越小
(2)质量分数为a和b的两种氨水混合
①等质量混合,所得氨水的质量分数c=
②等体积混合,所得氨水的质量分数c<
2.氨水的挥发性:易挥发出氨气,所以氨水应密封保存
3.氨水的组成
(1)三个可逆反应
①氨气和水的反应:NH3+H2ONH3·H2O
②一水合氨的电离:NH3·H2ONH4++OH-
③水的电离:H2OH++OH-
(2)“三分子”、“三离子”成分
①三分子:NH3、H2O、NH3·H2O
②三离子:NH4+、OH-、H+
4.氨水的化学性质
(1)不稳定性:NH3·H2ONH3↑+H2O
(2)弱碱性
①H2SO4:2NH3·H2O+H2SO4(NH4)2SO4+2H2O
②少量CO2:2NH3·H2O+CO2(NH4)2CO3+H2O
③过量CO2:NH3·H2O+CO2NH4HCO3
④AlCl3:AlCl3+3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4Cl
五、铵盐的结构和性质
1.物性:都是无色,易溶于水的晶体
2.结构:NH4+的电子式
(1)所含化学键:离子键、共价键和配位键
(2)化合物类型:离子化合物
3.热不稳定性
(1)非氧化性酸铵盐氨气和相应的酸
①碳酸铵:(NH4)2CO32NH3↑+H2O↑+CO2↑
②碳酸氢铵:NH4HCO3NH3↑+H2O↑+CO2↑
③亚硫酸铵:(NH4)2SO32NH3↑+H2O↑+SO2↑
④亚硫酸氢铵:NH4HSO3NH3↑+H2O↑+SO2↑
⑤氯化铵:NH4ClNH3↑+HCl↑
(2)氧化性酸铵盐复杂的氧化还原反应,一般不放氨气
①NH4NO3N2O↑+2H2O
②5NH4NO32HNO3+4N2↑+9H2O
③2NH4NO32N2↑+O2↑+4H2O
④3(NH4)2SO44NH3↑+3SO2↑+N2↑+6H2O
4.铵盐和碱反应
(1)条件不同,产物不同
①常温:NH4++OH-NH3·H2O
②加热:NH4++OH-NH3↑+H2O
(2)注意事项
①铵态氮肥不能与碱性物质混合使用,以免生成氨气,降低肥效。
②铵盐固体和碱固体反应时,不能拆写成离子形式
③酸式铵盐和碱溶液反应时,注意碱过量时,NH4+和酸式酸根离子都参与反应
5.铵盐的检验
(1)步骤:取样,加碱,加热,加湿润的红色石蕊试纸
(2)现象:湿润的红色石蕊试纸变蓝
六、硝酸的性质
1.物理性质
(1)色味态:纯硝酸是一种无色有刺激性气味的液体
(2)密度:比水的大,密度越大,浓度越越大,常见浓硝酸浓度为68%~70%
(3)溶解性:以任意比和水互溶
①主要原因:硝酸和水之间可以形成氢键
②次要原因:硝酸和水都是极性分子
(4)挥发性:易挥发,浓度为95%以上的硝酸称为发烟硝酸
2.不稳定性
(1)反应:4HNO34NO2↑+O2↑+H2O
(2)通常所见的浓硝酸因含NO2而呈黄色
①除去黄色最简单的方法:加水,3NO2+H2O2HNO3+NO
②除去黄色最环保的方法:通足量氧气,4NO2+O2+2H2O4HNO3
3.与金属单质反应
(1)Al、Feeq \(----------→,\s\up7(浓硝酸),\s\d5(常温))钝化;Al、Feeq \(----------→,\s\up7(浓硝酸),\s\d5(加热))剧烈反应放NO2气体
(2)Au、Pt:任何情况下都不反应
(3)其他金属与硝酸反应不生成H2,硝酸的浓度不同,还原产物不同
①浓硝酸与铜反应:Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
②稀硝酸与铜反应:3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
③3Zn+10HNO3(稀)4Zn(NO3)2+N2O↑+5H2O
④3Mg+10HNO3(极稀)4Mg(NO3)2+NH4NO3+3H2O
(4)Feeq \(-----------→,\s\up7(稀硝酸),\s\d5(过量))Fe(NO3)3;Feeq \(-----------→,\s\up7(稀硝酸),\s\d5(少量))Fe(NO3)2
①Fe+4HNO3(稀)Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
②3Fe+8HNO3(稀)3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O
4.浓硝酸与非金属单质加热反应
(1)碳与浓硝酸加热反应:C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O
(2)碳与稀硝酸不反应
5.硝酸与还原性化合物反应:HNO3eq \(---------------→,\s\up7(S(-2)、S(+4)),\s\d5(I-、Fe2+))NO2或NO
(1)-2价硫:3H2S+2HNO3(稀)3S↓+2NO↑+4H2O
(2)+4价硫:3Na2SO3+2HNO3(稀)3Na2SO4+2NO↑+H2O
(3)-2价碘:6I-+8H++2NO3-3I2+2NO↑+4H2O
(4)+2价铁:3Fe2++4H++NO3-3Fe3++2H2O+NO↑
6.几种物质和湿润的蓝色石蕊试纸的反应
(1)湿润的蓝色石蕊试纸先变红,后褪色
(2)湿润的蓝色石蕊试纸只变红,不褪色
(3)湿润的蓝色石蕊试纸先变红,后变黑
(4)湿润的蓝色石蕊试纸只变红,不褪色
(5)湿润的蓝色石蕊试纸先变红,后褪色
(6)湿润的蓝色石蕊试纸只变红,不褪色
7.浓硝酸的保存
(1)易挥发:密封保存,敞口放置,质量减小,浓度降低
(2)易分解:棕色细口瓶避光、黑暗而且温度低的地方
(3)强氧化性:不能用橡胶塞,而用玻璃塞
(4)大量存放:铝制或铁制的槽车内
8.硝化反应
(1)苯:+HNO3(浓)NO2+H2O
(2)甲苯:制备黄色的TNT炸药
(3)颜色反应:含苯环的蛋白质遇到浓硝酸显黄色
五、实验室制一氧化氮和二氧化氮
1.反应原理及装置
(1)装置类型:“固体+液体气体”型
或或
(2)药品:铜和稀(浓)硝酸
(3)反应
①NO2:Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
②NO:3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
2.气体的净化:一般用无水氯化钙或P2O5或硅胶除水蒸气
3.气体的收集
(1)NO:只能用排水法收集或排“惰性”气体法
(2)NO2:向上排空气法或排四氯化碳法
4.气体的检验
(1)NO:通入空气,无色气体变成红棕色气体
(2)NO2:通过湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
5.尾气吸收
(1)NO:一般用酸性的H2O2、酸性高锰酸钾溶液等强氧化性溶液吸收
(2)NO2:一般用NaOH、Na2CO3等碱性溶液吸收
6.特别提醒:制NO前,先通氮气、二氧化碳等气体将装置内的空气排尽
六、实验室制取氨气
1.反应原理及装置
(1)装置类型:“固体+固体气体”型
①方法:氯化铵固体与氢氧化钙固体混合加热
②反应:2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+2H2O+CaCl2
(2)装置类型:“液体+液体气体”型
①方法:加热浓氨水
②反应:NH3·H2ONH3↑+H2O
(3)装置类型:“固体+液体气体”型
2.气体的净化:一般用碱石灰吸水
3.气体的收集
(1)方法:向上排空气法和排四氯化碳液体法
(2)净化:试管口堵棉花的作用:防止氨气和空气发生对流,提高氨气的收集速率和纯度
4.验满方法
(1)最佳方法:用湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶口,若试纸变蓝,则说明氨气收集满了
(2)其他方法:用玻璃棒蘸取浓盐酸或浓硝酸放在集气瓶口,若产生白烟,则说明氨气收集满了
5.尾气吸收
(1)吸收剂:棉花最好用稀硫酸浸湿,防止污染空气
(2)注意防倒吸
6.喷泉实验的原理及操作
(1)典型实验装置及变形设计
(2)操作步骤:先打开止水夹→再挤胶头滴管
(3)形成条件:容器内外产生较大的压强差
①气体完全被液体吸收剂溶解或反应
②气体和气体完全反应生成固体或液体
③气体冷凝成液体使气压减小
④液体变成气体使气压增大
⑤外界气压压缩气体
七、氨的催化氧化实验
1.反应原理:4NH3+5O24NO+6H2O
2.氨气的提供
(1)浓氨水
①向浓氨水中通入空气,使氨挥发出来,从而使氧气和氨充分混合。
②向浓氨水中加入Na2O2,使浓氨水分解产生氨气,从而使氧气和氨充分混合。
(2)铵盐分解法提供氨气
3.氧气的提供
(1)直接通入空气法
(2)双氧水在二氧化锰的催化作用下分解:2H2O22H2O+O2↑
(3)过氧化钠和水反应:2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑
(4)氯酸钾和二氧化锰混合加热:2KClO32KCl+3O2↑
(5)高锰酸钾固体加热:2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
(6)过氧化钠和碳酸(氢)铵混合加热:
①NH4HCO3NH3↑+H2O↑+CO2↑或(NH4)2CO32NH3↑+H2O↑+CO2↑
②2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2
4.典型现象
(1)锥形瓶中气体呈红棕色:这是因为NH3被氧化为NO,NO遇到空气中的O2又迅速被氧化为红棕色的NO2。
(2)通常瓶内有白烟出现:这是由于锥形瓶里有水蒸气存在,水蒸气和NO2反应生成了HNO3:3NO2+H2O=2HNO3+NO,HNO3再跟NH3反应生成微小的白色NH4NO3晶体:NH3+HNO3=NH4NO3。
(3)铂丝呈红色:这是因为NH3与O2在铂丝的表面上进行的反应是放热反应,反应放出的热量足以使铂丝继续保持红热状态。
化合价
+1
+2
+3
+4
+5
化学式
N2O
NO
N2O3
NO2
N2O4
N2O5
含氧酸
HNO2
HNO3
还原性微粒
氧化产物
S
SO3或SO42-
I2
Fe3+
方法
现象
二氧化氮
溴蒸汽
水溶解法
气体由红棕色变成无色,得到无色溶液
溶液变为橙色
AgNO3沉淀法
气体由红棕色变成无色,溶液无明显变化
产生浅黄色沉淀
CCl4溶解法
无明显现象
得到橙红色溶液
密闭加热法
颜色明显加深
无明显现象
密闭冷却法
颜色明显变浅
得到深红棕色液体
湿润的淀粉
碘化钾试纸法
变蓝
变蓝
方法
原理
浓氨水与NaOH固体混合
①NaOH溶于水放热,促使氨水分解
②NaOH固体吸水,使c(OH-)增大,有利于NH3的生成
③加入NaOH,使c(OH-)增大,有利于NH3的生成
浓氨水与CaO固体混合
①CaO与水反应放热,促使氨水分解。
②CaO与水反应,使水减少,使c(OH-)增大,有利于NH3的生成
③生成Ca(OH)2,使c(OH-)增大,有利于NH3的生成
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