专题十　氮及其化合物-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案

这是一份专题十　氮及其化合物-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案，共30页。学案主要包含了归纳总结，拓展训练，解题思路，基础巩固，能力提升，答案与解析等内容，欢迎下载使用。
专题十　氮及其化合物
考点1　氮及氮的氧化物
考法1 氮及氮的氧化物的性质和应用
命题角度1　氮气的性质及应用
例1. 中国科学院科研团队研究表明,在常温常压和可见光下,基于LDH(一种固体催化剂)合成NH3的原理示意图如图所示。下列说法错误的是

A.氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶1
B.该过程中涉及极性键和非极性键的断裂与生成
C.基于LDH合成NH3的过程属于氮的固定
D.工业中,氨经一系列反应可以得到硝酸
【解析】该反应的化学方程式为2N2+6H2O4NH3+3O2,氮气是氧化剂,水是还原剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3,A错误;该过程中,既有极性键的断裂(O—H)与生成(N—H),也有非极性键的断裂()与生成(OO),B正确;基于LDH合成NH3的过程是将氮气转化为氨气的过程,属于氮的固定,C正确;工业中,氨经催化氧化得到NO,NO被氧化为NO2,NO2与水反应可得到硝酸,D正确。
【答案】 A
命题角度2　结合环保问题考查氮及其化合物的性质(热点角度)
例2. 氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题:
(1)氨气的制备

①氨气的发生装置可以选择图中的　　　,反应的化学方程式为　　
　　　　　　　　。 
②欲收集一瓶干燥的氨气,选择图中的装置,其连接顺序为发生装置➝　　　　　(按气流方向,用小写字母表示)。 
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。

操作步骤
实验现象
解释原因
打开K1,推动注射器活塞,使X中的气体缓慢通入Y管中
①Y管中　　 　　 
②反应的化学方程式
　　　　　　 　　 
将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温
Y管中有少量水珠
生成的气态水凝聚
打开K2
③　　　
④　　　
【解析】(1)①观察装置知,A装置适合加热固体制备气体,B装置适合加热液体与固体制备气体或加热液体制备气体。实验室通过氯化铵和消石灰共热制备氨气,可以选择A装置作发生装置,化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O。实验室还可以通过加热浓氨水制备氨气,故也可以选择B装置作发生装置,化学方程式为NH3·H2ONH3↑+H2O。②实验室用碱石灰干燥氨气,用向下排空气法收集氨气,用水吸收尾气中的氨气并注意防倒吸。故选择C、D、F装置,注意连接球形干燥管时应大口进气,小口出气。所以,连接顺序为a、d、c、f、e、i或b、d、c、f、e、i。(2)NO2呈红棕色,氨气与二氧化氮发生反应:8NH3+6NO27N2+12H2O,故观察到Y管中红棕色气体慢慢变浅。NH3与NO2反应后生成的气态水凝聚,反应后气体分子数减少,装置内压强减小,故打开K2,NaOH溶液会产生倒吸现象。
【答案】 (1)①A　2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O
(或B　NH3·H2ONH3↑+H2O)　②d c f e i
(2)①红棕色气体慢慢变浅　②8NH3+6NO27N2+12H2O　③Z中NaOH溶液产生倒吸现象　④反应后气体分子数减少,Y管中压强小于外压

考点2　氨及铵盐
考法2 氨的制备和性质探究
命题角度1　结合物质制备装置考查氨的实验室制法
例3. 某化学学习小组在实验室模拟工业制备硫氰化钾(KSCN)。实验装置如图所示(部分夹持装置已略)。

已知:①CS2不溶于水,比水重;NH3不溶于CS2。②三颈烧瓶内盛有CS2、水和催化剂。
实验步骤如下:
(1)制备NH4SCN:CS2+2NH3NH4SCN+H2S(该反应比较缓慢)
①实验前,经检验装置的气密性良好。三颈烧瓶的下层CS2液体必须浸没导气管口,目的是　 。 
②实验开始时打开K1,加热A,使A中产生的气体缓缓通入D中,至CS2消失。则A中反应的化学方程式是　　　 　　　 　　;
C的作用是　　　 　　　　　。 
(2)制备KSCN溶液:熄灭A处的酒精灯,关闭K1,打开K2,再缓缓滴加适量的KOH溶液,发生反应:NH4SCN+KOHKSCN+NH3↑+H2O。
小组讨论后认为:实验中滴加相同浓度的K2CO3溶液比KOH溶液更好,理由是　 。 
(3)制备硫氰化钾晶体:先滤去三颈烧瓶中的固体催化剂,再减压蒸发浓缩,冷却结晶,　 　　　,干燥,得到硫氰化钾晶体。 
(4)测定晶体中KSCN的含量:称取10.0 g样品配成1 000 mL溶液,量取20.00 mL于锥形瓶中,加入适量稀硝酸,再加入几滴Fe(NO3)3溶液作指示剂,用0.100 0 mol/L AgNO3标准溶液滴定,达到滴定终点时消耗AgNO3标准溶液20.00 mL。
①滴定时发生的反应:SCN-+Ag+AgSCN↓。则判断达到滴定终点时的方法是　 。 
②晶体中KSCN的质量分数为　　　 　。 
【解析】(1)①导气管口在下层液体CS2中,可以使反应物充分接触,防倒吸;②实验室用氯化铵与氢氧化钙来制备氨气,其化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,C是为了观察气泡产生的速率,以便控制A中的加热温度。(2)K2CO3碱性弱于KOH,且与NH4SCN反应产生更多气体(K2CO3+2NH4SCN2KSCN+2NH3↑+CO2↑+H2O),有利于溶液中残留的H2S逸出。(3)实验室制备硫氰化钾晶体的操作:减压蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥。(4)①Fe3+与SCN-发生络合反应,显红色,因此当最后一滴AgNO3溶液滴入时,红色恰好褪去,且半分钟内颜色不恢复;②n(KSCN)=n(AgNO3)=0.100 0 mol/L×20.00×10-3 L×1 000 mL20.00 mL=0.1 mol,m(KSCN)=97 g/mol×0.1 mol=9.7 g,故KSCN的质量分数为9.7 g10.0 g×100%=97.0%。
【答案】(1)①使反应物充分接触,防倒吸　②2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O　观察气泡产生的速率,以便控制加热温度　(2)K2CO3碱性弱于KOH,且与NH4SCN反应能产生更多气体,有利于溶液中残留的H2S逸出　(3)过滤,洗涤　(4)①当滴入最后一滴AgNO3溶液时,红色恰好褪去,且半分钟内颜色不恢复　②97.0%
命题角度2　火箭燃料——联氨的结构与性质(热点角度)
例4. 联氨(又称肼,N2H4,无色液体)是一种应用广泛的化工原料,可用作火箭燃料。回答下列问题:
(1)联氨分子的电子式为　　　　　　　　,其中氮的化合价为　　　　。 
(2)实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨,反应的化学方程式为　 。 
(3)联氨为二元弱碱,在水中的电离方式与氨相似。联氨第一步电离反应的平衡常数值为　　　　(已知:N2H4+H+N2H5+的K=8.7×107;Kw=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为　 。 
(4)联氨是一种常用的还原剂。向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液,观察到的现象是　 。 
联氨可用于处理高压锅炉水中的氧,防止锅炉被腐蚀。理论上1 kg的联氨可除去水中溶解的O2　　　　kg;与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,联氨的优点是　
。 
【解析】(1)N2H4中原子间以共价键结合,其电子式为H∶∶∶H。N2H4中H为+1价,由化合物中各元素化合价代数和为0,可确定N为-2价。(2)反应中NaClO和NH3分别作氧化剂和还原剂,根据得失电子守恒和原子守恒可写出并配平相应的化学方程式。(3)N2H4的第一步电离的离子方程式为N2H4+H2ON2H5++OH-,则电离常数Kb=c(N2H5+)·c(OH-)c(N2H4)=c(N2H5+)·c(OH-)·c(H+)c(N2H4)·c(H+)=c(N2H5+)·Kwc(N2H4)·c(H+)=K·Kw=8.7×107×1.0×10-14=8.7×10-7。联氨是二元弱碱,其与硫酸形成的酸式盐为 N2H6(HSO4)2。(4)联氨具有还原性,能将AgBr中的Ag+还原为Ag,可看到固体逐渐变黑,联氨被氧化为N2,可看到溶液中有气泡产生。1 mol联氨在反应中失去4 mol 电子,而1 mol O2能得到4 mol电子,且联氨与O2的相对分子质量相等,故参加反应的联氨与O2的物质的量和质量均相等,故1 kg的联氨可除去水中溶解的O2的质量为1 kg。使用联氨处理水中溶解的O2,消耗联氨的质量小,且产物为N2和H2O,对环境无污染,而用Na2SO3处理水中溶解的O2时,Na2SO3被氧化为Na2SO4,产生新杂质。
【答案】(1)H∶∶∶H　-2　(2)2NH3+NaClO N2H4+NaCl+H2O　(3)8.7×10-7　N2H6(HSO4)2　(4)固体逐渐变黑,并有气泡产生　1　N2H4的用量少,不产生其他杂质(还原产物为N2和H2O,而Na2SO3产生Na2SO4)
【归纳总结】
类比NH3的性质类推N2H4的性质
1.碱性:二元弱碱,碱性比NH3·H2O的弱。
(1)电离:在水中的电离方式与氨相似,分两步进行:N2H4+H2ON2H5++OH-,N2H5++H2O N2H62++OH-。
(2)水解:N2H5++H2ON2H4·H2O+H+,N2H62++2H2ON2H4·2H2O+2H+。
(3)与硫酸反应,2N2H4+H2SO4(N2H5)2 SO4,N2H4+2H2SO4(过量)N2H6(HSO4)2(酸式盐)。
2.强还原性:(1)水合肼在碱性溶液中能将银、镍等金属离子还原成金属单质,如Ag++N2H4·H2OAg↓+NH4++12N2↑+H2O;(2)能被氧气、H2O2等氧化,可用作喷气式发动机推进剂、火箭燃料等。
命题角度3　利用现代传感技术认识喷泉原理(预测角度)
例5. 现用传感技术测定喷泉实验中的压强变化来认识喷泉实验的原理。下列说法正确的是

A.制取氨气时烧瓶中的X固体常用CaO或CaCl2
B.将湿润的蓝色石蕊试纸置于三颈烧瓶口c处,试纸变红,说明NH3已收集满
C.关闭a,用单孔塞(插有吸入水的胶头滴管)塞紧三颈烧瓶口c,打开b,挤压胶头滴管完成喷泉实验,电脑绘制三颈烧瓶内压强变化曲线如图2所示,则C点时喷泉最剧烈
D.工业上,若出现液氨泄漏,喷洒NaHCO3溶液比喷洒稀盐酸效果好
【解析】CaO能与水反应,使c(OH-)增大,同时放出大量的热,有利于氨气的逸出,而CaCl2虽然具有吸水性,但易与产生的氨气反应生成CaCl2·8NH3,不能用于制备或干燥氨气,A错误;红色石蕊试液遇碱显蓝色,所以检验三颈烧瓶集满NH3的方法是将湿润的红色石蕊试纸靠近三颈烧瓶口c,试纸变蓝,证明NH3已收集满,B错误;三颈烧瓶内气体压强与外界大气压差值越大,喷泉越剧烈,C点压强最小、外界大气压不变,所以大气压和C点压强差值最大,则喷泉最剧烈,C正确;稀盐酸显酸性,碳酸氢钠溶液显碱性,氨水溶液显碱性,因此在酸性溶液中吸收氨气的效率高于在碱性溶液中吸收氨气的效率,D错误。
【答案】 C
考点3　硝酸
考法3 金属与硝酸反应的性质探究与计算
命题角度1　硝酸与金属反应的实验探究
例6. 在通风橱中进行下列实验:
步骤


现象
Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色
Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止
Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡
下列说法不正确的是
A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式:2NO+O22NO2
B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应
C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀HNO3 的氧化性强于浓HNO3
D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化
【解析】稀硝酸与铁反应可生成NO,NO在空气中被氧化为NO2,A项正确。浓硝酸能使铁钝化,B项正确。Ⅱ中铁钝化,反应停止,不能比较稀硝酸与浓硝酸氧化性的强弱,C项错误。构成原电池后可以根据电流的方向判断正、负极,从而判断Fe是否被氧化,D项正确。
【答案】 C
【拓展训练】1. 将11.2 g铜粉和镁粉的混合物分成两等份,其中一份加入200 mL的稀硝酸并加热,固体和硝酸恰好完全反应,并产生标准状况下2.24 L NO;将另一份在空气中充分加热,最后得到m g固体。下列有关说法正确的是(　　)
①c(HNO3)=2.0 mol·L-1　②c(HNO3)=0.5 mol·L-1
③m=8.0　　 ④m=7.2
A.①④　　　　B.①③　　　　C.②④　　　　D.②③
命题角度2　HNO2及其盐的性质(预测角度)
例7. 信息1:亚硝酸(HNO2)是一种弱酸,既具有氧化性又具有还原性;亚硝酸不稳定,易分解为硝酸、水和NO。信息2:亚硝酸钠又名“工业盐”,常被大量用作高分子材料的发泡剂和偶氮染料的原料等,该物质有毒,但其颜色、形状、味道和食盐相似,很容易因误食而中毒;亚硝酸银为难溶于水的白色沉淀。
根据上述信息,回答下列问题:
(1)甲组同学取一份可能是NaCl或NaNO2的样品,用蒸馏水溶解,通过下列实验操作可鉴别样品成分。在待检验溶液中滴加AgNO3溶液的现象是　　　　　　　　,倒出上清液,在沉淀中加入硝酸,振荡,沉淀溶解,则该样品为　　　　　　　(写化学式),沉淀溶解的离子方程式为　　　　　　　　　。 

(2)乙组同学利用如图所示装置检验可能是NaCl或NaNO2的样品。

①A装置中盛装稀硫酸的仪器名称是　　　　　　　,打开该仪器的活塞,使稀硫酸缓缓滴下,若样品为NaNO2,则在B装置中可观察到的现象为　　　　　　　　　　,检验B装置中有NO的操作及产生的现象是　　　　　　　　　　　　。 
②C装置中盛有的试剂名称是　　　　　　　　,作用是　　 　　　
　　　　　　　 　　。 
(3)设计实验证明。
①亚硝酸为弱酸:　
。 
②亚硝酸具有还原性:　
。 
【解析】(1)AgCl和AgNO2均为白色难溶于水的物质,故加入AgNO3溶液后出现白色沉淀。AgCl难溶于硝酸,而AgNO2与硝酸反应可生成HNO2,该物质不稳定,又分解生成硝酸、水和NO。(2)①根据装置图中盛装稀硫酸的仪器的结构及作用可知其为分液漏斗。A装置和B装置中残留的空气与A装置中生成的NO反应生成NO2。由于B装置中主要含NO,故其内气体颜色较淡,打开止水夹,鼓入空气,NO完全转化为NO2,使B装置内NO2浓度增大,红棕色变深。②氮的氧化物有毒,可用碱液(如NaOH溶液)吸收。(3)①检验HNO2的弱酸性,可检验其强碱盐的pH,也可以直接检验其一定浓度稀溶液的pH等。②检验HNO2的还原性需要用到氧化剂,故在酸性KMnO4溶液中加入过量NaNO2溶液,KMnO4被还原,从而使溶液褪色。
【答案】(1)产生白色沉淀　NaNO2　3AgNO2+2H+3Ag++2NO↑+NO3-+H2O　(2)①分液漏斗　出现较淡的红棕色气体　打开止水夹,鼓入空气,红棕色变深　②NaOH溶液(合理即可)　吸收尾气　(3)①取NaNO2溶液,用pH试纸检验,对照标准比色卡知pH>7(其他合理答案也可)　②在酸性KMnO4溶液中加入过量NaNO2溶液,溶液褪色(其他合理答案也可)
【归纳总结】
类比硝酸的性质学习亚硝酸的性质
1.亚硝酸的性质
(1)亚硝酸中,N为+3价,既有氧化性,又有还原性,在水溶液中能将I-氧化为单质碘:2HNO2+2I-+2H+I2+2NO↑+2H2O。
(2)亚硝酸是一种弱酸,不稳定,易分解成HNO3、H2O和NO,即3HNO2HNO3+2NO↑+H2O。
2.HNO2的制备
(1)将等物质的量的NO2和NO的混合物溶解在冰水中:NO+NO2+H2O2HNO2。
(2)将强酸加入亚硝酸盐的冷溶液中:NaNO2+HClNaCl+HNO2。

素材16 PH3、H3PO2、H3PO4等物质的性质及其应用
【拓展训练】2.NaH2PO2·H2O易溶于水,水溶液呈中性,具有强还原性,可用于化学镀银、镍、铜等。一种以泥磷(含P4和少量CaO、Fe2O3、Al2O3、CaCl2等)为原料制备NaH2PO2·H2O的工艺流程如图所示。

已知:P4与Ca(OH)2、NaOH的反应主要有
Ⅰ.3Ca(OH)2+2P4+6H2O3Ca(H2PO2)2+2PH3↑
Ⅱ.3NaOH+P4+3H2O3NaH2PO2+PH3↑
(1)已知H3PO2是一元中强酸,NaH2PO2是　　　　(填“正盐”或“酸式盐”)。 
(2)尾气中的PH3被NaClO溶液吸收可生成NaH2PO2和NaCl,离子方程式为　　　　　　　　,从吸收液中获得NaH2PO2·H2O的操作为　　　　、　　　　、过滤、洗涤和干燥。 
(3)用NiCl2、NaH2PO2溶液化学镀Ni,同时生成H3PO4和氯化物的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)“滤渣2”的主要成分为　　　　　　　　　　　　(填化学式)。 
(5)“过滤2”的滤液需要用Ag2SO4悬浊液和Ba(OH)2溶液除去其中Cl-,加入的Ag2SO4悬浊液不宜过量太多,其主要原因是　　　　　　　　　　　　。 
素材17 As及其化合物的性质及应用
【拓展训练】3. 砷及其化合物在半导体、农药制造等方面用途非常广泛。回答下列问题:
(1)AsH3的电子式为　　 　　;将AsH3通入AgNO3溶液中可生成Ag、As2O3和HNO3,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为　　　　。 
(2)改变0.1 mol·L-1三元弱酸H3AsO4溶液的pH,溶液中的H3AsO4、H2AsO4-、HAsO42-以及AsO43-的物质的量分布分数随pH的变化如图1所示:

　　　　　　 图1　　　　 　　 图2
①lg Ka1(H3AsO4)=　　　　,用甲基橙作指示剂(pH变色范围为3.1~4.4),用NaOH溶液滴定H3AsO4发生的主要反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　。 
②反应H2AsO4-+AsO43-2HAsO42-的lg K=　　　　。 
(3)反应2As2S3(s)4AsS(g)+S2(g)达到平衡时气体总压的对数值lg(p/kPa)与温度的关系如图2所示:
①对应温度下,B点的反应速率v(正)　　　　v(逆)(填“>”“v(逆)。②A点处,lg (p/kPa)=0,则气体总压为1 kPa,AsS(g)在混合气体中的体积分数为45,S2(g)在混合气体中的体积分数为15,则AsS(g)的分压为0.8 kPa,S2(g)的分压为0.2 kPa,Kp=0.84×0.2=8.192×10-2。
4.(1)研磨、加热(1分)　(2)①Ksp(AgSCN),用KSCN溶液滴定过量的AgNO3溶液时,AgCl容易转化为AgSCN,加入硝基苯使AgCl沉淀表面被有机物覆盖,防止在滴加KSCN溶液时,AgCl沉淀转化为AgSCN沉淀。若不加入硝基苯,则消耗的KSCN溶液体积偏大,会导致所测产品中氯元素的质量分数偏小。(5)步骤④中X为指示剂,X的作用是指示Ag+和SCN-的反应达到滴定终点,根据SCN-遇Fe3+显红色,知X为Fe(NO3)3。根据滴定原理,10.00 mL溶液中POCl3水解生成的n(Cl-)=n(AgNO3)-n(KSCN)=3.2 mol·L-1×0.01 L-0.2 mol·L-1×0.01 L=0.03 mol。根据POCl3~3HCl,30.7 g POCl3产品中n(POCl3)=13×0.03 mol×10=0.1 mol,故产品中POCl3的质量分数为153.5 g·mol-1×0.1 mol÷30.7 g×100%=50%。