《生產(chǎn)生活中的含氮化合物》學(xué)案5

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111 專 題 4 第 二 單 元 生 產(chǎn) 生 活 中 的 含 氮 化 合 物 揚州邗江紅橋高級中學(xué) 嚴文君 揚州邗江教育局教研室 范世燕 111 【學(xué)海導(dǎo)航】 一、氮氣和氮氧化物 1、氮氣：無色無味、難溶于水的氣體。空氣中78%（體積分數(shù)）是氮氣。 放電 氮分子（N2）為雙原子分子，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，決定了氮氣性質(zhì)的穩(wěn)定性，常溫下氮氣很穩(wěn)定，很難與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此，生產(chǎn)上常用氮氣作保護氣。但這種穩(wěn)定是相對的，在一定條件下（如高溫、放電等），也能跟某些物質(zhì)（如氧氣、氫氣等）發(fā)生反應(yīng)。 N2 + O2 2NO N2 + 3H2 2NH3 2、固氮作用：游離態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)榛蠎B(tài)氮的方法。 途徑 舉例 自然固氮 → 閃電時，N2 轉(zhuǎn)化為NO 生物固氮 → 豆科作物根瘤菌將N2 轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮 工業(yè)固氮 → 工業(yè)上用N2 和H2合成氨氣 3、氮氧化物（NO和NO2）： NO NO2 色、態(tài)（常溫下） 無色氣體 紅棕色氣體 氣 味 沒有氣味 刺激性氣味 毒 性 有 毒 有 毒 重要反應(yīng) 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 氮氧化物對環(huán)境的污染、危害及防治措施 ①硝酸型酸雨的產(chǎn)生及危害 ②造成光化學(xué)煙霧的主要因素③破壞臭氧層 措施：使用潔凈能源，減少氮氧化物的排放；為汽車安裝尾氣轉(zhuǎn)化裝置；處理工廠廢氣 氮的氧化物是大氣污染氣體，常用堿液 （NaOH溶液）吸收。 二、氮肥的生產(chǎn)和使用 1、氨的合成： N2 + 3H2 2NH3 2、氨氣的物理性質(zhì)： 氨氣是無色、有刺激性氣味的氣體，在標準狀況下，密度是0.771g.L-1，比空氣小。氨易液化，液氨氣化時要吸收大量的熱，使周圍溫度急劇下降，所以液氨可作致冷劑。 氨極易溶于水，常溫常壓下，1體積水中大約可溶解700體積的氨氣。氨的水溶液稱氨水。計算氨水的濃度時，溶質(zhì)應(yīng)為NH3 。 3、氨的化學(xué)性質(zhì)： （1）氨溶于水時，大部分氨分子和水分子形成一水合氨分子（NH3H2O）。一水合氨分子（NH3H2O）不穩(wěn)定，受熱時分解為氨氣和水。 NH3 + H2O NH3H2O NH3H2O NH4+ + OH- 氨水顯弱堿性。 比較液氨與氨水： 名 稱 液 氨 氨 水 形 成 氨降溫加壓 液 化 氨溶于水 物質(zhì)分類 純凈物 混合物 成 分 NH3 NH3、NH3H2O 、H2O 、 NH4+ 、 OH- 、H+ （2）氨具有弱堿性，可以與酸（硫酸、硝酸、鹽酸等）反應(yīng)，生成銨鹽。 NH3 + H+ = NH4+ （3）與氧氣反應(yīng)（具有還原性） 氨氣在催化劑（如鉑等）、加熱的條件下，生成一氧化氮和水，并放出熱量。此反應(yīng)是放熱反應(yīng)，是工業(yè)制硝酸的基礎(chǔ)。 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 4、銨鹽：由銨離子和酸根離子構(gòu)成的鹽。 如：硫酸銨【（NH4）2SO4 ，俗稱硫銨，又稱肥田粉】，氯化銨【NH4Cl，俗稱氯銨】，硝酸銨【NH4NO3，俗稱硝銨】，碳酸氫銨【NH4HCO3，俗稱碳銨】，它們都是白色、易溶于水的晶體。銨鹽屬于銨態(tài)氮肥。常用氮肥有硝態(tài)氮肥和尿素【 CO（NH2）2 】 ①銨鹽受熱易分解： NH4Cl NH3 + HCl NH4HCO3 NH3 ↑+ H2O + CO2↑ ②銨鹽能與堿反應(yīng)放出氨氣： NH4Cl + NaOH NaCl + NH3 ↑+ H2O ▲銨態(tài)氮肥，要避免與堿性肥料混合施用。 5、實驗反思：①噴泉實驗的實質(zhì)是什么？氨氣為什么可做噴泉實驗？是否只有氨氣才能做該實驗？ ②用氯化銨和氫氧化鈣固體混合共熱制氨氣，應(yīng)使用什么實驗裝置？注意哪些問題？ 三、硝酸： 1、硝酸的工業(yè)制法：氨催化氧化法 原理： 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 總反應(yīng)式：NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O 2、硝酸的物理性質(zhì)： 純硝酸為無色有刺激性氣味的液體，沸點較低（83℃），易揮發(fā)，在空氣中遇水蒸氣形成硝酸的小液滴而呈白霧狀。98%以上的濃硝酸稱為“發(fā)煙硝酸”，69%的硝酸溶液稱為濃HNO3。濃HNO3由于HNO3分解產(chǎn)生的NO2溶于硝酸中而一般呈黃色。 3、硝酸的化學(xué)性質(zhì)： （1）不穩(wěn)定性：4HNO34NO2 + 2H2O + O2 硝酸越濃越易分解，因此濃HNO3應(yīng)存放在棕色試劑瓶中。 （2）強酸性：具有酸的通性。 （3）強氧化性： HNO3中的+5價N元素處于最高價態(tài)，具有很強的氧化性。 如：Cu + 4HNO3(濃) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O 3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O C + 4HNO3(濃) = CO2 + 4NO2 + 2H2O 鈍化作用：常溫下, 濃HNO3使Fe、Al鈍化。 4、氮及其化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系： NH4NO3 NH3 HNO3 N2 NO NO2 5、自然界中氮的循環(huán)： 硝酸鹽 植物 雷電 細菌分解 亞硝酸鹽 空氣中的氮氣 遺 體 固氮 動物 氨或銨鹽 作用 遺體 【例題解析】 【例題1】(12分)下圖中，A是一種無色液體，G是極易溶于水的堿性氣體，Y是胃酸的主要成分，K是不溶于稀硝酸的白色沉淀，反應(yīng)⑤是工業(yè)制X的主要反應(yīng)之一。 請按要求填空： (1)寫出下列物質(zhì)的化學(xué)式：A： ，E： F： ，Y： 。 (2)反應(yīng)⑤的化學(xué)方程式為： 。 (3)1molB通過反應(yīng)②得到1molF，B中F的質(zhì)量分數(shù)為72%，則B的化學(xué)式為： 。 分析：解題要尋找突破口，如“G是極易溶于水的堿性氣體”，中學(xué)階段只能是NH3 ，“Y是胃酸的主要成分”，推知Y是HCl；反應(yīng)⑤是以氨為原料制取X，聯(lián)想工業(yè)制硝酸的原理，可推出C是O2，J是NO，A是H2O，再推知D是H2，E是N2，X是HNO3，I是AgNO3,K是AgCl，H是NO2。反應(yīng)⑤是：4NH3+5O2 4NO+6H2O，反應(yīng)⑥是：3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO。（3）中1molB通過反應(yīng)②得到Ag和N2，從已知條件出發(fā)，B中F的質(zhì)量分數(shù)為72%，從而推知F的化學(xué)式為AgN3 。 【答案】(12分)(1)H2O N2 Ag HCl (2)4NH3+5O2 4NO+6H2O (3)AgN3， 【例題2】汽車尾氣（含有烴類、CO、SO2與NO等物質(zhì)）是城市空氣的污染源。治理的方法之一是在汽車的排氣管上裝一個“催化轉(zhuǎn)換器”（用鉑、鈀合金作催化劑）。它的特點是使CO與NO反應(yīng)，生成可參與大氣生態(tài)環(huán)境循環(huán)的無毒氣體，并促使烴類充分燃燒及SO2的轉(zhuǎn)化。 （1）寫出一氧化碳與一氧化氮反應(yīng)的化學(xué)方程式 （2）“催化轉(zhuǎn)換器”的缺點是在一定程度上提高空氣的酸度，其原因是 （3）控制城市空氣污染源的方法可以有 （多選扣分） a 開發(fā)氫能源 b 使用電動車 c 植樹造林 d 戴上呼吸面具 分析：解此題，一方面應(yīng)從反應(yīng)物自身的性質(zhì)入手，汽車尾氣中，CO具有較強的還原性，NO具有較強的氧化性，一定條件下，可能發(fā)生氧化還原反應(yīng)；另一方面，應(yīng)緊扣題意，尋找突破口，由“生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無毒氣體”，推出生成產(chǎn)物為CO2和N2。 【答案】（1） 2CO + 2NO 2CO2 + N2， （2）SO2轉(zhuǎn)化成SO3，產(chǎn)生硫酸酸霧。 （3） a、b。 【例題3】在下圖裝置中,燒瓶中充滿干燥氣體a,將滴管中的液體b擠入燒瓶內(nèi),輕輕振蕩燒瓶,然后打開彈簧夾f,燒杯中的液體b呈噴泉狀噴出,最終幾乎充滿燒瓶.則a和b分別是 ( ) 分析：此題考查形成噴泉的實驗，從而了解形成噴泉的實質(zhì)，是要形成內(nèi)外氣壓差。 【答案】（BD） 【例題4】在100ml NaOH溶液中加入NH4NO3和(NH4)2SO4的固體混合物，加熱充分反應(yīng)。右圖表示加入的混合物質(zhì)量和產(chǎn)生的氣體體積（標準狀況）的關(guān)系，試計算： （1）NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度 （2）當NaOH溶液的體積為140mL，固體混合物質(zhì)量是51.6g時，充分反應(yīng)后，生成氣體的體積為多少升？ （3）當NaOH溶液體積為180mL時，固體混和物的質(zhì)量為51.6g時，充分反應(yīng)后，生成氣體的體積為多少升？ 解析：（1）由圖可見：34.4g混合物和100mLNaOH溶液恰好完全反應(yīng)。 n（NaOH）=n（NH3）= =0.5mol c（NaOH）= = = 5.00mol/L （2）V（NaOH）=140mL完全反應(yīng)所需固體質(zhì)量 = =48.16g<51.6g， 因固體過量，所以 V（g）=22.4Lmol-15molL-10.14L=15.68L (3)V（NaOH）=180mL完全反應(yīng)所需固體質(zhì)量 = =61.92g>51.6g，故NaOH過量，固體51.6g完全反應(yīng), = V（g）=16.8L 【答案】：（1）5.00mol/L （2）15.68L （3）16.8L。 【習(xí)題精練】 一、選擇題：（每小題只有一個選項正確） 1、據(jù)稱2004年冬季將是自1869年人類有氣象觀測記錄以來的四大暖冬之最。江蘇氣溫預(yù)計 較常年偏高4~6℃。這與下列各組中的兩種氣體在大氣中的含量都有關(guān)系的是： （ ） A．SO2、CO2 B．NO2、CO C．CO2、CH4 D．NO、O3 2、美國三位醫(yī)學(xué)教授因發(fā)現(xiàn)X 物質(zhì)在人體血管系統(tǒng)內(nèi)具有傳送信號的功能而榮獲1998年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。因此 X 物質(zhì)被譽為“生物信使分子”。已知 X 是一種奇電子數(shù)分子，也是一種污染大氣的無色氣體，且能使血紅蛋白失去攜氧能力。則 X 是： （ ） A.CO B.HF C.CO2 D.NO 3、起固氮作用的化學(xué)反應(yīng)的是： （ ） A.工業(yè)上用氮氣和氫氣合成氨氣 B.一氧化氮與氧氣反應(yīng)生成二氧化氮 C.氨氣經(jīng)催化氧化生成一氧化氮 D.由氨氣制碳酸氫氨和硫酸氨 4、在標準狀況下, ①HCl ②NH3 ③SO2 ④NO2分別充滿容積相同的燒瓶做噴泉實驗, 都獲成功, 則生成溶液物質(zhì)的量濃度相同的是： ( ) A．①②③ B．①②③④ C．①②④ D．①② 5、在NO2與水的反應(yīng)中，水： （ ） A．是還原劑 B．是氧化劑 C．既是氧化劑又是還原劑 D．既不是氧化劑又不是還原劑 6、密度為0.91 gcm-3的氨水,質(zhì)量百分比濃度為25%(即質(zhì)量分數(shù)為0.25),該氨水用等體積的水稀釋后,溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為 ( ) A．等于12.5% B.大于12.5% C．小于12.5% D.無法確定 7、在NH3、HNO3、H2SO4的工業(yè)生產(chǎn)中，具有的共同點是： （ ） A．使用吸收塔設(shè)備 B．使用尾氣吸收裝置 C．使用H2作原料 D．使用催化劑 8、工業(yè)廢氣中氮氧化合物是造成污染的主要來源。為治污，工業(yè)上通常通入NH3與之發(fā)生下列反應(yīng)：NOX+NH3→N2+H2O?，F(xiàn)有NO、NO2的混合氣3L，可用同溫同壓下的3.5LNH3恰好使其完全轉(zhuǎn)化為N2，則原混合氣體中NO和NO2的物質(zhì)的量之比： （ ） A.1:3 B.2:1 C.1:1 D.1:4 9、限用一種試劑, 經(jīng)過一次性實驗就能鑒別下列四種溶液：Na2CO3、(NH4)2SO4、NH4Cl、KNO3, 應(yīng)選用： （ ） 　　A．AgNO3溶液 　　　B．NaOH溶液 　　C．Ba(OH)2溶液　　 D．鹽酸 10、Inorganic Syntheses一書中，有一如右圖所示的裝置，用以制備某種干燥的純凈氣體。該裝置中所裝的藥品正確的是：（ ） A.A中裝濃硫酸，B中裝濃鹽酸 B.A中裝濃鹽酸，B中裝濃硫酸 C.A中裝氫氧化鈉濃溶液，B中裝濃氨水 D.A中裝濃氨水，B中裝氫氧化鈉濃溶液 11、對下列事實的解釋正確的是： （ ） A.濃硝酸在光照下變黃，證明硝酸不穩(wěn)定，且產(chǎn)物有紅棕色氣體可溶于濃硝酸 B.向某溶液中加入氯化鋇溶液和稀硝酸，生成白色沉淀，則原溶液一定含有SO42－ C.常溫下，將銅放入濃硫酸中無明顯變化，說明銅在冷的濃硫酸中鈍化 D.氯氣使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{，說明氯氣可與淀粉反應(yīng) 12、在某100mL混合液中，HNO3和H2SO4的物質(zhì)的量濃度分別是0.4molL-1和0.1molL-1。向該混合液中加入1.92g銅粉，加熱，待充分反應(yīng)后，所得溶液中的Cu2+的物質(zhì)的量濃度（molL-1）是： （ ） A.0.15 B.0.225 C.0.35 D.0.45 水 氨氣 圖1 圖2 二、填空題： 13．制取氨氣并完成噴泉實驗（圖中夾持裝置已略去）。 ⑴寫出實驗室制取氨氣的化學(xué)方程式： . ⑵收集氨氣用 法，要得到干燥的氨氣可選用 作干燥劑。 ⑶用圖1裝置進行噴泉實驗，上部燒瓶已裝滿干燥氨氣，引發(fā)水上噴的操作是 該實驗的原理是 . ⑷如果只提供如圖2的裝置，請說明引發(fā)噴泉的方法。 . 14.A、B、C、D均為中學(xué)所學(xué)的常見物質(zhì)且均含有同一種元素，它們之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示(反應(yīng)條件及其他物質(zhì)已經(jīng)略去)： 。 （1）若A、D的水溶液均能使?jié)駶櫟乃{色石蕊試紙變紅，且D為強酸，則A、D分別為(填寫化學(xué)式)A： ，D： 。 寫出A→B轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程式： 。 （2）若A的水溶液能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，D的稀溶液能使藍色的濕潤石蕊試紙變紅。則A為 ，寫出A→B轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程式： 15． NO分子因污染空氣而臭名昭著。近年來，發(fā)現(xiàn)少量的NO在生物體內(nèi)許多組織中存在，它有擴張血管、免疫、增強記憶的功能，而成為當前生命科學(xué)的研究熱點，NO亦被稱為“明星分子”。請回答下列問題。 （1）NO對環(huán)境的危害在于 （填以下項目的編號） A．破壞臭氧層 B．高溫下能使一些金屬被氧化 C．造成酸雨 D．與人體血紅蛋白結(jié)合 （2）在含Cu+ 離子的酶活化中心中，亞硝酸根離子(NO2－)可轉(zhuǎn)化為NO，寫出Cu+和亞硝酸根離子在酸性水溶液中反應(yīng)的離子方程式： 。 （3）在常溫下，把NO氣體壓縮到100個大氣壓，在一個體積固定的容器里加熱到50℃，發(fā)現(xiàn)氣體的壓力迅速下降，壓力降至略小于原壓力2/3就不再改變，已知其中一種產(chǎn)物為N2O，寫出上述變化的化學(xué)方程式： 。 16．人類也可主動地參與氮循環(huán),合成氨工業(yè)就是參與上圖過程 ①的手段之一,氮肥的生產(chǎn)和使用促進了植物體內(nèi)蛋白質(zhì)和核酸的合成,使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)取得了飛速發(fā)展,以天然氣為原料合成氨是新的生產(chǎn)氮肥的方法,它具有污染小、成本低等諸多優(yōu)點。 其過程大體如下： (1)請寫出用天然氣制備氫氣的化學(xué)方程式： (2)寫出合成尿素[CO（NH2）2]反應(yīng)的化學(xué)方程式： (3)某工廠以標準狀態(tài)下的含CH489.6%的天然氣100 m3為原料經(jīng)過上述過程，只生產(chǎn)NH4NO3，不生產(chǎn)尿素， 若生產(chǎn)中氮元素?zé)o損失，求最多可制得NH4NO3化肥的質(zhì)量。 17．下圖是銅與稀硝酸反應(yīng)的兩個實驗裝置圖，請回答下列問題： （1）銅與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式_____ _ 。 （2）I實驗裝置中能否證明銅與稀硝酸反應(yīng)生成的是NO氣體______________（填“能”或“不能”），簡述理由___________ _ 。 （3）若用Ⅱ?qū)嶒炑b置進行實驗，以證明銅與稀硝酸反應(yīng)生成的氣體是NO，則：檢查氣密性的操作是__________________________________ _________________________。 在燒杯中加入一定體積的稀硝酸，打開止水夾，用注射器慢慢抽取干燥管內(nèi)的空氣，稀硝酸沿著干燥管慢慢上升，直到充滿整個干燥管，停止抽拉注射器，關(guān)閉止水夾，觀察干燥管內(nèi)的現(xiàn)象__________________________________ _______________________________________。反應(yīng)停止后，打開止水夾，用注射器抽取干燥管內(nèi)的氣體（事先已將注射器內(nèi)原有的空氣推出），關(guān)閉止水夾后取下注射器，并抽取一定量的空氣，觀察到的現(xiàn)象是_______________ __ 。 （4）上述實驗完成后，將注射器內(nèi)的氣體通入到NaOH溶液中，其目的是__________________ _______________ 。 18.某化肥廠用NH3為原料制取硝酸，再進一步制取NH4NO3。已知：由NH3制取HNO3時的產(chǎn)率為88%；由NH3與HNO3反應(yīng)生成NH4NO3的產(chǎn)率為98%。若用100t NH3制取硝酸銨，則用于制硝酸的氨的質(zhì)量為多少噸？可制得硝酸銨多少噸？ 【答案】 一、選擇題：（每小題只有一個選項正確） 1、C 2、D 3、A 4、B 5、D 6、C 7、D 8、A 9、C 10、B 11、A 12、B 二、填空題： 13．⑴2NH4Cl + Ca(OH)2 2NH3↑ + CaCl2 + 2 H2O ⑵ 向下排空氣 ， 堿石灰 ⑶打開止水夾，擠出膠頭滴管中的水 ； 氨氣極易溶于水，致使燒瓶內(nèi)氣體壓強迅速減小。 ⑷ 打開止水夾，用手或熱毛巾將燒瓶捂熱，氨氣受熱膨脹，趕出玻璃導(dǎo)管內(nèi)的空氣，使得氨氣與水接觸，即可發(fā)生噴泉現(xiàn)象。 14、（1）A：H2S D：H2SO4 2H2S+3O2 == 2SO2+2H2O； （2）A：NH3 4NH3+5O2 == 4NO + 6H2O 15．（1）C、D。 （2） Cu+ + NO2- + 2H+ = Cu2+ + NO↑+H2O （3） 3NO = N2O +NO2 16．（1）CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 （2）2NH3 + CO2 = CO（NH2）2 + H2O （3）426.5Kg 17．（1）3Cu + 2NO3 – + 8H+ 3Cu2+ + 2NO↑+ 4H2O （2）不能，因為圓底燒瓶中有空氣，空氣中的氧氣會與NO反應(yīng)生成NO2，出現(xiàn)紅棕色。 （3）關(guān)閉止水夾，將干燥管放入帶有水的燒杯中，若干燥管內(nèi)的液面比燒杯中的液面低，且過一段時間后干燥管內(nèi)的液面位置保持不變，則表明該裝置的氣密性良好。銅片溶解，且表面有無色氣泡產(chǎn)生，溶液變成藍色，液面下降。有紅棕色氣體產(chǎn)生。 （4）防止污染環(huán)境。 18、52.7t, 218t