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教材分析(必修二):氮及其化合物

一、氮

1、“位-构-性”

(1)位置:第二周期Va族。

(2)结构:

教材分析(必修二):氮及其化合物

(3)性质:(预测)

①氧化性:最外层能得3电子,反应后显-3价,显示为氧化性。与金属钠反应:生成Na3N。与金属Mg反应:生成Mg3N2

②还原性:自然界中能看到稳定的+5价,说明氮具有一定的还原性。

但氮既不易失电子,也不易得电子,更容易以形成共用电子对的方式构成物质。

③氧化性比较:实际上N2比O2的氧化性差很多,还有一个原因是N2中N之间的共价键比O2的O之间的共价键强很多,更不容易断裂所致。【推理】

2、氮气的物理性质

颜色?状态?气味?毒性?溶解性?密度?熔沸点?

无色无味无毒的气体。溶解性:难溶于水。

【推理】密度:与空气相近。熔沸点:很低。

氮气由分子构成,分子之间为分子间作用力,分子的相对分子质量很小,所以熔沸点很低。

3、氮气的化学性质(从金属、非金属、氧化物、酸、碱、盐等角度分析)

(1)与金属反应:Na或Mg在空气中燃烧时,会产生少量的氮化物。

3Mg+N2教材分析(必修二):氮及其化合物Mg3N2

(2)与非金属反应:

N2若与氧化性非金属反应,显示为还原性。

N2+O2教材分析(必修二):氮及其化合物2NO

N2若与还原性非金属反应,显示为氧化性。

N2+3H2教材分析(必修二):氮及其化合物2NH3

这是工业制氨的反应,也是工业制氮的化合物的重要反应。

(3)与常见的氧化物、酸、碱、盐一般不反应。

(4)氮的固定:把游离态的氮转化为氮的化合物。

大自然通过闪电或根瘤菌能实现自然固氮。

教材分析(必修二):氮及其化合物

4、金属氮化物的化学性质

(1)遇水能水解。

Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3

(2)遇酸能反应生成两种盐。

Mg3N2+8HCl=3MgCl2+2NH4Cl

二、NO和NO2

1、NO的物理性质

颜色?状态?气味?毒性?溶解性?密度?熔沸点?

无色、有毒气体,不溶于水。

【推理】密度与空气相近。

熔沸点:比N2稍高。(分子的极性越高,分子间作用力越大)

2、NO的化学性质

遇空气生成红棕色的NO2

2NO+ O2=2NO2

3、NO2的物理性质

教材分析(必修二):氮及其化合物

颜色?状态?气味?毒性?溶解性?密度?熔沸点?

红棕色、有刺激性气味的有毒气体,易溶于水

【推理】密度比空气大。

熔沸点:易液化,熔沸点比NO高很多。(NO2在低温下易形成N2O4,使相对分子质量变大,分子间作用力变大)

注意:NO2在标准状况下是液体。

4、NO2的化学性质

(1)溶于水时会有一部分与水反应,生成HNO3和NO。

3NO2+H2O=2HNO3+NO

(2)NO2气体内存在着生成N2O4的平衡。

2NO2⇌ N2O4

所以NO2气体中含有N2O4。(N2O4为无色气体)

5、NO、NO2的其它化学性质

(1)NO2和O2混合气体与水反应,能全部生成HNO3

4NO2+O2+2H2O=4HNO3

(2)NO和O2混合后与水反应,能全部生成HNO3

4NO +3O2+2H2O=4HNO3

(3)NO2与NaOH溶液反应,生成NaNO3和NaNO2

2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O

(4)NO、NO2的混合气体与NaOH溶液反应,生成NaNO2

NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O

三、NH3和铵盐

1、NH3的物理性质

颜色?状态?气味?毒性?溶解性?密度?熔沸点?

无色、有刺激性气味的气体。

【推理】密度比空气小。

熔沸点:熔沸点比N2高。(分子之间有氢键)

易液化,液氨气化时吸收大量能量,可以用作致冷剂。

【实验】氨气溶于水的喷泉实验

教材分析(必修二):氮及其化合物

此实验证实了,氨气易溶于水,氨气溶于水会显碱性。

常温常压下1体积的水中大约可溶解700体积的氨气。

氨水的密度小于水的密度,浓度越大,密度越小。

2、NH3的化学性质

(1)遇水显碱性。

NH3+H2O⇌NH3·H2O⇌NH4+OH

氨水(主要成分为NH3·H2O)能使酚酞溶液变红或使蓝色石蕊试纸变蓝。

氨与酸生成铵盐。氨气遇氯化氢时,会产生白烟。

NH3+HCl=NH4Cl

教材分析(必修二):氮及其化合物

(2)有很强的还原性。

①在催化剂的作用下,能与O2反应,生成NO。

4NH3+5O2教材分析(必修二):氮及其化合物4NO+6H2O

②能还原CuO。

教材分析(必修二):氮及其化合物

2NH3+3CuO教材分析(必修二):氮及其化合物3Cu+N2+3H2O

③能与Cl2反应。

2NH3+3Cl2=6HCl+N2

或8NH3+3Cl2=8NH4Cl+N2

3、铵盐的物理性质

教材分析(必修二):氮及其化合物

多数为无色晶体,有的是白色固体,易溶于水。受热易分解,很多无熔沸点。有氨的气味。密度比水大。

4、铵盐的化学性质

(1)铵盐易分解。

NH4Cl教材分析(必修二):氮及其化合物NH3↑+HCl↑

NH4HCO3教材分析(必修二):氮及其化合物NH3↑+CO2↑+H2O

(2)铵盐是弱碱盐,可以用强碱与铵盐反应,制取氨气。

NH4Cl+NaOH(浓)教材分析(必修二):氮及其化合物NH3↑+NaCl+H2O

NH4Cl+NaOH=NH3·H2O+NaCl

由于氨气极易溶于水并且与水形成NH3·H2O,生成量浓度较低时,写NH3·H2O。生成量浓度较高时,写NH3↑+H2O。

(3)NH3的实验室制法

教材分析(必修二):氮及其化合物

①反应原理:2NH4Cl+Ca(OH)2教材分析(必修二):氮及其化合物CaCl2+2NH3↑+2H2O

②收集方法:向下排气法。(为什么不能用排水法?)

③检验氨气:用湿润的红色石蕊试纸,现象为试纸变蓝。

④若干燥氨气:用干燥管和碱石灰

不能用无水氯化钙或浓硫酸吸收。(为什么?)

⑤若进行尾气处理:防倒吸,用水或稀硫酸吸收。

⑥棉花团的作用:防止氨气与空气对流。

⑦不能用NaOH固体,NaOH易与玻璃中的SiO2反应,使试管破裂。

5、铵盐是农业的重要肥料。

教材分析(必修二):氮及其化合物

左侧为缺少氮肥的植物,右侧为氮肥施加正常的植物

四、硝酸和硝酸盐

1、纯硝酸、浓硝酸、稀硝酸

(1)纯硝酸:无色、有刺激性气味的液体,易挥发,与水以任意比混溶。密度(1.51g·cm-3)大于水。

纯硝酸中HNO3以分子形式存在,分子之间有氢键,不发生电离,纯液体状态下不导电。

熔点-42℃,沸点83℃。熔沸点较高,原因是分子之间有氢键。但熔沸点比浓硫酸低,原因是HNO3分子也会形成分子内氢键。

(2)浓硝酸:发烟硝酸的质量分数为98%。平时用的浓硝酸的质量分数为68%。

①不稳定:易分解为NO2、O2和H2O。所以一般保存在棕色试剂瓶中,并放置在阴凉处。

4HNO3教材分析(必修二):氮及其化合物4NO2↑+O2↑+2H2O

浓硝酸一般呈黄色,是因为易分解,生成NO2并溶于浓硝酸。

②强氧化性:不仅能氧化Mg、Zn等活泼金属,还能氧化Cu、Ag等不太活泼的金属和非金属C、S等。自身生成NO2

Cu+4HNO3(浓)= Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

C+4HNO3(浓)教材分析(必修二):氮及其化合物 CO2↑+4NO2↑+2H2O

③钝化:Al、Fe遇到浓硝酸也会发生钝化现象。常温下可以用铁或铝制容器盛装浓硝酸。

(3)稀硝酸:低于6mol·L-1的硝酸。具有强酸性和强氧化性,还原产物一般为NO。若硝酸的浓度更低,还原产物还可能为N2O、N2、铵盐等。

Fe2O3+6HNO3=2Fe(NO3)3+3H2O

3FeO+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O

3Cu+8HNO3(稀)= 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

4Zn+10HNO3(极稀)=4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O

(4)工业制硝酸的流程

教材分析(必修二):氮及其化合物

2、硝酸盐

(1)物理性质:固体,绝大多数易溶于水。

在农业上可以用作肥料。

(2)化学性质:不稳定,受热易分解。与可燃物一起易发生爆炸,属于危险品。

分解规律如下

碱金属及碱土金属的硝酸盐:2NaNO3教材分析(必修二):氮及其化合物2NaNO2+O2

镁到铜:2Cu(NO3)2教材分析(必修二):氮及其化合物2CuO+4NO2↑+O2

银:2AgNO3教材分析(必修二):氮及其化合物2Ag+2NO2↑+O2

(3)检验NO3的方法:

在酸性介质中,通过和FeSO4反应产生棕色环[Fe(NO)]SO4加以定性检出。

五、酸雨及防治

教材分析(必修二):氮及其化合物

1、正常雨水:pH值约为5.6,溶解CO2所致。酸雨的pH小于5.6。

2、酸雨的形成原因:

化石燃料或矿物在燃烧或冶炼时会产生SO2,机动车发动机会产生氮氧化物,SO2和氮氧化物以及它们在大气中发生反应的生成物溶于水会形成酸雨。

3、酸雨的危害:

损伤农作物,破坏草原、森林,使土壤、湖泊酸化,加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具、电缆的腐蚀等。

4、酸雨的预防:

家用燃料改用去硫的燃气,工业废气在排放前要处理,机动车废气要进行催化处理等。

六、亚硝酸及亚硝酸盐

1、不同价态含氮物质的价类二维图

教材分析(必修二):氮及其化合物

2、亚硝酸只存在于稀的水溶液中,亮蓝色,是弱酸。亚硝酸的盐类大多数是无色结晶,易溶于水,有毒。

NaNO2+H2SO4=NaHSO4+HNO2

亚硝酸溶液遇微热即分解。

2HNO2=NO↑+NO2↑+H2O

3、亚硝酸及亚硝酸盐既有氧化性,又有还原性。

酸性KMnO4溶液、Cl2、O2等,能氧化NO2

NO2+Cl2+H2O=NO3+2H+2Cl

2NaNO2+O2=2NaNO3

NO2能氧化I等。

2HNO2+2I+2H=2NO↑+I2+2H2O

4、亚硝酸盐是一种食品防腐剂,能防止食品腐败变质,具有显著的杀菌或抑菌效能,特别是在腌肉工业上得到广泛应用。但亚硝酸钠有一定毒性,食入0.3~0.5克的亚硝酸盐即可引起中毒,3克导致死亡。它还有一定的致癌性,在2a类致癌物清单中。使用时需要严格控制用量。

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(责任编辑:化学自习室)
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