2012年高考辅导：非金属单质及其化合物（三）

【内容讲解】
五、氮元素及其化合物
1．氮气
　　(1)与氢气反应
　　
　　(2)与O₂反应
　　N₂+O₂2NO
　　高温
　　(3)与金属反应。
　　N₂+3MgMg₃N₂
　　氮的固定
　　把大气中的氮转化为氮的化合物的方法，称为氮的固定。如在放电条件下N₂和O₂直接化合生成NO，豆科植物根瘤菌的作用等均属氮的固定。

2．NO和NO₂

		NO	NO2
物 理性质	色、态、味	无色、无味、气体	红棕色、刺激性气味气体
	密度	＞空(MNO=30) (略大于空气)	＞空(MNO=46) (大于空气)
	熔沸点	低	低
	溶解性	不溶于水	易溶于水
	毒性	有毒	有毒
化学性质	与水	不反应	3NO2+H2O=2HNO3+NO NO2既是氧化剂，又是还原剂
	与碱	不反应	2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O
	氧化性	2NO+2CO=2CO2+N2	2NO2+2KI=I2+2KNO2
	还原性	2NO+O2=2NO2 可使酸性KMnO4褪色	可使酸性KMnO4褪色
	(与O2混合，通入水中	4NO+3O2+2H2O=4HNO3	4NO2+O2+2H2O=4HNO3
	特性		2NO2N2O4

3．氨气(NH₃)
　　(1)结构
　　氨分子的空间构型是三角锥形。由于氨分子中N－H键的极性强，氨分子与水分子、氨分子与氨分子间存在较强的分子间作用力(氢键)，所以氨极易溶于水，氨的熔、沸点相对较高(易液化)。
　　(2)与酸反应
　　NH₃+HCl=NH₄Cl 白烟
　　NH₃+HNO₃=NH₄NO₃ 白烟
　　2NH₃+H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄
　　(3)与水反应：NH₃+H₂ONH₃ ·H₂ONH₄⁺+OH^－
　　(NH₃·H₂O是弱碱)
　　所以，氨水中的微粒有：分子：NH₃·H₂O、H₂O、NH₃；
　　离子：NH₄⁺ 、OH^－、H⁺
　　(4)还原性
　　4NH₃+5O₂4NO+6H₂O
　　8NH₃+3Cl₂ = N₂+6NH₄Cl
　　(5)氨气的实验室制法
　　原理： 2NH₄Cl+Ca(OH)₂CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O
　　装置：固－固反应加热装置(同制O₂)
　　干燥：碱石灰(或固体NaOH、固体CaO)
　　(不能用浓H₂SO₄、CaCl₂干燥，CaCl₂与NH₃反应：CaCl₂+8NH₃= CaCl₂·8NH₃)
　　收集：向下排空气法收集
　　验满：①用湿润的红色石蕊试纸(变蓝)
　　②蘸有浓HCl的玻璃棒接近瓶口(产生白烟)
　　尾气吸收：水(防止倒吸)
　　会画装置：
　　　　　　　　　　　　　

4．铵盐
　　(1)铵盐都是离子化合物，都易溶于水
　　(2)铵盐的化学性质
　　①受热分解 NH₄ClNH₃↑+HCl↑(用于除去或分离铵盐)
　　 NH₄HCO₃NH₃↑+CO₂↑+H₂O
　　②与碱反应NH₄⁺+OH^－NH₃↑+H₂O(用于NH₄⁺的检验)
　　③NH₃与NH₄⁺的相互转化
　　

5．硝酸
　　(1)酸的通性：一元强酸。
　　(2)氧化性：
　　①与金属单质的反应：
　　a．活泼金属
　　b．Al、Fe钝化
　　常温浓硝酸可使铝、铁钝化，但加热能和它们剧烈的发生化学反应。
　　如：
　　c．不活泼金属
　　Cu+4HNO₃（浓）=Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O
　　3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu(NO₃)+2NO↑+4H₂O
　　3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
　　②与非金属单质的反应：
　　C+4HNO₃（浓）CO₂ ↑+4NO₂↑+2H₂O
　　③与化合物的反应：
　　→ Fe²⁺→Fe³⁺ SO₃^2-→SO₄^2- I^-→I₂
　　
　　(浓硝酸应保存在棕色瓶中，并置于阴凉处)
　　(4)蛋白质显色反应

6．氮及其化合物间的转化关系
　　　　　　

六、常见阴阳离子检验
1、阳离子检验

离子	试剂或方法	现象	离子方程式
H+	石蕊 甲基橙 Na2CO3 活泼金属(如Zn)	蓝色→红色 橙色→红 有无色无味气体产生
K+	焰色反应	浅紫色火焰(透过蓝色钴玻璃)	焰色反应操作
Na+	焰色反应	黄色火焰
NH4+	加OH—，加热	①有气体产生，气体能使润湿的红色石蕊试纸变蓝； ②遇蘸有浓HCl的玻璃棒有白烟	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，碱过量沉淀不溶	Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓
Ba2+	加入稀H2SO4	白色沉淀
Fe2+	加NaOH	白色絮状沉淀→灰绿色→红褐色	Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓
	加KSCN和氯水	加KSCN无现象，再加氯水溶液变红色
Cu2+	加NaOH	蓝色絮状沉淀
Al3+	加NaOH	先生成白色沉淀，OH-过量白色沉淀溶解
Fe3+	加NaOH	红褐色沉淀
	加KSCN	溶液变红色
	加苯酚	溶液显紫色

2、常见阴离子检验

离子	试剂或方法	现象	离子方程式
OH-	石蕊试液 酚酞试液 甲基橙试液	变蓝 变红 变黄
	先加盐酸酸化，无白色沉淀，再加BaCl2溶液，有白色沉淀。	产生白色沉淀
	加H+、品红溶液	有气体产生，使品红褪色(HSO3-的现象相同)
	H+、澄清石灰水	有气体产生，石灰水变浑浊(HCO3 -的现象相同)
Cl-	Ag+、稀HNO3	产生白色沉淀，不溶于稀HNO3	Cl-+Ag+=AgCl
Br-	①Ag+、稀HNO3 ②氯水、苯或CCl4	①产生淡黄色沉淀，不溶于稀HNO3 ②溶液分层、苯层或CCl4层为橙红色	2Br-+Cl2=Br2+2Cl -
I-	①Ag+、稀HNO3 ②新制氯水，淀粉溶液 ③氯水、苯或CCl4	①黄色沉淀，不溶于稀HNO3 ②滴入新制Cl2，振荡后再滴入淀粉溶液，变蓝 ③溶液分层、苯层或CCl4层紫红色	I2遇淀粉变蓝
AlO2-	加H+	先生成白色沉淀， H+过量后白色沉淀溶解	AlO2-+H++H2O=Al(OH)3 ↓ Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O

【经典例题】
例题1．将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解产生的NO和NO₂混合气体在标准状况下的体积为11.2L。请回答：
（1）NO的体积为_________L，NO₂的体积为_________L。
（2）待产生的气体全部释放后，向溶液中加入VmL a mol/L的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu²⁺全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为_________mol/L。
（3）欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO₃，至少需要30%的双氧水_________g。

【解析】（1）设混合气体中NO的物质的量为x mol，NO₂的物质的量为y mol。
根据气体的总体积为11.2L，有：x＋y=0.5mol。
根据“得失电子守恒”，有：3x＋y=mol×2
上式中，左边为N得电子数，右边为Cu失电子数
解方程组得：x=0.26mol，y=0.24mol。
则V（NO）=0.26mol×22．4L·mol^－1=5.8L，
V（NO₂）=11.2L－5.8L=5.4L
（2）HNO₃在反应中一部分变成气体，一部分以NO₃^－的形式留在溶液中。
变成气体的HNO₃的物质的量为0.5 mol。
加入NaOH溶液至正好使溶液中Cu²⁺全部转化为沉淀，则溶液中只有NaNO₃，其物质的量为10^－3a Vmol，也就是以NO₃^－形式留在溶液中的HNO₃的物质的量为10^－3aVmol。
所以，c（HNO₃）=。
（3）NO、NO₂变成NaNO₃需要失去电子总数等于Cu与HNO₃反应时失去电子总数，即为：0.51mol×2=1.02mol
故需要用作氧化剂的H₂O₂的物质的量为：0．51mol，也就是需要30％H₂O₂溶液的质量为：

【答案】（1）5.8L，5.4L （2） （3）57.8g

例题2．某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行试验（夹持仪器已略去）。实验表明浓硝酸能将氧化成，而稀硝酸不能氧化。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。

可选药品：浓硝酸、3mo/L稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳
已知：氢氧化钠溶液不与反应，能与反应：

（1） 实验应避免有害气体排放到空气中，装置③、④、⑥中盛放的药品依次是_________
（2） 滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后_________
（3） 装置①中发生反应的化学方程式是_________
（4） 装置②的作用是_________，发生反应的化学方程式是_________
（5） 该小组得出的结论依据的试验现象是_________
（6） 试验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计以下4个实验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是（选填序号字母）_________
a. 加热该绿色溶液，观察颜色变化
b. 加水稀释绿色溶液，观察颜色变化
c. 向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化
d. 向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化

【解析】本题主要考查HNO₃的性质、化学基本实验设计和评价能力。（1）根据装置特点和实验目的，装置⑤是收集NO，装置⑥中盛放NaOH溶液吸收NO₂，因为要验证稀HNO₃不能氧化NO，所以装置③中应该盛放稀硝酸。
（2）由于装置中残存的空气能氧化NO而对实验产生干扰，所以滴加浓HNO₃之前需要通入一段时间CO₂赶走装置中的空气，同时也需将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内防止反应产生的NO气体逸出。
（3）Cu与浓HNO₃反应：Cu + 4HNO₃(浓)＝Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ +2 H₂O。
（4）装置②中盛放H₂O，使NO₂与H₂O反应生成NO：3NO₂ + H₂O＝2HNO₃ + NO。
（5）NO通过稀HNO₃溶液后，若无红棕色NO₂产生，说明稀HNO₃不能氧化NO，所以盛放稀HNO₃装置的液面上方没有颜色变化即可说明之。装置④中盛放的是浓HNO₃，若浓HNO₃能氧化NO则装置④液面的上方会产生红棕色气体。
（6）要证明是Cu(NO₃)₂浓度过高或是溶解了NO₂导致装置①中溶液呈绿色，一是可设计将溶解的NO₂赶走（a、c方案）再观察颜色变化。二是增大溶液中NO₂的溶解（d方案）观察颜色变化。加水稀释绿色溶液再观察颜色变化的问题在于加水稀释时既稀释了Cu(NO₃)₂的浓度有降低了NO₂，无法确定两种看法那种正确。
【答案】
（1）3mol/L稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液
（2）通入CO₂一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内
（3）Cu + 4HNO₃（浓）= Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O
（4）将NO₂转化为NO 3NO₂ + H₂O =2HNO₃ + NO
（5）装置③中液面上方气体仍为无色，装置④中液面上方气体由无色变为红棕色
（6）a c d

例题3. X、Y、Z、W为含有相同电子数的分子或离子，均由原子序数小于10的元素组成，X有5个原子核。通常状况下，W为无色液体。

已知:X+YZ+W
(1)Y的电子式是_________________________。
(2)液态Z和W的电离相似，都可电离出电子数相同的两种离子，液态Z的电离方程式是_______。
(3)用图示装置制备NO并验证其还原性。有下列主要操作：
a.向广口瓶内注入足量热NaOH溶液，将盛有铜片的小烧杯放入瓶中。
b.关闭止水夹，点燃红磷，伸入瓶中，塞好胶塞。
c.待红磷充分燃烧，一段时间后打开分液漏斗旋塞，向烧杯中滴入少量稀硝酸。
①步骤c后还缺少的一步主要操作是_________________________________。
②红磷充分燃烧的产物与NaOH溶液反应的离子方程式是___________________。
③步骤c滴入稀硝酸后烧杯中的现象是__________________________________。
反应的离子方程式是______________________________________。
(4)一定温度下，将1 mol N₂O₄置于密闭容器中，保持压强不变，升高温度至T₁的过程中，气体由无色逐渐变为红棕色。温度由T₁继续升高到T₂的过程中，气体逐渐变为无色。若保持T₂，增大压强，气体逐渐变为红棕色。气体的物质的量n随温度T变化的关系如图所示。

①温度在T₁~T₂之间，反应的化学方程式是_________________________。
②温度在T₂~T₃之间，气体的平均相对分子质量是（保留1位小数）______________。

【解析】本题是以实验为主的无机综合题，汇聚多个学科内知识板块，包括物质结构、元素的单质及其化合物的性质、化学实验、化学平衡、有关物质的量的计算等，所涉及到的知识均为学科主干内容，由于综合程度高，情景陌生，思维容量大，能较好的考查考生的观察能力、实验能力和思维能力。试题新颖，在“题海”中是找不到的，能较好地区分动手做过实验和没动手做过实验的考生。
试题以常见分子或离子的推断为起点，给出的条件充分，入手较容易。四种微粒由前10号元素组成且含有相同的电子数，很容易考虑到C、N、O、F的气态氢化物分子CH₄、NH₃、H₂O和HF（均含10个电子）。X有5个原子核，常见微粒中只有NH₄⁺。通常状况下为无色液体的W一定为H₂O，则有NH₄⁺ + OH^-NH₃ + H₂O。
H₂O为弱电解质，可电离出含电子数相同的OH^-和H₃O⁺，举一反三，液氨的电离方程式为:

2NH₃ (l)NH₂^-+NH₄⁺。
对实验装置图则需要有一定的观察能力，结合主要操作理解实验目的。燃烧红磷是为了消耗掉广口瓶中的O₂，热NaOH溶液吸收燃烧产物P₂O₅，设计严密，保证生成物为磷酸钠；随之稀硝酸与Cu反应产生NO，在没有O₂条件下NO不会被氧化成NO₂，最后打开止水夹进入空气或O₂，即可观察到无色的NO被氧化成红棕色的NO₂。该实验含有一定实验设计因素，综合程度大，考查考生敏捷地接受给出的新信息，并将所给信息与已学过的有关知识相结合，解决问题的能力。
第（4）小问对考生的思维能力有较高要求，考查化学平衡和有关物质的量的计算。据题意，由起始温度至T₁时，存在反应N₂O₄2NO₂，T₁时N₂O₄完全分解为NO₂；T₁~T₂时则出现2NO₂2NO + O₂的可逆反应。从n与T的关系图中可观察到T₂~T₃时，气体的物质的量保持3 mol，而起始时为1mol N₂O₄（摩尔质量为92 g/mol），则T₂~T₃时气体的平均相对分子质量必为30.7 。
【答案】
(1) (2)2NH₃(l) NH+NH
(3) ①打开止水夹，通入少量氧气
②P₂O₅+6OH^-=2PO+3H₂O
③Cu片逐渐溶解，有无色气泡产生，溶液由无色变为蓝色
3Cu+8H⁺+2NO=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
(4) ①2NO₂ 2NO+O₂　　②30.7