(三)氮及其化合物
氮族元素位于周期表中第 VA族,其性质如下:
知识网络
氮的循环:
氮及其化合物的衍变关系:
1、氮及其氧化物
( 1)物理性质
( 2)化学性质
①氮气
与氧气反应:
与氢气反应:
与镁反应: 3 Mg+ N 2 Mg 3 N 2
②氮氧化物
氮有多种价态氧化物:( N 2 O)、( NO)、( N 2 O 3)、( NO 2、 N 2 O 4)、( N 2 O 5),其中 N 2 O 3和 N 2 O 5分别是 HNO 2和 HNO 3的酸酐。气态的氮氧化物几乎都是剧毒性物质,在太阳辐射下还会与碳氢化物反应形成光化学烟雾。
NO与 O 2反应: 2 NO+ O 2= 2 NO 2
NO 2与 H 2 O反应: 3 NO 2+ H 2 O= 2 HNO 3+ NO
综合方程式: 4 NO+ 3 O 2+ 2 H 2 O= 4 H NO 3; 4 NO 2+ O 2+ 2 H 2 O= 4 HNO 3。
③氮氧化物溶于水计算方法
涉及的可能相关化学反应方程式分别为: 3 NO 2+ H 2 O= 2 HNO 3+ NO、 4 NO+ 3 O 2+ 2 H 2 O= 4 H NO 3、 4 NO 2+ O 2+ 2 H 2 O= 4 HNO 3、 NO 2+ NO+ O 2+ H 2 O= 2 HNO 3。
NO与 NO 2混合气体溶于水:反应最后得到的气体是 NO,其体积= V( NO)+ 1/3 V( NO 2)。
NO与 O 2的混合气体溶于水:
若 V( NO)∶ V( O 2)= 4∶ 3,则容器内无气体剩余,水可充满容器。
若 V( NO)∶ V( O 2)> 4∶ 3,则容器内剩余气体为过量的 NO。
若 V( NO)∶ V( O 2)< 4∶ 3,则容器内剩余气体为过量的 O 2。
NO 2与 O 2的混合气体溶于水:
若 V( NO 2)∶ V( O 2)= 4∶ 1,则容器内无气体剩余,水可充满容器。
若 V( NO 2)∶ V( O 2)> 4∶ 1,则 NO 2过量,容器内剩余气体为的 NO,体积为过量的 NO 2的 1/3。
若 V( NO 2)∶ V( O 2)< 4∶ 1,则 O 2过量,容器内剩余气体为过量的 O 2。
NO 2、 NO与 O 2三种气体溶于水:
若 V( NO 2)∶ V( NO)∶ V( O 2)= 1∶ 1∶ 1,则容器内无气体剩余,水可充满容器。
若按 1∶ 1∶ 1反应后,仍有某两种或一种气体多余可按前面思路进行判断。
④氮的氧化物对环境的影响:( 1)形成硝酸型酸雨;( 2)形成光化学烟雾氮氧化物( NO x)和碳氢化合物在大气环境中受到强烈的太阳紫外线照射后,发生复杂的化学反应,主要生成光化学氧化剂(主在是 O 3)及其他多种复杂的化合物,这是一种新的二次污染物,统称为光化学烟雾。光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。( 3)破坏臭氧层。
2、氨和铵盐
( 1)氨气( NH 3):
知识框架:
①分子结构:由极性键形成的三角锥形的极性分子, N原子有一孤对电子。
结构式为,电子式:, N为— 3价。
②物理性质:无色、刺激性气味的气体,密度比空气小,极易溶于水,常温常压下 1体积水能溶解 700体积的氨气,易液化(可作致冷剂)。
③化学性质:
氨气是唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,常用此性质检验氨气。
a.与水反应:氨水是氨气的水溶液,是混合物,呈碱性,原理:
NH 3+ H 2 O NH 3· H 2 O NH 4++ OH—。
氨水中微粒有: NH 3、 H 2 O、 NH 3· H 2 O、 NH 4+、 OH—、极少量的 H+。氨水浓度越大,密度越小。
b.与酸反应与挥发性酸(如浓盐酸、硝酸)的反应: NH 3+ HCl= NH 4 Cl,现象:产生白烟。
与硫酸反应: 2 NH 3+ H 2 SO 4=( NH 4) 2 SO 4。
c.与盐反应:向 AlCl 3滴加氨水的离子方程式为: Al 3++ 3 NH 3· H 2 O= Al (OH) 3↓+ 3 NH 4+。
d. NH 3中的 N呈— 3价,所以 NH 3具有还原性,能被 O 2、 CuO、 NO x、 Cl 2等物质氧化。
4 NH 3+ 5 O 2 4 NO+ 6 H 2 O(工业制硝酸的基础)
2 NH 3+ 3 CuO 3 Cu+ N 2+ 3 H 2 O
3 Cl 2+ 8 NH 3= N 2+ 6 NH 4 Cl
4 NH 3+ 6 NO= 5 N 2+ 6 H 2 O
⑷、实验室制法
Ⅰ、装置图:
反应原理: Ca( OH) 2+ 2 NH 4 Cl CaCl 2+ 2 NH 3↑+ 2 H 2 O
装置类型:固体+固体气体(与 KClO 3或 KMnO 4制 O 2相同)
收集:向下排空气法。
干燥:用碱石灰( NaOH和 CaO固体的混合物)
检验:①用湿润的红色石蕊试纸置于试管口,若试纸变蓝色,说明氨已收集满了;②将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口,若有白烟产生,说明收集满了。
尾气处理
①在导管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花团吸收多余的氨气。
②用水或稀硫酸吸收多余的氨气(注意防倒吸,如下图)
Ⅱ、两种简易方法
①加热浓氨水法反应原理: NH 3· H 2 O NH 3↑+ H 2 O
装置:
②浓氨水中加固态碱性物质
浓氨水中存在平衡: NH 3+ H 2 O NH 3· H 2 O NH 4++ OH—
加入碱性物质(如: NaOH、 CaO、碱石灰等),使平衡逆向移动,同时反应放热,促进 NH 3· H 2 O的分解。
装置:
注意:
制氨气所用铵盐不能用硝铵、碳铵。因加热过程中 NH 4 NO 3可能发生爆炸性的分解反应,发生危险;而碳铵受热极易分解产生 CO 2,使生成的 NH 3中混有较多的 CO 2杂质。
消石灰不能用 NaOH、 KOH代替,原因是: a、 NaOH、 KOH具有吸湿性、易结块,不利于产生 NH 3; b、在高温下能腐蚀大试管。
因氨气比空气轻,易与空气发生对流,所以收集时,导气管应插入收集气体的试管底部附近,管口塞一团干燥的棉花团,来防止 NH 3与空气对流,确保收集到纯净的氨气。
制备 NH 3也可以通过加热浓氨水的方法,利用 NH 3· H 2 O NH 3↑+ H 2 O原理制备。也可以利用往浓氨水中加入烧碱制备,原理:烧碱溶于水为放热反应,促进 NH 3· H 2 O的分解,增大 c( OH-)使上述可逆反应向左移动,而产生 NH 3。