高考化學一輪復習 培優(yōu)計劃 第四章 非金屬及化合物 三 拓展點——“題在書外理在書中”的氮族元素練習

高考化學一輪復習 培優(yōu)計劃 第四章 非金屬及化合物 三 拓展點“題在書外，理在書中”的氮族元素練習氮的氧化物化學式制備反應性質N2ONH4NO3 N2O2H2O無色氣體，能溶于水，但不與水反應，能助燃，是一種氧化劑，曾作為牙科麻醉劑NO3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O無色氣體，不助燃2NOO2=2NO22NOCl2=2NOClN2O3NONO2=N2O3具有不穩(wěn)定性，常溫下分解為NO和NO2 N2O3=NO NO2(藍色) (無色)(紅棕色) N2O32NaOH=2NaNO2H2ONO22NOO2=2NO2或Cu4HNO3(濃)=Cu(NO3)22NO22H2O紅棕色氣體，易液化2NO2N2O43NO2H2O=2HNO3NO2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O6NO28NH3=7N212H2ON2O52NO2O3=N2O5O2白色固體，具有不穩(wěn)定性：2N2O5=4NO2O2溶于水生成 HNO3N2O5H2O=2HNO3氮的氫化物氨極易溶于水，通常把溶有氨的水溶液叫氨水，氨水的密度小于1 g·cm3，氨水中氨的含量越高，密度越小。(1)液氨中有類似水的電離2NH3NHNH，如2Na2NH3(l)=2NaNH2H2、COCl24NH3(l)=CO(NH2)22NH4Cl。光氣 尿素(2)還原反應氨在空氣中不能燃燒，卻能在純氧中燃燒，方程式為4NH33O2=2N26H2O。在催化劑的作用下，氨可被氧化成NO，方程式為4NH35O24NO6H2O。能被Cl2氧化成N2，方程式為2NH33Cl2=N26HCl或8NH33Cl2=N26NH4Cl。能被CuO氧化成N2，方程式為3CuO2NH3N23Cu3H2O。能被NOx氧化成N2，方程式為8NH36NO27N212H2O、4NH36NO5N26H2O。2聯(lián)氨(N2H4)(1)聯(lián)氨的弱堿性聯(lián)氨是二元弱堿，電離方程式為N2H4(aq)H2ON2H(aq)OH、N2H(aq)H2ON2H(aq)OH。聯(lián)氨分別與硫酸、鹽酸反應的化學方程式為N2H4H2SO4=N2H6SO4、N2H42HCl=N2H6Cl2。(2)聯(lián)氨的還原性能被空氣中的O2氧化：N2H4O2=N22H2O，能被H2O2氧化：N2H42H2O2=N24H2O，能被N2O4氧化：2N2H4N2O4=3N24H2O，能被Ag氧化：N2H44Ag=4AgN24H。(3)制備聯(lián)氨可用NaClO溶液氧化過量的NH3制取，離子方程式為2NH3ClO=N2H4ClH2O。示例2A是氮、氫兩種元素組成的化合物，它和氨氣與H2O2和H2O之間在結構上的關系相似。A分子中N和H的質量比為71。請回答下列問題：(1)A的化學式為_。(2)A的水溶液呈_(填“酸”“堿”“中”)性，1 mol A最多可以與_ mol HCl發(fā)生反應生成正鹽，寫出生成的鹽中含有氮原子的離子的電子式：_。(3)A在氧化還原反應中也與H2O2相似，既可作氧化劑，也可作還原劑。根據(jù)價態(tài)分析產生這種情況的原因：_。(4)氮的一種氫化物肼(即N2H4)用作發(fā)射衛(wèi)星的燃料。已知：N22O2=2NO2N2H4O2=N22H2O發(fā)射衛(wèi)星用氣體肼為原料，以NO2為氧化劑，兩種物質反應生成氮氣和水蒸氣，反應中每有4 mol電子轉移，則生成N2質量為_g。分析A化合物中N和H的質量比為71，則N原子和H原子的物質的量的比為7/141/112，它和氨氣與H2O2和H2O之間在結構上的關系相似，可推知A的化學式為N2H4，且A的水溶液應呈堿性，1 mol N2H4最多可以與2 mol HCl發(fā)生反應生成正鹽。(4)把已知的方程式分別標注為、，由×2得2N2H42NO2=3N24H2O，該反應轉移電子數(shù)為8，生成3個N2分子，若轉移4 mol 電子，則生成1.5 mol N2，質量為42 g。答案(1)N2H4(2)堿2 (3)A中N元素為2價，與H2O2中O的價態(tài)相似，都是中間價態(tài)，既可升高又可降低，所以既可作氧化劑，也可作還原劑(4)42 硝酸鹽的熱分解產物硝酸鹽熱分解規(guī)律金屬(硝酸鹽)K、Ca、NaMg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、Ag、Pt、Au分解產物亞硝酸鹽O2金屬氧化物NO2O2金屬單質NO2O2(1)活潑金屬的硝酸鹽受熱分解生成亞硝酸鹽和O2。如2KNO32KNO2O2(2)較活潑金屬的硝酸鹽受熱分解生成金屬氧化物、NO2和O2。如2Cu(NO3)22CuO4NO2O2(3)不活潑金屬的硝酸鹽受熱分解生成金屬單質、NO2和O2。如2AgNO32Ag2NO2O2示例3(1)探究Fe(NO3)2熱分解固體產物中鐵元素的價態(tài)。某實驗小組同學將Fe(NO3)2熱分解固體產物溶于足量稀H2SO4，將得到的溶液分成兩份，進行以下探究實驗：向一份溶液中滴入KSCN溶液，溶液呈血紅色。向另一份溶液中滴加少量KMnO4溶液，KMnO4溶液不褪色。則Fe(NO3)2分解的固體產物是_(鐵的氧化物)。(2)探究Fe(NO3)2熱分解氣體產物的性質。甲、乙兩同學進行如下圖所示實驗(收集氣體時操作恰當，幾乎沒有收集空氣)：實驗步驟：a.連接裝置b檢查裝置氣密性c取一定量的Fe(NO3)2裝入大試管中，并重新連接好儀器d加熱e甲同學使用裝置收集氣體，恰好收集到27 mL紅棕色氣體。乙同學取等質量的Fe(NO3)2加熱分解，并在同樣條件下使用裝置收集到4 mL無色氣體，該氣體遇空氣變紅棕色，則27 mL氣體的成分是_，其物質的量之比為_。(3)Fe(NO3)2分解的化學方程式為_。分析(1)該固體產物溶于稀H2SO4后，由實驗可知，溶液中含有Fe3，由實驗可知，溶液中不含有Fe2，故該鐵的氧化物為Fe2O3。(2)實驗得到的無色氣體為NO，實驗得到的27 mL紅棕色氣體是NO2和O2的混合氣體。實驗中發(fā)生反應的化學方程式為4NO2O22H2O=4HNO33NO2H2O=2HNO3NO則V(O2)×27 mL4 mL×33 mL，V(NO2)27 mL3 mL24 mL，n(NO2)n(O2)V(NO2)V(O2)24381。答案(1)Fe2O3(2)NO2和O2n(NO2)n(O2)81(3)4Fe(NO3)22Fe2O38NO2O2砷及其化合物1單質砷(As)常溫下，砷在水和空氣中都比較穩(wěn)定，不與稀酸反應，但能和強氧化性酸(如熱的濃硫酸、硝酸等)反應，在高溫下和許多非金屬反應，主要反應產物如下圖。2砷的氫化物(AsH3)砷化氫是一種無色、具有大蒜味的劇毒氣體。(1)不穩(wěn)定性：2AsH32As3H2(隔絕空氣)。(2)室溫下在空氣中自燃：2AsH33O2=As2O33H2O。(3)還原性：AsH3具有強還原性，能被KMnO4、K2Cr2O7、AgNO3等氧化，如12MnO10AsH336H=12Mn25As2O333H2O，2AsH312AgNO33H2O=As2O312HNO312Ag。3砷的氧化物(1)3價砷的氧化物As2O3、As4O6As4O6是以酸性為主的兩性氧化物As4O612H=4As36H2O、As4O612OH=4AsO6H2O。 (亞砷酸根)As2O3具有還原性As2O32I210OH=2AsO4I5H2O、3As2O34HNO37H2O=6H3AsO44NO。(2)5價砷的氧化物As2O5As2O5是酸性氧化物，As2O56NaOH=2Na3AsO43H2O。4砷的含氧酸亞砷酸(H3AsO3)、砷酸(H3AsO4)(1)亞砷酸(H3AsO3)兩性氫氧化物：H3AsO33NaOH=Na3AsO33H2O、H3AsO33HCl=AsCl33H2O。還原性：H3AsO3I25OH=AsO2I4H2O。(2)砷酸(H3AsO4)H3AsO4是三元弱酸，能與堿發(fā)生中和反應：如H3AsO43NaOH=Na3AsO43H2O。氧化性：在酸性介質中，砷酸能將I氧化成I2。H3AsO42HI=H3AsO3I2H2O。示例4(xx·江蘇高考)砷(As)是一些工廠和礦山廢水中的污染元素，使用吸附劑是去除水中砷的有效措施之一。(1)將硫酸錳、硝酸釔與氫氧化鈉溶液按一定比例混合，攪拌使其充分反應，可獲得一種砷的高效吸附劑X，吸附劑X中含有CO，其原因是_。(2)H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物種的分布分數(shù)(平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分數(shù))與pH的關系分別如圖1和圖2所示。以酚酞為指示劑(變色范圍pH 8.010.0)，將NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中，當溶液由無色變?yōu)闇\紅色時停止滴加。該過程中主要反應的離子方程式為_。H3AsO4第一步電離方程式H3AsO4H2AsOH的電離常數(shù)為Ka1，則pKa1_(pKa1lg Ka1)。(3)溶液的pH對吸附劑X表面所帶電荷有影響。pH7.1時，吸附劑X表面不帶電荷；pH>7.1時帶負電荷，pH越高，表面所帶負電荷越多；pH<7.1時帶正電荷，pH越低，表面所帶正電荷越多。pH不同時吸附劑X對三價砷和五價砷的平衡吸附量(吸附達平衡時單位質量吸附劑X吸附砷的質量)如圖3所示。在pH 79之間，吸附劑X對五價砷的平衡吸附量隨pH升高而迅速下降，其原因是_。在pH 47之間，吸附劑X對水中三價砷的去除能力遠比五價砷的弱，這是因為_。提高吸附劑X對三價砷去除效果可采取的措施是_。分析(1)吸附劑X中含有NaOH溶液，能吸收空氣中的CO2生成CO。(2)圖1中pH為810時，三價砷物種主要以H3AsO3和H2AsO的形式存在，故滴加NaOH溶液的過程中主要反應的離子方程式為OHH3AsO3=H2AsOH2O。Ka1，K僅與溫度有關，為方便計算，在圖2中取pH2.2時計算，此時c(H2AsO)c(H3AsO4)，則Ka1c(H)102.2，pKa12.2。(3)從圖2知，pH由7升至9時，H2AsO轉變?yōu)镠AsO，由題中信息知，pH>7.1時，pH越高，吸附劑X所帶負電荷越多，則吸附劑X與HAsO靜電斥力增強。在pH為47時，吸附劑X表面帶正電荷，從圖2知，pH在47之間時，吸附劑X吸附H2AsO和HAsO；從圖1知，pH在47之間時，三價砷主要以分子形式存在，吸附劑X不會吸附分子。加入氧化劑，可以將三價砷轉化為五價砷，而被吸附劑X吸附。答案(1)堿性溶液吸收了空氣中的CO2(2)OHH3AsO3=H2AsOH2O2.2(3)在pH 79之間，隨pH升高H2AsO轉變?yōu)镠AsO，吸附劑X表面所帶負電荷增多，靜電斥力增加在pH 47之間，吸附劑X表面帶正電，五價砷主要以H2AsO和HAsO陰離子存在，靜電引力較大；而三價砷主要以H3AsO3分子存在，與吸附劑X表面產生的靜電引力小加入氧化劑，將三價砷轉化為五價砷