考点23氮和磷

1.复习重点

1.  氮族元素性质的相似性和递变规律;

2.  氮气的分子结构及其化学性质;

3.  磷的两种同素异形体的有关性质。

2.难点聚焦

1.知识要点:

一.  氮族元素

1.氮族元素的原子结构与性质

(1)周期表中的位置:

第VA族(N、P、As、Sb、Bi)

(2)原子结构:

相同点:最外层电子数相同(5e

不同点:电子层数不同,原子半半径依次增大

(3)主要性质:

①相似性:a、最高价态为+5,负价为-3,能形成氢化物RH3,Sb、Bi无负价;最高价氧化对应水化物HRO3或H3RO4 呈酸性。

②递变性:(按原子序数增大顺序):a、原子半径由小到大;b、氢化物的稳定性由强到弱;c、最高价含氧酸的酸性由强到弱;d、非金属性由强到弱,且比同周期卤族元素、氧族元素弱,金属性渐强。

2.氮气的性质

(1)氮气的物理性质:无色无味,不溶于水比空气略轻的气体。

(2)氮气的化学性质:

分子中N≡N非常牢固,通常情况下不易与其他物质反应。

N2  与氢气反应生成NH3(高温高压铁触媒)

与氧气在放电条件下生成NO

 

与活泼金属反应 3Mg+N2              Mg3N2

(3)氮气的用途:

    工业上合成氨制硝酸;用作保护气,用于:焊接金属、填充灯泡、保鲜食品;医学上用于冷冻麻醉;高科技中用液氮制造低温环境等。

    3.磷的同素异形体:白磷和红磷

名称

白磷

红磷

分子结构

分子式P4、正四面体型、键角60°

分子晶体、结构复杂

颜色状态

白色或黄色固体

暗红色粉末或固体

溶解性

不溶于水,易溶于CS2

不溶于水,不溶于CS2

毒性

剧毒

无毒

着火点

40℃

240℃

保存方法

保存在水中

密封

相互转化

 

4.磷及其化合物的性质

(1)磷单质的化学性质和用途

4P+5O2      2P2O5

2P+3Cl2       2PCl3(l)

2P+3Cl2       2PCl5(s)

用途:制高纯度磷酸、红磷用于制农药、安全火柴、白磷制造燃烧弹和烟幕弹。

(2)磷的化合物

①P2O5:极易溶于水,是较好的干燥剂(吸湿性很强)能与水作用:

P2O5+H2O(冷)=2HPO3(剧毒)

P2O5+3H2O(热)=2H3PO4(无毒)

②H3PO4:无色晶体,与水任意比例互溶,有吸湿性,可作干燥剂,属非氧化性酸,沸点高。

化学性质:具有酸的通性,是三元中强酸,是一种高沸点酸。能与碱中和、与NaBr、NaI作用。

③磷酸盐:

溶解性:磷酸二氢盐均易溶于水,溶液呈酸性;磷酸盐和磷酸一氢盐除钾、钠、铵盐外不溶于水。

相互转化:

磷酸盐         磷酸一氢盐        磷酸二氢盐

 

2.原理、规律、疑难剖析:

1.氮族元素最外层电子都是5个,主要显+5、+3、-3价。本族元素形成的+3、-3价化合物中其原子已达到稳定结构,如NH3、PCl3、BiCl3、Mg3N2

2.在氮族元素中氮和其它元素比较,有很大的特殊性,它的主要化合价有-3、+1、+2、+3、+4、+5等多种氮元素能以不同的价态与氧结合,可以形成多种氧化物:N2O、NO、N2O3、N2O4、NO2、N2O5。在这些氧化物中NO2和N2O4可以通过非氧化还原反应相互转化:2NO2    N2O4

有关氮的氧化物知识应注意:

①NO是一种无色无味气体,能与人血液中的血红蛋白结合而使人中毒。接触空气后立即被氧化为NO2而变红棕色,收集NO气体必须用排水集气法。实验室中制NO气体是铜与硝酸反应:

3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

NO在神经信号传递、血压生理调控、血流量控制、免疫调节、抵抗感染等方面起到了重要作用,被称为“明星分子”或“信使分子”(2004年高考理综27小题)。

②NO2是一种红棕色、具有剌激性气味、有毒的气体。它与水反应,而易溶于水:

3NO2+2H2O=2HNO3+NO↑

在反应中NO2既是氧化剂又是还原剂。

在NO2中,因N的价态较高,它的氧化性较强,NO2能氧化SO2、KI等物质:

NO2+SO2=SO3+H2O

NO2+2KI=2KNO2+I2(NO2能使湿润的淀粉KI试纸为蓝)

③ 隐含反应2NO2    N2O4的应用:

在实验测定NO2、N2O4的相对分子质量、比较相同条件下相同物质的量的气体体积大小,以及涉及到NO2气体的颜色深浅、压强、密度等方面时要考虑此反应。

3.磷酸与碱反应的规律:

=1∶1时生成NaH2PO4

=1∶2时生成Na2HPO4

=1∶3时生成Na3PO4

介于1∶1和1∶2之间,则生成

NaH2PO4和Na2HPO4的混合物

介于1∶2和1∶3之间,则生成Na2HPO4和Na3PO4的混合物。

 

 

3.例题精讲

有关NO、NO2、O­2的混合气体和水反应的计算

基本反应 : 2NO+O2=2NO2------------------(1)

            3NO2+H2O=2H2NO3+NO------(2)

1、NO(N2)、NO2混合气体与水反应

例1. 将20ml充满NO和NO2的混合气体的试管倒立于盛水的水槽中,充分反应后,剩余气体的体积变为10ml,求原混合气体中NO和NO2 各占多少毫升?

解析:NO不与水反应,NO2与水反应时每一体积的NO2会生成1/3体积的NO ,所以剩余的气体为未参加反应的NO 和生成的NO

解法一:设原混合气体中含NO2 xml ,

则含NO(20-x)ml

       3NO2+H2O=2H2NO3+NO

         3                1

         x                y

3/x=1/y解之得:y=x/3

由题意得:(20-x)+x/3=10 解得x=15ml

则原NO的体积 20-15=5ml

答:(略)

解法二: (差量法)设原混合气体中含NO2气体xml

 3NO2+H2O=2H2NO3+NO   △V

  3                      (3-1)

x                       (20-10)

  3/x=(3-1)/(20-10) 解得 x=15ml

答:(略)

 

2、NO2和O2 的混合气体与水的反应

  关系式:4NO2+O2+H2O=4HNO3

将(2)×2-(1)得到,目的:消去中间产物NO)

讨论如下:

NO2与O2的体积比

发生的化学反应

剩余气体

=4:1

4NO2+O2+H2O=4HNO3

<4:1

4NO2+O2+H2O=4HNO3

O2

>4:1

4NO2+O2+H2O=4HNO3

3NO2+H2O=2H2NO3+NO

NO

例2.将充满NO2和O2的混合气体的量筒倒置于水中,充分反应后,保持气体压强不变,水进入至量筒体积的一半处停止了,则原混合气体中NO2和O2的体积比是多少?

解析:NO2和O2的体积比不等于4:1,则需讨论NO2和O2分别过量时的两种情况

设混合气体的体积为1,混合气体中NO2的体积为x,则O2为(1- x)

(1)假定原混合气体中VNO2):(O2<4:1

     4NO2+O2+H2O=4HNO3

     4     1   

     x     y

4/x=1/y 解得y=x/4

剩余的O2:(1-x)-x/4=1/2 解得x=2/5

VNO2:VO2=2/5:(1-2/5)=2:3

 

 

 

(2) 假定原混合气体中VNO2:VO2>4:1

4NO2+O2+H2O=4HNO3

4     1

y     (1-x)

4/ y =1/(1-x) 解得:y=4(1-x)

暂时剩余NO2:1-[4(1-x)+(1-x)]=5x-4

由反应式:3NO2+H2O=2H2NO3+NO可知

最后剩余NO :(5x-4)/3

由(5x-4)/3=1/2得 x=11/10(不合题意,舍去)

 

小结: NO2和O2的混合气体与水反应时,当剩余气体的体积大于原混合气体体积的1/3时,只有一个条件:VNO2:VO2>4:1(此结论由同学们自行证明)

 

3、NO与O2分别通入水中

关系式:4NO+3O2+H2O=4HNO3

讨论如下:

NO与O2的体积比

发生的化学反应

剩余气体

=4:3

4NO+3O2+H2O=4HNO3

<4:3

4NO+3O2+H2O=4HNO3

O2

>4:3

4NO+3O2+H2O=4HNO3

NO

例3.一定条件下,将等体积的NO和O2混合于一试管中,然后将试管倒立于盛有水的水槽中,充分反应后剩余气体的体积与原混合气体的体积之比是多少?

解析: 因为混合气体中NO和O2的体积比<4:3,则剩余气体为O2

设混合气体中NO 的体积为x,则O2的体积也为x

4NO+3O2+H2O=4HNO3

4    3

x    y

4/ x =3 / y  解得:y=3x/4

剩余的O2为x-3x/4=x/4

它与原混合气体的体积比为x/4:2x=1:8

 

4、NO2、NO、O2的混合气体与水反应

关系式: VO2= VNO2/4+ 3VNO/4

特例,当VNO: VNO2::VO2=1:1:1时,混合气体全部与水反应,无气体剩余。

例4.常温下盛有10mlNO2和10mlNO组成的混合气体的大试管倒立于水中,当缓缓通入O2一段时间后,试管内残留2ml气体,则通入O2体积可能为多少毫升

解析:残留2ml气体可能是NO也有可能是O2,应予以讨论

(1)若残留气体是NO ,则转化为HNO3的NO为10ml-2ml=8ml

则:4NO2+O2+H2O=4HNO3

    4      1

    10ml   y

4 /10ml =1/ y 解得:y=2.5ml

4NO+3O2+H2O=4HNO3

4     3

8ml   x

4/8ml =3/ x  解得:x=6ml

共耗氧气VO2=2.5ml+6ml=8.5ml

(2)若残留气体2ml是O2,则:

4NO+3O2+H2O=4HNO3

4     3

10ml   z

4/10ml =3/ z 解和z=7.5ml

故通入 VO2=2.5+7.5+2=12ml

答:(略)

 

 

例5.(2001春季北京、内蒙、安徽高考)关于非金属N、O、Cl、P的叙述,正确的是(  )

A.在通常情况下其单质均为气体

B. 其单质均由双原子分子组成

C. 都属于主族元素

D.每种元素公生成一种氢化物

解析:N、O、Cl通常情况下单质为气体,且为双原子分子,而P不是,白磷为P4分子,其中N的氢化物有NH3、N2H4等,O的氧化物有H2O、H2O2,所以A、B、D选项均不正确。正确答案为C。

例6.氮气与其他单质化合一般需要高温,有时还需高压等条件,但金属锂在常温、常压下就能与氮气化合生成氮化锂,这是因为(     )

①此反应可能是吸热反应

②此反应可能是放热反应

③此反应可能是氮分子不必先分解成为原子④此反应前可能氮分子先分解成为原子

A.①②    B.②④    C.②③    D.①④

解析:氮分子中存在N≡N,键能很大,非常

牢固,通常情况下很难断裂N≡N键成为氮原子与其他物质反应,如果氮分子能与这种物质容易反应,只可能是氮分子不必先分解为氮原子这种情况;另外化学反应中放热反应一般比较容易发生。综上所述正确选项应为C选项。

例7.(2002年南京市模拟题)工业废气的氮

氧化物(如NO、NO2等,用通式NOx表示)是主要的大气污染物之一。为了保护环境,工业上常通入氨气与之发生如下反应:

NOx+NH3      N2+H2O

有关此反应,下列说法中错误的是(   )

A.N2既是氧化产物又是还原产物

B. 当x=1时,每生成2.5mol N2,被氧化的

气体有3mol

C.当x=2时,有1mol气体被还原,转移电子4mol

D.反应通式配平表示为:

6 NOx +4x NH= (3+2x)N2+6x H2O

解析:分析平配平方程式得到A、D选项均正确,将x=1代入6 NOx +4x NH= (3+2x)N2+6x H2O中得到6NO+4NH3=5 N2+6H2O 分析可知:每生成5mol,被氧化的气体有4mol(被氧化的气体为NH3),则每生成2.5mol N2,被氧化的气体只有2mol。同理可推得C选项正确。所以,答案应为选项B。

 

例8.(1994?全国?17)已知磷酸分子

 

(                   )中的三个氢原子都可以跟重

 

水分子(D2O)中的D原子发生氢交换。又知次磷酸(H3PO2)也可以跟D2O进行氢交换,但次磷酸钠(NaH2PO2)却不能再跟D2O发生氢交换。由此可推断H3PO2的分子结构是(    )

 

                                    

      A.                                                                                      

                                                       

                        

C.                          

 

解析:题中所给磷酸分子的结构式是给的一个信息:含氧酸中只有与O原子直接结合的H原子才可能电离出H+,即题中所说的与D2O中的D原子发生氢交换。把信息迁移到H3PO2中,由于NaH2PO2不能与D2O进行氢交换,所以H3PO2只是一元酸,因而其结构式中只有一个―OH,再应用O原子只能有两个共价键的基础知识,就不难推出正确选项为B。

 

 

 

 

4.实战演练

1.(2001年全国高考题)有一种磷的结构式是                                      有关它的下列

 

叙述中不正确的是?

A.它完全燃烧时的产物是P2O5

B.它不溶于水?

C.它在常温下呈固态?

D.它与白磷互为同分异构体

2.下列反应起了氮的固定作用的是?

A.N2与H2在一定条件下反应生成NH3?

B.NH3经催化氧化生成NO?

C.NO与O2反应生成NO2?

D.由NH3制碳铵和尿素

3.关于氮族元素的性质,下列推断错误的是?

A.最高价氧化物为R2O5,其水化物化学式为HRO3或H3RO4?

B.非金属性:磷>砷,气态氢化物的还原性:PH3>AsH3?

C.最高价含氧酸的酸性:硒酸>砷酸>锗酸?

D.所形成的氢化物中BiH3最不稳定?

4.下列比较中正确的是?

A.硝酸酸性比磷酸强?

B.PH3的稳定性大于NH3?

C.PH3的还原性大于NH3?

D.氮气的化学性质比磷活泼

5.新电灯泡的玻璃柱上涂有一点暗红色物质,以除去灯泡内残留的氧,该物质是?

A.Cu2O                                             B.Fe2O3?

C.红磷                                              D.铜粉

6.红磷和白磷在一定条件下可以相互转化,这一变化属于?

A.物理变化                                       B.化学变化?

C.氧化还原反应                                D.分解反应

7.在两密闭容器中分别盛有31 g白磷和1 mol氧气,控制条件使其发生反应,容器甲:P4+5O2===P4O10,容器乙:P4+3O2===P4O6,经充分反应后,两容器中分别所得的P4O10和P4O6的物质的量的比为?

A.5∶4                                              B.4∶5?

C.4∶3                                              D.3∶5

8.将(NH42CO3加热全部气化后,将气体先通过Na2O2,固体质量增加x g,再通过浓H2SO4,溶液质量增加y g;若先通过浓H2SO4,溶液增重z  g,再通过Na2O2,固体质量增加w g,则xyzw的质量大小排列顺序正确的是

A.xyzw                                    B.wzyx

C.y=zx=w                                       D.zyxw

9.在一定温度和压强下,将一支容积为15 mL的试管充满NO2后,倒置于一个盛水的水槽中,当试管内液面上升至一定高度不再变化时,在相同条件下再通入O2,若要使试管内的液面仍保持在原高度,则通入O2的体积为

A.3.75 mL                                         B.7.5 mL?

C.8.75 mL                                         D.10.5 mL?

10.在下列反应中,氨作氧化剂的是?

A.8NH3+3Br2===6NH4Br+N2?

B.2NH3+H2S===(NH4)2S?

C.2NH3+2Na===2NaNH2+H2?

D.NH3+NaH===NaNH2+H2?

11.下列关于磷及其化合物的叙述不正确的是?

A.红磷用于制造安全火柴、农药和燃烧弹?

B.磷酸二氢盐都易溶于水?

C.磷酸是三元酸,比硝酸的酸性强?

D.P2O5溶于热水生成磷酸,溶于冷水生成偏磷酸

12.下列制氮气的方法中,不合理的是?

A.分离液态空气?

B.加热使NH3分解?

C.将空气通过足量灼热的铜网?

D.将空气通过加热的镁粉

13.把等质量的镁分别放在下列气体中完全燃烧:①纯O2中,②空气中,③CO2中,

④Cl2中,⑤N2中,得到固体物质的质量分别为:m1m2m3m4m5,其由大到小的关系正确的是

A.①②③⑤④                                          B.④③①②⑤?

C.④③②①⑤                                          D.④①③②⑤?

14.关于磷的下列叙述中,正确的是?

①红磷没有毒性而白磷剧毒  ②白磷在空气中加热到260℃可转化为红磷  ③少量白磷保存于水中  ④红磷可升华,且转化为白磷时属化学变化  ⑤白磷和红磷都可溶于CS2 

⑥白磷为非金属单质,其晶体为正四面体型的原子晶体?

A.①②③                                                 B.②③④?

C.①③④                                                 D.③⑤⑥?

15.为了测知红磷在氯气中燃烧的产物,可以根据它的质量增加来确定。现有红磷31 g,在氯气中燃烧其质量增加150 g,由此可判断这个反应中,红磷燃烧的产物是

A.只有PCl3                                      B.只有PCl5?

C. PCl3和PCl5                                  D.无法确定

二、非选择题(共55分)?

16.(8分)第ⅤA族某元素的单质15.5 g在空气中充分燃烧生成最高价氧化物。其质量比原单质质量增加20 g。该元素是            ,此元素原子结构示意图为             

试题详情

17.(9分)雷雨时,从天空落下的雨水中常含有少量硝酸,其原因是(用化学方程式表示):

                                                         

                                                          

                                                         

试题详情

18.(8分)实验室合成氨装置如下图。试回答:?

试题详情

装置甲的作用是:?

                                                         

                                                         

从乙处导出的气体是                  ,检验产物的简单化学方法是                                

试题详情

19.(10分)如右所示A、B、C、D、E变化关系网,均省去了反应所需条件,?

试题详情

(1)如果A为气体单质,则:A             ,B             ,C             ,D             ,E            

(2)如果A为固体单质,则:?

A             ,B             ,C             ,D             ,E             。(均填分子式)

试题详情

20.(11分)实验室常用饱和NaNO2与NH4Cl溶液反应制取纯净氮气,反应式为:NH4Cl+NaNO2NaCl+N2↑+2H2O,ΔH<0,实验装置如下图所示,试回答:?

试题详情

 (1)装置中A部分的分液漏斗与蒸馏烧瓶之间连接的导管所起的作用是          (填写编号)。

a.防止NaNO2饱和溶液蒸发?

b.保证实验装置不漏气?

c.使NaNO2饱和溶液容易滴下?

(2)B部分的作用是                        

a.冷凝                                 b.冷却氮气                                c.缓冲氮气流?

(3)加热前必须进行的一个操作步骤是                    ;加热片刻后,即应移去酒精灯以防反应物冲出,其原因是                                   

(4)收集N2前,必须进行的操作步骤是(用文字说明)               。收集N2最适宜的方法是(填写编号)                               

a.用排气法收集在集气瓶中?

b.用排水法收集在集气瓶中?

c.直接收集在球胆或塑料袋中

试题详情

21.(9分)实验室用稀硝酸与铜反应来制备NO气体,如果采用(Ⅰ)装置(烧瓶内加入稀硝酸和铜片,必要时可加热)。实验效果不十分理想,因为从观察到的现象不能有力证明反应产物是NO;有人设计了(Ⅱ)装置(橡皮塞下端连有铜丝圈),用来做该实验可以达到满意的效果。

试题详情

(1)用Ⅰ装置做实验时,用排水法收集到的气体的颜色为         色;实验过程中由于观察到         现象,而不能有力证明反应产物是NO。?

(2)用Ⅱ装置做实验时,将有关操作补充完全:?

①将分液漏斗的活塞打开,从U形管的B侧管口注入稀硝酸,一直注到         为止。

②关闭活塞,用酒精灯在U形管的A侧加热,当         时,立即撤去酒精灯。

(3)回答下列问题:?

①反应在什么情况下可以自动停止?可在何处观察到无色的NO气体??

②如果再将分液漏斗的活塞慢慢打开,可立即观察到哪些明显现象?

 

试题详情

一、1.D?

2.解析:氮的固定是把单质氮转变成化合物的氮的过程。?

答案:A?

3.B  4.AC?

5.解析:反应消耗灯泡内少许氧气。?

答案:C?

6.B?

7.解析:依反应方程式进行过量与适量的判断后计算。?

答案:B?

8.D  9.C  10.CD  11.C  12.BD?

13.解析:用差量法求解比较方便,但注意2Mg+CO2===2MgO+C,固体物质是两部分。

答案:B?

14.C  15.C?

17.①N2+O22NO

②2NO+O2===2NO2?

③3NO2+H2O===2HNO3+NO↑?

18.①干燥气体  ②使两种气体充分混合,并通过观察气泡以调节氢气、氮气流速  NH3及N2和H2的混合物  用湿润的红色石蕊试纸检验气体,试纸变蓝(或其他合理方法)?

19.(1)N2  NO2  NO  NH3  HNO3?

(2)S  SO3  SO2  H2S  H2SO4?

20.(1)c  (2)a  (3)检查装置的气密性  本反应为放热反应  (4)将系统内空气排尽  c?

21.(1)无  烧瓶内有红棕色气体?

(2)①单孔塞下沿与液面间不留有空隙(无气泡存在)  ②铜丝上有气泡产生?

(3)①当产生的NO气体将稀HNO3排入U型管B侧管内使铜丝网与稀HNO3脱离后反应会立即停止;在U型管A侧管中可观察到无色的NO气体。②U型管的B侧管中的稀HNO3又回到A侧管内,分液漏斗中有红棕色气体出现。