考點23氮和磷
1．復習重點
1． 氮族元素性質(zhì)的相似性和遞變規(guī)律；
2． 氮氣的分子結(jié)構(gòu)及其化學性質(zhì)；
3． 磷的兩種同素異形體的有關性質(zhì)。
2．難點聚焦
1．知識要點：
一． 氮族元素
1．氮族元素的原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
（1）周期表中的位置：
第VA族（N、P、As、Sb、Bi）
（2）原子結(jié)構(gòu)：
相同點：最外層電子數(shù)相同（5e－）
不同點：電子層數(shù)不同，原子半半徑依次增大
（3）主要性質(zhì)：
①相似性：a、最高價態(tài)為＋5，負價為－3，能形成氫化物RH3，Sb、Bi無負價；最高價氧化對應水化物HRO3或H3RO4 呈酸性。
②遞變性：（按原子序數(shù)增大順序）：a、原子半徑由小到大；b、氫化物的穩(wěn)定性由強到弱；c、最高價含氧酸的酸性由強到弱；d、非金屬性由強到弱，且比同周期鹵族元素、氧族元素弱，金屬性漸強。
2．氮氣的性質(zhì)
（1）氮氣的物理性質(zhì)：無色無味，不溶于水比空氣略輕的氣體。
（2）氮氣的化學性質(zhì)：
分子中N≡N非常牢固，通常情況下不易與其他物質(zhì)反應。
N2 與氫氣反應生成NH3（高溫高壓鐵觸媒）
與氧氣在放電條件下生成NO
 |
與活潑金屬反應 3Mg+N2 Mg3N2
(3)氮氣的用途：
工業(yè)上合成氨制硝酸；用作保護氣，用于：焊接金屬、填充燈泡、保鮮食品；醫(yī)學上用于冷凍麻醉；高科技中用液氮制造低溫環(huán)境等。
3．磷的同素異形體：白磷和紅磷
名稱
白磷
紅磷
分子結(jié)構(gòu)
分子式P4、正四面體型、鍵角60°
分子晶體、結(jié)構(gòu)復雜
顏色狀態(tài)
白色或黃色固體
暗紅色粉末或固體
溶解性
不溶于水，易溶于CS2
不溶于水，不溶于CS2
毒性
劇毒
無毒
著火點
保存方法
保存在水中
密封
相互轉(zhuǎn)化
4．磷及其化合物的性質(zhì)
（1）磷單質(zhì)的化學性質(zhì)和用途
4P+5O2 2P2O5
2P＋3Cl2 2PCl3（l）
2P＋3Cl2 2PCl5（s）
用途：制高純度磷酸、紅磷用于制農(nóng)藥、安全火柴、白磷制造燃燒彈和煙幕彈。
（2）磷的化合物
①P2O5：極易溶于水，是較好的干燥劑（吸濕性很強）能與水作用：
P2O5+H2O（冷）=2HPO3（劇毒）
P2O5+3H2O（熱）=2H3PO4（無毒）
②H3PO4：無色晶體，與水任意比例互溶，有吸濕性，可作干燥劑，屬非氧化性酸，沸點高。
化學性質(zhì)：具有酸的通性，是三元中強酸，是一種高沸點酸。能與堿中和、與NaBr、NaI作用。
③磷酸鹽：
溶解性：磷酸二氫鹽均易溶于水，溶液呈酸性；磷酸鹽和磷酸一氫鹽除鉀、鈉、銨鹽外不溶于水。
相互轉(zhuǎn)化：
磷酸鹽 磷酸一氫鹽 磷酸二氫鹽
2．原理、規(guī)律、疑難剖析：
1．氮族元素最外層電子都是5個，主要顯+5、+3、－3價。本族元素形成的+3、－3價化合物中其原子已達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，如NH3、PCl3、BiCl3、Mg3N2。
2．在氮族元素中氮和其它元素比較，有很大的特殊性，它的主要化合價有－3、+1、+2、+3、+4、+5等多種氮元素能以不同的價態(tài)與氧結(jié)合，可以形成多種氧化物：N2O、NO、N2O3、N2O4、NO2、N2O5。在這些氧化物中NO2和N2O4可以通過非氧化還原反應相互轉(zhuǎn)化：2NO2 N2O4。
有關氮的氧化物知識應注意：
①NO是一種無色無味氣體，能與人血液中的血紅蛋白結(jié)合而使人中毒。接觸空氣后立即被氧化為NO2而變紅棕色，收集NO氣體必須用排水集氣法。實驗室中制NO氣體是銅與硝酸反應：
3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
NO在神經(jīng)信號傳遞、血壓生理調(diào)控、血流量控制、免疫調(diào)節(jié)、抵抗感染等方面起到了重要作用，被稱為“明星分子”或“信使分子”（2004年高考理綜27小題）。
②NO2是一種紅棕色、具有剌激性氣味、有毒的氣體。它與水反應，而易溶于水：
3NO2+2H2O=2HNO3+NO↑
在反應中NO2既是氧化劑又是還原劑。
在NO2中，因N的價態(tài)較高，它的氧化性較強，NO2能氧化SO2、KI等物質(zhì)：
NO2+SO2=SO3+H2O
NO2+2KI=2KNO2+I2（NO2能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙為藍）
③ 隱含反應2NO2 N2O4的應用：
在實驗測定NO2、N2O4的相對分子質(zhì)量、比較相同條件下相同物質(zhì)的量的氣體體積大小，以及涉及到NO2氣體的顏色深淺、壓強、密度等方面時要考慮此反應。
3．磷酸與堿反應的規(guī)律：
=1∶1時生成NaH2PO4
=1∶2時生成Na2HPO4
=1∶3時生成Na3PO4
介于1∶1和1∶2之間，則生成
NaH2PO4和Na2HPO4的混合物
介于1∶2和1∶3之間，則生成Na2HPO4和Na3PO4的混合物。
3．例題精講
有關NO、NO2、O2的混合氣體和水反應的計算
基本反應 ： 2NO+O2=2NO2------------------（1）
3NO2+H2O=2H2NO3+NO------（2）
1、NO（N2）、NO2混合氣體與水反應
例1． 將20ml充滿NO和NO2的混合氣體的試管倒立于盛水的水槽中，充分反應后，剩余氣體的體積變?yōu)?0ml，求原混合氣體中NO和NO2 各占多少毫升？
解析：NO不與水反應，NO2與水反應時每一體積的NO2會生成1/3體積的NO ，所以剩余的氣體為未參加反應的NO 和生成的NO
解法一：設原混合氣體中含NO2 xml ，
則含NO（20-x）ml
3NO2+H2O=2H2NO3+NO
3 1
x y
3/x=1/y解之得：y=x/3
由題意得：（20-x）+x/3=10 解得x=15ml
則原NO的體積 20-15=5ml
答：（略）
解法二： （差量法）設原混合氣體中含NO2氣體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 的混合氣體與水的反應
關系式：4NO2+O2+H2O=4HNO3
將（2）×2-（1）得到，目的：消去中間產(chǎn)物NO）
討論如下：
NO2與O2的體積比
發(fā)生的化學反應
剩余氣體
=4:1
4NO2+O2+H2O=4HNO3
無
<4:1
4NO2+O2+H2O=4HNO3
O2
>4:1
4NO2+O2+H2O=4HNO3
3NO2+H2O=2H2NO3+NO
NO
例2.將充滿NO2和O2的混合氣體的量筒倒置于水中，充分反應后，保持氣體壓強不變，水進入至量筒體積的一半處停止了，則原混合氣體中NO2和O2的體積比是多少？
解析：NO2和O2的體積比不等于4:1，則需討論NO2和O2分別過量時的兩種情況
設混合氣體的體積為1，混合氣體中NO2的體積為x，則O2為(1- x)
（1）假定原混合氣體中V（NO2）：（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
V（NO2）:V（O2）=2/5:(1-2/5)=2:3
(2) 假定原混合氣體中V（NO2）:V（O2）>4:1
4NO2+O2+H2O=4HNO3
4 1
y (1-x)
4/ y =1/(1-x) 解得：y=4(1-x)
暫時剩余NO2：1-[4(1-x)+(1-x)]=5x-4
由反應式：3NO2+H2O=2H2NO3+NO可知
最后剩余NO ：（5x-4）/3
由（5x-4）/3=1/2得 x=11/10(不合題意，舍去)
小結(jié)： NO2和O2的混合氣體與水反應時，當剩余氣體的體積大于原混合氣體體積的1/3時，只有一個條件：V（NO2）:V（O2）>4:1（此結(jié)論由同學們自行證明）
3、NO與O2分別通入水中
關系式：4NO+3O2+H2O=4HNO3
討論如下：
NO與O2的體積比
發(fā)生的化學反應
剩余氣體
=4:3
4NO+3O2+H2O=4HNO3
無
<4:3
4NO+3O2+H2O=4HNO3
O2
>4:3
4NO+3O2+H2O=4HNO3
NO
例3.一定條件下，將等體積的NO和O2混合于一試管中，然后將試管倒立于盛有水的水槽中，充分反應后剩余氣體的體積與原混合氣體的體積之比是多少？
解析： 因為混合氣體中NO和O2的體積比<4:3，則剩余氣體為O2
設混合氣體中NO 的體積為x，則O2的體積也為x
4NO+3O2+H2O=4HNO3
4 3
x y
4/ x =3 / y 解得：y=3x/4
剩余的O2為x-3x/4=x/4
它與原混合氣體的體積比為x/4:2x=1:8
4、NO2、NO、O2的混合氣體與水反應
關系式： V（O2）= V（NO2）/4+ 3V（NO）/4
特例，當V（NO）: V（NO2）::V（O2）=1:1:1時，混合氣體全部與水反應，無氣體剩余。
例4.常溫下盛有10mlNO2和10mlNO組成的混合氣體的大試管倒立于水中，當緩緩通入O2一段時間后，試管內(nèi)殘留2ml氣體，則通入O2體積可能為多少毫升
解析：殘留2ml氣體可能是NO也有可能是O2，應予以討論
（1）若殘留氣體是NO ，則轉(zhuǎn)化為HNO3的NO為10ml-2ml=8ml
則：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
共耗氧氣V（O2）=2.5ml+6ml=8.5ml
(2)若殘留氣體2ml是O2，則：
4NO+3O2+H2O=4HNO3
4 3
10ml z
4/10ml =3/ z 解和z=7.5ml
故通入 V（O2）=2.5+7.5+2=12ml
答：（略）
例5．（2001春季北京、內(nèi)蒙、安徽高考）關于非金屬N、O、Cl、P的敘述，正確的是（ ）
A．在通常情況下其單質(zhì)均為氣體
B． 其單質(zhì)均由雙原子分子組成
C． 都屬于主族元素
D．每種元素公生成一種氫化物
解析：N、O、Cl通常情況下單質(zhì)為氣體，且為雙原子分子，而P不是，白磷為P4分子，其中N的氫化物有NH3、N2H4等，O的氧化物有H2O、H2O2，所以A、B、D選項均不正確。正確答案為C。
例6．氮氣與其他單質(zhì)化合一般需要高溫，有時還需高壓等條件，但金屬鋰在常溫、常壓下就能與氮氣化合生成氮化鋰，這是因為（ ）
①此反應可能是吸熱反應
②此反應可能是放熱反應
③此反應可能是氮分子不必先分解成為原子④此反應前可能氮分子先分解成為原子
A．①② B．②④ C．②③ D．①④
解析：氮分子中存在N≡N，鍵能很大，非常
牢固，通常情況下很難斷裂N≡N鍵成為氮原子與其他物質(zhì)反應，如果氮分子能與這種物質(zhì)容易反應，只可能是氮分子不必先分解為氮原子這種情況；另外化學反應中放熱反應一般比較容易發(fā)生。綜上所述正確選項應為C選項。
例7．（2002年南京市模擬題）工業(yè)廢氣的氮
氧化物（如NO、NO2等，用通式NOx表示）是主要的大氣污染物之一。為了保護環(huán)境，工業(yè)上常通入氨氣與之發(fā)生如下反應：
NOx+NH3
N2+H2O
有關此反應，下列說法中錯誤的是（ ）
A．N2既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物
B． 當x=1時，每生成2.5mol N2，被氧化的
氣體有3mol
C．當x=2時，有1mol氣體被還原，轉(zhuǎn)移電子4mol
D．反應通式配平表示為：
6 NOx +4x NH3 = （3+2x）N2+6x H2O
解析：分析平配平方程式得到A、D選項均正確，將x=1代入6 NOx +4x NH3 = （3+2x）N2+6x H2O中得到6NO+4NH3=5 N2+6H2O 分析可知：每生成5mol，被氧化的氣體有4mol（被氧化的氣體為NH3），則每生成2.5mol N2，被氧化的氣體只有2mol。同理可推得C選項正確。所以，答案應為選項B。
例8．（1994?全國?17）已知磷酸分子
 |
（ ）中的三個氫原子都可以跟重
水分子（D2O）中的D原子發(fā)生氫交換。又知次磷酸（H3PO2）也可以跟D2O進行氫交換，但次磷酸鈉（NaH2PO2）卻不能再跟D2O發(fā)生氫交換。由此可推斷H3PO2的分子結(jié)構(gòu)是（ ）
A.
C.
解析：題中所給磷酸分子的結(jié)構(gòu)式是給的一個信息：含氧酸中只有與O原子直接結(jié)合的H原子才可能電離出H+，即題中所說的與D2O中的D原子發(fā)生氫交換。把信息遷移到H3PO2中，由于NaH2PO2不能與D2O進行氫交換，所以H3PO2只是一元酸，因而其結(jié)構(gòu)式中只有一個―OH，再應用O原子只能有兩個共價鍵的基礎知識，就不難推出正確選項為B。
4．實戰(zhàn)演練
1.（2001年全國高考題）有一種磷的結(jié)構(gòu)式是 有關它的下列
敘述中不正確的是?
A.它完全燃燒時的產(chǎn)物是P2O5
B.它不溶于水?
C.它在常溫下呈固態(tài)?
D.它與白磷互為同分異構(gòu)體
2.下列反應起了氮的固定作用的是?
A.N2與H2在一定條件下反應生成NH3?
B.NH3經(jīng)催化氧化生成NO?
C.NO與O2反應生成NO2?
D.由NH3制碳銨和尿素
3.關于氮族元素的性質(zhì)，下列推斷錯誤的是?
A.最高價氧化物為R2O5，其水化物化學式為HRO3或H3RO4?
B.非金屬性：磷＞砷，氣態(tài)氫化物的還原性：PH3＞AsH3?
C.最高價含氧酸的酸性：硒酸＞砷酸＞鍺酸?
D.所形成的氫化物中BiH3最不穩(wěn)定?
4.下列比較中正確的是?
A.硝酸酸性比磷酸強?
B.PH3的穩(wěn)定性大于NH3?
C.PH3的還原性大于NH3?
D.氮氣的化學性質(zhì)比磷活潑
5.新電燈泡的玻璃柱上涂有一點暗紅色物質(zhì)，以除去燈泡內(nèi)殘留的氧，該物質(zhì)是?
A.Cu2O B.Fe2O3?
C.紅磷 D.銅粉
6.紅磷和白磷在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，這一變化屬于?
A.物理變化 B.化學變化?
C.氧化還原反應 D.分解反應
7.在兩密閉容器中分別盛有
A.5∶4 B.4∶5?
C.4∶3 D.3∶5
8.將（NH4）2CO3加熱全部氣化后，將氣體先通過Na2O2，固體質(zhì)量增加x g，再通過濃H2SO4，溶液質(zhì)量增加y g；若先通過濃H2SO4，溶液增重z g，再通過Na2O2,固體質(zhì)量增加w g，則x、y、z、w的質(zhì)量大小排列順序正確的是
A.x＞y＞z＞w B.w＞z＞y＞x
C.y=z＞x=w D.z＞y＞x＞w
9.在一定溫度和壓強下，將一支容積為15 mL的試管充滿NO2后，倒置于一個盛水的水槽中，當試管內(nèi)液面上升至一定高度不再變化時，在相同條件下再通入O2，若要使試管內(nèi)的液面仍保持在原高度，則通入O2的體積為
A.3.75 mL B.7.5 mL?
C.8.75 mL D.10.5 mL?
10.在下列反應中，氨作氧化劑的是?
A.8NH3＋3Br2===6NH4Br＋N2?
B.2NH3＋H2S===(NH4)2S?
C.2NH3＋2Na===2NaNH2＋H2?
D.NH3＋NaH===NaNH2＋H2?
11.下列關于磷及其化合物的敘述不正確的是?
A.紅磷用于制造安全火柴、農(nóng)藥和燃燒彈?
B.磷酸二氫鹽都易溶于水?
C.磷酸是三元酸，比硝酸的酸性強?
D.P2O5溶于熱水生成磷酸，溶于冷水生成偏磷酸
12.下列制氮氣的方法中，不合理的是?
A.分離液態(tài)空氣?
B.加熱使NH3分解?
C.將空氣通過足量灼熱的銅網(wǎng)?
D.將空氣通過加熱的鎂粉
13.把等質(zhì)量的鎂分別放在下列氣體中完全燃燒：①純O2中，②空氣中，③CO2中，
④Cl2中，⑤N2中，得到固體物質(zhì)的質(zhì)量分別為：m1、m2、m3、m4、m5，其由大到小的關系正確的是
A.①②③⑤④ B.④③①②⑤?
C.④③②①⑤ D.④①③②⑤?
14.關于磷的下列敘述中，正確的是?
①紅磷沒有毒性而白磷劇毒
②白磷在空氣中加熱到
⑥白磷為非金屬單質(zhì)，其晶體為正四面體型的原子晶體?
A.①②③ B.②③④?
C.①③④ D.③⑤⑥?
15.為了測知紅磷在氯氣中燃燒的產(chǎn)物，可以根據(jù)它的質(zhì)量增加來確定。現(xiàn)有紅磷
A.只有PCl3 B.只有PCl5?
C. PCl3和PCl5 D.無法確定
二、非選擇題（共55分）?
16.(8分)第ⅤA族某元素的單質(zhì)
17.(9分)雷雨時，從天空落下的雨水中常含有少量硝酸，其原因是(用化學方程式表示)：
①
②
③
18.(8分)實驗室合成氨裝置如下圖。試回答：?
裝置甲的作用是：?
①
②
從乙處導出的氣體是 ，檢驗產(chǎn)物的簡單化學方法是 。
19.(10分)如右所示A、B、C、D、E變化關系網(wǎng)，均省去了反應所需條件，?
(1)如果A為氣體單質(zhì)，則：A ，B ，C ，D ，E 。
(2)如果A為固體單質(zhì)，則：?
A ，B ，C ，D ，E 。(均填分子式)
20.(11分)實驗室常用飽和NaNO2與NH4Cl溶液反應制取純凈氮氣，反應式為：NH4Cl＋NaNO2
NaCl＋N2↑＋2H2O，ΔH＜0，實驗裝置如下圖所示，試回答：?
(1)裝置中A部分的分液漏斗與蒸餾燒瓶之間連接的導管所起的作用是 (填寫編號)。
a.防止NaNO2飽和溶液蒸發(fā)?
b.保證實驗裝置不漏氣?
c.使NaNO2飽和溶液容易滴下?
(2)B部分的作用是 。
a.冷凝 b.冷卻氮氣 c.緩沖氮氣流?
(3)加熱前必須進行的一個操作步驟是 ；加熱片刻后，即應移去酒精燈以防反應物沖出，其原因是 。
(4)收集N2前，必須進行的操作步驟是(用文字說明) 。收集N2最適宜的方法是(填寫編號) 。
a.用排氣法收集在集氣瓶中?
b.用排水法收集在集氣瓶中?
c.直接收集在球膽或塑料袋中
21.（9分）實驗室用稀硝酸與銅反應來制備NO氣體，如果采用（Ⅰ)裝置（燒瓶內(nèi)加入稀硝酸和銅片，必要時可加熱）。實驗效果不十分理想，因為從觀察到的現(xiàn)象不能有力證明反應產(chǎn)物是NO；有人設計了（Ⅱ)裝置（橡皮塞下端連有銅絲圈），用來做該實驗可以達到滿意的效果。
（1）用Ⅰ裝置做實驗時，用排水法收集到的氣體的顏色為 色；實驗過程中由于觀察到 現(xiàn)象，而不能有力證明反應產(chǎn)物是NO。?
（2）用Ⅱ裝置做實驗時，將有關操作補充完全：?
①將分液漏斗的活塞打開，從U形管的B側(cè)管口注入稀硝酸，一直注到 為止。
②關閉活塞，用酒精燈在U形管的A側(cè)加熱，當 時，立即撤去酒精燈。
（3）回答下列問題：?
①反應在什么情況下可以自動停止？可在何處觀察到無色的NO氣體？?
②如果再將分液漏斗的活塞慢慢打開，可立即觀察到哪些明顯現(xiàn)象？
一、1.D?
2.解析：氮的固定是把單質(zhì)氮轉(zhuǎn)變成化合物的氮的過程。?
答案：A?
3.B 4.AC?
5.解析：反應消耗燈泡內(nèi)少許氧氣。?
答案：C?
6.B?
7.解析：依反應方程式進行過量與適量的判斷后計算。?
答案：B?
8.D 9.C 10.CD 11.C 12.BD?
13.解析：用差量法求解比較方便，但注意2Mg+CO2===2MgO+C，固體物質(zhì)是兩部分。
答案：B?
14.C 15.C?
17.①N2＋O2
2NO
②2NO＋O2===2NO2?
③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO↑?
18.①干燥氣體 ②使兩種氣體充分混合,并通過觀察氣泡以調(diào)節(jié)氫氣、氮氣流速 NH3及N2和H2的混合物 用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗氣體，試紙變藍(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)檢查裝置的氣密性 本反應為放熱反應 (4)將系統(tǒng)內(nèi)空氣排盡 c?
21.（1）無 燒瓶內(nèi)有紅棕色氣體?
（2）①單孔塞下沿與液面間不留有空隙（無氣泡存在） ②銅絲上有氣泡產(chǎn)生?
（3）①當產(chǎn)生的NO氣體將稀HNO3排入U型管B側(cè)管內(nèi)使銅絲網(wǎng)與稀HNO3脫離后反應會立即停止；在U型管A側(cè)管中可觀察到無色的NO氣體。②U型管的B側(cè)管中的稀HNO3又回到A側(cè)管內(nèi)，分液漏斗中有紅棕色氣體出現(xiàn)。
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