资源描述
知识点二 氮及其化合物
知识体系
氮及氮的氧化物
1．氮元素的存在形式和固氮
“固氮”是将游离态的氮转化为化合态氮的过程。
2．氮气
物理性质
氮气是无色、无味、难溶于水的气体。
分子结构
电子式：，结构式：N≡N。
由于氮氮之间形成三个共价键，键能大，所以氮气化学性质较稳定。
化学性质
氧化性
N2＋3MgMg3N2
还原性
N2＋O22NO(自然固氮) N2＋3H22NH3(人工固氮)
3．氮的氧化物
（1）氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。
（2）NO和NO2比较
NO
NO2
物理
性质
颜色
无色
红棕色
毒性
——
有毒
溶解性
不溶于水
能溶于水
化学
性质
与O2反应
2NO＋O2＝2NO2
——
与H2O反应
——
3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO
与O2和H2O反应
4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3
4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3
与NH3反应
4NH3＋6NO5N2＋6H2O
8NH3＋6NO27N2＋12H2O
实验室制法
原理
3Cu＋8H＋＋2NO
＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
Cu＋4H＋＋2NO
＝Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O
尾气处理
NO2＋NO＋2NaOH＝2NaNO2＋H2O
2NO2＋2NaOH＝NaNO3＋NaNO2＋H2O
4．氮的氧化物(NOx)对环境的污染及防治
污染
类型
光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾
酸雨：NOx排入大气中后，最终与水反应生成HNO3型酸雨
破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加
处理
汽车尾气NOx(NO、NO2)经催化处理生成无污染的N2。硝酸工业尾气是用氢氧化钠溶液处理生成有用的工业产品硝酸盐和亚硝酸盐。
1．N2与O2反应条件是放电不是点燃，且生成物是NO不是NO2。
2．NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝，不能用湿润的淀粉KI试纸鉴别NO2和Br2。
4．NO用排水水法收集，不能用排空气法收集；NO2用排气法收集，不能用排水法收集。
氨气和铵盐
1．氨气
物理性质
无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，熔、沸点低，易液化。氨气极易溶于水(1体积水溶解700体积的氨气)
分子结构
电子式为，结构式为，空间构型为三角锥形
化学性质
与水反应
NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－氨水加热易分解
与酸反应
①蘸有浓氨水的玻璃棒与蘸有浓盐酸(或浓硝酸)的玻璃棒靠近，有白烟生成：
HCl＋NH3＝NH4Cl HNO3＋NH3＝NH4NO3
②过量氨气与H2SO4反应：2NH3＋H2SO4＝(NH4)2SO4
③氨气与CO2和H2O反应：
过量氨气与CO2和H2O反应的化学方程式：2NH3＋CO2＋H2O＝(NH4)2CO3
氨气与过量CO2和H2O反应的化学方程式：NH3＋CO2＋H2O＝NH4HCO3
与盐溶液反应
氨气(少量或过量)通入可溶性铝盐中：Al3＋＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH
还原性
①被氧气(Pt为催化剂)氧化：4NH3＋5O24NO＋6H2O
②被CuO氧化：2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O
③过量氨气被氯气氧化：8NH3(过量)＋3Cl2＝N2＋6NH4Cl
实验室制备
原理
2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
制备与收集
干燥
用碱石灰(NaOH和CaO固体的混合物)，不能用浓硫酸、无水CaCl2和P2O5干燥
用途
液氨汽化吸收热量，可用作制冷剂
NH3是一种重要的化工原料，可用来制硝态氮肥、铵态氮肥、尿素等
2．铵盐
物理性质
都是白色晶体，都易溶于水
化学性质
不稳定性
NH4ClNH3↑＋HCl↑(不可制备氨气) NH4HCO3NH3↑＋CO2↑＋H2O
与碱反应
稀溶液不加热：NH＋OH－＝NH3·H2O(没有氨气生成)
浓溶液或加热：NH＋OH－NH3↑＋H2O(有氨气生成)
NH的检验
待测液加入较浓的NaOH溶液，加热，试管口放湿润的红色石蕊试纸，若试纸蓝色，则溶液中含有NH
1． 书写NH3的电子式时，防止漏写孤对电子。
2．检验NH时关键的操作是——必须加热。
3．氨气的简易制法
方法
将浓氨水滴入固体碱性物质(如：CaO粉末、NaOH固体、碱石灰)
加热浓氨水
装置图
原理
NH3·H2O＋CaO＝NH3↑＋Ca(OH)2
NH3·H2ONH3↑＋H2O
说明
浓氨水中存在平衡NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，加入固态碱性物质(如CaO粉末或NaOH固体或碱石灰)，使平衡逆向移动，同时反应放热，促进NH3·H2O的分解
硝酸
1．硝酸的性质、应用及保存
性质
化学方程式或离子方程式
说明
易挥发性
NaNO3＋H2SO4(浓)HNO3↑＋NaHSO4
①难挥发酸制易挥发酸
②因硝酸爱热易分解，故微热
强酸性
CaCO3＋2HNO3＝Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O
——
不稳定性
4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O
久置时呈黄色，贮存方法：棕色瓶、放冷暗处
强氧化性
C＋4HNO3(浓)4NO2↑＋CO2↑＋2H2O
3Fe2＋＋4H＋＋NO3－＝3Fe3＋＋NO↑＋2H2O
6I－＋8H＋＋2NO3－＝3I2＋2NO↑＋4H2O
3SO2＋2NO3－＋2H2O＝3SO42－＋2NO↑＋4H＋
室温下，铁、铝在浓硝酸中发生钝化
①酸性条件下，Fe2＋、I－与NO3－在溶液中不能大量共存
②实验室不能用HNO3制取SO2气体
③钝化是化学变化！
氧化性
与酸性
Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
3Cu＋8HNO3(稀)3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
3Ag＋4HNO3(稀)3AgNO3＋NO↑＋2H2O
溶解铜、银时要用稀HNO3
生成低价N的物质
生成硝酸盐
颜色反应
与蛋白质相遇生成黄色沉淀
检验蛋白质
2．硝酸的工业生产
原料
反应原理
主要设备
说明
氨
空气
水
4NH3＋5O24NO＋6H2O
转化器
①理论上相当于4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3，整个反应相当于NH3＋2O2＝HNO3＋H2O
②尾气用NaOH溶液吸收：NO＋NO2＋2NaOH＝2NaNO2＋H2O
2NO＋O2＝2NO2
——
3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO
吸收塔
生产流程
1．NO是一种有着鲜明个性的离子，不能单独与任何离子反应，但在酸性条件下，它又能氧化多种还原性较强的离子，如Fe2＋、I－、SO、S2－等。
2．在书写离子方程式时，注意HNO3的强氧化性，如Fe(OH)2＋2HNO3＝Fe(NO3)2＋2H2O是错误的，应为3Fe(OH)2＋10HNO3＝3Fe(NO3)3＋NO↑＋8H2O。
金属与硝酸反应的计算
思维模型
具体分析
二守恒
原子守恒
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量：
n(HNO3)总＝n(HNO3)余＋xn[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)。
电子守恒
HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量：金属失电子的物质的量＝n(NO2)＋3n(NO)
一关系
起酸性作用的HNO3的物质的量是金属物质的量和金属所带电荷数的乘积，可表示为n(HNO3)酸性＝xn(Mx＋)，即反应中转移的电子的物质的量
一技巧
金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式3Cu＋8H＋＋2NO＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。
铜与稀硝酸、稀硫酸的混合溶液的计算，不能按3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O计算，而要按3Cu＋8H＋＋2NO＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O计算。
一、判断下列说法的正误，并说明原因。
说法
正误及解释
1
氮气化学性质通常不活泼，可将炽热的镁粉放在氮气中冷却
错误 镁与氮气加热会反应
2
NO与O2反应生成NO2
错误 生成的是NO
3
汽车尾气中有NOx，主要是汽油不充分燃烧引起的
错误 汽车尾气中有NOx，主要是空气中的氧气和氮气在汽车的气缸内高温作用下生成的
4
氨气具有还原性，可用浓氨水检验氯气管道是否泄漏
正确 若漏气会产生白烟
5
向某稀溶液中加入NaOH溶液，湿润的红色石蕊试纸无变化，该溶液中一定不含NH
错误 氨气极易溶于水，稀溶液且不加热时不能放出氨气
6
浓硝酸具有强氧化性，能和浓氨水反应产生白烟
错误 浓硝酸具有挥发性和酸性，可以和氨气反应生成硝酸铵
7
常温下铁能被稀硝酸钝化，可用铁质容器贮运稀硝酸
错误 常温下铁能与稀硝酸反应
8
浓硝酸具有强酸性，能与木炭在加热的条件下反应
错误 浓硝酸与木炭反应，浓硝酸体现的是强氧化性，没有体现酸性
9
0.1 mol·L－1 HCl溶液中，Na＋、K＋、S2－、NO能大量共存
错误 酸性条件下NO能氧化S2－
10
用稀硝酸除去试管内壁的银镜：
Ag＋4H＋＋NO==Ag＋＋NO↑＋2H2O
错误 电荷不守恒，电子不守恒，应是3Ag＋4H＋＋NO＝3Ag＋＋2H2O＋NO↑
二、选择
1．（2022·云南临沧市云县下学期期中）下列反应属于氮的固定的是
A．NO遇O2转化为NO2 B．N2和H2在一定条件下反应生成NH3
C．硝酸工厂用NH3氧化制NO D．用NH3制碳酸氢铵和硫酸铵
【答案】B
【解析】A项，NO为化合物，氮元素不呈游离态，不属于氮的固定，不符合题意；B项，N2和H2在一定条件下反应生成NH3，氮元素由游离态转化为化合态，符合氮的固定的定义，符合题意；C项，NH3氧化制NO，氮元素由化合态转化为化合态，不属于氮的固定，不符合题意；D项，用NH3制碳酸氢铵和硫酸铵，氮元素由化合态转化为化合态，不属于氮的固定，不符合题意。
2．（2022·北京市房山区期末）关于硝酸的下列说法不正确的是
A．硝酸是无色易挥发的液体
B．硝酸的强氧化性体现为H＋的氧化性
C．硝酸能氧化大多数金属
D．相同条件下，浓硝酸和稀硝酸的还原产物不同
【答案】B
【解析】A项，纯硝酸是无色油状液体，开盖时有白雾，硝酸是无色易挥发的液体，说法正确，不符合题意；B项，硝酸的强氧化性体现为＋5价的氮元素体现，酸性是由H＋体现的，说法错误，符合题意；C项，硝酸具有强氧化性，能溶解除金、铂以外的大多数金属，说法正确，不符合题意；D项，相同条件下，浓硝酸与铜反应生成二氧化氮，稀硝酸与铜反应生成一氧化氮，浓硝酸和稀硝酸的还原产物不同，说法正确，不符合题意。
3．（2022·广西三新教学教学质量测评4月考）实验室用如图装置制氨气并验证氨气的某些化学性质能达到实验目的的是
A．用装置甲制取氨气 B．用装置乙除去氨气中的水蒸气
C．用装置丙验证氨气具有还原性 D．用装置丁吸收尾气
【答案】C
【解析】A项，实验室采用装置甲制取氨气时，分液漏斗中盛装浓氨水，圆底烧瓶中盛放氢氧化钠固体或生石灰，图示药品使用不正确，不能用来制取氨气，错误；B项，氨气与浓硫酸反应生成硫酸铵，不能用浓硫酸干燥氨气，错误；C项，丙装置中发生反应：2NH3＋3CuON2＋3Cu＋3H2O，可以验证氨气具有还原性，正确；D项，氨气与水直接接触，不能起防倒吸的作用，错误。
4．（2022·江苏扬州邗江区下学期期中）下列反应的离子方程式正确的是
A．NO2气体通入NaOH溶液中：NO2＋2OH－＝NO3－＋H2O
B．氨水滴加到AlCl3溶液中：Al3＋＋3OH－＝Al(OH)3↓
C．铜与稀硝酸反应：3Cu＋8H＋＋2NO3－＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
D．氨水中通入少量的SO2气体：SO2＋NH3·H2O＝HSO3－＋NH
【答案】C
【解析】A项，NO2气体通入NaOH溶液中，发生反应的离子方程式为2NO2＋2OH－＝NO3－＋NO2－＋H2O，错误；B项，氨水滴加到AlCl3溶液中生成氢氧化铝沉淀和氯化铵，反应的离子方程式是Al3＋＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH，错误；C项，铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮、水，反应的离子方程式是3Cu＋8H＋＋2NO3－＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，正确；D项，氨水中通入少量的SO2气体生成亚硫酸铵，反应的离子方程式是SO2＋2NH3·H2O＝SO32－＋2NH＋H2O，错误。
三、（2022·河南豫北名校下学期期中）某同学利用如图所示装置分别进行相应的实验，按要求回答相应的问题。
（1）当X是Ag、Y是稀硝酸时，反应的离子方程式为________________________________________，当X是Ag、Y是浓硝酸且过量时，若有0.4 mol物质被还原，则生成的盐为_________mol。
（2）当X是铝片、Y是浓硝酸时，常温下发生氧化反应与还原反应的物质的物质的量之比为________，加热时试管中的主要实验现象为__________________________。
（3）当X是FeO，Y分别是0.2 mol·L－1的硫酸、0.2 mol·L－1的硝酸时，反应后溶液的颜色分别为_________________________；等量的X完全反应消耗的上述硫酸、硝酸的体积之比为____________。
【答案】（1）3Ag＋NO3－＋4H＋＝3Ag＋＋NO↑＋2H2O 0.4 （2）1∶3 有红棕色气体产生 （3）浅绿色、黄色 3∶10
【解析】（1）当X是Ag、Y是稀硝酸时，银和稀硝酸反应生成硝酸银、一氧化氮、水，反应的离子方程式为3Ag＋NO3－＋4H＋＝3Ag＋＋NO↑＋2H2O，当X是Ag、Y是浓硝酸且过量时，发生反应Ag＋NO3－＋2H＋＝Ag＋＋NO2↑＋H2O，若有0.4 mol物质被还原即生成了0.4 mol NO2，则根据反应2NO2＋2NaOH＝NaNO3＋NaNO2＋2H2O可知，则生成的盐为0.4 mol；（2）当X是铝片、Y是浓硝酸时，常温下铝表面被氧化为氧化铝、硝酸被还原为二氧化氮，根据得失电子守恒，n(Al)×3＝n(HNO3)×1，n(Al)∶n(HNO3)=1∶3，发生氧化反应的Al与发生还原反应的HNO3物质的物质的量之比为1∶3，加热时，发生反应Al＋6HNO3(浓)Al(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O，试管中的主要实验现象为有红棕色气体产生；（3）当X是FeO、Y是0.2 mol·L－1的硫酸时，发生反应的方程式为FeO＋H2SO4＝FeSO4＋H2O，反应生成硫酸亚铁，溶液呈浅绿色；当X是FeO、Y是0.2 mol·L－1的硝酸时，发生反应3FeO＋10HNO3＝3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，反应生成硝酸铁，溶液呈黄色；根据反应方程式，等量的X完全反应消耗的上述硫酸、硝酸的体积之比为3∶10。
四、（2022·山西大同下学期期中）同学们利用传感技术测定喷泉实验中仪器内的压强变化，来进一步认识喷泉实验的原理，装置如图1所示。
（1）连接好装置后应首先进行的操作是_________________________。
（2）装入药品后，实验开始前应_____________(填序号)。
A．打开弹簧夹a，关闭弹簧夹b B．打开弹簧夹b，关闭弹簧夹a C．同时打开弹簧夹a和b
（3）加热反应物制取氨气的化学方程式为________________________________________。证明三颈烧瓶中已收集满氨气的方法是：在瓶口c处___________________________________，观察到的现象是____________。
（4）停止加热后，引发喷泉的操作是：关闭弹簧夹_______(填“a”或“b”)，用带有胶头滴管(预先吸入水)的橡胶塞塞紧瓶口c，打开弹簧夹_______(填“a”或“b”)，挤压胶头滴管，使水进入烧瓶，形成喷泉，此实验利用了氨气具有________________的性质。由数据采集器和电脑绘制的三颈烧瓶内压强变化曲线如图2，其中_______点(填字母)所对应的是喷泉最剧烈的时刻。
【答案】（1）检查装置气密性 （2）A （3）2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑ 放一张湿润的红色石蕊试纸 试纸变蓝 （4）a b 极易溶于水 C
【解析】连接装置，检查装置气密性，装入药品后，关闭弹簧夹b，打开弹簧夹a，氯化铵与氢氧化钙共热制取氨气，用三颈烧瓶收集氨气，氨气集满后，停止加热，关闭弹簧夹a，用带有胶头滴管(预先吸入水)的橡胶塞塞紧瓶口c，打开弹簧夹b，挤压胶头滴管，使水进入烧瓶，形成喷泉。
（1）实验中有气体参与，因此连接好装置后应首先进行的操作是：检查装置气密性；（2）实验的目的是先收集氨气，因此装入药品后，实验开始前应关闭弹簧夹b，打开弹簧夹a，答案选A；（3）试管中加热氯化铵和氢氧化钙的混合物制取氨气，反应的化学方程式为：2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑；氨气为碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，因此检验氨气已经收集满的方法是：在瓶口c处放一张湿润的红色石蕊试纸，若观察到试纸变蓝，说明氨气已经收集满；（4）氨气极易溶于水，三颈烧瓶中收集满氨气后，停止加热，关闭弹簧夹a，用带有胶头滴管(预先吸入水)的橡胶塞塞紧瓶口c，打开弹簧夹b，挤压胶头滴管，使水进入烧瓶，形成喷泉；氨气溶于水后，造成烧瓶内压强变小，A到C点间压强在不断减小，C点时压强最小，与外界空气形成的压强差最大，此时应是喷泉最剧烈的时刻，随着大量水涌入烧瓶，烧瓶内压强开始增大。
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