第2章 第4节 氮及其化合物.docx

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第2章第4节氮及其化合物

第四节

氮及其化合物

明考纲要求

理主干脉络

1.了解氮元素单质及其重要化合物的主要性质和应用。

2．了解氮元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。

氮气及其氧化物

1．氮在自然界中的存在和转化

（1）氮元素在自然界中的存在与氮的固定。

（2）氮气。

①物理性质：

无色无味气体，密度比空气略小，难溶于水。

②化学性质：

a．氮气与氧气反应的化学方程式为N2＋O2

2NO。

导致汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮。

b．氮气与氢气反应的化学方程式为N2＋3H2

2NH3。

（工业合成氨反应原理）

c．氮气与金属镁反应的化学方程式为3Mg＋N2

Mg3N2。

2．氮的氧化物

（1）氮有多种价态的氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。

（2）NO和NO2性质的比较。

性质

NO

NO2

颜色状态气味

无色无味气体

红棕色有刺激性气味的气体

溶解性

难溶于水

与水反应

毒性

有毒（跟血红蛋白结合）

有毒

与水反应

不反应

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

与氧气反应

2NO＋O2===2NO2

不反应

对环境的影响

导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层

1.判断下列描述的正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）（2013·江苏高考）标准状况下，6.72LNO2与水充分反应转移的电子数目为0.1NA。

（　　）

（2）（2012·广东高考）工业上利用合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应。

（　　）

（3）（2011·江苏高考）NO2与水反应的离子方程式：

3NO2＋H2O===2H＋＋2NO

＋NO。

（　　）

（4）（2010·山东高考）CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在。

（　　）

（5）在实验室里，NO和NO2均可用排水法收集。

（　　）

（6）NO能够与人体里血红蛋白结合，造成人体缺氧中毒。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）√　（3）√　（4）×　（5）×　（6）√

2.氮及氮的化合物间有如图所示的转化关系，其中哪种转化是不能一步实现的？

答案：

第④步转化关系不能一步实现。

3．如何通过实验验证某无色气体是NO?

提示：

向无色气体中通入O2（或空气），无色气体变成红棕色，即证明该无色气体是NO。

4．NO2和溴蒸气均为红棕色气体，如何通过实验鉴别区分二者？

提示：

方法一：

通入水中，NO2溶于水发生反应：

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，反应后溶液呈无色，而溴蒸气溶于水后溶液呈橙色；

方法二：

通入AgNO3溶液中，有淡黄色沉淀生成的为溴蒸气（Br2＋H2OHBr＋HBrO，HBr＋AgNO3===AgBr↓＋HNO3），无此现象的为NO2；

方法三：

通入CCl4有机溶剂中，易溶于CCl4且CCl4溶液呈橙红色的为Br2（g），无此现象的为NO2。

5．俗话说“雷雨发庄稼”，这说明雷雨中含有能被植物吸收利用的含氮化合物，请写出三个有关的化学方程式。

（1）________________________________________________________________________；

（2）________________________________________________________________________；

（3）________________________________________________________________________。

答案：

（1）N2＋O2

2NO　

（2）2NO＋O2===2NO2　（3）3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

氮氧化物对环境的危害与防治方法

1．危害

（1）产生硝酸型酸雨。

2NO＋O2===2NO2

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

（2）形成光化学烟雾。

（3）破坏大气臭氧层。

科学研究表明，进入高空平流层的氮氧化物，可以加快臭氧层中臭氧的分解速率，从而像氟氯烃类物质一样破坏臭氧层，形成臭氧空洞：

2O3

3O2。

2．防治方法

（1）使用洁净能源，减少氮氧化物的排放。

（2）为汽车安装尾气转化装置，将汽车尾气中的CO和NO转化成CO2和N2。

（3）对生产化肥、硝酸的工厂排放的废气进行处理。

1.汽车排放的尾气中含有NO2，NO2是城市大气污染的主要污染物之一，在日光照射下，NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应，从而不断产生O3，加重空气污染。

反应过程为①2NO2―→2NO＋2O，②2NO＋O2―→2NO2，③O＋O2―→O3。

下列对该反应过程及产物叙述正确的是（　　）

A．NO2起催化剂作用

B．NO起催化剂作用

C．NO2只起氧化剂作用

D．O3与O2为同分异构体

2．（2013·北京高考）NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。

（1）NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式：

____________________。

（2）在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NOx的排放，当尾气中空气不足时，NOx在催化转化器中被还原成N2排出。

写出NO被CO还原的化学方程式：

_____________

______________________________________________________________________________。

[答案专区]

1.解析：

将①＋②＋2×③可得：

3O2

2O3，反应中NO2起催化作用，NO是中间产物；O2和O3互为同素异形体。

答案：

A

2.解析：

（2）根据题目信息可知NO被CO还原为N2，而CO被氧化成CO2，化学方程式为2NO＋2CO

N2＋2CO2。

答案：

（1）3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　

（2）2NO＋2CO

N2＋2CO2

氨和铵盐

1．氨的物理性质

无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化。

极易溶于水（1∶700），可由喷泉实验证明。

2．氨的化学性质

（1）与水反应：

NH3＋H2ONH3·H2ONH

＋OH－。

氨气溶于水得氨水，氨水中含有的粒子有：

NH3·H2O、H2O、NH3、NH

、OH－、H＋。

NH3·H2O为可溶性一元弱碱，不稳定，易分解：

NH3·H2O

NH3↑＋H2O。

（2）还原性：

与氧气发生催化氧化反应：

4NH3＋5O2

4NO＋6H2O。

（3）与酸反应

与氯化氢反应：

NH3＋HCl===NH4Cl，产生白烟。

3．氨的制法

（1）工业制法：

N2＋3H2

2NH3。

（2）实验室制法：

Ca（OH）2＋2NH4Cl

CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。

4．铵盐

（1）不稳定性：

NH4Cl

NH3↑＋HCl↑，NH4HCO3

NH3↑＋H2O↑＋CO2↑。

（2）与强碱反应：

NH4Cl＋NaOH

NH3↑＋NaCl＋H2O。

应用于NH

的检验：

1.判断下列描述的正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）（2013·福建高考）检验NH

时，往试样中加入NaOH溶液，微热，用湿润的蓝色石蕊试纸检验逸出的气体。

（　　）

（2）（2013·江苏高考）液氨汽化时要吸收大量的热，可用作致冷剂。

（　　）

（3）（2013·广东高考）能用加热法除去NaCl中的NH4Cl的原因是NH4Cl为强酸弱碱盐。

（　　）

（4）（2013·新课标全国卷Ⅰ）可用蘸浓盐酸的棉棒检验输送氨气的管道是否漏气。

（　　）

（5）（2012·山东高考）分别充满HCl、NH3的烧瓶倒置于水中后液面迅速上升，说明二者均易溶于水。

（　　）

（6）（2012·广东高考）实验室用NH4Cl和Ca（OH）2制备NH3并不涉及氧化还原反应。

（　　）

（7）（2012·安徽高考）用NH4Cl固体和Ca（OH）2固体制备并收集NH3，需要的仪器有酒精灯、烧杯、导管、集气瓶。

（　　）

（8）（2012·福建高考）用湿润的红色石蕊试纸检验氨气。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）√　（5）√　（6）√（7）×　（8）√

2．固态NH4Cl受热变成气体，气体遇冷又变为固态NH4Cl；固态碘受热变成蒸气，蒸气遇冷又变成固态碘，这两种现象的本质是否相同？

提示：

不相同。

NH4Cl固体受热分解生成NH3和HCl气体，NH3和HCl气体遇冷又生成NH4Cl固体，发生了化学变化；固态碘受热升华成为碘蒸气，碘蒸气遇冷成为固态碘，是物理变化。

3．能否用浓硫酸或CaCl2对氨气进行干燥？

为什么？

提示：

不能。

因为氨气是碱性气体，能被浓硫酸吸收，2NH3＋H2SO4===（NH4）2SO4；氨气也能与CaCl2反应，8NH3＋CaCl2===CaCl2·8NH3。

4．液氨和氨水的成分相同吗？

提示：

不相同；液氨是纯净物，氨水是混合物。

一、实验室制取氨气的三种方法

方法一：

加热固态铵盐和碱的混合物

方法二：

浓氨水与固态碱性物质反应

装置

反应原理

浓氨水中存在以下平衡：

NH3＋H2ONH3·H2ONH

＋OH－，加入固态碱性物质（如CaO、NaOH、碱石灰等）后：

①消耗水且使c（OH－）增大，使平衡逆向移动，②反应放热，促进NH3·H2O的分解。

方法三：

加热浓氨水

装置

反应原理

NH3·H2O

NH3↑＋H2O

二、喷泉实验的原理及应用

1．喷泉实验的原理

由于容器内外产生压强差而形成喷泉。

气体迅速溶于水或某种溶液中，容器内压强小于容器外压强，从而产生喷泉，依据这一原理，只要能够造成容器内气体大量溶于液体，就可以形成喷泉。

2．形成喷泉的类型

（1）只要气体易溶于吸收剂，均可做喷泉实验，吸收剂可以是水，也可以是酸液、碱液等。

下面是几种常见的能形成喷泉的气体和液体。

气体

HCl

NH3

CO2、Cl2、SO2、H2S

NO2

NO、O2（4∶3）

吸收剂

水、NaOH溶液

水

NaOH溶液

水

水

（2）容器内的液体由于受热挥发（如浓盐酸、浓氨水、酒精等）或由于发生化学反应产生气体。

容器内产生大量气体，压强迅速增大，促使容器内液体迅速向外流动，也能形成喷泉。

如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等均是利用此原理。

3．引发喷泉的几种方法

①使烧瓶内的气体迅速溶于水或某种液体中。

②使烧瓶内气体温度降低，使气压减小。

③使烧瓶外待喷液面上的气压增大。

4．喷泉实验的几种常见装置

说明：

装置②中最好采用顶部有孔的烧瓶。

装置③引发喷泉的方法是打开止水夹，用热毛巾或双手捂热烧瓶，松开后片刻即形成喷泉现象。

1.下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是（　　）

A．①②　　　　　　　B．②③

C．③④D．①③

2．有甲、乙两位同学想利用下列装置及化学试剂，对实验室制取并收集氨气的实验进行改进。

化学试剂：

①NH4Cl固体、②浓氨水、③固体NaOH

（1）甲同学想方便快速制取少量氨气，应选择的装置是________（填序号），选用试剂是________（填序号）。

选用上述试剂制氨气的理由是______________________________，实验过程中，制气时的实验操作是___________________________________________________。

（2）乙同学建议，把教材中实验室制取氨气的收集装置由大试管改为集气瓶且瓶口向上收集氨气，并确保不污染环境，请你根据其设想回答：

①若用排气法收集氨气，请在方框内画出其气体收集装置和尾气吸收装置，标出所用试剂（自选）名称。

②若用排液集气法收集NH3，可选用的试剂是________（填序号）。

A．H2OB．浓H2SO4

C．CCl4D．饱和NaCl溶液

3.下图是课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案，下列有关操作不可能引发喷泉现象的是（　　）

A．挤压装置①的胶头滴管使CCl4全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹

B．挤压装置②的胶头滴管使NaOH溶液全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹

C．用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹

D．向装置④的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹

4．如图，同温同压下，两个等体积的干燥圆底烧瓶中分别充满①NH3、②NO2，进行喷泉实验。

经充分反应后，瓶内溶质的物质的量浓度为（　　）

A．①＞②　　　　　　　B．①＜②

C．①＝②D．不能确定

[答案专区]

1.解析：

NH4Cl受热可产生NH3和HCl，但两者遇冷会重新凝结产生NH4Cl，且可能出现堵塞导管的情况，③中试管口未向下倾斜会导致水倒流入试管而使试管破裂，故①③错误；把浓氨水滴入氧化钙固体中，会发生CaO＋NH3·H2O===Ca（OH）2＋NH3↑，反应放热，温度升高有利于NH3放出，故可用②的方法制取氨气；浓氨水受热产生氨气，通过碱石灰吸收水蒸气后即得干燥的NH3，④符合要求。

答案：

D

2.解析：

（1）不加热制取NH3是快速制取少量NH3的措施，具体操作方法是把浓氨水滴到固体NaOH上。

（2）①用排气法收集NH3的装置中要注意广口瓶中导气管的长短，因NH3的密度比空气的小，故进气管短，出气管长，因NH3极易溶于水，进行尾气处理时，要设置防倒吸装置。

②用排液法收集NH3时，要求液体不能溶解NH3（排除A、D）不与NH3发生反应（排除B），故选CCl4。

答案：

（1）B　②③　NaOH固体遇水放热，使氨气的溶解度降低，同时可使溶液中c（OH－）增大，促使NH

＋OH－NH3·H2ONH3＋H2O平衡向右移动，从而使氨气逸出　将浓氨水逐滴滴加到NaOH固体上

（2）①如图

②C

3.解析：

H2难溶于NaOH溶液，不能形成较大压强差，不能引发“喷泉”现象。

答案：

B

4.解析：

假设两个容器的状况均为标准状况，①中物质的量浓度计算公式为c＝（VL÷22.4L·mol－1）÷VL＝1/22.4mol·L－1；

②中物质的量浓度计算公式为c＝（2/3V/22.4）mol÷2/3VL＝1/22.4mol·L－1；因此C选项正确。

答案：

C

硝酸的性质及其计算

1．物理性质

硝酸是无色、易挥发的液体，有刺激性气味，与水以任意比例混溶。

2．化学性质

（1）不稳定性：

①反应：

4HNO3

2H2O＋4NO2↑＋O2↑

②市售浓硝酸呈黄色的原因是：

硝酸分解生成的NO2溶解在硝酸里。

③硝酸保存在棕色试剂瓶中，置于冷暗处，不能用橡胶塞。

（2）强氧化性：

不论浓、稀硝酸都有强氧化性，而且浓度越大氧化性越强。

①与金属反应。

稀硝酸与铜反应：

3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

浓硝酸与铜反应：

Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O

②与非金属反应。

如浓硝酸与C的反应为：

C＋4HNO3（浓）

CO2↑＋4NO2↑＋2H2O

③与还原性化合物反应。

硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等还原性物质。

如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式为：

3Fe2＋＋4H＋＋NO

===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O

1.判断下列描述的正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）（2013·安徽高考）用铜和稀硝酸反应制取NO2气体。

（　　）

（2）（2013·广东高考）常温下，将Al片放入浓硝酸中无明显现象，原因是Al与浓硝酸不反应。

（　　）

（3）（2013·全国大纲卷）磁性氧化铁溶于稀硝酸的离子方程式为3Fe2＋＋4H＋＋NO

===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。

（　　）

（4）（2012·重庆高考）过量的铜与浓硝酸反应有一氧化氮生成。

（　　）

（5）（2011·江苏高考）在1.0mol/L的KNO3溶液中，H＋、Fe2＋、Cl－、SO

可以大量共存。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×

2．在浓硝酸中放入铜片，回答下列问题。

（1）反应开始时的化学方程式为________________________________________________，

实验现象为________________________________________________________________。

（2）若铜有剩余，则反应将要结束时的化学方程式为______________________________

__________________________________________________________________________。

（3）待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，其原因是________________________________________________________________________。

答案：

（1）Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O　铜片逐渐溶解，溶液逐渐变蓝，有红棕色气体逸出

（2）3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

（3）加入稀H2SO4后，H＋与原溶液中的NO

形成HNO3溶液，又能与过量的Cu反应

3．常温下，浓硝酸可以用铁制容器或铝制容器盛放，原因是铁、铝与浓硝酸不发生化学反应吗？

提示：

不是；常温下，铁、铝遇浓硝酸发生“钝化”，“钝化”是浓硝酸强氧化性的体现。

4．久置的浓硝酸呈黄色，如何消除黄颜色？

怎样保存硝酸？

提示：

通入O2（或空气），使其发生反应：

4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，硝酸应保存在棕色试剂瓶中，并置于阴凉处。

一、浓硝酸、稀硝酸氧化性的比较

（1）由铜与硝酸反应的化学方程式知，浓硝酸被还原为NO2，氮元素的化合价变化为＋5→＋4；稀硝酸被还原为NO，氮元素的化合价变化为＋5→＋2。

一般情况下，硝酸的浓度越小，其还原产物的价态越低。

（2）实验证明，硝酸浓度越大，得电子的能力越强，因而其氧化能力越强。

如稀硝酸能将HI氧化为I2，而浓硝酸可将HI氧化为HIO3。

6HI＋2HNO3（稀）

3I2＋2NO↑＋4H2O

HI＋6HNO3（浓）

HIO3＋6NO2↑＋3H2O

（3）硝酸在氧化还原反应中，其还原产物可能有多种价态的物质：

O2、H

O2、

O、

2O、

2、

H3等，这取决于硝酸的浓度和还原剂还原性的强弱。

除前面的实例外，锌与硝酸可发生如下反应：

4Zn＋10HNO3（稀）===4Zn（NO3）2＋N2O↑＋5H2O

4Zn＋10HNO3（极稀）===4Zn（NO3）2＋NH4NO3＋3H2O

二、金属与硝酸反应计算的四种方法

1．电子守恒法

硝酸与金属反应属于氧化还原反应，氮原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。

生成1molNO2、NO、N2O、N2、NH4NO3分别得到1、3、8、10、8mol电子。

（1）若金属被HNO3溶解后，产生的NOx气体（NO2、NO）与O2充分混合后又被水恰好完全吸收，则金属失去的电子数等于消耗的O2得到的电子数。

（2）若金属被HNO3溶解后，向溶液中滴加NaOH溶液使金属阳离子恰好完全沉淀，则金属失去电子的物质的量等于HNO3得到电子的物质的量，也等于生成氢氧化物时消耗的OH－的物质的量，因此，m（沉淀）＝m（金属）＋m（OH－）＝m（金属）＋n（e－）×17g·mol－1[因为M

Mn＋，Mn＋

M（OH）n]。

2．原子守恒法

HNO3与金属反应时，氮原子一部分以NO

的形式存在，一部分转化为还原产物，这两部分中氮原子的物质的量之和与反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量相等。

3．电荷守恒法

HNO3与金属反应后溶液中NO

的物质的量等于H＋和金属阳离子Mn＋所带正电荷的物质的量之和。

4．离子方程式计算法

HNO3与H2SO4的混合溶液与金属的反应，当金属足量时，不能用HNO3与金属反应的化学方程式计算，应用离子方程式计算，H＋的物质的量为H2SO4和HNO3中的H＋的物质的量之和。

1.一定质量的铜分别与足量的浓硝酸和稀硝酸完全反应，在相同条件下用排水法收集产生的气体。

下列叙述中正确的是（　　）

A．硝酸浓度越大，消耗的硝酸越少

B．硝酸的浓度不同，生成硝酸铜的物质的量也不相同

C．硝酸浓度越大，生成的气体越少

D．两者用排水法收集到的气体的体积相同

2．相同质量的铜片分别与体积相同且过量的浓硝酸、稀硝酸反应，二者比较相等的是（　　）

①反应中氧化剂得到电子总数　②铜片消耗完所需时间

③反应后溶液中铜离子浓度（反应后溶液体积不变）　④反应生成气体的体积（同温、同压）

A．①③　　　　　　　　B．②④

C．①④D．②③

3.38.4g铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到气体22.4L（标准状况），反应消耗的硝酸可能是（　　）

A．1.0mol　　　　　　　B．1.6mol

C．2.2molD．2.4mol

4．将Mg、Cu组成的mg混合物投入适量稀HNO3中恰好完全反应，固体完全溶解时收集到的还原产物NO气体为0.896L（标准状况），向反应后溶液中加入2mol/LNaOH溶液60mL时金属离子恰好沉淀完全，则形成沉淀质量为（　　）

A．m＋2.28gB．m＋2.04g

C．m＋3.32gD．m＋4.34g

5．足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68LO2（标准状况）混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。

若向所得硝酸铜溶液中加入5mol/LNaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是（　　）

A．60mLB．45mL

C．30mLD．15mL

[答案专区]___1.解析：

与浓硝酸、稀硝酸反应的铜的质量相等，所消耗的硝酸、生成的硝酸铜、产生的气体均按等质量的铜计算。

由反应可知，反应掉等量的铜时，消耗的浓硝酸更多，两者产生的硝酸铜一样多，与浓硝酸反应时产生的气体更多，A、B、C项不正确。

D选项，设参加反应的铜为3mol，则与浓硝酸反应生成6molNO2，与稀硝酸反应生成2molNO，当用排水法收集时，NO2发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,6molNO2反应后变成2molNO气体，所以两种情况最终得到的气体都是2mol。

答案：

D

2.解析：

铜与浓、稀硝酸反应均被氧化为Cu2＋，铜片质量相同时转移电子数相同，①正确；浓硝酸的氧化性强，与铜反应时反应速率快，②错误；浓、稀硝酸足量，铜片全部反应，因此反应后溶液中Cu2＋浓度相同，③正确；根据浓、稀硝酸与铜反应的化学方程式可知，反应后生成气体的物质的量不同，同温同压时体积也不同，④错误。

答案：

A_3.解析：

浓硝酸适量，在反应过程中变稀，实际上发生了两个反应：

Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O,3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，反应消耗的HNO3包括起酸性作用和起氧化性作用的两部分，前者反应后以Cu（NO3）2形