优化方案版高考化学大一轮复习第四章非金属及其化合物第四讲氮及其重要化合物讲义.docx
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优化方案版高考化学大一轮复习第四章非金属及其化合物第四讲氮及其重要化合物讲义
第四讲 氮及其重要化合物
[2017高考导航]
考纲要求
真题统计
命题趋势
1.了解氮单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2．了解常见的氮的氧化物（NO、NO2）对环境质量的影响。
3．会用硝酸的氧化性解释硝酸与金属、非金属及其他具有还原性物质反应的特点。
4．掌握氨气的实验室制法（包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法）。
2015，卷Ⅰ7T、10T（A）；
2015，卷Ⅱ13T（B）；
2014，卷Ⅰ8T（C）、13T（D）
预计2017年高考对本部分的考查仍将以氨气、铵盐、一氧化氮、二氧化氮和硝酸等物质的性质为重点，以化学实验、化工生产工艺流程为载体，突出考查有关化学方程式的书写和氧化还原反应的计算。
复习备考时，注重硝酸的氧化性以及相关计算。
考点一 氮气及氮的氧化物[学生用书P100]
1．氮的固定
2．氮气（填化学方程式）
3．氮的氧化物
（1）物理性质
颜色
气味
毒性
密度
溶解性
NO
无色
有毒
比空气
稍重
不溶于水
NO2
红棕色
有刺激
性气味
有毒
比空
气重
与水发
生反应
（2）化学性质
①NO―→NO2：
2NO＋O2===2NO2
②NO2―→HNO3（NO）：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
（3）对环境的污染
①形成光化学烟雾，污染空气。
②形成酸雨。
③破坏臭氧层。
④与血红蛋白结合使人中毒。
1．下列起固氮作用的化学反应是（ ）
A．N2和H2在一定条件下反应生成NH3
B．NO与O2反应生成NO2
C．NH3催化氧化生成NO
D．由NH3制NH4HCO3和（NH4）2SO4
解析：
选A。
氮的固定是指将N2转化为氮的化合物的过程。
符合题意的为A项。
2．下列说法正确的是（ ）
A．CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在
B．NO可用于某些疾病的治疗
C．常温下，N2既能与O2反应又能与H2反应
D．汽车尾气的主要污染成分包括NO、CO和N2
答案：
B
3．下列物质的转化，能一步完成的是________。
①N2―→NO2 ②NO2―→NO ③NO2―→HNO3 ④N2―→NO ⑤N2―→NH3
答案：
②③④⑤
名师点拨
（1）氮的氧化物都有毒，其中NO2与N2O4存在下列平衡：
2NO2
N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。
（2）验证某无色气体是NO的方法：
向无色气体中通入O2（或空气），无色气体变为红棕色，即证明该气体为NO。
（3）NO2既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。
NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。
（教材改编）一个大试管的容积为27mL，收集满二氧化氮气体，把它倒扣在盛满水的水槽里同时通入氧气，一段时间后，量筒里剩余气体体积为2mL。
则通入的O2体积可能是________或________。
[解析] NO2、O2混合气体与水的反应的计算关系式符合下列化学方程式：
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。
若剩余的2mL气体为O2，则参加上式反应的NO2和O2的总体积为27mL－2mL＝25mL，则原混合气体中，NO2的体积为25mL×
＝20mL，O2的体积为27mL－20mL＝7mL。
若剩余的2mL气体为NO，该气体由NO2和O2共同反应后剩余了6mL的NO2再单独与水反应而得，则按4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3反应的NO2和O2的总体积为27mL－6mL＝21mL，则原混合气体中，O2的体积为21mL×
＝4.2mL。
[答案] 7mL 4.2mL
1．NO2、O2混合气体与水反应的化学方程式4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3是怎么得到的？
答案：
NO2和O2的混合气体溶于水时，发生如下反应：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ①
2NO＋O2===2NO2 ②
反应①的反应物（NO2）和产物（NO）分别是反应②的产物和反应物，这两个反应互为“循环反应”。
进行计算时可采用“加合式”法消去中间产物（NO），①式×2＋②式得：
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。
2．若将NO与O2共同通入水中进行反应，写出恰好完全反应的化学方程式。
答案：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ①
2NO＋O2===2NO2 ②
采用“加合式”法消去中间产物（NO2），①式×2＋②式×3得：
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。
有关氮的氧化物溶于水的计算
（1）NO2和O2的混合气体溶于水时，由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ①
可知，当体积比V（NO2）∶V（O2）
（2）NO和O2的混合气体溶于水时，其反应是2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，总反应式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 ②
可知，当体积比V（NO）∶V（O2）
[注意] 4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5，即①、②两反应式都与N2O5＋H2O===2HNO3等效。
这不仅是记忆①②两式的一种好方法，也为上述问题的解法提供了新的解题思路，即利用混合气体中的N、O原子个数比进行分析判断：
N（N）∶N（O）
题组一 氮气及其氧化物的性质
1．（2015·高考北京卷）下列关于自然界中氮循环（如下图）的说法不正确的是（ ）
A．氮元素均被氧化
B．工业合成氨属于人工固氮
C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化
D．碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环
解析：
选A。
A.N2→NH3过程中氮元素由0价变为－3价，被还原。
B.工业合成氨的过程属于人工固氮。
C.1828年，德国化学家维勒首次利用无机物氰酸铵合成了尿素；而含氮的有机物也可以直接分解为无机物。
D.雷电发生时涉及的反应有N2＋O2
2NO,2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，HNO3进入土壤，与矿物质结合成硝酸盐；豆科植物也可以将N2合成氮肥，生物体内含有C元素，所以碳、氢、氧三种元素都参加了氮循环。
2．（2016·湖北重点高中联考）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生成物叙述正确的是（ ）
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
解析：
选A。
反应过程①＋②得O2―→2O，③O＋O2―→O3，NO2起催化剂作用，反应过程中NO2还作氧化剂，A项正确，B、C项错误；O3与O2的相对分子质量不相同，不是同分异构体，属同素异形体，D项错误。
题组二 氮的氧化物溶于水的简单计算
3．在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12mL通入足量水中，充分反应后剩余2mL气体（同温同压下），则原混合气体中氧气的体积为（ ）
①1.2mL ②2.4mL ③3mL ④4mL
A．①② B．②③
C．③④D．①④
解析：
选D。
首先分析剩余的2mL气体有两种可能。
如果剩余2mLO2，则V（NO2）＝
×（12－2）mL＝8mL，则混
合气中的V（O2）＝12mL－8mL＝4mL。
若剩余的2mL气体是NO，则混合气中的V（O2）＝（12mL－2mL×3）×
＝1.2mL，D项正确。
4．如下图所示，将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内，充分反应后，试管内残留
体积的气体，该气体与空气接触后立即变为红棕色。
则
m与n的比值为（ ）
A．3∶2B．2∶3
C．8∶3D．3∶8
解析：
选C。
剩余气体与空气接触立即变为红棕色，说明剩余气体为NO，则可知
体积的NO气体与n体积的氧气恰好完全反应，由4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3得
＝
n，即m∶n＝8∶3。
（1）氮的氧化物都是大气污染物。
（2）空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。
（3）空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等。
考点二 硝酸的性质及应用[学生用书P102]
1．物理性质
色味态：
无色有刺激性气味液体；挥发性：
易挥发。
水溶性：
与水以任意比互溶；发烟硝酸：
质量分数在98%以上的硝酸。
2．化学性质
（1）不稳定性：
4HNO3
4NO2↑＋O2↑＋2H2O。
（2）强氧化性
①与金属反应
a．与除Au、Pt外大部分金属反应
浓硝酸与铜反应：
Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O；
稀硝酸与铜反应：
3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。
b．常温下浓硝酸使Fe、Al钝化。
②与非金属反应
浓硝酸与炭反应：
C＋4HNO3（浓）
CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
③与某些还原性化合物（如Fe2＋、SO
等形成的化合物）反应。
（3）与有机物反应
①硝化反应（与C6H6反应）：
C6H6＋HNO3
C6H5NO2＋H2O。
②颜色反应：
蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色。
（ ）
（2）硝酸能与Na2CO3反应，但不生成CO2。
（ ）
（3）硝酸可与Na2S反应制得H2S气体。
（ ）
（4）过量的铜与浓硝酸反应有一氧化氮生成。
（ ）
（5）常温下，铝和铁在浓HNO3中“钝化”，说明铝和铁与浓HNO3不反应。
（ ）
（6）（2014·高考广东卷）将可调高度的铜丝伸入稀HNO3中，溶液变蓝，说明Cu与稀HNO3发生置换反应。
（ ）
（7）用浓HNO3与Cu反应制备NO2。
（ ）
（8）向装有Fe（NO3）2溶液的试管中加入稀H2SO4，在管口观察到有红棕色气体产生，这是因为HNO3分解生成了NO2。
（ ）
答案：
（1）×
（2）× （3）× （4）√ （5）× （6）×
（7）√ （8）×
2．写出下列反应的离子方程式，并指出HNO3所表现的性质。
（1）Fe3O4和稀HNO3反应：
________________________________________________________________________，
____________。
（2）NaI和稀HNO3反应：
________________________________________________________________________，
____________。
（3）Na2SO3和稀HNO3反应：
________________________________________________________________________，
____________。
答案：
（1）3Fe3O4＋28H＋＋NO
===9Fe3＋＋NO↑＋14H2O 酸性和强氧化性
（2）6I－＋8H＋＋2NO
===3I2＋2NO↑＋4H2O 强氧化性
（3）3SO
＋2H＋＋2NO
===3SO
＋2NO↑＋H2O 强氧化性
名师点拨
1浓、稀硝酸均具有强氧化性，浓度越大，氧化性越强，其还原产物的价态越高。
2浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色，该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性。
3常温下，铁、铝遇浓硝酸能发生“钝化”，故常温下，浓硝酸可用铁桶盛放。
4纯净的硝酸是无色的液体，但实验室里的浓硝酸常显黄色，消除黄色的方法是向浓硝酸中通入空气或O2，发生反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。
5硝酸几乎能够与所有的金属反应除Au、Pt外，但不生成氢气；与变价金属反应时，金属能够被氧化为最高价态。
（2016·三门峡高三模拟）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·L－1NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是（ ）
A．60mL B．45mL
C．30mLD．15mL
[解析] 由题意可知：
HNO3
HNO3，则Cu失去的电子数与O2得到的电子数相等，即n（Cu）＝2n（O2）＝2×
＝0.15mol。
根据质量守恒及NaOH和Cu（NO3）2的反应可得关系式：
n（NaOH）＝2n[Cu（NO3）2]＝2n（Cu）＝0.3mol，则V（NaOH）＝
＝0.06L＝60mL。
[答案] A
将上题修改为“19.2g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，这些气体与一定量O2（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。
”请问需要标准状况的O2多少升？
答案：
根据电子转移关系，铜失去的电子最终被氧气所得，则有关系式2Cu～O2，O2的体积为19.2g÷64g/mol÷2×22.4L/mol＝3.36L。
解硝酸与金属反应计算题的整体思路和计算方法
（1）整体思路
（2）计算方法
①原子守恒法
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。
②电子守恒法
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。
③离子方程式计算法
涉及HNO3、H2SO4的混合酸与金属反应计算时应采用离子方程式计算。
题组一 硝酸的性质与计算
1．（2016·衡水高三调研）铁粉和铜粉的均匀混合物，平均分成四等份，分别加入同浓度的稀硝酸，充分反应，在标准状况下生成NO的体积和剩余金属的质量如下表（设硝酸的还原产物只有NO）：
编号
①
②
③
④
稀硝酸体积/mL
100
200
300
400
剩余金属/g
18.0
9.6
0
0
NO体积/mL
2240
4480
6720
V
下列计算结果错误的是（ ）
A．实验①中溶解了8.4gFe
B．原混合物总质量为105.6g
C．硝酸的浓度为4mol/L
D．实验④中V＝6720
解析：
选D。
实验①②都有金属剩余，则溶液中金属离子为＋2价，实验①中再加入100mL稀硝酸，参加反应的金属的质量为18.0g－9.6g＝8.4g，生成NO的体积为4480mL－2240mL＝2240mL，NO的物质的量为0.1mol，根据得失电子守恒可知，参加反应的金属的物质的量为
＝0.15mol，参加反应的金属的平均摩尔质量为
＝56g/mol，故该过程只有Fe参加反应，即实验①中8.4gFe参与反应，A正确；实验②中再加入100mL稀硝酸，参加反应的金属的质量为9.6g，生成NO的体积为6720mL－4480mL＝2240mL，NO的物质的量为0.1mol，若该过程只有Cu参加反应，根据得失电子守恒，则Cu的质量为
×64g/mol＝9.6g，等于参加反应金属的质量，故该过程只有Cu反应，且Cu恰好完全反应，故加入200mL稀硝酸时，Fe的存在形式是硝酸亚铁，在实验③的基础上再加入100mL稀硝酸，硝酸与溶液中的Fe2＋反应生成NO。
原混合物总质量为[（18.0g－9.6g）×2＋9.6g]×4===105.6g，B正确；实验①发生反应3Fe＋8HNO3===3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，生成NO的物质的量为0.1mol，根据方程式可知，参加反应的HNO3的物质的量为0.1mol×4＝0.4mol，故HNO3的物质的量浓度为0.4mol/0.1L＝4mol/L，C正确；实验③中再加入100mL稀硝酸，硝酸与溶液中Fe2＋反应生成NO，则V＞6720，D错误。
故答案选D。
2．（2016·哈尔滨高三模拟）在某100mL的混合液中，硝酸和硫酸的物质的量浓度分别是0.4mol/L、0.1mol/L，向该混合液中加入1.92g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中铜离子的物质的量浓度（不考虑溶液体积变化）是（ ）
A．0.15mol/L B．0.225mol/L
C．0.30mol/LD．0.45mol/L
解析：
选B。
溶液中同时存在H＋和NO
时就能够与Cu发生反应。
该溶液中H＋实际为0.06mol，应该根据离子方程式进行计算，正确解答思路为
3Cu＋ 8H＋＋ 2NO
===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
3823
0.03mol0.06mol0.04molX
根据各物质量的关系可知，H＋不足，应根据H＋进行计算。
X＝3×0.06mol÷8＝0.0225mol，
因此，铜离子浓度为
＝0.225mol/L。
题组二 硝酸的强氧化性实验探究
3．（2016·长沙雅礼中学模拟）某化学兴趣小组设计了如下实验装置，欲探究铜和浓硝酸的反应是否有NO产生，题中所涉及气体体积均为标准状况下的数据，且忽略反应中溶液体积的变化。
试回答下列问题：
（1）C装置中将铜粉分散在石棉绒中的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
B装置的作用为_____________________________________________________。
（2）在铜和浓硝酸反应前，挤压打气球鼓入空气，经A、B、C反应后，进入D中的气体主要是__________（填化学式），通入该气体的目的是__________________________________________________；进行此步操作时应关闭_____________，打开______________。
（填“k1”“k2”或“k3”）
（3）关闭k1、k2，打开k3，由分液漏斗向装有一定量铜片的D中滴加14mol·L－1浓硝酸10.00mL。
待Cu和浓硝酸反应结束后，再通过分液漏斗向D中加入CCl4至满。
你认为这样操作的目的是________________________________________________________________________。
（4）若E中发生倒吸，可采取的应急操作是__________________________________________________。
解析：
（2）气球中的空气成分主要是氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气等，通过氢氧化钠溶液除去二氧化碳，通过浓硫酸除去水蒸气，C装置用于除掉空气中的氧气，所以进入D装置的气体主要是氮气；通入氮气的目的是把试管中的空气排尽，避免生成的一氧化氮气体被氧气氧化为二氧化氮，无法验证铜和浓硝酸反应产物中有一氧化氮气体生成；依据气体流向，关闭k3，打开k1、k2，让氮气把试管中的空气赶尽。
（3）关闭k1、k2，打开k3，由分液漏斗向D中滴加浓硝酸，Cu和浓硝酸反应结束后，通过分液漏斗向D中加入CCl4至满，因为氮气和氮氧化物不溶于四氯化碳，可把氮气和生成的气体全部排入E装置。
（4）若E中发生倒吸，可以调节F中量气管的液面高度改变压强，向下调节量气管（注意不能使其中的水溢出），使E中的压强减小，防止液体发生倒吸，或直接关闭k3，不让液体进入D装置。
答案：
（1）增大铜与空气的接触面积，有利于除去空气中的氧气 既能干燥气体，防止加热时仪器炸裂，同时直立于水面的玻璃管平衡内外气压，能显示实验过程中是否存在堵塞，防止发生危险
（2）N2 赶尽装置中的空气（氧气），防止可能生成的NO与O2反应而影响实验结论 k3 k1、k2
（3）将反应产生的气体全部赶出，使其与E中水完全反应
（4）及时关闭k3（或将F中的量气管向下移动，但不能让其中的水溢出）
4．某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验（夹持仪器已略去）。
实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。
由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。
可选药品：
浓硝酸、3mol/L稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳。
已知：
氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应：
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。
（1）实验应避免有害气体排放到空气中，装置③、④、⑥中盛放的药品依次是________________________________________________________________________。
（2）滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后________________________________________________________________________。
（3）装置①中发生反应的化学方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）装置②的作用是________________________________________________________________________，
发生反应的化学方程式是________________________________________________________________________。
（5）该小组得出的结论所依据的实验现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（6）实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。
甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。
同学们分别设计了以下4个实验来判断两种看法是否正确。
这些方案中可行的是________（选填序号字母）。
a．加热该绿色溶液，观察颜色变化
b．加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化
c．向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化
d．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化
解析：
本题主要考查HNO3的性质、化学基本实验设计和评价能力。
（1）先根据装置特点和实验目的来分析各装置中应盛放何种物质
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