新优化高考化学一轮全国通用版精致讲义第四章+5+第四讲 氮及其重要化合物+Word版含答案.docx

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新优化高考化学一轮全国通用版精致讲义第四章+5+第四讲氮及其重要化合物+Word版含答案

第四讲　氮及其重要化合物

1.了解氮元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。

2.了解氮元素单质及其重要化合物对环境的影响。

3.掌握氨气的实验室制法（包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法）。

4.以上各部分知识的综合应用。

　氮气及氮的氧化物

[知识梳理]

1.氮气

写出有关化学方程式：

①3Mg＋N2

Mg3N2；

②N2＋3H2

2NH3；

③N2＋O2

2NO。

2.氮的氧化物

氮有多种价态的氧化物：

N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。

完成下表中NO和NO2的比较：

NO

NO2

物理

性质

颜色

无色

红棕色

毒性

有毒

有毒

溶解性

不溶

能溶

化学

性质

与O2反应

2NO＋O2===2NO2

与H2O反应

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

3.氮氧化物对环境的污染及防治

（1）常见的污染类型

①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，产生一种有毒的烟雾。

②酸雨：

NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。

③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。

④NO与血红蛋白结合使人中毒。

（2）常见的NOx尾气处理方法

①碱液吸收法

2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O

NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O

NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n（NO2）≥n（NO），一般适合工业尾气中NOx的处理。

②催化转化法

在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体（N2）或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体（N2和CO2，一般适用于汽车尾气的处理）。

[自我检测]

1.判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮属于氮的固定，是化学变化。

（　　）

（2）汽车尾气中的氮氧化合物是由游离态氮转化来的。

（　　）

（3）氮元素有负化合价，正化合价和零价，因而常温下，N2既能与氧气反应，又能与H2反应。

（　　）

（4）在实验室里，NO和NO2均用排水法收集。

（　　）

（5）可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物。

（　　）

（6）通过灼热的镁粉，可除N2中的少量O2。

（　　）

答案：

（1）√　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）×　（6）×

2.将空气中氮气转化成氮的化合物的过程称为固氮。

下图中能实现人工固氮的是（　　）

解析：

选D。

选项A、C为自然固氮，合成氨为人工固氮。

3.（教材改编题）下列环境问题与NO2的排放有关的是________________________。

A.酸雨　B.臭氧空洞　C.温室效应　D.光化学烟雾

E.PM2.5

答案：

ABD

（1）氮的固定是指氮元素由单质转化为化合物的过程，并非气态变为固态的意思，如N2→NO，N2→NH3都属于氮的固定，而氨气生成氯化铵就不是。

（2）氮的氧化物都有毒，其中NO2与N2O4存在下列平衡：

2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。

（3）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。

（4）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。

　（教材改编题）一个大试管的容积为27mL，装满二氧化氮和氧气，把它倒扣在盛满水的水槽里，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

一个大试管的容积为24mL，收集满一氧化氮气体，把它倒扣在盛满水的水槽里再通入氧气，一段时间后，试管里剩余气体体积为2mL。

则通入的O2体积可能是　　　或　　　　。

解析：

NO、O2混合气体与水反应的计算关系式符合下列化学方程式：

4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。

若剩余的2mL气体为O2，则是24mLNO被氧气按上述方程式完全反应后又通入了2mLO2，则O2的体积为24mL×

＋2mL＝20mL。

若剩余的2mL气体为NO，该气体是由NO与O2共同反应后剩余了2mL的NO，则按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3反应的NO体积为24mL－2mL＝22mL，则通入O2的体积为22mL×

＝16.5mL。

答案：

20mL　16.5mL

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　氮气和氮的氧化物对环境的影响

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，生物体内含有碳元素，所以碳、氢、氧三种元素都参加了氮循环。

2.汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。

（1）汽车尾气中的CO来自于　　　　　　，NO来自于　　　　　　　　　　　。

汽车尾气对环境的危害主要有　　　　　　　　　　　（至少填两种）。

（2）NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式：

____________________。

（3）汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。

写出NO被CO还原的化学方程式：

_____________________。

（4）用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。

已知：

4NH3＋6NO

5N2＋6H2O，8NH3＋6NO2

7N2＋12H2O。

同温同压下，3.5LNH3恰好将3.0LNO和NO2的混合气体完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的体积之比是　　　　。

解析：

（1）汽车汽缸内不断进行着汽油的燃烧反应，当空气不足时，汽油不完全燃烧，会产生CO；当空气过量时，N2和O2在放电或高温条件下反应生成NO。

汽车尾气对环境的危害很大，可以形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应。

（3）CO、NOx反应后生成的无毒气体为CO2和N2。

（4）设NO的体积为V（NO），NO2的体积为V（NO2），依据方程式知，处理NO需V（NH3）＝

V（NO），处理NO2需V（NH3）＝

V（NO2），则有

解得：

V（NO）＝0.75L，

V（NO2）＝2.25L，

则V（NO）∶V（NO2）＝1∶3。

答案：

（1）汽油的不完全燃烧　N2与O2在汽车汽缸内的高温环境下的反应　形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应（任填两种即可）

（2）3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

（3）2CO＋2NO

N2＋2CO2

（4）1∶3

题组二　氮氧化物溶于水的定量判断

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

③3mL④4mL

A.①②B.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.如图所示，相同条件下，两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体，分别倒置于水槽中，然后通过导管缓慢通入氧气，边通边慢慢摇动试管，直到两个试管内充满液体。

假设试管内的溶质不向水槽中扩散，则两个试管内溶液的物质的量浓度之比为（　　）

A.1∶1B.5∶7

C.7∶5D.4∶3

解析：

选A。

在相同条件下，将NO2、NO分别装满两个容积相同的试管，依据阿伏加德罗定律，n（NO2）＝n（NO），根据氮原子守恒所得硝酸的物质的量相同，溶液的体积相同，所以两个试管中溶液的物质的量浓度之比为1∶1。

解答氮氧化物溶于水的计算问题首先应明确原理

无论是单一气体（NO2），还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，2NO＋O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。

故强调牢记以下2个总方程式。

（1）若NO和O2通入水中，总关系式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。

（2）若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。

　氨和铵盐

[知识梳理]

1.氨气

（1）分子结构和物理性质

电子式

密度

气味

水溶性

比空气小

强烈刺激

性气味

极易溶于水

（1∶700）

（2）化学性质（填化学方程式）

（3）实验室制取

→2NH4Cl＋Ca（OH）2

2NH3↑＋CaCl2＋2H2O

↓

→固体＋固体

气体（与用KClO3和MnO2

↓或KMnO4制O2的装置相同）

→用碱石灰干燥

↓

→向下排空气法

↓

→

↓

→收集时，一般在管口塞一团棉花，可减小NH3与空气的对流速度，收集到纯净的NH3

（4）用途

作为化工原料，用于制硝酸、铵盐、纯碱、尿素；用作制冷剂。

2.铵盐

（1）

（2）NH

的检验

[自我检测]

1.判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）氨气溶于水能导电，所以氨气是电解质。

（　　）

（2）实验室可用浓氨水与生石灰制取氨气。

（　　）

（3）氨气的还原性可以解释氨气与氯化氢的反应实验。

（　　）

（4）实验室制取氨气的方法是加热分解氯化铵。

（　　）

（5）铵盐加热都易分解，产生氨气。

（　　）

（6）氨水中含氮微粒中最多的微粒是NH

。

（　　）

（7）铵盐都易溶于水，其水溶液均呈酸性。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）×　（6）×　（7）×

2.（教材改编题）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

解析：

选D。

NH4Cl受热可产生NH3和HCl，但两者遇冷会重新反应生成NH4Cl，在此过程中还有可能出现堵塞导管的情况，因此不能用①的方法制取氨气。

③中试管口未向下倾斜，会导致加热产生的水蒸气冷凝后发生倒流而使试管炸裂，③不可行。

浓氨水滴入氧化钙固体中，会发生CaO＋NH3·H2O===Ca（OH）2＋NH3↑，故可用②的方法制取氨气。

浓氨水受热挥发出氨气，通过碱石灰吸收水蒸气后即得干燥的NH3，所以④符合要求。

（1）NH3是中学化学中唯一的碱性气体，可在推断题中作为解题的突破口，确定NH3或NH

的存在。

（2）氨水的成分是三分子：

NH3、NH3·H2O、H2O；三离子：

NH

、OH－、H＋，氨水呈弱碱性。

计算氨水浓度时，溶质视为NH3。

（3）NH4Cl受热易分解：

NH4Cl

NH3↑＋HCl↑，NH3和HCl不共存：

NH3＋HCl===NH4Cl，但这两个反应不是可逆反应。

　（2016·高考全国卷Ⅰ，26，14分）氮的氧化物（NOx）是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。

某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。

回答下列问题：

（1）氨气的制备

①氨气的发生装置可以选择上图中的　　　　，反应的化学方程式为______________

________________________________________________________________________。

②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为发生装置→　　　　（按气流方向，用小写字母表示）。

（2）氨气与二氧化氮的反应

将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2（两端用夹子K1、K2夹好）。

在一定温度下按图示装置进行实验。

操作步骤

实验现象

解释原因

打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中

①Y管中_______________

________________________

________________________

②反应的化学方程式：

_____

________________________

________________________

将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温

Y管中有少量水珠

生成的气态水凝聚

打开K2

③______________________

______________________

④_______________________

_______________________

[解析]　

（1）①观察装置知，A装置适合加热固体制备气体，B装置适合加热液体与固体制备气体或加热液体制备气体。

实验室通过氯化铵和消石灰共热制备氨气，加热固体混合物制备气体，可以选择A装置作氨气的发生装置，化学方程式为2NH4Cl＋Ca（OH）2

2NH3↑＋CaCl2＋2H2O。

实验室还可以通过加热浓氨水制备氨气，故也可以选择B装置作氨气的发生装置，化学方程式为NH3·H2O

NH3↑＋H2O。

②实验室用碱石灰干燥氨气，用向下排空气法收集氨气，用水吸收尾气中的氨气并注意防倒吸，故选择C、D、F装置，注意连接干燥管时应大口进气，小口出气，所以，连接顺序为a、d、c、f、e、i或b、d、c、f、e、i。

（2）NO2呈红棕色，氨气与二氧化氮发生反应：

8NH3＋6NO2

7N2＋12H2O，故观察到Y管中红棕色气体慢慢变浅。

NH3与NO2反应后生成的气态水凝聚，反应后气体分子数减少，装置Y内压强小于外压，故打开K2，氢氧化钠溶液会产生倒吸现象。

[答案]　

（1）①A　2NH4Cl＋Ca（OH）2

2NH3↑＋CaCl2＋2H2O[或B　NH3·H2O

NH3↑＋H2O]　②dcfei

（2）①红棕色气体慢慢变浅　②8NH3＋6NO2

7N2＋12H2O　③Z中NaOH溶液产生倒吸现象　④反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外压

上述例题实验验证了氨的还原性，资料表明，氨气可被多种氧化剂氧化，试写出以下条件时反应的化学方程式。

（1）NH3可将NO还原生成N2：

_____________________________________________

________________________________________________________________________；

（2）氨气在催化剂作用下被氧气氧化：

________________________________________

________________________________________________________________________；

氨气在纯氧中燃烧生成氮气：

______________________________________________

________________________________________________________________________；

（3）氨气被氯气氧化：

___________________________________________________；

（4）氨气还原氧化铜：

______________________________________________________。

答案：

（1）4NH3＋6NO

5N2＋6H2O

（2）4NH3＋5O2

4NO＋6H2O　4NH3＋3O2

2N2＋6H2O

（3）2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl（Cl2过量）[或3Cl2＋8NH3===6NH4Cl＋N2（NH3过量）]

（4）2NH3＋3CuO

N2＋3Cu＋3H2O

题组一　氨气　铵盐的性质实验

1.探究氨气及铵盐性质的过程中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是（　　）

A.将集有氨气的试管倒扣于水槽中，液体迅速充满试管，说明氨气极易溶于水

B.向氨水中加入浓氢氧化钠溶液，加热产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，说明氨水中含有NH

C.加热NH4HCO3固体，观察到固体逐渐减少，试管口有液滴产生，说明NH4HCO3具有热不稳定性

D.将红热的Pt丝伸入如图所示的锥形瓶中，瓶口出现少量的红棕色气体，说明氨气催化氧化的产物中有NO

解析：

选B。

B项，因为氨水中存在氨分子，加热，氨气逸出，也能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，不能证明是铵根离子与氢氧化钠反应产生的氨气，错误；D项，4NH3＋5O2

4NO＋6H2O，2NO＋O2===2NO2，NH3的氧化产物应为NO，正确。

2.如下图，利用培养皿探究氨气的性质。

实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即用另一表面皿扣在上面。

下表中对实验现象所做的解释正确的是（　　）

选项

实验现象

解释

A

浓盐酸附近产生白烟

NH3与浓盐酸反应产生了NH4Cl固体

B

浓硫酸附近无明显现象

NH3与浓硫酸不发生反应

C

氯化物溶液变浑浊

该溶液一定是AlCl3溶液

D

干燥红色石蕊试纸不变色，湿润红色石蕊试纸变蓝

NH3是一种可溶性碱

解析：

选A。

NH3能与HCl发生化合反应，生成NH4Cl白色固体；NH3也能与H2SO4发生化合反应，生成（NH4）2SO4；NH3与氯化物溶液反应生成氢氧化物沉淀，该氯化物可以是氯化铝、氯化镁等；NH3溶于水生成NH3·H2O，NH3·H2O是一种可溶性碱，NH3是氢化物。

题组二　氨气的制法

3.某学习兴趣小组探究氨气的制取实验：

（1）甲同学拟用下列实验方法制备氨气，其中合理的是　　　　（填字母）。

A.将氯化铵固体加热分解收集产生的气体

B.将浓氨水滴入氢氧化钠固体中，收集产生的气体

C.将碳酸氢铵加热分解产生的气体用碱石灰干燥

D.将氯化铵稀溶液滴入氢氧化钠固体中，收集产生的气体

（2）根据上述正确的原理，该同学欲用下列常见的实验室制气装置制取氨气，适宜的装置是　　　　。

（3）气体的性质是气体收集方法选择的主要依据。

下列性质与收集方法无关的是　　　　（填序号）。

①密度　②颜色　③溶解性　④热稳定性　⑤与氧气反应

（4）下图是甲同学设计收集氨气的几种装置，其中可行的是　　　　，集气的原理是________________________________________________________________________。

解析：

（1）加热氯化铵产生氯化氢和氨气，遇冷又转化为氯化铵固体，不能制取氨气；用浓氨水与氢氧化钠固体混合制氨气时，将氨水滴入氢氧化钠固体中更方便操作，而且节约氨水的用量。

（2）将浓氨水滴入氢氧化钠固体制氨气用C装置；将碳酸氢铵加热分解，产生的气体用碱石灰干燥制氨气选用D装置。

（3）收集气体可采用排空气法（密度、气体不能被氧气氧化等），也可采用排水法（不易溶于水），与其他性质无关。

（4）氨气极易溶于水，故采用向下排空气法收集。

答案：

（1）BC　

（2）CD　（3）②④　（4）d　利用氨气密度小于空气，采用短管进氨气，长管出空气，即可收集氨气

题组三　喷泉实验

4.（2018·舟山高三期中）如图是某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

解析：

选B。

氯气易溶于有机溶剂四氯化碳，烧瓶中的气体压强就会减小，故能形成喷泉；氢气不溶于水，也不和氢氧化钠反应，所以烧瓶中的气体压强不会有明显的变化，故不能形成喷泉；用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气，使锥形瓶中液体进入烧瓶中，氨气极易溶于水，烧瓶中的气体压强就会减小，故能形成喷泉；浓硫酸溶于水时放热，使得浓氨水受热分解产生氨气，和氯化氢气体反应，烧瓶中的气体压强就会减小，故能形成喷泉。

5.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，圆底烧瓶内溶质的物质的量浓度（　　）

A.①>②B.①<②

C.①＝②D.不能确定

解析：

选C。

假设两个容器所处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＝

mol·L－1；②中物质的量浓度计算公式为c＝（

L÷22.4L·mol－1）÷

L＝

mol·L－1。

1.喷泉实验

中学教材中喷泉实验装置如图所示。

实验操作是打开橡皮管上的止水夹，挤压胶头滴管，则烧杯中的水由玻璃管进入烧瓶，形成喷泉。

（1）喷泉实验的原理

因为烧瓶内气体易溶于水或易与水反应，使烧瓶内压强减小，形成压强差，