届一轮复习鲁科版 第4章 第15讲 氮及其化合物 学案.docx

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届一轮复习鲁科版第4章第15讲氮及其化合物学案

第15讲　氮及其化合物

考纲要求

　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.了解氮的化合物对环境的影响。

考点一　氮气及其氧化物

1．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

写出有关化学方程式：

①3Mg＋N2

Mg3N2；

②N2＋3H2

2NH3；

③N2＋O2

2NO。

3．氮的氧化物

（1）氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1～＋5价都有对应的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2（或N2O4）、N2O5，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。

（2）NO和NO2的比较

性质

NO

NO2

色、态、味

无色、无味气体

红棕色、有刺激性气味气体

溶解性

难溶于水

毒性

有毒，大气污染物之一

有毒，大气污染物之一

与水反应

不反应

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

与氧气反应

NO＋O2===2NO2

不反应

对环境的影响

NO与血红蛋白结合使人中毒，NO、NO2导致光化学烟雾、形成酸雨及破坏臭氧层

（1）固氮反应一定属于氧化还原反应（　　）

（2）NO中的NO2杂质气体，可通过盛有水的洗气瓶除去（　　）

（3）CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都稳定存在（　　）

（4）N2与O2在放电条件下直接化合成NO2（　　）

（5）NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂（　　）

（6）可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）×　（6）×

解析　（5）3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NO2既是氧化剂，又是还原剂。

1．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）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：

____________________________。

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）2CO＋2NO

N2＋2CO2

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，汽油燃烧不完全，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。

（2）CO、NOx反应后生成的无毒气体为CO2和N2。

2．氮氧化合物（用NOx表示）是大气污染的重要因素，根据NOx的性质特点，开发出多种化学治理氮氧化合物污染的方法。

（1）用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。

如，4NH3＋6NO

5N2＋6H2O，

写出氨气转化NO2的化学方程______________，氧化产物与还原产物的质量之比为________。

（2）工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。

①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：

_____________________________________________________________________。

②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是__________。

答案　

（1）8NH3＋6NO2

7N2＋12H2O　4∶3

（2）①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O

②NaNO2

解析　

（2）①生成两种钠盐，必须是NO2的歧化反应，依据量的关系可知两种盐分别为NaNO3和NaNO2。

②NO中氮的化合价为＋2价，NO2中氮的化合价为＋4价，二者1∶1混合时与NaOH反应生成一种钠盐，依据电子守恒可知，钠盐中氮的化合价为＋3，即为NaNO2。

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，产生了一种有毒的烟雾。

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。

题组一　氮气及氧化物的性质和应用

1．下列有关氮气用途的说法不正确的是（　　）

A．作焊接金属的保护气

B．制硝酸和化肥的原料

C．食品袋中充氮气来防腐

D．与氧气反应制NO从而制硝酸

答案　D

解析　氮气的化学性质不活泼，能防止金属在高温下被空气中的氧气氧化，A项正确；氮气可用于合成氨，氨可作制硝酸和化肥的原料，B项正确；食品袋中充氮气可减缓食品被氧化而变质的速率，C项正确；氮气与氧气的反应很难进行，不宜用氮气与氧气反应制NO从而制备硝酸，D项错误。

2．Murad等三位教授提出NO在人体内有独特的功能，关于NO的叙述正确的是（　　）

①NO可以是某些含低价氮物质氧化的产物　②NO是亚硝酸的酸酐　③NO可以是某些含高价氮物质还原的产物　④NO是无色气体，在空气中可变为红棕色

A．全部B．①③④C．②③④D．①④

答案　B

解析　NO中氮元素的化合价处于中间价态，它可以是还原产物，如HNO3→NO，也可以是氧化产物，如NH3→NO；HNO2的酸酐是N2O3；NO是无色气体，可被空气中的氧气氧化为红棕色的NO2。

3.如图为装有活塞的密闭容器，内盛22.4mL一氧化氮。

若通入11.2mL氧气（气体体积均在标准状况下测定），保持温度、压强不变，则容器内物质的密度为（　　）

A．等于1.369g·L－1

B．等于2.054g·L－1

C．在1.369g·L－1和2.054g·L－1之间

D．大于2.054g·L－1

答案　D

解析　一氧化氮与氧气恰好发生反应生成了二氧化氮，

2NO　　＋　　O2　　===　　2NO2

2　　　　　　1　　　　　　2

22．4mL　　　11.2mL　　　22.4mL

反应后生成了22.4mL二氧化氮，假设二氧化氮体积不变，则容器中气体的密度为

ρ（NO2）＝

≈2.054g·L－1，因存在转化平衡：

2NO2N2O4，则混合气体的体积小于22.4mL，所以容器中气体ρ应大于2.054g·L－1。

题组二　氮氧化物溶于水的定量判断

4．（NOx与H2O反应计算）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，则两个试管内溶液物质的量浓度之比为（　　）

A．1∶1B．5∶7C．7∶5D．4∶3

答案　A

解析　NO2、NO装满试管，则体积相同，根据阿伏加德罗定律：

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物质的量浓度之比为1∶1。

5．（2018·贵阳模拟）同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NH3和N2。

将3支试管均倒置于盛水的水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列的关系正确的是（　　）

A．V1＞V2＞V3B．V1＞V3＞V2

C．V2＞V3＞V1D．V3＞V1＞V2

答案　B

解析　设各种气体的体积都为1体积。

①根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，即剩余NO的体积V1＝（1＋

）体积。

②根据4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，即剩余O2的体积V2＝（1－

）体积。

③剩余N2的体积V3＝1体积。

即B项符合题意。

氮氧化物溶于水的问题分析

无论是单一气体（NO2），还是NO、NO2、O2中的两者的混合气体，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。

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

（2）若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3（4∶1）。

考点二　典型的氧化性酸——硝酸

1．物理性质

硝酸是无色易挥发的液体，有刺激性气味。

2．化学性质

（1）不稳定性

反应：

4HNO3（浓）△或光照,2H2O＋4NO2↑＋O2↑。

（2）强氧化性

硝酸无论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。

按要求完成下列反应的方程式：

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：

浓硝酸与C的反应：

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。

稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：

3Fe2＋＋4H＋＋NO

===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。

（3）与有机物反应

①硝化反应（与

反应）：

＋HNO3（浓）

＋H2O；

②显色反应：

含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。

（1）常温下，铁、铝在浓硝酸中的钝化为化学变化（　　）

（2）可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S（　　）

（3）过量的铜与浓硝酸反应，产物中一定有NO（　　）

（4）浓硝酸在光照下久置，会变黄（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）√

1．

（1）浓HNO3如何保存？

（2）硝酸具有强氧化性，硝酸与Fe反应一定生成Fe3＋吗？

为什么？

答案　

（1）应保存在棕色带有玻璃塞的细口试剂瓶中，置于阴凉处。

（2）不一定，当Fe少量时生成Fe3＋，当Fe过量时生成Fe2＋。

2．用动态观点理解Cu与浓HNO3的反应

在浓硝酸中放入Cu片，

（1）反应开始时的化学方程式为___________________，实验现象为__________________。

（2）若Cu片有剩余，则反应将要结束时的化学方程式为_______________________________。

（3）待反应停止后，再加入少量的稀硫酸，这时Cu片上又有气泡产生，原因是

________________________________________________________________________。

答案　

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

（2）3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

（3）加入稀硫酸后，氢离子与原溶液中硝酸根离子构成强氧化性酸，又能与过量的铜反应

（1）HNO3与金属反应一般不能产生H2。

（2）还原产物一般为HNO3（浓）→NO2，HNO3（稀）→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。

（3）硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。

（4）涉及HNO3的离子反应常见的易错问题

①忽视NO

在酸性条件下的强氧化性。

在酸性条件下NO

不能与Fe2＋、I－、SO

、S2－等还原性较强的离子大量共存。

②在书写离子方程式时，忽视HNO3的强氧化性，将氧化还原反应简单地写成复分解反应。

题组一　硝酸的性质及应用

1．硝酸被称为“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。

下列实验事实与硝酸的性质不相对应的一组是（　　）

A．浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后退色——酸性和强氧化性

B．不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性

C．要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性

D．能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液的红色退去——强氧化性

答案　D

解析　浓硝酸使紫色石蕊溶液变红表现的是酸性，使其退色表现的是强氧化性，A项正确；硝酸具有强氧化性，与锌反应生成的是氮的氧化物，不是氢气，B项正确；浓硝酸见光易分解，应用棕色试剂瓶存放，C项正确；硝酸与NaOH溶液中和后，使溶液中的红色退去，利用的是酸性，D项错误。

2．（2018·潍坊期末）硝酸是化学实验室中最常用的试剂之一，下列有关硝酸的说法不正确的是（　　）

A．浓硝酸和氯水用棕色试剂瓶保存，原理相同

B．将分别蘸有浓硝酸和浓氨水的玻璃棒相互靠近时，有白烟生成

C．常温下铁和铂都不溶于浓硝酸，原理相同

D．浓硝酸溅到皮肤上，皮肤会变黄

答案　C

解析　A项中HNO3和氯水中的HClO见光都易分解，都应避光保存，正确；B项，浓HNO3和浓氨水都具有挥发性，HNO3与NH3化合生成白色固体小颗粒NH4NO3，正确；C项，铁在浓硝酸中钝化，而Pt与浓硝酸不反应，原理不同；D项，浓HNO3能使蛋白质显黄色。

3．（全面描述金属与硝酸反应的现象）在如图所示的实验装置中，盛有足量水的水槽里放两个烧杯，小烧杯里放有适量铜片和过量浓硝酸，小烧杯外面倒扣一大烧杯，请回答下列问题：

（1）实验过程中，观察到的主要现象是

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________；

③________________________________________________________________________；

④________________________________________________________________________。

（2）用该装置做铜与浓硝酸反应的实验，最突出的优点是

________________________________________________________________________。

（3）若要验证最终得到的气体生成物，最简便的操作及现象是____________________。

答案　

（1）①铜片表面产生气泡，铜片慢慢溶解并逐渐消失

②小烧杯中溶液的颜色逐渐变成蓝色

③大烧杯中有红棕色气体生成，后来慢慢变成无色

④大烧杯内液面上升，水槽中液面下降

（2）反应体系封闭，无氮氧化合物逸出，不污染环境

（3）轻轻掀起倒扣的大烧杯，通入适量的空气，若有红棕色气体生成，则证明最终气体生成物为NO气体

解析　

（1）小烧杯中，Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O，铜片逐渐溶解，硝酸铜溶液呈蓝色，有红棕色的NO2气体产生，接着NO2和烧杯中的O2、H2O发生反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，若O2消耗完，则发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故气体颜色慢慢变成无色，由于烧杯中的气体减少，故大烧杯内液面上升，水槽中液面下降。

（2）该反应体系密闭，反应产生的NO2和NO不会逸出，不污染环境。

（3）利用NO与O2反应生成红棕色的NO2的性质来检验最终气体是否为NO气体。

现象描述答题模板

（1）全面描述现象的程序——“海、陆、空”

“海”——溶液有什么变化；

“陆”——固体有什么变化；

“空”——气体有什么变化。

（2）规范描述现象的答题模板

如①颜色：

……由……（具体颜色）变为……（具体颜色）；

②气体：

溶液中产生……（颜色）的气体，（或）在固体表面产生……（颜色）气体；

③沉淀：

在……（颜色）溶液中产生……（颜色）的沉淀（浑浊）。

题组二　金属与硝酸反应的定量分析

4．一定质量的铁和足量的稀硝酸或浓硝酸完全反应，在相同条件下，用排水集气法收集产生的气体。

下列叙述一定正确的是（　　）

①硝酸浓度越大，消耗的硝酸越少

②硝酸浓度不同，生成的Fe（NO3）3的物质的量相同

③硝酸浓度越大，产生的气体越少

④用排水集气法收集到的气体在相同状况下体积相同

A．只有②B．②④C．③④D．①②③

答案　B

解析　依据Fe＋4HNO3（稀）===Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O及Fe＋6HNO3（浓）===Fe（NO3）3＋3NO2↑＋3H2O可知，硝酸浓度越大，消耗的硝酸越多，①错；根据铁元素守恒，最后生成的Fe（NO3）3的物质的量相同，②正确；③硝酸浓度越大，产生的气体越多，③错；因3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故用排水法收集到的气体均为NO，且在相同状况下体积相同，④正确。

5．（2018·湖北鄂东南市级示范高中学校联考）铜和镁的合金4.6g完全溶于浓硝酸，若反应中硝酸被还原只产生4480mL的NO2气体和336mL的N2O4气体（都已折算到标准状况），在反应后的溶液中，加入足量的氢氧化钠溶液，生成沉淀的质量为（　　）

A．9.02gB．8.51gC．8.26gD．7.04g

答案　B

解析　最终生成的沉淀是氢氧化镁和氢氧化铜，所以沉淀增加的质量就是和金属阳离子结合的OH－的质量。

由于金属阳离子结合的OH－的物质的量，就是金属失去电子的物质的量，所以根据得失电子守恒可知，金属失去电子的物质的量是

＋

×2＝0.23mol，所以和金属阳离子结合的OH－的物质的量也是0.23mol，质量是3.91g，则沉淀的质量是8.51g，B项正确。

6．某稀溶液中含有4molKNO3和2.5molH2SO4，向其中加入1.5molFe，充分反应（已知NO

被还原为NO）。

下列说法正确的是（　　）

A．反应后生成NO的体积为28L

B．所得溶液中c（Fe2＋）∶c（Fe3＋）＝1∶1

C．所得溶液中c（NO

）＝2.75mol·L－1

D．所得溶液中的溶质只有FeSO4

答案　B

解析　铁若生成Fe3＋，应消耗6molH＋，若生成Fe2＋消耗4molH＋，根据题给物质的量关系可知应同时生成Fe2＋、Fe3＋，则有：

解得n（Fe2＋）＝0.75mol，n（Fe3＋）＝0.75mol，

则生成NO的物质的量为

＝1.25mol。

A项中未给出是在标准状况下，无法计算NO气体的体积；C项中不知道溶液的体积，无法计算NO

的浓度；D项中根据原子守恒，溶液中的溶质肯定还有K2SO4，所以A、C、D均不正确。

金属与硝酸反应的思维模型

题组三　硝酸反应产物综合实验探究题（教师用书独具）

7．（2018·桂林高三测试）某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO而设计了下列实验，装置如图所示（加热装置和固定装置均已略去）。

图中K为止水夹（处于关闭状态），F是一半空的注射器。

请回答有关问题：

（1）设计装置A的目的是_____________________________________________________。

（2）在完成

（1）中的“操作”后，将装置B中铜丝插入稀硝酸并微热之，观察到装置B中的现象是_____________________________________________________________________；

B中反应的离子方程式为___________________________________________________。

（3）装置E和F的作用是____________________________________________________；

为实现此作用，其操作方法是________________________________________________。

（4）装置D的作用是吸收多余的氮氧化物，防止污染空气，兼有____________的功能。

答案　

（1）产生CO2，赶走装置中的空气，防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰

（2）Cu丝表面产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝　3Cu＋8H＋＋2NO

===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O

（3）验证NO的生成　将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO

（4）防止倒吸

考点三　氨、铵盐

1．氨的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.氨的化学性质

（1）氨与水的反应

NH3＋H2ONH3·H2ONH

＋OH－，氨溶于水得氨水，氨水中含有的粒子有NH3·H2O、NH3、H2O、NH

、OH－、H＋。

氨水为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：

NH3·H2O

NH3↑＋H2O。

（2）氨与酸的反应：

蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为有白烟生成，将浓盐酸改为浓硝酸，也会出现相同的现象。

化学方程式：

HCl＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。

（3）与盐溶液的反应

如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式：

Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH

。

（4）氨的还原性——氨的催化氧化

化学方程式：

4NH3＋5O2

4NO＋6H2O。

3．氨的实验室制法

（1）加热固态铵盐和碱的混合物

一般加热NH4Cl和Ca（OH）2的混合物，化学方程式：

2NH4Cl＋Ca（OH）2

2NH3↑＋CaCl2＋2H2O。

①装置：

“固体＋固体

气体”（与用KClO3或KMnO4制O2的装置相同）。

②收集：

只能用向下排空气法。

③验满方法：

a.用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色；b.将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，现象是有白烟产生。

④尾气处理：

收集时，一般在管口塞一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球，可减小NH3与空气的对流速度，收集到纯净的NH3，同时也可避免污染空气。

（2）实验室制取氨的其他方法

方法

化学方程式（或原理）

气体发生装置

加热浓氨水

NH3·H2O

NH3↑＋H2O

浓氨水＋固体NaOH

NaOH溶于水放热，促使氨水分解。

且OH－浓度的增大有利于NH3的生成

浓氨水＋固体CaO

CaO与水反应，使溶剂（水）减少；反应放热，促使氨水分解。

化学方程式为NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca（OH）2

4.铵盐及NH

的检验

（1）铵盐的物理性质

铵盐都是白色固体，均易溶于水。

（2）铵盐的化学性质

（3）NH

的检验

未知液

呈碱性

湿润的红色石蕊试纸