第3章 第2节 氮的循环.docx

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第3章第2节氮的循环

高三化学一轮复习学案

班级__________组别姓名

第3章第2节氮的循环

【高考目标定位】

1.了解N2、NO、NO2的性质。

2.掌握HNO3的重要性质及用途。

3.了解NO、NO2对环境的影响。

4.了解氨气、铵盐的性质，掌握氨气的实验室制法和NH4+的检验，通过对氨气的化学性质和实验室制法的学习，培养对实验现象的观察能力和完成实验的基本操作能力。

【基础知识梳理】

一、氮在自然界中的循环

1．氮的固定

（1）定义：

使空气中的氮转化为的过程。

【针对性练习】

下列反应表示氮的固定作用的是（　　）

A．N2与H2在一定条件下合成NH3

B．NH3经催化氧化生成NO

C．NO和O2反应生成NO2

D．由NH3制碳铵和尿素

2．氮在自然界中的循环

用化学方程式解释雷雨发庄稼的原因：

3．含氮化合物对环境的影响

【思考】工业上怎样消除NO、NO2对环境的污染？

其原理是什么？

【感悟高考】（2008年上海高考）研究发现，空气中少量的NO2能参与硫酸型酸雨的形成，反应过程如下：

①SO2＋NO2===SO3＋NO　

②SO3＋H2O===H2SO4

③2NO＋O2===2NO2

NO2在上述过程中的作用，与H2SO4在下述变化中的作用相似的是（　　）

A．潮湿的氯气通过盛有浓H2SO4的洗气瓶

B．硫化氢通入浓H2SO4中

C．浓H2SO4滴入萤石中，加热

D．加入少量H2SO4使乙酸乙酯水解

3．存在及用途

N2在大气中的体积分数约为；主要用作合成氨的原料气，以及填充气和保护气，液态氮可做冷冻剂等。

三、氮的氧化物

1．氮有多种价态的氧化物：

如、、、、、（按化合价由低到高填写），其中、分别是HNO2和HNO3的酸酐。

【诊断性练习】

2．某学生课外活动小组利用右图所示装置分别做如下实验：

（1）在试管中注入某红色溶液，加热试管，溶液颜色逐渐变浅，冷却后恢复红色，则原溶液可能是________________溶液；加热时溶液由红色逐渐变浅的原因是：

_________________________________________________。

（2）在试管中注入某无色溶液，加热试管，溶液变为红色，冷却后恢复无色，则此溶液可能是________________溶液；加热时溶液由无色变为红色的原因是：

__________________________________________________。

四、氨和铵盐

1．氨气

（1）物理性质：

氨气是色、有气味的气体，溶于水。

在常温常压下，1体积水中能溶解约体积的氨气。

NH3比PH3沸点（填“高”或“低”），原因是分子间存在。

（4）用途：

制造硝酸、化肥、作制冷剂等。

2．铵盐：

（1）化学性质

①受热易分解

②与碱反应

在水溶液中（如NH4Cl溶液和NaOH溶液反应），离子方程式分别为：

五、硝酸

1．物理性质

（1）纯净硝酸为色、挥发、有气味的液体。

（2）硝酸低沸点（83°C），在空气中遇水蒸气呈白雾状。

（3）95%以上的浓硝酸称为“硝酸”，69%的硝酸称为硝酸。

2．化学性质

（1）强酸性：

硝酸具有酸的通性。

【讨论】怎样除去硝酸的黄色？

（1）钝化是一种化学反应，是形成了一层致密的氧化膜。

（2）浓HNO3中的黄色物质为NO2，可充入O2除去，发生如下反应：

4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。

【思考讨论】

①浓硝酸如何存放？

怎样运输浓硝酸？

②Cu片中加稀硫酸不反应，如果加入某白色晶体，溶液也会变蓝，可能是什么？

还可以加入哪些溶液实现上述变化？

③Ba（NO3）2溶液中通入SO2气体，可能会有什么现象？

④利用U形管、分液漏斗等仪器，设计铜与稀硝酸反应生成无色NO气体，且进一步验证NO气体（要求：

实验具有便捷、可重复的特点）；

⑤总结获得Cu（NO3）2的各种方法，并用合适的化学方程式示；

【实验专题】现用U型管（用硬质玻璃管弯制）、干燥管、酒精灯、胶塞和玻璃导管等仪器设计右图装置来证实稀硝酸与铜反应生成NO。

（1）补充完成下列实验步骤：

①检查装置的气密性，方法是____________________________。

②打开活塞A，从U型长管一端注入稀硝酸，一直注到_____________为止。

③关闭活塞A，用酒精灯在U型管短管一侧加热，当观察到_________________现象时，立即停止加热。

（2）记录描述观察到的实验现象：

①可在U型管短管上方处观察到_________色气体产生。

若铜丝和稀硝酸均未完全反应，在____________时反应也可自行停止。

②反应自行停止后，如果慢慢打开活塞A，可立即观察到_____________________。

以上现象说明_____________________________________。

【考纲知识梳理】

氮及其化合物相互转化关系

【重要考点突破】

考点一、氮的氧化物的性质及计算

1．氮的氧化物的性质

（1）氮的氧化物都是大气污染物。

（2）NO既具有氧化性又具有还原性，以还原性为主，它能与人体内血红蛋白作用引起中毒。

（3）NO2既具有氧化性又具有还原性，以氧化性为主，空气中的NO2是造成光化学烟雾的主要因素。

（4）NO2、NO均能与NH3反应生成N2，还能被NaOH溶液吸收。

例1、将8mLNO2和O2的混合气体通入倒立于水槽中装满水的量筒，充分反应后，剩余气体为1mL，则原混合气体中NO2和O2的体积比可能为（　　）

A．7∶3　　　　　　　　B．3∶7

C．7∶1D．1∶7

向一只充满水且倒立于水槽中的大试管中依次通入V1mLNO2、V2mLO2、V3mLNO，最后试管中充满溶液，则V1、V2、V3的比值可能为（　　）

①1∶1∶1　②6∶3∶2　③2∶5∶6　④8∶5∶4

A．①　　　　　　　　　B．①②

C．①②③D．都有可能

考点二、氨气的实验室制法和喷泉实验

1．氨气的实验室制法

（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：

⑤环保措施：

收集时，一般在管口塞一团用水或稀H2SO4浸湿的棉花球，可减小NH3与空气的对流速率，收集到纯净的NH3，同时也可避免污染空气。

【思考】利用右下图所示的装置，还可以选择哪些合适的试剂实现实验室快速制氨气？

其原理是什么？

【针对性练习】

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（）

ABCD

【自我诊断】

制取氨气并完成喷泉实验（图中夹持装置已略去）。

（1）写出实验室制取氨气的化学方程式：

_____________________________________。

（2）收集氨气应使用________法，要得到干燥的氨气可选用________作干燥剂。

（3）用图A装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥的氨气，引发水上喷的操作是________，该实验的原理是________________。

（4）如果提供如图B的装置，请说明引发喷泉的方法________________________________。

2．喷泉实验

（1）喷泉形成的原理

容器内外存在较大的压强差，在这种压强差的作用下，液体迅速流动，通过带有尖嘴的导管喷出，即形成喷泉。

（2）使容器内外产生较大的压强差的两类情况

①容器内气体极易溶于水或容器内气体易与溶液中的溶质发生化学反应。

因此当外部的水或溶液接触容器内气体时，由于气体大量减少，从而使容器内气压迅速降低，在外界大气压作用下，外部液体迅速进入容器，形成喷泉。

②由于液体受热挥发（如浓盐酸、浓氨水、酒精等）或发生化学反应，使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、火山喷发等均是此原理。

喷泉实验成功的关键：

（1）气体在吸收液中被吸收的既快又多，如NH3、HCl用水吸收，CO2、SO2用NaOH溶液吸收等。

（2）装置的气密性要好。

（3）烧瓶内气体纯度要大。

例2、图甲为化学教学中所用的喷泉实验装置。

在烧瓶中充满干燥气体，胶头滴管及烧杯中分别盛有液体。

下列组合中不可能形成喷泉的是（　）　

A．HCl和H2O　B．O2和H2O

C．NH3和H2OD．CO2和NaOH溶液

（2）某学生积极思考产生喷泉的其他办法，并设计了如图乙所示装置。

①在图乙的锥形瓶中，分别加入足量的下列物质，反应后可能产生喷泉的是（　　）

A．Cu与稀盐酸

B．NaHCO3与NaOH溶液

C．CaCO3与稀硫酸

D．NH4HCO3与稀盐酸

这种方法产生喷泉的原理是_________________。

②在图乙锥形瓶外放一水槽，锥形瓶中加入酒精，水槽中加入水后，再加入足量的下列物质，结果也产生喷泉。

水槽中加入的物质可以是________。

A．浓硫酸B．食盐

C．硝酸钾D．硫酸铜

原因是_______________________________________。

③比较上述图甲和图乙两套装置，从产生喷泉的原理来分析，图甲是________上部烧瓶内压强；图乙是________下部锥形瓶内气体压强（均填“增大”或“减小”）。

（3）城市中常见的人造喷泉及火山爆发的原理与上述________（填“图甲”或“图乙”）装置的原理相似。

考点三、硝酸的性质

1．硝酸与金属反应的一般规律

（1）金属与HNO3反应一般不生成H2，浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原为NO，极稀的HNO3可被还原成NH3，生成NH4NO3。

（2）足量金属与一定量浓硝酸反应时，随着硝酸浓度的降低，产物也发生改变。

【练习】将相同质量的铜片分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是（　　）

A．反应速率：

两者相同

B．消耗硝酸的物质的量：

前者多，后者少

C．反应生成气体的颜色：

前者浅，后者深

D．反应中转移的电子总数：

前者多，后者少

（5）金属与HNO3反应的计算

金属与HNO3的反应运用“守恒法”求解，一般类型有

①电子守恒

金属失电子数＝生成气体时HNO3得电子数。

②物料守恒

耗HNO3的量＝盐中NO3-的量（表现酸性的HNO3）＋气体中的N原子（被还原的HNO3）的量。

③电荷守恒

HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH－）则有：

【练习】

（09·全国卷Ⅱ）物质的量之比为2：

5的锌与稀硝酸反应，若硝酸被还原的产物为N2O，反应结束后锌没有剩余，则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是（）

A.1：

4B.1：

5C.2：

3D.2：

5

2．硝酸与非金属反应的规律

（1）浓硝酸能与碳、硫、磷等非金属单质反应，一般生成最高价含氧酸或最高价氧化物、二氧化氮和水。

（2）与非金属反应，HNO3表现强氧化性，不表现酸性。

3．硝酸与变价金属氧化物反应

如FeO与稀HNO3反应：

3FeO＋10HNO3（稀）===3Fe（NO3）3＋NO↑＋5H2O，反应中，硝酸既表现了氧化性，又表现了酸性。

而不能错误的认为：

FeO＋2HNO3===Fe（NO3）2＋H2O。

例3、（2009年黄冈模拟）铜既能与稀硝酸反应，也能与浓硝酸反应，当铜与一定浓度的硝酸反应时，可将方程式表示为：

Cu＋HNO3―→Cu（NO3）2＋NO↑＋NO2↑＋H2O（方程式未配平，不考虑2NO2≒N2O4）。

（1）硝酸在该反应中体现的是

（2）0.004molCu被硝酸完全溶解后，Cu失去的电子数目是________，如果得到的NO和NO2物质的量相同，则参加反应的硝酸的物质的量是________，在标准状况下若将收集NO和NO2的集气瓶倒立于水中，通入一定量的氧气充分反应后发现无气体剩余，则通入O2的体积为________；所得溶液（假设溶质不扩散）的物质的量浓度是________。

（3）如果参加反应的Cu和HNO3的物质的量之比是3∶10，写出并配平该反应的离子方程式________________________________________。

【巩固练习】

1．（2010年兰州二模）向硝酸钠溶液中加入铜粉不发生反应，若加入某种盐，则铜粉可以逐渐溶解，符合此条件的是（　　）

A．Fe（NO3）2　　　　　　　　B．ZnSO4

C．NaHCO3D．NaHSO4

2．取三张蓝色石蕊试纸放在玻璃板上，然后按顺序分别滴加65%的HNO3、98.3%的H2SO4和新制的氯水，三张纸最后呈现的颜色是（　　）

A．白、红、白B．红、黑、红

C．红、红、红D．白、黑、白

4．（2010年江西临川一中）在100mL混合酸中，HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别为0.4mol·L－1和0.1mol·L－1，向该混合液中加1.92g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中的Cu2＋的物质的量浓度是（　　）

5．工业废气和汽车尾气排出的氮的氧化物，是空气的重要污染源，为了消除NOx的污染，可通入适量氨气将NOx还原为无毒物质N2和H2O，即NOx＋NH3→N2＋H2O现有含氮氧化物NO与NO2的混合气体3.0L，用同温同压下的3.5LNH3恰好使该混合气体完全反应转化为N2，则混合气中NO与NO2的体积比是（　　）

A．1∶4　　　　　　　　　B．1∶3

C．1∶2D．1∶15

6．amolCu与含有bmolHNO3的溶液恰好完全反应，则被还原的HNO3的物质的量一定是（　　）

A．（b－2a）molB．b/4mol

C．2a/3molD．2amol

8.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．45mLC．30mLD．15mL

9．（2010年成都一模）氢化铵（NH4H）与氯化铵的结构相似，又知NH4H与水反应有H2生成，下列叙述不正确的是（　　）

①NH4H是离子化合物，固态时属离子晶体　②NH4H溶于水，所形成的溶液显酸性　③NH4H固体投入少量的水中，有两种气体产生　④NH4H与水反应时，NH4H是氧化剂

A．①　　　B．②④

C．①③D．③④

10．某同学探究“NO2能否支持燃烧”的问题，设计了如下几组实验，实验记录及结论如下表，其中正确的是（　　）

二、非选择题

11．

（1）将盛有12mLNO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2mL无色气体，则原混合气体中O2的体积是________mL。

（2）无色的混合气体甲，可能含有NO、CO2、NO2、NH3、N2中的某几种，将100mL甲气体经过下图所示实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余。

则甲气体的组成及各气体体积为

_____________________________。

12．38.4mg铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集气体22.4mL（标准状况）。

（1）反应消耗HNO3的物质的量是________。

（2）气体的成分是________，若是混和气求出其体积比为________。

13．（14分）稀薄燃烧是指汽油在较大空/燃比（空气与燃油气的体积比）条件下的燃烧。

随着全球能源危机的加剧，稀薄燃烧技术的研究受到了人们的重视，但稀薄燃烧时，常用的汽车尾气净化装置不能有效地将NOx转化为N2。

不同空/燃比时汽车尾气中主要污染物的含量变化如图所示。

（1）稀薄燃烧技术除能节约能源外，还具有的优点是________（填一项）。

排放到大气中的NOx会导致酸雨、________等环境问题（填一项）。

（2）某催化剂能催化NH3与NO反应，写出反应的化学方程式_________________________________。

（3）若某一催化剂能同时催化NH3与NOx反应，将该催化剂分别用于催化等物质的量的以下气体：

①纯NO气体，②NO与NO2混合气体，消耗NH3的物质的量较多的是________。

14.某兴趣小组同学共同设计了如图所示的实验装置

，既可用于制取气体，又可用于验证物质的性质。

请回答下列问题：

（1）利用装置I制取某些气体，制取气体的反

应所具有的特点是_______________；

（2）利用装置Ⅰ、Ⅱ制取气体（K2关闭，K1打开）。

甲同学认为：

利用装置Ⅱ可以收集H2、NH3等气体，但不能收集O2和NO，理由是

。

乙同学认为：

利用装置Ⅱ作简易改进（不改变仪器装置），可收集NO、O2，改进的方法是__________________。

丙学认为：

利用装置Ⅱ作简易改进（改变仪器装置），可收集NO2气体，改进的方法是_______________________。

（3）利用装置I、Ⅲ验证物质的性质（K2打开，K1关闭）。

如设计实验证明氧化性：

KMnO4>Cl2>Br2，则在A中加浓盐酸，B中加__________，C中加______________，观察到C中的现象是___________________。

16.根据图示装置进行实验，回答下列问题：

（1）在受热的试管A中Na2O2发生反应的化学方程式：

①____________________________________，

②____________________________________。

（2）被加热的铂丝处发生反应的化学方程式为：

_________________________________________________________

（3）B中出现的现象为：

_________________________________________。

（4）烧杯C中发生的现象为_________________________________________。

（5）B管、烧杯C中可能发生的主要反应方程式为____________________________。