2022届高考统考化学人教版一轮复习教师用书：第1部分 第4章 第4节　氮及其化合物教案

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氮及其氧化物 硝酸
知识梳理
1．氮及其氧化物
(1)自然界中氮的存在和氮的固定
(2)N2的性质及应用
N2是一种无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水，熔点、沸点比O2的低。N2的电子式为，结构式为N≡N。分子结构稳定，化学性质稳定，可用作保护气。
①与Mg反应的化学方程式：N2＋3Mgeq \(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2，N2表现氧化性。
②与H2反应的化学方程式：，N2表现氧化性。
③与O2反应的化学方程式：N2＋O2eq \(==========,\s\up7(放电或高温))2NO，N2表现还原性。
注意：氮的固定是化学变化，实质是游离态的N2转化为化合态的化合物。
(3)氮的氧化物
①氮有多种价态氧化物，氮元素从＋1价至＋5都有相应的氧化物，依次为N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中属于酸性氧化物的有N2O3和N2O5。
②NO、NO2性质比较
注意：①NO2与NO按物质的量比1∶1混合与NaOH反应：NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。
②在催化剂、加热条件下，NOx与NH3反应生成N2与H2O，此方法可用于处理汽车尾气中的NOx。
[辨易错]
(1)NO的氧化和N2的氧化均为氮的固定。( )
(2)1 ml NO与足量O2充分反应，生成NO2的分子数为NA。( )
(3)NO2与H2O反应可以生成HNO3，故NO2为酸性氧化物。( )
(4)NO2与H2O的反应中，氧化剂与还原剂均为NO2。( )
(5)N2性质稳定是因为氮的非金属性较弱。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
2．硝酸的性质与应用
纯净的硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，与H2O以任意比互溶。
注意：实验室常用浓硝酸质量分数为69%，物质的量浓度约为16 ml·L－1。95%以上的硝酸称为“发烟硝酸”。
(1)不稳定性
①反应：4HNO3eq \(=====,\s\up7(△),\s\d9(或光照))2H2O＋4NO2↑＋O2↑。
②市售浓硝酸呈黄色的原因是HNO3分解生成的NO2溶于硝酸中。
③浓硝酸的保存方法是保存在棕色带有玻璃塞的细口瓶中，置于冷暗处。
(2)强氧化性
①与不活泼金属反应
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常温下，浓硝酸使Fe、Al钝化，金属表面形成一层致密的氧化物保护膜。
③与非金属反应
如浓硝酸与C的反应：C＋4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
④与还原性化合物反应
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋、FeO等还原性物质。写出稀硝酸与SO2、Fe2＋反应的离子方程式分别为3SO2＋2NOeq \\al(－,3)＋2H2O===3SOeq \\al(2－,4)＋2NO↑＋4H＋、3Fe2＋＋NOeq \\al(－,3)＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
(3)与有机物反应
①硝化反应(与C6H6反应)：
C6H6＋HNO3eq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d6(△))C6H5—NO2＋H2O；
②显色反应：含苯环的蛋白质遇到浓硝酸变黄色。
注意：硝酸与金属反应时，HNO3的还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。对于Cu与少量浓硝酸反应时，还原产物有NO2、N2O4、NO。
[辨易错]
(1)硝酸具有酸的通性，与活泼金属可以生成H2。( )
(2)浓硝酸与Cu、C反应中，HNO3均只表现强氧化性。( )
(3)含4 ml HNO3的浓硝酸与足量Cu充分反应，生成NO2 2 ml。( )
(4)稀硝酸与Fe反应可以生成Fe(NO3)2也可以生成Fe(NO3)3。( )
(5)pH＝2的溶液中NOeq \\al(－,3)、Fe2＋、Na＋可以大量共存。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
知识应用
1．用化学方程式表示“雷雨发庄稼”这句谚语的化学原理。
[答案] N2＋O2eq \(=====,\s\up7(放电))2NO,2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
2．制备Cu(NO3)2有三种方案：
方案1：Cu＋HNO3(浓)―→Cu(NO3)2
方案2：Cu＋HNO3(稀)―→Cu(NO3)2
方案3：Cu＋O2eq \(――→,\s\up7(△))CuOeq \(――――→,\s\up7(HNO3稀))Cu(NO3)2
从利用率和环境污染方面评价，哪种方案最佳？为什么？
[答案] 方案3最佳，因为反应过程中没有污染气体生成，且HNO3的利用率最高。
命题点1 N2、NOx、HNO3的性质及应用
1．(2020·通化高三月考)下列有关氮气的说法正确的是( )
A．氮气是由氮原子构成的双原子分子，所以化学性质不活泼
B．1 ml N2可与3 ml H2完全反应生成2 ml NH3
C．电闪雷鸣的雨天，雨水中会含有一定量的硝酸，其中发生的反应之一是N2＋2O2===2NO2
D．NO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物
D [A项，N2的化学性质不活泼是因为N2分子中氮氮三键不易断裂，错误；B项，N2与H2的反应为可逆反应，错误；C项，N2在放电条件下生成NO，错误。]
2．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∶1 B．5∶7 C．7∶5 D．4∶3
A [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。]
3．下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是( )
A.①② B．③④ C．②③④ D．②④
D [①中，过量的Fe又把Fe3＋还原为Fe2＋，错误；③中，Al与稀硝酸可以反应，不发生钝化，错误。]
4．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。已知：4NH3＋6NOeq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d6(△))5N2＋6H2O,8NH3＋6NO2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d6(△))7N2＋12H2O。同温同压下，3.5 L NH3恰好将3.0 L NO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 。
(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 。
[解析] (1)利用电子守恒可得
3．5 L×3＝V(NO)×2＋[3.0 L－V(NO)]×4
V(NO)＝0.75 L，V(NO2)＝2.25 L，
故V(NO)∶V(NO2)＝1∶3。
[答案] (1)1∶3
(2)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
②NaNO2
氮氧化物与HNO3的认识
(1)NO2与H2O反应生成HNO3，但NO2不是酸性氧化物。
(2)NO不用排空气法收集的理由是NO易被O2氧化。
(3)在一定条件下，NO2与N2O4共存。
(4)HNO3与金属反应不生成H2。
(5)HNO3与足量金属反应时生成的气体可能含NO2、N2O4、NO、N2等气体。
命题点2 涉及HNO3和NOx的实验探究
5．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中的铜丝插入稀硝酸，并加热试管，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 。
[解析] (1)因烧瓶中有空气，则生成的NO能与氧气反应生成二氧化氮，利用A装置反应生成的二氧化碳气体赶走装置中的空气避免对一氧化氮气体检验产生干扰。
(2)因铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水，现象是铜丝表面产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝，其离子方程式为3Cu＋2NOeq \\al(－,3)＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。
(3)NO与氧气能迅速反应生成二氧化氮，故用空气验证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)NO、NO2都有毒，能污染环境，氮的氧化物可用NaOH溶液吸收。
[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)铜丝表面产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝 3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===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)吸收多余的氮氧化物，防止污染空气；防止倒吸
命题点3 硝酸与金属的有关计算
[典例导航] 将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2 L。请回答下列问题：
(1)NO的体积为 L，NO2的体积为 L。
(2)参加反应的HNO3的物质的量是 。
(3)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a ml·L－1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为 ml·L－1。
[思路点拨] (1)根据电子守恒可知
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(32.64,64)×2 ml＝3nNO＋nNO2,nNO＋nNO2＝\f(11.2,22.4) ml))
可求n(NO)＝0.26 ml，n(NO2)＝0.24 ml。
(2)根据原子(N)守恒可知：n(HNO3)＝n(NO)＋n(NO2)＋2n(Cu2＋)＝1.52 ml。
(3)根据电荷守恒可知：反应后剩余的HNO3
n(HNO3)＝n(H＋)＝aV×10－3 ml－0.51×2 ml
可求原有HNO3：n＝(1.52＋aV×10－3－0.51×2)ml＝(aV×10－3＋0.5)ml。
[答案] (1)5.824 5.376 (2)1.52 ml (3)eq \f(aV×10－3＋0.5,0.14)
守恒思想突破HNO3与金属反应的计算
(1)原子守恒法
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NOeq \\al(－,3)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)得失电子守恒法
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)电荷守恒法
HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH－)有：
c(NOeq \\al(－,3))＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。
6．将11.2 g的Mg­Cu混合物完全溶解于足量的硝酸中，收集反应产生的气体x(假定产生的气体全部逸出)。再向所得溶液中加入足量的NaOH溶液，产生21.4 g沉淀。根据题意推断气体x的成分可能是 ( )
A．0.3 ml NO2和0.3 ml NO
B．0.2 ml NO2和0.1 ml N2O4
C．0.6 ml NO
D．0.1 ml NO、0.2 ml NO2和0.05 ml N2O4
D [向Mg­Cu混合物与足量的硝酸反应所得溶液中加入足量的NaOH溶液，产生21.4 g沉淀为氢氧化镁、氢氧化铜，所以沉淀中m(OH－)为21.4 g－11.2 g＝10.2 g，物质的量为eq \f(10.2 g,17 g·ml－1)＝0.6 ml，根据电荷守恒可知，11.2 g的Mg­Cu提供的电子为0.6 ml。生成0.3 ml NO2和0.3 ml NO，N元素获得电子为0.3 ml×(5－4)＋0.3 ml×(5－2)＝1.2 ml，得失电子不相等，A错误；生成0.2 ml NO2和0.1 ml N2O4，N元素获得电子为0.2 ml×(5－4)＋0.1 ml×2×(5－4)＝0.4 ml，得失电子不相等，B错误；生成0.6 ml NO，N元素获得电子为0.6 ml×(5－2)＝1.8 ml，C错误；生成0.1 ml NO、0.2 ml NO2和0.05 ml N2O4，N元素获得电子为0.1 ml×(5－2)＋0.2 ml×(5－4)＋0.05 ml×2×(5－4)＝0.6 ml，得失电子相等，D正确。]
氨和铵盐
知识梳理
1．氨的性质
(1)氨的物理性质
无色、有刺激性气味的气体，密度比空气的小，易液化，液氨常作制冷剂，极易溶于水(1∶700)，可由喷泉实验证明。
(2)氨的化学性质
①与水的反应——氨水
a．氨气溶于水呈碱性原因的方程式为NH3＋H2ONH3·H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－。
b．氨水的粒子成分：H2O、NH3·H2O、OH－、NHeq \\al(＋,4)、NH3、H＋，以溶解的NH3总量为溶质进行浓度计算。
②氨气与酸的反应
a．蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为产生白烟，将浓盐酸改为浓硝酸，也会出现相同的现象。化学方程式分别为HCl＋NH3===NH4Cl，HNO3＋NH3===NH4NO3。
b．氨气通入酸的本质反应为NH3＋H＋===NHeq \\al(＋,4)。
③NH3的还原性——氨的催化氧化
化学方程式为4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d6(△))4NO＋6H2O。该反应是工业制HNO3的基础反应。
(3)氨水的化学性质
①不稳定性：NH3·H2Oeq \(=====,\s\up7(△))NH3↑＋H2O。
②碱的通性
a．氨水使酚酞试剂变红，使紫色石蕊试液变蓝。
b．中和反应：与盐酸反应的离子方程式为NH3·H2O＋H＋===NHeq \\al(＋,4)＋H2O。
c．与盐反应：与AlCl3反应的离子方程式为 3NH3·H2O＋Al3＋===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)。
[辨易错]
(1)氨易液化，且液氨汽化时要吸收大量热，故可作制冷剂。( )
(2)氨水是一种弱碱，为弱电解质。( )
(3)将17 g NH3通入83 g水中形成35%的氨水溶液。( )
(4)当O2足量时，NH3与O2反应直接生成NO2。( )
(5)NH3通入盐酸和氨水与盐酸混合，二者的反应均为NH3·H2O＋HCl===NH4Cl＋H2O。( )
[答案] (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
2．铵盐的性质与应用
(1)铵盐的性质
铵盐均为离子化合物，无色晶体，易溶于水。
①不稳定性——受热易分解
a．NH4Cl受热分解：NH4Cleq \(=====,\s\up7(△))NH3↑＋HCl↑。
b．NH4HCO3受热分解：NH4HCO3eq \(=====,\s\up7(△))NH3↑＋H2O＋CO2↑。
②与碱反应：铵盐都可与碱溶液反应生成NH3·H2O(弱碱)，但加热生成NH3和H2O。
写出铵盐与强碱溶液反应的离子方程式：
a．稀溶液不加热：NHeq \\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O。
b．浓溶液或稀溶液加热：NHeq \\al(＋,4)＋OH－eq \(=====,\s\up7(△))NH3↑＋H2O。
③“水解”——铵盐溶于水易水解，离子方程式：NHeq \\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋，溶液水解呈酸性。
(2)铵盐性质的两应用——NHeq \\al(＋,4)检验与NH3制备
①NHeq \\al(＋,4)的检验模板
待测物(溶液或固体)eq \(――――→,\s\up7(强碱溶液),\s\d6(△))产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，则证明含NHeq \\al(＋,4)。
注意：为了检验的准确性，检验过程要加热。
②NH3的实验室制备
a．原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
b．实验装置
[辨易错]
(1)任何铵盐均易溶于水，溶液呈酸性。( )
(2)任何铵盐受热分解均生成NH3。( )
(3)稀(NH4)2SO4溶液与稀NaOH溶液混合加热时反应的离子方程式为NHeq \\al(＋,4)＋OH－eq \(=====,\s\up7(△))NH3·H2O。( )
(4)实验室可直接利用NH4Cl受热分解制备NH3。( )
(5)干燥NH3可以选用浓硫酸或CaCl2或碱石灰作干燥剂。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
知识应用
氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。下图为合成氨以及氨催化氧化制硝酸的流程示意图。请回答下列问题。
(1)N2、H2循环利用的目的是 。
(2)氧化炉中发生反应的方程式为
。
(3)A为 (填化学式)，向吸收塔中通入A的作用为 。
[答案] (1)提高N2、H2的利用率
(2)4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d6(△))4NO＋6H2O,2NO＋O2===2NO2
(3)O2 氧化NO，提高氮元素的利用率
命题点1 氨、氨水与铵盐的性质及应用
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．将湿润的红色石蕊试纸放入集有氨气的集气瓶中，试纸由红色变为蓝色，说明氨水呈碱性
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受热不稳定
D．将红热的Pt丝伸入盛有浓氨水的锥形瓶中，瓶口出现少量红棕色气体，说明氨气的直接氧化产物为NO2
D [NH3催化氧化直接产物为NO，不是NO2，红棕色气体是生成的NO又与O2反应生成的NO2。]
2．氨气在工农业生产中有重要应用。
(1)如下图所示，向培养皿中NaOH固体上滴少量浓氯化铵溶液，迅速盖上另一个培养皿，观察现象。
①NaOH固体上滴NH4Cl浓溶液的化学方程式为
。
②浓盐酸液滴附近会出现白烟，发生反应的化学方程式为 。
③浓硫酸液滴上方没有明显现象，一段时间后浓硫酸的液滴中有白色固体，该固体可能是 (写化学式，一种即可)。
④FeSO4液滴中先出现灰绿色沉淀，过一段时间后变成红褐色，发生的反应包括Fe2＋＋2NH3·H2O===Fe(OH)2↓＋2NHeq \\al(＋,4)和 。
(2)空气吹脱法是目前消除NH3对水体污染的重要方法。在一定条件下，向水体中加入适量NaOH可使NH3脱除率增大，解释其原因 。
(3)在微生物作用下，蛋白质在水中分解产生的氨能够被氧气氧化生成亚硝酸(HNO2)，反应的化学方程式为 。
[答案] (1)①NH4Cl＋NaOH===NaCl＋NH3↑＋H2O
②NH3＋HCl===NH4Cl
③(NH4)2SO4或NH4HSO4
④4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
(2)NaOH溶于水，c(OH－)增大，NH3＋H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－平衡左移，NH3逸出，从而增大NH3的脱除率
(3)2NH3＋3O2eq \(=====,\s\up7(微生物))2HNO2＋2H2O
命题点2 NH3的制取及其性质探究
3．实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置，其中正确的是 ( )
A．①是氨气发生装置 B．③是氨气发生装置
C．②是氨气吸收装置 D．④是氨气收集、检验装置
B [加热条件下，氯化铵分解生成氨气与氯化氢，但氨气和氯化氢遇冷很快生成氯化铵，所以不能得到NH3，A错误；可用NaOH固体或生石灰或碱石灰与浓氨水制备NH3，B正确；倒置的漏斗插入液面太深无法防止倒吸，C错误；应在试管口堵一团棉花，防止形成对流，D错误。]
4．某化学自主实验小组通过实验探究NH3、NO2的性质。
探究Ⅰ：利用如图所示装置探究NO2能否被NH3还原(K1、K2为止水夹，夹持固定装置略去)。
(1)A装置中制取NH3的化学方程式是
。
(2)甲、乙分别是 (填字母)。
a．浓硫酸、碱石灰
b．碱石灰、碱石灰
c．碱石灰、无水氯化钙
d．五氧化二磷、五氧化二磷
(3)若NO2能够被NH3还原，预期C装置中能观察到的现象是


。
(4)此实验装置存在一个明显的缺陷是
。
[答案] (1)NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2
(2)c
(3)混合气体颜色逐渐变浅，瓶壁有液体生成
(4)缺少尾气吸收装置
实验制取NH3时的注意事项
(1)用“固＋固eq \(――→,\s\up7(△))气”时
①不能用NH4NO3，因NH4NO3受热爆炸；
②Ca(OH)2不能用KOH或NaOH代替，因两者易吸湿，易结块，不利于产生NH3，且高温下腐蚀试管；
③不能只用NH4Cl固体加热制取NH3，因为NH4Cl受热分解生成的NH3和HCl遇冷又化合成NH4Cl。
(2)制取NH3还可以用以下方法制取
①浓氨水加热法：NH3·H2Oeq \(=====,\s\up7(△))NH3↑＋H2O；
②浓氨水中加固体碱性物质
浓氨水中存在以下平衡：NH3＋H2ONH3·H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－，加入固态碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等)，使平衡逆向移动，同时反应放热，促进NH3·H2O的分解。加CaO的化学方程式为NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2。
(3)干燥NH3不能选用CaCl2作干燥剂，因为CaCl2＋8NH3===CaCl2·8NH3。
(4)NH3被水或溶液吸收时常使用以下防倒吸装置：
“气压差”在化学实验中的应用
近几年，高考试题中涉及气体压强变化引起的现象经常出现。这类试题，综合性较强，对“科学探究与创新意识”的化学素养要求高。
1．引起“气压差”的原因
(1)加热或降温引起气压的增大或减小。
(2)气体液化或气化引起气压的减小或增大。
(3)气体的溶解或生成引起气压的减小或增大。
(4)反应前后气体分子数的改变引起气压的改变。
2．“气压差”在化学实验中的应用
(1)通过压强的变化，检查装置的气密性；
(2)防止压强减小，出现倒吸现象；
(3)通过增大或减小压强，产生喷泉；
(4)消除压强差，以防产生堵塞现象；
(5)通过压强的改变引起溶液的流动。
3．喷泉实验装置及其创新
设计说明：(1)装置(Ⅰ)改变了胶头滴管的位置，胶头滴管挤入少量水于试剂瓶中，即可使少量溶液沿导管进入烧瓶中，导致大量的NH3溶解，烧瓶内形成负压而产生喷泉。
(2)装置(Ⅱ)省去了胶头滴管，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶中，瓶内氨气溶于水)。
(3)装置(Ⅲ)在水槽中加入能使水温升高的物质致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气体压强增大而产生喷泉。
(4)装置(Ⅳ)向导管中通入一定量的H2S和SO2，现象为有淡黄色粉末状物质生成，瓶内壁附有水珠，NaOH溶液上喷形成喷泉。
(5)装置(Ⅴ)打开①处的止水夹并向烧瓶中缓慢通入等体积的HCl气体后关闭该止水夹，等充分反应后再打开②处的止水夹，观察到先有白烟产生，后产生喷泉。
(6)装置(Ⅵ)中，挤压胶头滴管，然后打开导管上部的两个活塞，则在右面烧瓶出现喷烟现象，再打开导管下部活塞，则可产生双喷泉。
4．喷泉实验产物的浓度计算
关键是确定所得溶液中溶质的物质的量和溶液的体积，标准状况下的气体进行喷泉实验后所得溶液的物质的量浓度：
(1)HCl、NH3、NO2气体或它们与其他不溶于水的气体混合时：所得溶液的物质的量浓度为eq \f(1,22.4) ml·L－1。
(2)当是NO2和O2的混合气体且体积比为4∶1时，c(HNO3)＝eq \f(1,28) ml·L－1。
1．下列装置中不能用来防堵塞的是( )
D [A装置中的橡胶管是对气体发生装置的一微小改进，这一改进的优点就是平衡烧瓶和分液漏斗内的气压，便于分液漏斗内的液体顺利流下，可以起到防止堵塞的作用；C装置中将b和c管连通，其原理与a同，也能防堵塞；B装置中有一根导气管通大气，当气体产生速率过快而气压增大，或导气管堵塞而气压增大时，均可将瓶内的液体压入导气管而使液面上升，甚至冲出以平衡气压，防止堵塞。]
2．根据下列实验装置回答问题
图Ⅰ 图Ⅱ 图Ⅲ 图Ⅳ
(1)按图Ⅰ引发喷泉实验的操作为 。
(2)图Ⅰ、图Ⅱ(同温同压下)喷泉实验后，烧瓶内溶液物质的量浓度的关系为 (填“相等”或“不相等”)。
(3)如用图Ⅲ、图Ⅳ做喷泉实验，操作为
。
[答案] (1)打开止水夹，挤压胶头滴管 (2)相等 (3)图Ⅲ：打开止水夹后用热毛巾捂住烧瓶，一段时间后松开即可；图Ⅳ：打开止水夹后向水槽中加入浓硫酸或碱石灰等
氮及其化合物转化 含磷化合物
氮的化合物种类很多，化合价有－3、＋1、＋2、＋3、＋4、＋5多种价态。化合物间的转化关系很重要，如NH3的催化氧化制NO、N2与H2化合制NH3等。含磷化合物在生活、生产中应用广泛，高考命题时也特别关注。体现了“变化观念与平衡思想、科学探究与创新意识”的核心素养。
1．氮及其化合物的转化
如图是氮元素的各种价态与物质类别的对应关系：
注意：2NO2N2O4。
2．含磷化合物
(1)磷的氢化物(PH3)
磷的氢化物PH3(磷化氢)又称为膦，膦分子与氨分子的结构相似，也呈三角锥形。膦是一种较强的还原剂，稳定性较差，在水中的溶解度很小。
(2)磷的含氧酸
①亚磷酸(H3PO3)性质和结构：纯净的亚磷酸是一种无色固体，在水中有较大溶解度；亚磷酸是一种中强二元酸。结构式为
②次磷酸(H3PO2)性质和结构：次磷酸是一种无色的晶体，熔点26.5 ℃，易溶解，它是中强酸，也是一元酸。其结构式：
③磷酸(H3PO4)性质和结构：磷酸为三元中强酸，结构式为
④磷的氯化物：PCl3、PCl5易水解分别生成H3PO3和H3PO4。
1．次磷酸(H3PO2)是一元中强酸，具有较强还原性。下列有关说法正确的是 ( )
A．次磷酸的电离方程式为H3PO2===H＋＋H2POeq \\al(－,2)
B．NaH2PO2是次磷酸的正盐，其水溶液呈中性
C．次磷酸与足量NaOH溶液反应可生成Na3PO2
D．利用(H3PO2)进行化学镀银反应中，1 ml H3PO2最多还原4 ml Ag＋
D [中强酸的电离方程式应用可逆符号，则次磷酸的电离方程式为H3PO2H＋＋H2POeq \\al(－,2)，故A错误；NaH2PO2属于强碱弱酸盐，其水溶液显碱性，故B错误；次磷酸为一元酸，只能生成NaH2PO2，故C错误；次磷酸(H3PO2)中O为－2价，H为＋1价，则P为＋1价，其氧化产物为H3PO4，磷酸中P的化合价为＋5价，故1 ml H3PO2最多还原4 ml Ag＋，故D正确。]
2．一定条件下，含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。
(1)上述转化关系中含氮化合物发生氧化反应的是 (填字母，下同)，发生非氧化还原反应的是 。
(2)若“反应b”是与NO反应，其化学方程式为

。
(3)若“反应i”是在酸性条件下由NOeq \\al(－,3)与Zn发生化学反应实现，则该反应的离子方程式为
。
[答案] (1)b、c、d、g、h a、l
(2)4NH3＋6NOeq \(=====,\s\up7(催化剂))5N2＋6H2O
(3)4Zn＋2NOeq \\al(－,3)＋10H＋===4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O
[教师用书备选]
氮及其化合物的转化关系如图所示：
则下列说法不正确的是 ( )
A．路线①②③是工业生产硝酸的主要途径
B．路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径
C．上述所有标号的反应都是氧化还原反应
D．氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2
D [氮气和氧气在放电或高温条件下反应生成NO，NO与O2反应生成NO2，氮气与氧气不能直接生成NO2。]
[真题验收]
1．(2020·全国卷Ⅲ，T10)喷泉实验装置如图所示。应用下列各组气体­溶液，能出现喷泉现象的是( )
B [H2S与稀盐酸不反应，且在稀盐酸中的溶解度较小，向圆底烧瓶中挤入少量稀盐酸，不能造成圆底烧瓶内气压明显减小，不能形成喷泉，A项错误；HCl能与稀氨水反应，向圆底烧瓶中挤入少量稀氨水会造成圆底烧瓶内气压明显减小，能形成喷泉，B项正确；NO与稀硫酸不反应，且在稀硫酸中溶解度非常小，向圆底烧瓶中挤入稀硫酸，不能造成圆底烧瓶内气压明显减小，不能形成喷泉，C项错误；CO2在饱和NaHCO3溶液中的溶解度较小，向圆底烧瓶中挤入饱和NaHCO3溶液，不能造成圆底烧瓶内气压明显减小，不能形成喷泉，D项错误。]
2．下列叙述正确的是 (填序号)。
(1)(2020·全国卷Ⅰ)N2中混有O2，可通过灼热的铜丝网除去O2
(2)(2020·全国卷Ⅰ)NO中混有NO2，可通过氢氧化钠溶液除去NO2
(3)(2020·江苏高考)室温下，Cu与浓硝酸反应放出NO气体
(4)(2017·全国卷Ⅱ)加热盛有少量NH4HCO3固体的试管，并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸，若石蕊试纸变蓝可得出NH4HCO3显碱性
(5)(2016·全国卷Ⅰ)用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO
(6)(2015·全国卷Ⅰ)密闭容器中2 ml NO与1 ml O2充分反应，产物的分子数为2NA
(7)(2014·全国卷Ⅰ)施肥时，草木灰(有效成分为K2CO3)不能与NH4Cl混合使用，是因为K2CO3与NH4Cl反应生成氨气会降低肥效
(8)(2013·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
[答案] (1)(2)(7)(8)
3．(2016·全国卷Ⅰ)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。
[解析] (1)①图中给出了两种气体制备装置，一种是固固加热制气装置，一种是固液加热制气装置。如果选择A装置制取氨气，则反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；如果选择B装置制取氨气，则反应的化学方程式为NH3·H2Oeq \(=====,\s\up7(△))NH3↑＋H2O。②欲收集一瓶干燥的氨气，首先要除去杂质，制备氨气的杂质只有水蒸气，由于氨气溶于水显碱性，因此要选用碱石灰作干燥剂，干燥管的进出口方向为粗进细出，因此先接d后接c；其次要收集氨气，由于氨气的密度小于空气，要从短管进气，因此先接f再接e；最后要进行尾气处理，由于氨气极易溶于水，因此可以选择水吸收尾气，还要注意防倒吸，所以接i。
(2)由题干内容“工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2”，结合实验条件可知反应为8NH3＋6NO2eq \(=====,\s\up7(催化剂))7N2＋12H2O，NO2为红棕色气体，发生反应后变成无色气体，因此现象为红棕色气体逐渐变浅。反应后气体分子数减少，Y管中的压强小于外界压强，因此出现倒吸现象。
[答案] (1)①A 2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))2NH3↑＋CaCl2＋2H2O(或B NH3·H2Oeq \(=====,\s\up7(△))NH3↑＋H2O) ②dcfei (2)①红棕色气体慢慢变浅 ②8NH3＋6NO2eq \(=====,\s\up7(催化剂))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
[新题预测]
草酸铁铵[(NH4)3Fe(C2O4)3]是一种常用的金属着色剂，易溶于水，常温下其水溶液的pH介于4.0～5.0之间。某兴趣小组设计实验制备草酸铁铵。
(1)甲组设计由硝酸氧化葡萄糖制取草酸，其实验装置(夹持及加热装置略去)如图所示。
①仪器a的名称是 。
②55～60 ℃下 ，装置A中生成H2C2O4，同时生成NO2和NO且物质的量之比为3∶1，该反应的化学方程式为
。
③装置B的作用是 ；装置C中盛装的试剂是 。
(2)乙组利用甲组提纯后的草酸溶液制备草酸铁铵。
将Fe2O3在搅拌条件下溶于热的草酸溶液；滴加氨水至 ，然后将溶液 、过滤、洗涤并干燥，制得草酸铁铵产品。
[解析] (1)①图示仪器a的名称为球形冷凝管。②由题意55～60 ℃下，硝酸氧化葡萄糖可得H2C2O4，同时生成NO2和NO且物质的量之比为3∶1，根据电子得失守恒、原子守恒，反应方程式为12HNO3＋C6H12O6eq \(========,\s\up7(55～60 ℃))3H2C2O4＋9NO2↑＋3NO↑＋9H2O。③NO2和NO均为大气污染气体，需要尾气吸收，装置B的作用是作安全瓶，防止倒吸，装置C中盛装的试剂是NaOH溶液，用于吸收NO2和NO，反应方程式为NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。(2)由题意草酸铁铵易溶于水，常温下其水溶液的pH介于4.0～5.0之间，所以将Fe2O3在搅拌条件下溶于热的草酸溶液，滴加氨水至pH介于4.0～5.0之间；铵盐温度过高易分解，且温度过高促进铵根离子和铁离子水解，不能直接加热蒸干，可将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤并干燥，制得草酸铁铵产品。
[答案] (1)①球形冷凝管 ②12HNO3＋C6H12O6eq \(========,\s\up7(55～60 ℃))3H2C2O4＋9NO2↑＋3NO↑＋9H2O ③安全瓶，防倒吸 NaOH溶液
(2)溶液pH介于4.0～5.0之间 加热浓缩、冷却结晶
考纲定位
要点网络
1.掌握氮元素单质及其重要化合物的主要性质和应用。
2.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)。
3.了解氮及其重要化合物的制备方法。
NO
NO2
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
难溶于水
易溶于水
与O2或与H2O反应
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
收集方法
排水法
向上排空气法
与NaOH反应
不反应
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
与人体、环境的关系
①与血红蛋白结合，使人中毒；
②转化成NO2，形成酸雨、光化学烟雾
形成酸雨、光化学烟雾
实验操作
现象
解释或结论
①
过量的Fe粉中加入稀硝酸，充分反应后，滴入KSCN溶液
溶液不呈红色
稀硝酸不能将Fe氧化为Fe3＋
②
浓硝酸久置或光照
变黄色
HNO3不稳定易分解
③
Al箔插入稀硝酸中
无现象
Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜
④
用玻璃棒蘸取浓硝酸点到蓝色石蕊试纸上
试纸先变红色后褪色
浓硝酸具有酸性和强氧化性
气体
溶液
A
H2S
稀盐酸
B
HCl
稀氨水
C
NO
稀硫酸
D
CO2
饱和NaHCO3溶液
操作步骤
实验现象
解释原因
打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢充入Y管中
①Y管中

②反应的化学方程式为


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