专题11 氮及其重要化合物--2025年高考化学一轮复习知识点（新高考专用）

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知识清单11 氮及其重要化合物
知识点01 氮及其氧化物
1．氮元素的存在和氮的固定
(1)氮元素的存在
游离态：N2（空气中体积分数约为78%）
化合态：动植物体内的蛋白质中，还有部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
(2)氮的固定
①含义：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。
②分类：
氮的固定eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(自然固氮\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(高能固氮N2＋O2\(=====,\s\up7(放电))2NO,生物固氮豆科植物根瘤菌固氮)),人工固氮\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(合成氨N2＋3H2\(,\s\up7(高温、高压),\s\d7(催化剂))2NH3,仿生固氮))))
2．氮气分子结构和性质
(1)氮分子的结构
氮气分子的电子式为，结构式为N≡N。
(2)氮气的化学性质
①与O2化合：N2＋O2eq \(=========,\s\up9(放电或高温))2NO。
②镁在氮气中燃烧：3Mg＋N2eq \(=====,\s\up9(点燃))Mg3N2。
③与氢气化合：N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3；应用：工业上合成氨。
(3)用途
①氮气常用作保护气，如焊接金属、填充灯泡、保存食品等。
②氮气是合成氨、制硝酸的重要原料。
③液氮可用作制冷剂，应用于医学、科技等领域。
3．氮的氧化物
(1)氮的氧化物
其中属于酸性氧化物的是N2O3和N2O5，对应的酸分别是HNO2(亚硝酸)和HNO3。
(2)NO和NO2的比较
(3)NOx的收集和检验
①NO采用排水法收集，不用排空气法收集；NO2采用排空气法收集，不用排水法收集。
②NO的检验：通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。
4．氮氧化物对环境的污染及防治
(1)氮氧化物的来源
氮氧化物（NOx）主要包括NO和NO2。化石燃料的燃烧、硝酸生产和机动车辆尾气的排放是氮氧化物的主要来源。
(2)氮氧化物的危害
①形成酸雨：
NO2形成酸雨的过程为3NO2＋H2O=2HNO3＋NO（用化学方程式表示）。
②光化学烟雾
在日光照射下，NO2使氧气经过复杂的反应生成臭氧(O3)，臭氧与空气中的一些碳氢化合物在紫外线照射下发生作用后，产生了一种有毒的烟雾，人们称之为光化学烟雾。
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。
(3)氮氧化物污染治理方法
①汽车尾气“催化转化法”：2CO＋2NOeq \(=====,\s\up7(催化剂))2CO2＋N2
②氨还原法：
6NO＋4NH3eq \(=====,\s\up12(催化剂),\s\d4(△))5N2＋6H2O；6NO2＋8NH3eq \(=====,\s\up12(催化剂),\s\d4(△))7N2＋12H2O
③碱液吸收法：
2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O；NO＋NO2＋2NaOH=NaNO2＋H2O
(1)固氮反应一定属于氧化还原反应(√)
提示：固氮是将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。
(2)N2与O2在放电条件下直接化合成NO2(×)
错因：N2与O2在放电条件下生成NO。
(3)用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的气体(×)
错因：Cu与稀硝酸生成NO，NO与空气中的O2反应，不能用排空气法收集。
(4)NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂(×)
错因：NO2与H2O反应，NO2既是氧化剂又是还原剂。
(5)可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物(×)
错因：NO2与H2O反应生成HNO3和NO，所以NO2不是酸性氧化物。
(6)CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都稳定存在(×)
错因：NO与氧气反应生成NO2。
(7)利用AgNO3溶液、CCl4和H2O均可鉴别NO2和溴蒸气(√)
提示：NO2与水反应生成HNO3和NO，溶液呈无色，Br2溶于水得到呈黄色的溴水溶液，Br2与H2O反应生成HBr和HBrO，HBr与反应生成淡黄色AgBr沉淀，NO2不溶于CCl4，Br2易溶于CCl4呈橙红色。
(8)NO2通入FeSO4溶液中，无明显现象(×)
错因：NO2与水反应生成HNO3，HNO3具有强氧化性，能氧化Fe2+。
(8)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2与溴蒸气(×)
错因：NO2与水反应生成HNO3，HNO3具有强氧化性，能将KI氧化为I2，Br2也能将KI氧化为I2。
(9)一定条件下，1 ml N2可与3 ml H2充分反应反应生成NH3，转移的电子数为6NA(×)
错因：氮气与氢气反应生成氨气是可逆反应。
(10)SO2、CO2、NO2都是可形成酸雨的气体(×)
错因：SO2和NO2都是可形成酸雨的气体，CO2不能形成酸雨。
一、氮气的性质及应用
1．Mg能与空气中的O2、N2和CO2反应。
(1)Mg与CO2反应的方程式为：2Mg+CO2eq \(=====,\s\up9(点燃))2MgO+C，该反应属于四种基本反应类型中的置换反应。
(2)Mg与N2反应生成Mg3N2。
①Mg3N2的电子式：，Mg2+与N3-的半径大小为：Mg2+ eq \f(4,1) ，剩余气体为NO。
(3)NO、NO2和O2三种混合气体通入水中
先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算出生成NO的体积，再加上原来混合气体中NO体积，再按(1)计算。
2．电子守恒法
NOx转化为硝酸时失去电子，如果是NOx与O2的混合气体，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。
4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5，都与N2O5＋H2O===2HNO3等效；当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。
①eq \f(N(N),N(O)) < eq \f(2,5) ，剩余气体为O2；
②eq \f(N(N),N(O)) = eq \f(2,5) ，恰好完全反应；
③eq \f(N(N),N(O)) > eq \f(2,5) ，剩余气体为NO。
二、金属与硝酸反应的计算
1．金属与硝酸反应的思维模型
2．计算方法(以Cu与硝酸反应为例)
(1)原子守恒：
反应前所有的N元素只存在于HNO3中，反应后含N元素的物质有HNO3的还原产物(假设有NO2、NO)和Cu(NO3)2，则有n(HNO3)消耗＝n(NO2)＋n(NO)＋n[Cu(NO3)2]。
(2)电子守恒：反应中失去电子的是参加反应的Cu，Cu－2e－―→Cu2＋；得到电子的是被还原的HNO3(假设还原产物为NO2、NO)，NOeq \\al(－,3)＋e－―→NO2、NOeq \\al(－,3)＋3e－―→NO。根据得失电子守恒，则有2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)。
若将生成的氮的氧化物气体与一定量的氧气共同通入水中，氮的氧化物完全生成硝酸，由于开始反应物为硝酸，中间生成了氮的氧化物，但最终又变回了硝酸，所以相当于铜失的电子最终由氧气得到，则有2n(Cu)＝n(O2)。
(3)电荷守恒：
在Cu与HNO3反应后的溶液中，若HNO3不过量，阳离子只有Cu2＋，阴离子只有NOeq \\al(－,3)(此类计算不考虑H2O电离出的极少量的H＋、OH－)；若HNO3过量，溶液中的阳离子有Cu2＋和H＋，阴离子只有NOeq \\al(－,3)。则有①若HNO3不过量：n(NOeq \\al(－,3))＝2n(Cu2＋)；②若HNO3过量：n(NOeq \\al(－,3))＝2n(Cu2＋)＋n(H＋)。
(4)离子方程式计算：
金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时，由于硝酸盐中NOeq \\al(－,3)在硫酸提供H＋的条件下能继续与金属反应，故此类题目应用离子方程式来计算3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NOeq \\al(－,3)进行相关计算，且要符合电荷守恒。
一、NOx与H2O、O2反应的计算
1．有一充有20 mL NO和NO2混合气体的试管，倒置于盛有水的水槽中，充分反应后，仍有12 mL 无色气体，则原混合气体中NO和NO2的体积之比为(气体体积均在相同状况下测得)2:3。
解析：二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮和水不反应，所以，剩余的气体为一氧化氮，设混合气体中二氧化氮的体积为V，则：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 气体体积减少
3 1 2
V 20 mL－12 mL＝8 mL
所以V＝eq \f(3×8 mL,2)＝12 mL，即二氧化氮的体积为12 mL，则原混合气体中一氧化氮的体积为20 mL－12 mL＝8 mL，则原混合气体中NO和NO2的体积之比为8 mL∶12 mL＝2∶3。
2．将盛有12 mL NO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2 mL无色气体。
(1)若剩余的气体是________，则NO2、O2的体积分别是________。
(2)若剩余的气体是________，则NO2、O2的体积分别是________。
答案：(1)O2 8 mL、4 mL (2)NO 10.8 mL、1.2 mL
解析：解题依据的化学方程式：
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3；
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
设O2的体积为x，剩余的气体有两种可能：
(1)若剩余O2，则V剩＝x－eq \f(1,4)×(12 mL－x)＝2 mL，
解得x＝4 mL，则NO2体积是8 mL；
(2)若剩余NO，则V剩＝eq \f(1,3)×[(12 mL－x)－4x]＝2 mL，
解得x＝1.2 mL，则NO2体积是10.8 mL。
二、金属与硝酸反应的计算
1．将14 g铜银合金与足量的硝酸反应，放出的气体与标准状况下体积为1.12 L的O2混合后再通入水中，恰好全部吸收，则合金中铜的质量为3.2 g。
解析：分析整个过程，金属失去的电子等于氧气获得的电子，标准状况下，n(O2)＝eq \f(1.12 L,22.4 L·ml－1)＝0.05 ml，设Cu、Ag的物质的量分别为x、y，则根据质量列方程：x×64 g·ml－1＋y×108 g·ml－1＝14 g，根据得失电子守恒列方程：2x＋y＝0.05 ml×4＝0.2 ml，解得x＝0.05 ml，y＝0.1 ml，m(Cu)＝0.05 ml×64 g·ml－1＝3.2 g。
2．将3.84 g Cu和一定量的浓HNO3反应，当Cu反应完全时，共收集到气体2.24 L NO2和NO(标准状况，不考虑NO2转化为N2O4)，则反应中消耗HNO3的物质的量为0.22 ml。
解析：铜与硝酸反应转化为Cu(NO3)2、NO和NO2，根据铜原子守恒n[Cu(NO3)2]＝n(Cu)＝eq \f(3.84 g,64 g·ml－1)＝0.06 ml，NO和NO2的物质的量共为n＝eq \f(V,Vm)＝eq \f(2.24 L,22.4 L·ml－1)＝0.1 ml，根据氮原子守恒：n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO)＋n(NO2)＝2×0.06 ml＋0.1 ml＝0.22 ml。
知识点01 氮及其氧化物
知识点02 硝酸
知识点03 氨和铵盐
知识点04 氮及其化合物的相互转化
知识点05 氮氧化物和硝酸的有关计算
N的化合价
＋1
＋2
＋3
＋4
＋5
对应氧化物
N2O(笑气)
NO
N2O3
NO2、N2O4
N2O5
性质
NO
NO2
色、态、味
无色、无味的气体
红棕色、有刺激性气味的气体
溶解性
难溶于水
与水反应
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
2NO＋O2===2NO2
不反应