2020版高考一轮复习化学江苏专版学案：专题三第十三讲氮及其化合物

第十三讲
氮及其化合物
[江苏考纲要求]
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1．了解氮及其重要化合物的主要性质和重要应用。
2．认识物质间转化等方面的实际应用。
3．认识氮及其化合物在生产中的应用和对生态环境的影响。
氮及其氧化物


[教材基础—自热身]
1．氮气的结构与性质
(1)氮元素的存在与氮的固定

(2)N2的物理性质
无色、无味气体，密度比空气略小，难溶于水。
(3)N2的化学性质
①与氧气反应：N2＋O22NO。
②与氢气反应：N2＋3H22NH3。
③与镁反应：3Mg＋N2Mg3N2。
2．氮的氧化物的种类与性质
(1)氮有多种价态的氧化物
如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等。其中属于硝酸酸酐的是N2O5。
(2)NO与NO2性质的比较





NO
NO2
氮的价态
＋2价
＋4价
物理性质
无色、不溶于水的气体
红棕色、有刺激性气味的气体，易液化，易溶于水
化学性质
O2
2NO＋O2===2NO2
不反应
H2O
不反应
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
H2O、O2
4NO＋2H2O＋3O2===4HNO3
4NO2＋2H2O＋O2===4HNO3
氧化性
有氧化性，但通常情况下表现出还原性
强氧化性，在溶液中能氧化S2－、I－、Fe2＋等离子
对环境的影响
有毒，大气污染物之一
有毒，大气污染物之一
实验室制取原理及收集方法
3Cu＋8HNO3(稀)=== 3Cu(NO3)2 ＋2NO↑＋4H2O(排水法收集)
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O(向上排空气法收集)

(3)氮的氧化物(NO、NO2)对环境的影响
①氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射发生反应生成的一种有毒的烟雾，称为光化学烟雾。氮氧化物与空气中的水反应生成硝酸和亚硝酸，是酸雨的成分。NO2破坏臭氧层，可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。
②大气中氮氧化物主要来源于化石燃料的燃烧、汽车尾气(燃料在发动机内电火花引燃时，氮气与氧气反应生成的)和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。
③在工业上含氮氧化物的尾气吸收常利用以下反应：NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O,2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。
④常见环境污染问题
酸雨
主要是SO2和NOx造成的
光化学烟雾
由NOx和碳氢化合物造成的
臭氧层空洞
主要是氟氯烃和氮氧化合物引起的
温室效应
主要是大气中CO2、CH4等含量升高引起的
白色污染
废旧塑料等大量使用引起的
赤潮、水华
含磷洗衣粉的大量使用，工、农业及城市生活污水的任意排放
重金属污染
废旧电池中含Pb、Hg、Cd等重金属



⑤绿色化学

[知能深化—扫盲点]
氮的氧化物与O2、H2O反应的3种计算方法
(1)关系式法
①NO和O2混合气体通入水中
由2NO＋O2===2NO2和3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3

②NO2和O2混合气体通入水中
由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO和2NO＋O2===2NO2得总反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3

③NO、NO2和O2三种混合气体通入水中
先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算出生成的NO体积，然后加上原来混合气体中NO体积，再按(1)计算。
(2)电子守恒法
当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。
(3)原子守恒法
4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，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。

[对点练]
在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为(　　)
①1.2 mL　②2.4 mL　③3 mL　④4 mL
A．①②　　　　　　　　　　 B．②③
C．③④ D．①④
解析：选D　4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
若剩余的气体是O2，则V(NO2)＝×(12－2) mL＝8 mL，
V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。
若剩余的气体是NO(2 mL)⇒6 mL NO2。
则V(O2)＝×(12－6) mL＝1.2 mL。
[题点全练—过高考]
题点一　氮气、氮的氧化物的性质及对环境的影响
1．下列对NO、NO2的描述，正确的是(　　)
A．NO是红棕色气体，易溶于水，是酸性氧化物
B．NO2可用排水法收集，且可由N2和O2化合而得到
C．NO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是大气污染物
D．NO、NO2互为同素异形体，且NO是汽车尾气的有害成分之一
解析：选C　NO为无色不溶于水的气体，不属于酸性氧化物，A错；NO2与水反应，且N2与O2能化合为NO，不能化合为NO2，B错；同素异形体是单质间的互称，D错。
2．(2019·江苏溧水中学月考)随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物
B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2
C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应
D．催化转化总化学方程式为2NO＋O2＋4CO催化剂,4CO2＋N2
解析：选D　反应过程中NO、O2为氧化剂，N2为还原产物；汽车尾气中的N2不是污染物；NO和O2的反应不需要催化剂；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：2NO＋O2===2NO2,2NO2＋4CO===N2＋4CO2，将两步反应式合并可得总化学方程式为2NO＋O2＋4CO催化剂,4CO2＋N2。

题点二　有关氮的氧化物的简单计算
3．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＋6NO5N2＋6H2O,8NH3＋6NO27N2＋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)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NH3：V(NO)，处理NO2需NH3：V(NO2)，则

解得V(NO)＝0.75 L，V(NO2)＝2.25 L
V(NO)∶V(NO2)＝1∶3。
(2)①生成两种钠盐，必然是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价，即为NaNO2。
答案：(1)1∶3
(2)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
②NaNO2
氨和铵盐　　

]
[教材基础—自热身]
1．氨的物理性质与喷泉实验
(1)物理性质
无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化。极易溶于水(1∶700)，可由喷泉实验证明。

(2)喷泉实验
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，使瓶内压强减小，形成压强差，大气压将烧杯中的水压入烧瓶而形成喷泉。
②常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂如下表：

气体
HCl
NH3
CO2、SO2、Cl2、H2S
NO2＋O2
吸收剂
水或NaOH溶液
水或盐酸
浓NaOH溶液
水
2．氨的化学性质
(1)与水反应
反应原理为NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－。氨气溶于水得氨水，氨水中含有的粒子有：NH3·H2O、H2O、NH3、NH、OH－、H＋。NH3·H2O为可溶性一元弱碱，不稳定，易分解，化学方程式为NH3·H2ONH3↑＋H2O。
(2)氨气与酸的反应
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。化学方程式为HCl＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。
(3)与盐溶液的反应
过量氨水与AlCl3溶液反应的离子方程式：
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
(4)氨气的还原性
①催化氧化：4NH3＋5O24NO＋6H2O。
②被CuO氧化：2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O。
③被氯气氧化：2NH3(少量)＋3Cl2===N2＋6HCl或8NH3(过量)＋3Cl2===N2＋6NH4Cl。
(5)氨的用途
①液氨汽化时吸收大量的热，故用作制冷剂。
②制氮肥、硝酸、铵盐、纯碱等。
3．氨气的实验室制法


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
未知液产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，则证明含NH。

[知能深化—扫盲点]

1．氨气的喷泉实验
(1)实验装置：如图，烧瓶中是NH3，烧杯中是水(滴入少量酚酞溶液)。
(2)实验操作：打开橡胶管上的止水夹，挤压滴管上的胶头，使少量水进入烧瓶。
(3)实验现象：烧杯中的水由玻璃导管进入烧瓶，形成喷泉，烧瓶内液体呈红色。
(4)现象解释：能形成喷泉说明氨气极易溶于水。
2．喷泉实验的原理分析
(1)形成喷泉的原因
形成喷泉最根本的原因是烧瓶内外存在压强差。当烧瓶内气体溶于液体或与之反应时，瓶内气体大量减少，压强降低，外界的大气压将液体压入烧瓶内，如此持续，最后液体将充满烧瓶。
(2)影响喷泉实验成功的因素
①盛气体的烧瓶必须干燥；②气体要充满烧瓶；③烧瓶不能漏气(实验前应先检查装置的气密性)；④所用气体能大量溶于所用液体或气体与液体可以快速反应。
[对点练]
1．如图是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　H2难溶于NaOH溶液，不能形成较大压强差，不能引发“喷泉”现象。
提能点(二)　实验室制备氨气的几个注意事项
(1)制氨时铵盐不选(NH4)2CO3、NH4HCO3、NH4NO3等，因为它们受热易分解，使产生的NH3中混有较多的杂质气体，另外NH4NO3易爆炸；选碱时，用Ca(OH)2而不用NaOH或KOH，因为NaOH、KOH具有吸湿性，易结块，不利于产生氨，且在高温下均能腐蚀玻璃。
(2)干燥氨气不能用浓硫酸，也不能用无水CaCl2(8NH3＋CaCl2===CaCl2·8NH3)，通常用碱石灰干燥氨气。
(3)实验室制取少量NH3的两种简易方法

①加热浓氨水(图甲)
反应原理：NH3·H2ONH3↑＋H2O。
②浓氨水中加固态碱性物质(图乙)
反应原理：浓氨水中存在以下平衡：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，加入固态碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等)，消耗水且使c(OH－)增大，使平衡逆向移动，同时反应放热，促进NH3·H2O的分解。

[对点练]
2．有甲、乙两位同学想利用下列装置及化学试剂，对实验室制取并收集氨气的实验进行改进。

化学试剂：①NH4Cl固体、②浓氨水、③NaOH固体
(1)甲同学想方便快速地制取少量氨气，应选择的装置是________(填字母)，选用的试剂是________(填序号)。选用上述试剂制氨气的理由是___________________________，实验过程中，制气时的实验操作是_________________________________________。
(2)乙同学建议，把教材中实验室制取氨气的收集装置由大试管改为集气瓶且瓶口向上收集氨气，并确保不污染环境，请你根据其设想回答：
①若用排气法收集氨气，请在方框内画出其气体收集装置和尾气吸收装置，标出所用试剂(自选)名称。


②若用排液集气法收集NH3，可选用的试剂是________(填字母)。
A．H2O　　　　　　　　　　 B．浓H2SO4
C．CCl4 D．饱和NaCl溶液
解析：(1)不加热制取NH3是快速制取少量NH3的措施，具体操作方法是把浓氨水滴到固体NaOH上。(2)①用排气法收集NH3的装置中要注意广口瓶中导气管的长短，因NH3的密度比空气的小，故进气管短，出气管长，因NH3极易溶于水，进行尾气处理时，要设置防倒吸装置。②用排液法收集NH3时，要求液体不能溶解NH3(排除A、D)且不与NH3发生反应(排除B)，故选CCl4。
答案：(1)B　②③　NaOH固体遇水放热，使氨气的溶解度降低，同时可使溶液中
c(OH－)增大，促使NH＋OH－NH3·H2ONH3＋H2O平衡向右移动，从而使氨气逸出　将浓氨水逐滴滴加到NaOH固体上
(2)①如图：　②C

[题点全练—过高考]
题点一　氨和铵盐的性质与应用
1．(2019·徐州三校联考)下列说法正确的是(　　)
①氨气溶于水能导电，所以氨气是电解质
②氨与酸反应生成铵盐，与挥发性酸相遇时能形成白烟
③某晶体与NaOH共热放出一种使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，该晶体中含有NH
④氨水中含氮微粒中最多的微粒是NH
⑤把NH3通入稀HNO3中，当溶液的pH等于7时，是NH3和HNO3等物质的量反应
⑥液氨作为清洁能源的反应原理是4NH3＋5O24NO＋6H2O
⑦在1 mol·L－1氨水中，NH3·H2O、NH、NH3的物质的量浓度之和为1 mol·L－1
A．①②③⑥⑦ B．②③④⑦
C．②③⑤⑦ D．②③⑦
解析：选D　①不正确，NH3本身不导电，溶于水，与水发生反应NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－而导电，故NH3不是电解质；④不正确，氨水中存在大量的NH3·H2O和少量的NH；⑤不正确，NH3和HNO3等物质的量反应时，得到NH4NO3溶液，NH水解使溶液显酸性，pH