2021版高考化学鲁科版一轮教师用书：第3章第2节　氮的循环

第2节　氮的循环

氮气及其氧化物

1．自然界中氮的存在和氮的固定

2．N2的性质及应用

(1)物理性质：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。

(2)化学性质

N2的电子式为，结构式为N≡N。

①与Mg反应的化学方程式：

N2＋3MgMg3N2，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＋O22NO，N2表现还原性。

3．氮的氧化物

(1)氮有多种价态的氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5；NO2与N2O4能相互转化2NO2N2O4(写化学方程式)。

(2)NO、NO2的比较

(3)常见NOx的尾气处理方法

①碱液吸收法

2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O；

NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。

注意：NO不能被碱液吸收。

②催化转化：在催化剂、加热条件下，氨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。

[基础判断]

(1)NH3的催化氧化和合成氨均为氮的固定。 (　　)

(2)NO、NO2均可用排空气法收集。 (　　)

(3)NO2与H2O反应可以生成HNO3，故NO2为酸性氧化物。 (　　)

(4)NO2与H2O反应中，H2O为还原剂。 (　　)

(5)密闭容器中2 mol NO与1 mol O2充分反应，产物的分子数为2NA。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×

[知识应用]

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＋O22NO,2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

◎命题点1　N2及氮的氧化物的基本性质

1．下列说法正确的是(　　)

A．N2与O2、Mg反应中均体现了N2的氧化性

B．N2很稳定的原因是氮的非金属性较弱

C．N2→NO2与N2→NH3均能一步完成

D．NO不能用排空气法收集的原因是NO易被O2氧化

D　[A项，N2与O2反应中，N2体现了还原性；B项，N2稳定的原因是N≡N的键很牢固，难断键；C项，N2→NO2不能一步完成。]

2．下列化学事实及其解释都正确的是 (　　)

A．NO2与水反应，NO2作还原剂，水作氧化剂

B．某溶液中含有大量的NO，该溶液中一定不存在大量的Fe2＋

C．闪电时，空气中的N2和O2可直接化合生成NO2

D．除去NO中混有少量NO2气体时，可以用水洗涤后再干燥

D　[A项，NO2既作氧化剂，又作还原剂，错误；B项，在酸性条件下，NO与Fe2＋反应，不能共存，错误；C项，N2与O2在放电时只生成NO，错误。]

3．(2018·辽宁铁岭协作体联考)已知Cu(NO3)2受热分解的化学方程式为2Cu(NO3)22CuO＋4NO2↑＋O2↑，将少量的Cu(NO3)2固体放入试管中加热，然后用带火星的木条放入试管中，木条复燃，则下列说法正确的是(　　)

A．NO2能支持燃烧

B．NO2不能支持燃烧

C．木条复燃是因为硝酸铜分解产生了氧气的缘故

D．木条复燃是因为硝酸铜分解产生的CuO催化作用的结果

A　[氧气具有助燃性，在纯氧气中能使带火星的木条复燃，但空气中由于含有大量不能助燃的N2，而氧气量较少，所以空气不能使带火星的木条复燃；反应2Cu(NO3)22CuO＋4NO2↑＋O2↑中，产物中NO2、O2的体积比与空气中N2、O2体积比近似相同，即为4∶1，带火星的木条放入Cu(NO3)2受热分解得到的混合气体的试管中，木条复燃，说明NO2能支持燃烧，A项正确。]

◎命题点2　NOx的污染及其处理方法

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＋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)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

◎命题点3　氮氧化合物溶于水的定量判断

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>V3　　 B．V1>V3>V2

C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2

B　[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。]

硝酸

1．硝酸的物理性质

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 mol·L－1,95%以上的硝酸称为“发烟硝酸”。

2．化学性质

(1)不稳定性

①反应：4HNO32H2O＋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试剂瓶中，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。

③与非金属反应

如浓硝酸与C的反应：

C＋4HNO3(浓)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＋2NO＋2H2O===3SO＋2NO↑＋4H＋、3Fe2＋＋NO＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。

(3)与有机物反应

①硝化反应(与C6H6反应)：

C6H6＋HNO3C6H5—NO2＋H2O；

②显色反应：含苯环的蛋白质遇到浓硝酸变黄色。

[补短板]

(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。对于Cu与少量浓硝酸反应时，还原产物有NO2、N2O4、NO。

(3)浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红，后退色，该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性；常温下，铁、铝遇浓硝酸能发生“钝化”，并非不反应，故浓硝酸可以用铁桶盛放。

[基础判断]

(1)硝酸是一元挥发性强酸，与活泼金属反应生成H2。 (　　)

(2)除去试管内壁的银镜或铜镜，可以选用稀硝酸。 (　　)

(3)浓硫酸、浓硝酸均可用铁制或铝制容器盛的原因是这两种酸与Fe、Al不反应。 (　　)

(4)含4 mol HNO3的浓溶液与足量Cu充分反应，理论上可生成2 mol NO2气体。              (　　)

(5)1 mol Fe与足量的稀硝酸反应，转移2NA个电子(NA表示阿伏加德罗常数的值)。              (　　)

[答案]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×

[知识应用]

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＋O2CuOCu(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　硝酸的主要性质及综合实验探究

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

D　[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．下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是 (　　)

A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体

B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应

C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物

D．③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应

D　[红热木炭被O2氧化为CO2，不一定是浓硝酸与C反应生成CO2。]

3．用动态观点理解Cu与浓硝酸的反应。

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

4．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__________________________。

[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Cu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＋2NO＋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)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)吸收多余的氮氧化物，防止污染空气；防止倒吸

◎命题点2　硝酸与金属反应的定量计算

5．将相同质量的铜分别与足量的浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是(　　)

A．硝酸浓度越大消耗的硝酸越少，产生的有毒气体也越少

B．反应中转移的电子总数稀硝酸少

C．试管内壁上的铜用浓硝酸除较好，因反应速率快

D．相同状况下，两者用排水法收集的气体的体积相同

D　[铜完全反应，在进行相关计算时以铜为标准，等质量的铜在反应中失去的电子数相同，生成的Cu(NO3)2的量相同，浓硝酸被还原为NO2，价态由＋5降到＋4，每个氮原子只得1个电子，稀硝酸被还原时每个氮原子得到3个电子，故被还原的浓硝酸多、稀硝酸少，生成NO2也比NO多。  用排水法收集气体时，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故两种情况收集到的气体一样多。]

6．向50 mL稀硫酸与稀硝酸的混合溶液中逐渐加入铁粉，假设加入铁粉的质量与产生气体的体积(标准状况)之间的关系如图所示，且每一段只对应一个反应。下列说法正确的是  (　　)

A．开始时产生的气体为H2

B．AB段发生的反应为置换反应

C．所用混合溶液中c(HNO3)＝0.5 mol·L－1

D．参加反应的铁粉的总质量m2＝5.6 g

D　[氧化性：NO(H＋)>Fe3＋>H＋，OA段反应为Fe＋NO＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O，AB段反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，BC段反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，故A项、B项错误；C项，n(NO)＝0.05 mol，c(NO)＝c(HNO3)＝ mol·L－1＝1 mol·L－1，故错误；D项，根据电子守恒可知n(NO)×3＋n(H2)×2＝n(Fe)×2，n(Fe)＝0.1 mol，m(Fe)＝5.6 g，正确。]

氨和铵盐

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·H2ONH＋OH－。

b．氨水的微粒成分：H2O、NH3·H2O、OH－、NH、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＋===NH。

③NH3的还原性——氨的催化氧化

化学方程式为4NH3＋5O24NO＋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·H2ONH3↑＋H2O。

②碱的通性

a．氨水使酚酞试剂变红。

b．中和反应：NH3·H2O＋H＋===NH＋H2O。

c．沉淀反应：3NH3·H2O＋Al3＋===Al(OH)3↓＋3NH。

注意：涉及氨水反应的离子方程式书写时，NH3·H2O不可拆开。

2．铵盐的性质与检验

(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：NH4ClNH3↑＋HCl↑。

b．NH4HCO3受热分解：NH4HCO3NH3↑＋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：NH＋OH－===NH3·H2O。

b．浓溶液或稀溶液加热：NH＋OH－NH3↑＋H2O。

③“水解”——铵盐溶于水易水解，离子方程式：NH＋H2ONH3·H2O＋H＋，溶液水解呈酸性。

(2)NH的检验模板

3．NH3的实验室制法

(1)原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。

注意：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)实验装置

[补短板]

制备NH3的其他两种简易方法

(1)加热浓氨水(见图1)

反应原理：NH3·H2ONH3↑＋H2O。

图1　　　　　　　　　图2

(2)浓氨水中加入固态碱性物质(见图2)

反应原理：浓氨水中存在以下平衡：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋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。

[基础判断]

(1)氨易液化，且液氨汽化时要吸收大量热，故可作食品的制冷剂。 (　　)

(2)将17 g NH3通入83 g水中形成35%的氨水溶液。 (　　)

(3)NH3通入盐酸与氨水滴入盐酸发生的离子方程式相同。 (　　)

(4)鉴别铵盐时，可通过加热样品观察是否有NH3放出。 (　　)

(5)稀(NH4)2SO4溶液与稀NaOH溶液混合加热时反应的离子方程式为NH＋OH－NH3·H2O。              (　　)

(6)干燥NH3可选用浓硫酸或CaCl2固体作干燥剂。 (　　)

[答案]　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×

[知识应用]

(1)用于检验氯气是否泄漏的原理，如下图，室温下将过量的氨推入试管，预测试管中可能出现的现象_______________________，

写出反应过程的化学方程式：___________________________。

(2)氨在加热条件下可还原氧化铜，产生无污染气体和单质铜，可用于测定铜的相对原子质量，写出该反应的化学方程式：_______________________。

[答案]　(1)生成白烟，而后凝结在试管内壁，试管内黄绿色气体颜色逐渐变浅至退去　3Cl2＋2NH3===6HCl＋N2、HCl＋NH3===NH4Cl　(2)3CuO＋2NH33Cu＋N2＋3H2O

◎命题点1　氨与铵盐的主要性质及应用

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NO2。]

2．某兴趣小组用下图装置探究氨的催化氧化。

(1)氨催化氧化的化学方程式为________________________。

(2)加热玻璃管2一段时间后，挤压1中打气球鼓入空气，观察到2中物质呈红热状态；停止加热后仍能保持红热，该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。

(3)为保证在装置4中观察到红棕色气体，装置3应装入______________；若取消3，在4中仅观察到大量白烟，原因是

_____________________________________________________。

(4)为实现氨催化氧化，也可用装置5替换装置________(填装置代号)；化合物X为________(只写一种)，Na2O2的作用是________________。

[答案]　(1)4NH3＋5O24NO＋6H2O

(2)放热　(3)浓硫酸　NO与O2反应生成NO2，NO2与H2O反应生成HNO3，HNO3与NH3反应生成NH4NO3　(4)1　NH4HCO3或[(NH4)2CO3]　与CO2、H2O反应生成O2

◎命题点2　NH3的制法与性质实验探究

3．实验室制取氨、收集、验证其还原性并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是(　　)

A．用装置甲制取氨

B．用装置乙收集氨时气体应该从a口进b口出

C．装置丙中黑色固体变成红色时还原产物一定为铜

D．可以用装置丁吸收氨，进行尾气处理

B　[A项，装置中的氯化铵固体分解生成氨和氯化氢气体，在试管口处重新反应生成固体氯化铵；B项，氨密度比空气小，应用向下排空气法收集，用乙装置收集NH3时，从a口进b口出，正确；C项，氧化铜被还原为铜、氧化亚铜都是红色固体；D项，氨极易溶于水，导管直接插入水溶液中吸收易发生倒吸。]

4．下列制备氨水的实验装置中最合理的是(　　)

A　　　　　　　　　　　B

C　　　　　　　　　　　D

B　[制备氨水不需要干燥氨气，A、C两项错误；不能防止倒吸，D项错误。]

5．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

“气压差”在化学实验中的应用

——科学探究与创新意识

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。如2018·全国卷Ⅰ，T26(3)；2018·全国卷Ⅱ，T9；2017·全国卷Ⅰ，T26(3)；2016·全国卷Ⅰ，T26(2)③④等。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。

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．下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

B　[H2难溶于NaOH溶液，不能形成较大的压强差，不能引发喷泉现象。]

3．如图所示，此装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。填写下列空白：

(1)B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的药品是________。A中反应的离子方程式是________________________

_____________________________________________________。

(2)实验开始时先将止水夹a________(填“打开”或“关闭”)。

(3)一段时间后，待b管收集的H2纯净时，关闭止水夹a，实验现象为___________________________________________________。

(4)实验完毕，打开b处止水夹，放入一部分空气，此时B瓶中发生的反应为___________________________________________。

[解析]　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，产生的H2将Fe2＋压入B中，Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓；因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3，即发生4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。

[答案]　(1)铁屑　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

(2)打开　

(3)A中液体进入B中，且B溶液生成白色沉淀

(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

氮及其化合物的转化

——物质变化与科学探究

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的催化氧化制硝酸等。充分体现了“物质变化与科学探究”的核心素养。

[价态——物质类别坐标]

1．如图是氮元素的各种价态与物质类别的对应关系：

[应用体验]　根据上述图示，完成下列问题：

(1)根据A对应的化合价和物质类别，A的摩尔质量是________，从氮元素的化合价能否发生变化的角度判断，图中既有氧化性又有还原性的化合物有________________________(写出化学式)。

(2)量变引起质变，浓、稀硝酸的性质既相似又有差别，若要除去铁制品表面的铜镀层应使用________，理由是______________。

(3)催化转化装置是汽车尾气(含有CO和NOx等多种有害气体)无害化处理的主要方法，原理是CO与NOx反应生成两种无毒气体，则该反应的化学方程式为__________________________________。

(4)合成法制硝酸是以NH3为原料，经催化氧化后再用水吸收来实现的，若开始时投入17吨NH3，最后生产出的硝酸为42吨，则硝酸的产率是________。

[答案]　(1)108 g·mol－1　NO、NO2、N2O3、HNO2、NaNO2

(2)浓硝酸　常温下，浓硝酸与Cu反应，遇铁钝化

(3)2xCO＋2NOxN2＋2xCO2

(4)66.7%

2．氮的重要化合物间特征转化关系

(1)歧化——同一元素的化合价在同一反应中既升高又降低。

如：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O

(2)归中——同一元素的不同化合价在同一反应中只靠拢。如：6NO＋4NH35N2＋6H2O

NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O

(3)含氮物质的连续氧化

NH3NONO2HNO3。

N2NONO2HNO3。

1．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。]

2．下列转化必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是(　　)

①N2―→NO2　②NO2―→NO　③NO2―→HNO3　

④N2―→NO　⑤N2―→NH3

A．①　 B．②⑤  C．④  D．③④

[答案]　C

3．(新题型)如图是某元素的价类二维图，其中A为正盐，X是一种强碱，通常条件下Z是无色液体，E的相对分子质量比D大16，各物质的转化关系如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．A作肥料时不适合与草木灰混合施用

B．同主族元素的氢化物中B的沸点最低

C．C一般用排水法收集   

D．D→E的反应可用于检验D

B　[正盐A和强碱X反应生成氢化物B，则B为NH3，B和Y连续反应最终生成E，且E的相对分子质量比D大16，则Y为O2，C为N2，D为NO，E为NO2，NO2和无色液体Z反应得到含氧酸F，则Z为H2O，F为HNO3。

铵盐水解使溶液显酸性，草木灰的主要成分为K2CO3，CO水解使溶液显碱性，二者混合施用会降低肥效，A项正确；NH3分子之间存在氢键，其沸点比PH3高，B项错误；N2的相对分子质量与空气的平均相对分子质量相差不大，不能用排空气法收集，可利用其难溶于水的性质，用排水法收集，C项正确；NO生成NO2，颜色由无色变为红棕色，可以检验NO的存在，D项正确。]

4．一定条件下，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NO与Zn的作用实现，则该反应的离子方程式为______________________________________。

[答案]　(1)b、c、d、g、h　a、l

(2)4NH3＋6NO5N2＋6H2O

(3)4Zn＋2NO＋10H＋===4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O

1．设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是______(填序号)。

(1)(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

(2)(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

(3)(2015·全国卷Ⅰ)密闭容器中2 mol NO与1 mol O2充分反应，产物的分子数为2NA

(4)(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

(5)(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

(6)(2012·全国卷)常温常压下，92 g的NO2和N2O4混合气体含有的原子数为6NA

[答案]　 (4)(5)(6)

2．(2018·全国卷Ⅱ，T8)研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关  (如图所示)。下列叙述错误的是 (　　)

A．雾和霾的分散剂相同 

B．雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵 

C．NH3是形成无机颗粒物的催化剂

D．雾霾的形成与过度施用氮肥有关

C　[雾和霾的分散剂均为空气，A项正确；结合图示可知形成雾霾的无机颗粒物中含有NH4NO3和(NH4)2SO4，B项正确；根据图示可知空气中NOx、SO2分别转化为HNO3、H2SO4后，吸收空气中的NH3生成NH4NO3和(NH4)2SO4，即NH3是形成无机颗粒物的反应物，C项错误；过度施用氮肥，会导致空气中挥发的NH3浓度增大，与雾霾的形成有关，D项正确。]

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)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；如果选择B装置制取氨气，则反应的化学方程式为NH3·H2ONH3↑＋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＋6NO27N2＋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管中的压强小于外压，因此产生倒吸现象。

[答案]　(1)①A　2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O(或B　NH3·H2ONH3↑＋H2O)　②dcfei　(2)①红棕色气体慢慢变浅

②8NH3＋6NO27N2＋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