2020版高考一轮复习化学通用版学案：第四章第7课时　点点突破——氮及其重要化合物

第7课时　点点突破——氮及其重要化合物
知识点一　氮及其氧化物
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，溶于水。
(3)N2的化学性质
与氧气反应
N2＋O22NO
与氢气反应
N2＋3H22NH3
与镁反应
3Mg＋N2Mg3N2

2．氮的氧化物
(1)氮有多种价态的氧化物
氧化物的化学式
N2O
NO
N2O3
NO2、N2O4
N2O5
氮元素的价态
＋1
＋2
＋3
＋4
＋5
N2O俗称笑气，有麻醉作用；N2O3是亚硝酸的酸酐；N2O5为硝酸的酸酐。
(2)NO与NO2性质的比较


NO
NO2
氮的价态
＋2价
＋4价
物理性质
色、溶于水的气体
红棕色、有刺激性气味的气体，易液化，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
制法
试剂
Cu和稀HNO3
Cu和浓HNO3
收集
通常用排水法收集
通常用向上排空气法收集

[提醒]　①氮的氧化物都有毒，其中NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。
②验证某无色气体为NO的方法是向无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。
③NO与血红蛋白结合使人中毒。
3．氮氧化物与O2、H2O反应的计算
(1)关系式法
①NO和O2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。
[对点训练]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮属于氮的固定，是化学变化(√)
(2)氮元素有负化合价、正化合价和零价，因而常温下，N2既能与氧气反应，又能与H2反应(×)
(3)在实验室里，NO和NO2均用排水法收集(×)
(4)通过灼热的镁粉，可除N2中的少量氧气(×)
2．下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是(　　)

A．氮元素均被氧化
B．工业合成氨属于人工固氮
C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化
D．碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环
解析：选A　在雷电作用下N2与O2反应生成NO，氮元素被氧化，工业合成氨属于人工固氮，合成氨过程中氮元素被还原，A项错误，B项正确；由题图可看出含氮无机物和含氮有机物可相互转化，C项正确；合成蛋白质的过程中就有碳、氢、氧元素的参与，D项正确。
3．NO因污染空气而“臭名昭著”，而奇妙的作用也使其成为“明星分子”。如可用于制HNO3、肥料、炸药、促进血管扩张、促进免疫功能、增强记忆等。下列各组物质中，不能生成NO的是(　　)
A．Cu＋HNO3(稀)　　　　　 B．N2＋O2
C．NH4Cl＋Ca(OH)2 D．NO2＋H2O
解析：选C　3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，能生成NO；N2＋O22NO，能生成NO；2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋2H2O＋CaCl2，不能生成NO；3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，能生成NO。
4．(2019·沈阳模拟)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。
知识点二　氨和铵盐
1．氨的分子结构与物理性质
电子式
密度
气味
水溶性

比空气
强烈刺激性气味
极易溶于水
(1∶700)

2．氨的化学性质

(1)与水反应
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)与酸的反应
蘸有浓盐酸(或浓硝酸)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。
化学方程式分别为HCl＋NH3===NH4Cl、HNO3＋NH3===NH4NO3。
(3)与盐溶液的反应
如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式：
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
(4)氨气的还原性

性质
方程式
催化氧化
4NH3＋5O24NO＋6H2O
被CuO氧化
2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O
被氯气氧化
2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl
或8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl
被氮氧化物氧化
6NO＋4NH3===5N2＋6H2O
6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O

[提醒]　①NH3是中学化学中唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，可在推断题中作为解题突破口。
②氨水呈碱性，NH3·H2O属于一元弱碱，计算氨水的浓度时，溶质按NH3进行计算。
3．喷泉实验
(1)喷泉实验的原理
使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差，利用大气压将烧瓶下面烧杯中的液体压入烧瓶内，在尖嘴导管口形成喷泉。
(2)形成喷泉的两大类型
①极易溶于水的气体(如NH3、HCl等)与水可形成喷泉。
②能与NaOH溶液反应的气体能形成喷泉。
③常见的能形成喷泉的气体和液体组合。
气体
HCl
NH3
CO2、Cl2、
SO2、H2S
NO2
NO、O2、
(4∶3)
NO2、O2
(4∶1)
吸收剂
水、
NaOH
溶液
水
NaOH
溶液
水
水
水

4．铵盐及NH的检验
(1)铵盐的物理性质
铵盐都是色固体，均溶于水。
(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。
[对点训练]
1．下列说法错误的是(　　)
A．检验溶液中是否含有NH的实验操作是取少量试液于试管中，加入NaOH溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体
B．加热NH4Cl和Ca(OH)2混合物，并将产生的气体通入酚酞溶液中，酚酞溶液变成红色
C．施肥时，草木灰(有效成分为K2CO3)不能与NH4Cl混合使用的原因是K2CO3与NH4Cl反应生成氨气会降低肥效
D．因NH4HCO3受热易分解，所以可用作氮肥
解析：选D　NH与NaOH溶液共热生成氨气，氨气是碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，A正确；NH4Cl与Ca(OH)2混合加热生成氨气，氨气是碱性气体，通入酚酞溶液中，酚酞溶液变成红色，B正确；K2CO3溶于水显碱性，与NH4Cl反应生成氨气会降低肥效，C正确；NH4HCO3中含有氮元素，可用作氮肥，D错误。
2．如下图，利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所做的解释正确的是(　　)

选项
实验现象
解释
A
浓盐酸附近产生白烟
NH3与浓盐酸反应产生了NH4Cl固体
B
浓硫酸附近无明显现象
NH3与浓硫酸不发生反应
C
氯化物溶液变浑浊
该溶液一定是AlCl3溶液
D
干燥红色石蕊试纸不变色，湿润红色石蕊试纸变蓝
NH3是一种可溶性碱

解析：选A　B项，NH3与浓硫酸反应；C项，AlCl3、MgCl2等氯化物溶液均可与NH3反应使溶液变浑浊；D项，NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，氨水呈碱性，NH3·H2O是碱，NH3不属于碱。
3．NH3是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)，下列说法正确的是(　　)

A．NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥
B．NH4Cl、HNO3和Na2CO3受热时都易分解
C．NH3和NO2在一定条件下可发生氧化还原反应
D．图中所涉及的O2都要用纯氧
解析：选C　化肥主要是含农作物生长所需氮、磷、钾的一些物质，NaHCO3不是常用的化肥，A项不正确；Na2CO3受热不易分解，B项不正确；NH3和NO2在一定条件下可以发生氧化还原反应，如生成氮气，C项正确；氨的催化氧化用空气就可以，不一定要用纯氧，D项不正确。
4．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pH＝11的氨水稀释1 000倍，测得pH>8，说明NH3·H2O为弱碱
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丝伸入如图所示的锥形瓶中，瓶口出现少量红棕色气体，说明氨气的氧化产物为NO2
解析：选D　氨气极易溶于水生成氨水，所以将集有氨气的试管倒扣于水槽中，液体迅速充满试管，故A正确；常温下，pH＝11的氨水中c(OH－)＝10－3mol·L－1，稀释1 000倍，测得pH>8，c(OH－)>10－6mol·L－1，说明稀释时电离平衡正向移动，所以NH3·H2O为弱碱，故B正确；碳酸氢铵加热分解为氨气、二氧化碳和水，故C正确；氨气的氧化产物为NO，NO在锥形瓶口与氧气反应生成NO2，所以瓶口出现少量红棕色气体，故D错误。
5．在如图装置中，烧瓶中充满干燥气体a，将滴管中的液体b挤入烧瓶内，轻轻振荡烧瓶，然后打开弹簧夹f，烧杯中的液体b呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶。则a和b分别是(　　)

选项
a(干燥气体)
b(液体)
A
NO2
水
B
CO2
水
C
Cl2
饱和食盐水
D
NH3
1 mol·L－1盐酸

解析：选D　NO2与水反应，生成HNO3和NO，容器内气体减少，气压减小，形成喷泉，但由于NO不溶于水，所以不充满烧瓶，A错误；CO2在水中的溶解度很小，不能形成喷泉，B错误；Cl2不溶于饱和氯化钠溶液，也不与其反应，锥形瓶与烧瓶内压强相等，不能形成喷泉，C错误；NH3与盐酸能发生反应，生成物为氯化铵溶液，烧瓶内压强减小为零，同外界大气压产生压强差，所以形成喷泉，并充满烧瓶，D正确。
知识点三　硝酸、氮的化合物之间的转化
1．硝酸
(1)物理性质
硝酸是无色易挥发的液体，有刺激性气味。
(2)化学性质

①不稳定性
反应的化学方程式：4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑。
②强氧化性
浓、稀硝酸均具有强氧化性，浓度越大，氧化性越强，其还原产物的价态越高。还原产物一般为HNO3(浓)―→NO2，HNO3(稀)―→NO。
与金属
反应
稀硝酸与铜反应的化学方程式：
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
浓硝酸与铜反应的化学方程式：
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
与非
金属
反应
浓硝酸与C反应的化学方程式：
C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
与还原
性化合
物反应
硝酸可氧化Fe2＋、H2S、SO2、Na2SO3、HI等还原性物质。如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式： 3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O

③与有机物反应
a．硝化反应(与苯反应)：
。
b．颜色反应：含苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变色。
[提醒]　①硝酸浓度越大，其还原产物的价态越高。还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO。
②浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红，后褪色，该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性。
③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。
(3)硝酸工业制法的反应原理
①NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO：
4NH3＋5O24NO＋6H2O。
②NO进一步氧化生成NO2：2NO＋O2===2NO2。
③用水吸收NO2生成HNO3：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
(4)硝酸的保存
①保存硝酸：棕色瓶(避光)、玻璃塞(橡胶塞易被氧化)、阴凉处(防热)。
②存放的浓硝酸中，因分解产生的NO2溶于HNO3而使其呈黄色。与工业盐酸中因含Fe3＋而呈黄色易混。
2．含氮元素物质之间的转化关系

(1)歧化——同一物质中某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——不同物质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
[对点训练]
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是(　　)
A．浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色——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褪去——强氧化性
解析：选D　向滴有酚酞的NaOH溶液中滴入硝酸，溶液红色褪去，利用的是硝酸的酸性。
2．关于氮的变化关系如图：

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．上述所有反应都是氧化还原反应
D．上述反应中只有③属于氮的固定
解析：选D　工业上生产硝酸的流程是：氮气和氢气生成氨气，氨气与氧气反应4NH3＋5O24NO＋6H2O(路线①)，一氧化氮与氧气反应2NO＋O2===2NO2(路线②)，二氧化氮被水吸收3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(路线③)，即路线①②③是工业生产硝酸的主要途径，A正确；在放电条件下，氮气和氧气发生化合反应N2＋O22NO(路线Ⅰ)；NO不稳定，易被氧气氧化为二氧化氮2NO＋O2===2NO2(路线Ⅱ)，二氧化氮溶于水生成硝酸3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(路线Ⅲ)，B正确；从氮的变化关系图可知：N的化合价分别为NH3(－3)价、N2(0价)、NO(＋2价)、NO2(＋4价)、HNO3(＋5价)，上述反应都是氧化还原反应，C正确；上述反应中，反应①和Ⅰ为空气中的氮气转变为含氮化合物，符合氮的固定的定义，属于氮的固定，其他反应是氮的化合物之间的转化，不是氮的固定，D错误。
3．(2017·北京高考)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(　　)



①
②
③

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
解析：选D　①中灼热碎玻璃起加热作用，浓硝酸受热分解生成红棕色NO2，硝酸中氮元素化合价降低，必有元素化合价升高，只能为氧元素，因此，还有O2生成，产生的气体为混合气体，A项正确；由①可知，浓硝酸受热分解可生成红棕色气体，所以②中产生的“红棕色气体”不一定是木炭与浓硝酸发生反应产生的，B项正确；③中浓硝酸挥发才能与红热木炭接触，产生的NO2是还原产物，C项正确；红热的木炭还可与空气中的O2反应生成CO2，不一定是木炭与浓硝酸发生反应生成了CO2，D项错误。
4．某化学学习小组采用下列装置，对浓硝酸与木炭的反应进行探究(已知：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O)。

请回答下列问题：
(1)检查装置气密性后，将燃烧匙中的木炭在酒精灯上加热至红热状态，立即伸入三颈瓶中，并塞紧瓶塞，滴加浓硝酸，可观察到三颈瓶中气体的颜色为________，产生该气体的化学反应方程式是________________________________________________________。
(2)装置C中盛有足量Ba(OH)2溶液，反应一段时间后可观察到C中出现白色沉淀，该白色沉淀为________________________________________________________________________
(写化学式)。其中的Ba(OH)2溶液________(填“能”或“不能”)用Ca(OH)2溶液代替，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)装置B的作用是____________________________________________。
(4)装置D中收集到了无色气体，部分同学认为是NO，还有部分同学认为是O2。
①下列对该气体的检验方法合适的是________(填字母)。
A．敞口观察集气瓶内气体的颜色变化
B．将润湿的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内，观察试纸是否变红
C．将带火星的木条伸入集气瓶中，观察木条是否复燃
②如果集气瓶中收集到的无色气体是氧气，则氧气的来源是________________。
(5)若将木炭改为铜片，再用等质量的铜片分别与等体积的浓硝酸、稀硝酸(硝酸均过量)反应时，发现反应后所得溶液前者呈绿色，后者呈蓝色。针对此现象，同学们进行讨论，提出两种意见：①认为两溶液所显颜色不同是由Cu2＋浓度的差异引起的。
②认为前者溶液呈绿色，是因为生成的红棕色NO2溶解于溶液中引起的。
你认为上述意见________(填“①”或“②”)合理。(注：若填①，下题中只答Ⅰ；若填②，下题中只答Ⅱ)
Ⅰ.如果你认为①合理，理由是_________________________________________。
Ⅱ.如果你认为②合理，请设计一个简单的实验进行验证
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)装置A中发生的是浓硝酸与木炭的反应，生成NO2、CO2、H2O，由于NO2为红棕色气体，故三颈瓶中的气体为红棕色。
(2)将NO2、CO2通入Ba(OH)2溶液中分别生成Ba(NO3)2和BaCO3，由于Ba(OH)2溶液足量，故溶液为碱性环境，BaCO3不溶解以沉淀形式析出。Ba(OH)2溶液不能用Ca(OH)2溶液代替，因为Ca(OH)2微溶于水，溶液中Ca(OH)2含量太少，浓度太低，不足以完全吸收生成的酸性气体，导致溶液呈酸性，从而不能生成CaCO3沉淀。
(3)装置B可以防止装置C中酸性气体因溶解速率太快而出现倒吸。
(4)①NO与足量O2反应生成红棕色的NO2，A正确；NO和O2均不具有酸性，B错误；O2能使带火星的木条复燃，而NO不能，C正确。②装置A中除发生木炭与浓硝酸的反应外，还发生浓硝酸的分解反应。
(5)因Cu的质量相等，且浓、稀HNO3均过量，Cu完全反应生成的Cu(NO3)2的浓度相等，溶液中的c(Cu2＋)是一样的，①不合理，②合理。既然②是由红棕色NO2溶于溶液中引起的，只要将NO2除去或者在Cu与稀HNO3反应后的反应器中通入NO2即可验证。
答案：(1)红棕色
C＋4HNO3(浓)4NO2↑＋CO2↑＋2H2O
(2)BaCO3　不能　Ca(OH)2溶液中Ca(OH)2浓度较低，NO2、CO2过量，最终溶液显酸性，不能形成CaCO3沉淀
(3)防倒吸
(4)①AC　②浓硝酸的分解
(5)②　向显蓝色的Cu(NO3)2溶液中通入NO2(或其他合理答案)