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2020版《名师导学》高考新课标化学第一轮总复习讲义：第4章第四节 氮及其化合物
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第四节 氮及其化合物
[高考备考指南]
考纲定位
1.掌握氮元素单质及其重要化合物的主要性质和应用。
2．了解氮元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。
3．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)。
4．了解氮及其重要化合物的制备方法。
核心素养
1.变化观念——分析氮及其化合物的化学反应，预测在一定条件下氮及其化合物可能发生的化学变化。
2．证据推理——收集各种证据对氮及其化合物的性质及其变化提出可能假设，基于证据进行分析推理，证实或证伪假设；能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需的证据和寻找证据的途径。
3．实验探究——发现或提出对氮及其化合物有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。
4．创新意识——能和同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进实验的设想，敢于具有质疑和批判的创新精神。
5．社会责任——关注氮及其化合物的社会热点问题，认识环境保护的重要性，具有可持续发展意识和绿色化学观念。深刻理解化学和环境之间的相互关系。
氮气及氮的氧化物
(对应复习讲义第49页)
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∶N⋮⋮N∶，结构式为N≡N。
①N2与H2反应的化学方程式：N2＋3H22NH3，
N2表现氧化性。
②N2与Mg反应的化学方程式：N2＋3MgMg3N2，N2表现氧化性。
③N2与O2反应的化学方程式：N2＋O22NO，
N2表现还原性。
3．氮的氧化物
氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。
完成下表中NO和NO2的比较：
NO
NO2
物理
性质
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶
与H2O反应
化学
性质
与O2反应
2NO＋O2===
2NO2
－
与H2O
反应
－
3NO2＋H2O===
2HNO3＋NO
[注意] ①NO2与N2O4可相互转化：
2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0
②N2O3、N2O5分别是HNO2、HNO3的酸性氧化物
4．氮氧化物对环境的污染及防治
(1)常见的污染类型
①光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾。
②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。
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。
(2)常见的NOx尾气处理方法
①碱液吸收法
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)，一般适合工业尾气中NOx的处理。
②催化转化法
在催化剂、加热条件下，氨可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)。
(1)N2转化为NO与NO转化为NO2均为氮的固定。( )
(2)N2的性质很稳定是因为氮的非金属性较弱。( )
(3)将1 mol NO与0.5 mol O2混合后分子数为NA。( )
(4)NO2与H2O反应中氧化剂与还原剂的质量比为1∶2。( )
(5)(2016·全国卷Ⅱ)用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO。( )
[提示] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
角度1 氮及其氧化物的性质及应用
1．将空气中的氮气转化成氮的化合物的过程称为固氮。能实现人工固氮的是( )
A．雷雨天闪电
B．NH3催化氧化制NO
C．豆科植物根瘤菌
D．工业合成氨
D [A、C为自然固氮；B项不属于固氮。]
2．在进行NO2溶于水的实验时有如图所示操作。
(1)将充满NO2的试管倒扣在盛有水的水槽中，可观察到的现象是：红棕色气体逐渐变为无色，水位上升，最后水充满整个试管的。化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
(2)当向试管中通入O2，现象是无色气体又变为红棕色气体，
试管内液面上升至充满，继续通O2试管内液面又下降。
角度2 氮的氧化物对环境的影响
3．(2019·大连模拟)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。汽车尾气装置中，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＋4CO4CO2＋N2
D [A项，反应中NO、O2均为氧化剂，N2为还原产物；B项，N2不是污染成分；C项，NO与O2没有催化剂存在下就可以发生反应。]
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)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，NO2中氮的化合价为＋4，二者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，即为NaNO2。
[答案] (1)1∶3
(2)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
②NaNO2
硝酸
(对应复习讲义第50页)
1．硝酸的物理性质
硝酸是无色、易挥发的液体，有刺激性气味，能与水以任意比例混溶。
2．硝酸的化学性质
(1)不稳定性
①反应：4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑。
②市售浓硝酸呈黄色的原因是：硝酸分解生成的NO2溶解在硝酸里。消除黄色的方法是：向浓HNO3中通入适量O2。
③硝酸保存在棕色试剂瓶中，置于冷暗处，不能用橡胶塞。
(2)强氧化性
不论浓、稀硝酸都有强氧化性，而且浓度越大氧化性越强。
①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。
②与非金属反应。
如浓硝酸与木炭反应的化学方程式：
C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
③与还原性化合物反应。
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等还原性物质。
如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：
3Fe2＋＋NO＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
3．硝酸工业制法的反应原理
(1)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO
4NH3＋5O24NO＋6H2O。
(2)NO进一步氧化生成NO2
2NO＋O2===2NO2。
(3)用水吸收NO2生成HNO3
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
[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试液先变红，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。
硝酸与金属反应的计算方法技巧
1．原子守恒法
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO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．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．离子方程式计算法
金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。
【例】 (2019·三门峡模拟)足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5 mol·L－1NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是( )
A．60 mL B．45 mL
C．30 mL D．15 mL
[思路点拨] HNO3HNO3，则Cu失去的电子数与O2得到的电子数相等，即n(Cu)＝2n(O2)＝2×＝0.15 mol。根据质量守恒及NaOH和Cu(NO3)2的反应可得关系式：n(NaOH)＝2n[Cu(NO3)2]＝2n(Cu)＝0.3 mol，则V(NaOH)＝＝0.06 L＝60 mL。
[答案] A
[母题变式] (1)参加反应的Cu的质量为________g
(2)铜与浓HNO3反应的过程中转移的电子为________mol。
[答案] (1)9.6 (2)0.3
[对点训练]
将Mg、Cu组成的m g混合物投入适量稀HNO3中恰好完全反应，固体完全溶解时收集到的还原产物NO气体为0.896 L(标准状况)，向反应后的溶液中加入2 mol·L－1 NaOH溶液60 mL时金属离子恰好沉淀完全，则形成沉淀的质量为( )
A．(m＋2.28) g B．(m＋2.04) g
C．(m＋3.32) g D．(m＋4.34) g
B [利用守恒法解答，当金属离子恰好沉淀时，m(沉淀)＝m(金属)＋m(OH－)，守恒的巧妙之处在于，n(OH－)＝n(金属失去的电子)＝n(NO得到的电子)＝3×0.896 L/22.4 L·mol－1＝0.12 mol，m(沉淀)＝m(金属)＋m(OH－)＝m g＋0.12 mol×17 g·mol－1＝(m＋2.04) g，B正确。]
角度1 硝酸的性质及应用
1．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好，因反应速率快
D．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价降到＋4价，每个氮原子只得1个电子，稀HNO3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，生成的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。]
2．下列有关硝酸性质的叙述中，正确的是( )
A．浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色
B．足量Zn与浓HNO3反应最终产生的气体成分中含有H2
C．稀HNO3溶液中Fe3＋、SO、I－、Cl－、Fe2＋可以共存
D．稀HNO3与FeO反应时HNO3既表现氧化性又表现酸性
D [A项，浓HNO3具有强氧化性，能使红色褪去；B项，HNO3与金属反应不可能生成H2；C项，SO、I－、Fe2＋与HNO3均反应，不能共存；D项，生成Fe(NO3)3表现酸性，生成NO表现氧化性。]
角度2 硝酸的氧化性实验探究
3．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] 分析的关键是要防止装置中的O2对NO检验的干扰。
[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 氨和铵盐的性质及应用
(对应复习讲义第51页)
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，液氨可作制冷剂，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
氨气溶于水呈碱性原因的方程式为NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－。
②氨气与酸反应
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HNO3，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。
2．铵盐的性质与检验
(1)铵盐的物理性质
铵盐都是无色固体，均易溶于水。
(2)铵盐的化学性质
受热分解NH4ClNH4HCO3NH4HCO3NH3↑＋CO2↑＋H2O
与NaOH溶液 共热NH＋OH－NH3↑＋H2O
(用离子方程式表示)
(3)NH的检验
(4)装有NH4Cl的长试管，用酒精灯对NH4Cl进行加热，现象为固体逐渐变少，试管口部有大量晶体形成。
(1)将1 mol NH3通入100 g水中，溶液中溶质的质量分数约为14.5%。( )
(2)氨水呈碱性，故NH3为碱。( )
(3)氨气的还原性可以解释氨气与氯化氢的反应实验。( )
(4)所有铵盐均易溶于水，其水溶液均呈酸性。( )
(5)NH3的催化氧化体现了NH3的还原性。( )
[提示] (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√
角度1 喷泉实验问题分析
1．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．在装置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，不能使烧瓶内外形成较大压强差，故不能引发喷泉。]
2．如图装置中，干燥烧瓶内盛有某种气体(标准状况下)，烧杯和滴管内盛放某种溶液。挤压滴管的胶头，下列与实验事实不相符的是________(填序号)。
①CO2(NaHCO3溶液)/无色喷泉
②NH3(H2O中含酚酞)/红色喷泉
③H2S(CuSO4溶液)/黑色喷泉
④HCl(AgNO3溶液)/白色喷泉
⑤NO2(H2O)/充满烧瓶
⑥Cl2(NaOH溶液)/充满烧瓶
⑦HCl(H2O)/溶液浓度为 mol/L
[解析] ①CO2不溶于NaHCO3溶液，不能形成喷泉；⑤NO2与H2O反应生成NO气体，不能充满烧瓶。
[答案] ①⑤
喷泉实验
(1)喷泉实验的原理
由于容器内外产生压强差而形成喷泉。气体迅速溶于水或某种溶液中，容器内压强小于容器外压强，从而产生喷泉。
(2)下面是几种常见的能形成喷泉的气体和液体
气体
HCl
NH3
CO2、Cl2、
SO2、H2S
NO2
NO、
O2(4∶3)
吸收剂
水、NaOH
溶液
水
NaOH溶液
水
水
(3)常见的喷泉实验装置及引发方法
装置Ⅰ：打开止水夹，挤压胶头滴管的胶头，使少量水进入烧瓶，导致大量的NH3溶解。烧瓶内形成负压而产生喷泉。
装置Ⅱ：挤压气球，即可使少量的溶液沿导管进入烧瓶，导致大量的NH3溶解，烧瓶内形成负压而产生喷泉。
装置Ⅲ：去掉了胶头滴管。打开止水夹，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨气受热膨胀，使氨气通过导管与水接触，即产生喷泉。(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶，烧瓶内氨气溶于水)
角度2 氨、铵盐的性质及应用
3．(2019·松江模拟)某同学探究氨和铵盐的性质，对相关实验操作及现象描述正确的是( )
A．室温下测定等浓度氨水和NaOH溶液的pH，比较氨水和NaOH碱性强弱
B．将氨水缓慢滴入AlCl3溶液中，研究Al(OH)3的两性
C．将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近，观察到白烟
D．加热除去NH4Cl中的少量NaHCO3
A [A项，pH越大，碱性越强；B项，Al(OH)3不溶于氨水；C项，浓硫酸稳定，不能形成白烟；D项，NH4Cl加热也分解，且NaHCO3加热后生成的Na2CO3不易除去。]
4．下列说法中正确的是( )
A．所有铵盐受热均可以分解，但产物不一定有NH3
B．加热可除去NH4Cl中的少量NaHCO3C.在盛有硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液的试管中，滴加少量NaOH溶液，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验，试纸变蓝
D．铵盐都易溶于水，其水溶液均呈酸性
A [铵盐分解不一定产生氨气，如NH4NO3在400 ℃以上分解生成N2、NO2和H2O，A项对；Fe2＋比NH更易结合OH－，因而加入少量NaOH不会产生NH3，C项错；NH4HCO3、(NH4)2S等溶液均呈碱性，D项错。] 氨气的实验室制法及性质探究
(对应复习讲义第53页)
1．NH3的一般实验室制法
2．两种简易制备方法
(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。
1．(教材改编题)下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是( )
A．①② B．②③
C．③④ D．①③
D [①中NH4Cl分解生成的NH3与HCl在管口又反应生成NH4Cl；③中管口应朝下不能朝上。]
2．(2017·全国卷Ⅰ)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。
回答下列问题：
(1)a的作用是________________。
(2)b中放入少量碎瓷片的目的是________________。f的名称是________。
(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是________________________________________________________________________；
打开k2放掉水。重复操作2～3次。
(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。打开k1，加热b，使水蒸气进入e。
①d中保留少量水的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②e中主要反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
e采用中空双层玻璃瓶的作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L－1的盐酸V mL，则样品中氮的质量分数为________%，样品的纯度≤________%。
[解析] (1)加热水蒸气时，若关闭k1，b中压强增大，a可起安全管的作用，防止烧瓶内压强过大，造成事故。
(2)碎瓷片可防止蒸馏水在加热时暴沸；f是直形冷凝管。
(3)关闭k1后形成密封体系，水蒸气冷凝，管路内形成负压，导致g中水倒吸入c中。
(4)①d中保留少量水可以起到液封作用，防止生成的NH3逸出。
②铵盐与碱在加热条件下反应生成氨气，离子方程式为NH＋OH－NH3↑＋H2O。e采用中空双层玻璃瓶可起到保温作用，使生成的氨气尽可能地逸出，以减小实验误差。
(5)由题给化学方程式：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3、NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3，根据氮原子守恒可得关系式：C2H5NO2～N～HCl。n(C2H5NO2)＝n(N)＝n(HCl)＝cV×10－3 mol，则样品中氮的质量分数为×100%＝%；样品的纯度≤×100%＝%。
[答案] (1)避免b中压强过大 (2)防止暴沸 直形冷凝管 (3)c中温度下降，管路中形成负压 (4)①液封，防止氨气逸出 ②NH＋OH－NH3↑＋H2O 保温使氨完全蒸出
(5)
第四节 氮及其化合物
[高考备考指南]
考纲定位
1.掌握氮元素单质及其重要化合物的主要性质和应用。
2．了解氮元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。
3．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)。
4．了解氮及其重要化合物的制备方法。
核心素养
1.变化观念——分析氮及其化合物的化学反应，预测在一定条件下氮及其化合物可能发生的化学变化。
2．证据推理——收集各种证据对氮及其化合物的性质及其变化提出可能假设，基于证据进行分析推理，证实或证伪假设；能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需的证据和寻找证据的途径。
3．实验探究——发现或提出对氮及其化合物有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。
4．创新意识——能和同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进实验的设想，敢于具有质疑和批判的创新精神。
5．社会责任——关注氮及其化合物的社会热点问题，认识环境保护的重要性，具有可持续发展意识和绿色化学观念。深刻理解化学和环境之间的相互关系。
氮气及氮的氧化物
(对应复习讲义第49页)
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∶N⋮⋮N∶，结构式为N≡N。
①N2与H2反应的化学方程式：N2＋3H22NH3，
N2表现氧化性。
②N2与Mg反应的化学方程式：N2＋3MgMg3N2，N2表现氧化性。
③N2与O2反应的化学方程式：N2＋O22NO，
N2表现还原性。
3．氮的氧化物
氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。
完成下表中NO和NO2的比较：
NO
NO2
物理
性质
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶
与H2O反应
化学
性质
与O2反应
2NO＋O2===
2NO2
－
与H2O
反应
－
3NO2＋H2O===
2HNO3＋NO
[注意] ①NO2与N2O4可相互转化：
2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0
②N2O3、N2O5分别是HNO2、HNO3的酸性氧化物
4．氮氧化物对环境的污染及防治
(1)常见的污染类型
①光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾。
②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。
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。
(2)常见的NOx尾气处理方法
①碱液吸收法
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)，一般适合工业尾气中NOx的处理。
②催化转化法
在催化剂、加热条件下，氨可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)。
(1)N2转化为NO与NO转化为NO2均为氮的固定。( )
(2)N2的性质很稳定是因为氮的非金属性较弱。( )
(3)将1 mol NO与0.5 mol O2混合后分子数为NA。( )
(4)NO2与H2O反应中氧化剂与还原剂的质量比为1∶2。( )
(5)(2016·全国卷Ⅱ)用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO。( )
[提示] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
角度1 氮及其氧化物的性质及应用
1．将空气中的氮气转化成氮的化合物的过程称为固氮。能实现人工固氮的是( )
A．雷雨天闪电
B．NH3催化氧化制NO
C．豆科植物根瘤菌
D．工业合成氨
D [A、C为自然固氮；B项不属于固氮。]
2．在进行NO2溶于水的实验时有如图所示操作。
(1)将充满NO2的试管倒扣在盛有水的水槽中，可观察到的现象是：红棕色气体逐渐变为无色，水位上升，最后水充满整个试管的。化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
(2)当向试管中通入O2，现象是无色气体又变为红棕色气体，
试管内液面上升至充满，继续通O2试管内液面又下降。
角度2 氮的氧化物对环境的影响
3．(2019·大连模拟)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。汽车尾气装置中，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＋4CO4CO2＋N2
D [A项，反应中NO、O2均为氧化剂，N2为还原产物；B项，N2不是污染成分；C项，NO与O2没有催化剂存在下就可以发生反应。]
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)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，NO2中氮的化合价为＋4，二者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，即为NaNO2。
[答案] (1)1∶3
(2)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
②NaNO2
硝酸
(对应复习讲义第50页)
1．硝酸的物理性质
硝酸是无色、易挥发的液体，有刺激性气味，能与水以任意比例混溶。
2．硝酸的化学性质
(1)不稳定性
①反应：4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑。
②市售浓硝酸呈黄色的原因是：硝酸分解生成的NO2溶解在硝酸里。消除黄色的方法是：向浓HNO3中通入适量O2。
③硝酸保存在棕色试剂瓶中，置于冷暗处，不能用橡胶塞。
(2)强氧化性
不论浓、稀硝酸都有强氧化性，而且浓度越大氧化性越强。
①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。
②与非金属反应。
如浓硝酸与木炭反应的化学方程式：
C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
③与还原性化合物反应。
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等还原性物质。
如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：
3Fe2＋＋NO＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
3．硝酸工业制法的反应原理
(1)NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO
4NH3＋5O24NO＋6H2O。
(2)NO进一步氧化生成NO2
2NO＋O2===2NO2。
(3)用水吸收NO2生成HNO3
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
[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试液先变红，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。
硝酸与金属反应的计算方法技巧
1．原子守恒法
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO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．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．离子方程式计算法
金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。
【例】 (2019·三门峡模拟)足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5 mol·L－1NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是( )
A．60 mL B．45 mL
C．30 mL D．15 mL
[思路点拨] HNO3HNO3，则Cu失去的电子数与O2得到的电子数相等，即n(Cu)＝2n(O2)＝2×＝0.15 mol。根据质量守恒及NaOH和Cu(NO3)2的反应可得关系式：n(NaOH)＝2n[Cu(NO3)2]＝2n(Cu)＝0.3 mol，则V(NaOH)＝＝0.06 L＝60 mL。
[答案] A
[母题变式] (1)参加反应的Cu的质量为________g
(2)铜与浓HNO3反应的过程中转移的电子为________mol。
[答案] (1)9.6 (2)0.3
[对点训练]
将Mg、Cu组成的m g混合物投入适量稀HNO3中恰好完全反应，固体完全溶解时收集到的还原产物NO气体为0.896 L(标准状况)，向反应后的溶液中加入2 mol·L－1 NaOH溶液60 mL时金属离子恰好沉淀完全，则形成沉淀的质量为( )
A．(m＋2.28) g B．(m＋2.04) g
C．(m＋3.32) g D．(m＋4.34) g
B [利用守恒法解答，当金属离子恰好沉淀时，m(沉淀)＝m(金属)＋m(OH－)，守恒的巧妙之处在于，n(OH－)＝n(金属失去的电子)＝n(NO得到的电子)＝3×0.896 L/22.4 L·mol－1＝0.12 mol，m(沉淀)＝m(金属)＋m(OH－)＝m g＋0.12 mol×17 g·mol－1＝(m＋2.04) g，B正确。]
角度1 硝酸的性质及应用
1．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好，因反应速率快
D．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价降到＋4价，每个氮原子只得1个电子，稀HNO3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，生成的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。]
2．下列有关硝酸性质的叙述中，正确的是( )
A．浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色
B．足量Zn与浓HNO3反应最终产生的气体成分中含有H2
C．稀HNO3溶液中Fe3＋、SO、I－、Cl－、Fe2＋可以共存
D．稀HNO3与FeO反应时HNO3既表现氧化性又表现酸性
D [A项，浓HNO3具有强氧化性，能使红色褪去；B项，HNO3与金属反应不可能生成H2；C项，SO、I－、Fe2＋与HNO3均反应，不能共存；D项，生成Fe(NO3)3表现酸性，生成NO表现氧化性。]
角度2 硝酸的氧化性实验探究
3．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] 分析的关键是要防止装置中的O2对NO检验的干扰。
[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 氨和铵盐的性质及应用
(对应复习讲义第51页)
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，液氨可作制冷剂，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
氨气溶于水呈碱性原因的方程式为NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－。
②氨气与酸反应
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HNO3，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。
2．铵盐的性质与检验
(1)铵盐的物理性质
铵盐都是无色固体，均易溶于水。
(2)铵盐的化学性质
受热分解NH4ClNH4HCO3NH4HCO3NH3↑＋CO2↑＋H2O
与NaOH溶液 共热NH＋OH－NH3↑＋H2O
(用离子方程式表示)
(3)NH的检验
(4)装有NH4Cl的长试管，用酒精灯对NH4Cl进行加热，现象为固体逐渐变少，试管口部有大量晶体形成。
(1)将1 mol NH3通入100 g水中，溶液中溶质的质量分数约为14.5%。( )
(2)氨水呈碱性，故NH3为碱。( )
(3)氨气的还原性可以解释氨气与氯化氢的反应实验。( )
(4)所有铵盐均易溶于水，其水溶液均呈酸性。( )
(5)NH3的催化氧化体现了NH3的还原性。( )
[提示] (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√
角度1 喷泉实验问题分析
1．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．在装置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，不能使烧瓶内外形成较大压强差，故不能引发喷泉。]
2．如图装置中，干燥烧瓶内盛有某种气体(标准状况下)，烧杯和滴管内盛放某种溶液。挤压滴管的胶头，下列与实验事实不相符的是________(填序号)。
①CO2(NaHCO3溶液)/无色喷泉
②NH3(H2O中含酚酞)/红色喷泉
③H2S(CuSO4溶液)/黑色喷泉
④HCl(AgNO3溶液)/白色喷泉
⑤NO2(H2O)/充满烧瓶
⑥Cl2(NaOH溶液)/充满烧瓶
⑦HCl(H2O)/溶液浓度为 mol/L
[解析] ①CO2不溶于NaHCO3溶液，不能形成喷泉；⑤NO2与H2O反应生成NO气体，不能充满烧瓶。
[答案] ①⑤
喷泉实验
(1)喷泉实验的原理
由于容器内外产生压强差而形成喷泉。气体迅速溶于水或某种溶液中，容器内压强小于容器外压强，从而产生喷泉。
(2)下面是几种常见的能形成喷泉的气体和液体
气体
HCl
NH3
CO2、Cl2、
SO2、H2S
NO2
NO、
O2(4∶3)
吸收剂
水、NaOH
溶液
水
NaOH溶液
水
水
(3)常见的喷泉实验装置及引发方法
装置Ⅰ：打开止水夹，挤压胶头滴管的胶头，使少量水进入烧瓶，导致大量的NH3溶解。烧瓶内形成负压而产生喷泉。
装置Ⅱ：挤压气球，即可使少量的溶液沿导管进入烧瓶，导致大量的NH3溶解，烧瓶内形成负压而产生喷泉。
装置Ⅲ：去掉了胶头滴管。打开止水夹，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨气受热膨胀，使氨气通过导管与水接触，即产生喷泉。(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶，烧瓶内氨气溶于水)
角度2 氨、铵盐的性质及应用
3．(2019·松江模拟)某同学探究氨和铵盐的性质，对相关实验操作及现象描述正确的是( )
A．室温下测定等浓度氨水和NaOH溶液的pH，比较氨水和NaOH碱性强弱
B．将氨水缓慢滴入AlCl3溶液中，研究Al(OH)3的两性
C．将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近，观察到白烟
D．加热除去NH4Cl中的少量NaHCO3
A [A项，pH越大，碱性越强；B项，Al(OH)3不溶于氨水；C项，浓硫酸稳定，不能形成白烟；D项，NH4Cl加热也分解，且NaHCO3加热后生成的Na2CO3不易除去。]
4．下列说法中正确的是( )
A．所有铵盐受热均可以分解，但产物不一定有NH3
B．加热可除去NH4Cl中的少量NaHCO3C.在盛有硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液的试管中，滴加少量NaOH溶液，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验，试纸变蓝
D．铵盐都易溶于水，其水溶液均呈酸性
A [铵盐分解不一定产生氨气，如NH4NO3在400 ℃以上分解生成N2、NO2和H2O，A项对；Fe2＋比NH更易结合OH－，因而加入少量NaOH不会产生NH3，C项错；NH4HCO3、(NH4)2S等溶液均呈碱性，D项错。] 氨气的实验室制法及性质探究
(对应复习讲义第53页)
1．NH3的一般实验室制法
2．两种简易制备方法
(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。
1．(教材改编题)下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是( )
A．①② B．②③
C．③④ D．①③
D [①中NH4Cl分解生成的NH3与HCl在管口又反应生成NH4Cl；③中管口应朝下不能朝上。]
2．(2017·全国卷Ⅰ)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。
回答下列问题：
(1)a的作用是________________。
(2)b中放入少量碎瓷片的目的是________________。f的名称是________。
(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是________________________________________________________________________；
打开k2放掉水。重复操作2～3次。
(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。打开k1，加热b，使水蒸气进入e。
①d中保留少量水的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②e中主要反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
e采用中空双层玻璃瓶的作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L－1的盐酸V mL，则样品中氮的质量分数为________%，样品的纯度≤________%。
[解析] (1)加热水蒸气时，若关闭k1，b中压强增大，a可起安全管的作用，防止烧瓶内压强过大，造成事故。
(2)碎瓷片可防止蒸馏水在加热时暴沸；f是直形冷凝管。
(3)关闭k1后形成密封体系，水蒸气冷凝，管路内形成负压，导致g中水倒吸入c中。
(4)①d中保留少量水可以起到液封作用，防止生成的NH3逸出。
②铵盐与碱在加热条件下反应生成氨气，离子方程式为NH＋OH－NH3↑＋H2O。e采用中空双层玻璃瓶可起到保温作用，使生成的氨气尽可能地逸出，以减小实验误差。
(5)由题给化学方程式：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3、NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3，根据氮原子守恒可得关系式：C2H5NO2～N～HCl。n(C2H5NO2)＝n(N)＝n(HCl)＝cV×10－3 mol，则样品中氮的质量分数为×100%＝%；样品的纯度≤×100%＝%。
[答案] (1)避免b中压强过大 (2)防止暴沸 直形冷凝管 (3)c中温度下降，管路中形成负压 (4)①液封，防止氨气逸出 ②NH＋OH－NH3↑＋H2O 保温使氨完全蒸出
(5)
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