氮气及含氮化合物的性质和应用

含氮化合物的性质和应用
一）氮气
1. 性质：无色无味、难溶于水的气体。

空气中78%（体积分数）是氮气。

氮分子（N2）为双原子分子，结构稳定，决定了氮气性质的稳定性，常温下氮气很稳定，很难与其它物质发生反应，因此，生产上常用氮气作保护气。

但这种稳定是相对的，在一定条件下（如高温、放电等），也能跟某些物质（如氧气、氢气等）发生反应。

N2 + O2
2NO
N2 + 3H
2
2NH3
2. 固氮作用：游离态氮转变为化合态氮的方法。

途径举例
自然固氮→ 闪电时，N2 转化为NO
生物固氮→ 豆科作物根瘤菌将N2 转化为化合态氮
工业固氮→ 工业上用N2 和H2合成氨气
二）氮的氧化物（NO和NO2）
氮的氧化物是大气污染气体，常用碱（NaOH溶液）吸收
2. 规律总结
氮的氧化物溶于水的几种情况
（1）NO2溶于水时可依据反应3NO2＋H2O2HNO3＋NO，进行计算。

（2）NO2和O2的混合气体溶于水，由4NO2＋O2＋2H2O4HNO3可知当体积比
（3）NO和O2同时通入水中时，其反应是：4NO+2O24NO2，4NO2+O2+2H2O4HNO3，总反应式为：4NO+3O2+2H2O4HNO3。

当体积比V（NO）：V（O2）= 4：3时，恰好完全反应
> 4：3时，剩余气体为NO
< 4：3时，剩余气体为O2
（4）NO、NO2、O2三种混合气体通入水中，可先按（1）求出NO2与H2O反应生成的NO的体积，再加上原混合气体中的NO的体积即为NO的总体积，再按（3）方法进行计算。

【典型例题】
例1. 在NO2与水的反应中，NO2的作用（）
A. 是还原剂
B. 是氧化剂
C. 既是氧化剂又是还原剂
D. 既不是氧化剂又不是还原剂
【解析】该题考查NO2与水的反应，该反应中，NO2一部分作氧化剂，一部分作还原剂，属于歧化反应。

【答案】C
例2. 在体积为V L的密闭容器中通入a mol NO和b mol O2，反应后容器内氮原子数和氧原子数之比为（）
A. a/b
B. a/2b
C. a/（a+2b）
D. a/2（a+b）
【答案】C
例3. 下列四组混合气体（体积比）为①NO2∶O2＝2∶1 ②NO∶O2＝2∶1 ③NH3∶O2＝2∶1 ④NO2∶NO∶O2＝1∶1∶1，将分别盛满上述各种气体的容积相等的四支试管倒置于盛有水的水槽中，最后试管内液面由低到高顺序正确的是（）
A. ④③②①
B. ④①②③
C. ③①④②
D. ③②①④
【解析】这是一道有关氮的氧化物溶于水的体积计算，根据反应方程式计算：
①：4NO2+O2+2H2O4HNO3 ②：4NO+3O2+2H2O4HNO3
2 1/2 所以剩余气体体积为1/2 4/
3 1 所以剩余体积为2/3
③：氨气全部溶于水，所以剩余气体体积为1 ④：NO + NO2 + O2 + H2O =2 HNO3
无气体剩余【答案】D
例4.（1）充满NO2和O2混合气体10mL的试管，倒立在盛有水的水槽中，最后剩余lmL 气体。

问原混合气体中NO2和O2的体积各占多少？
【答】原混合气体中NO2和O2的体积分别是7.2mL和2.8mL或8.6mL和1.4mL。

例5. 汽车尾气（含有烃类、CO、SO2与NO等物质）是城市空气的污染源。

治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金作催化剂）。

它的特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。

（1）写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式
（2）“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高空气的酸度，其原因是
（3）控制城市空气污染源的方法可以有（多选扣分）
a. 开发氢能源
b. 使用电动车
c. 植树造林
d. 戴上呼吸面具
【答案】（1）2CO + 2NO 催化剂2CO2 + N2，（2）SO2转化成SO3，产生硫酸酸雾。

（3）a、b。

四）氨气的物理性质：
①氨气是无色、有刺激性气味的气体。

②在标准状况下，密度是0.771g·L－1，比空气小。

③氨易液化，液氨气化时要吸收大量的热，使周围温度急剧下降，所以液氨可作致冷剂。

④氨极易溶于水，常温常压下，1体积水中大约可溶解700体积的氨气。

氨的水溶液称作氨水。

五）氨的化学性质：
（1）氨溶于水时，大部分氨分子和水分子形成一水合氨分子（NH3·H2O）。

一水合氨分子（NH3·H2O）不稳定，受热时分解为氨气和水。

NH
3
+ H2O NH3·H2O
NH
3
·H2O NH4+ + OH－
氨水显弱碱性。

名称液氨氨水
形成氨降温加压
液化
氨溶于水
物质分类纯净物混合物
成分NH3NH3、NH3·H2O、H2O、NH4+、OH－
（2）氨具有弱碱性，可以与酸（硫酸、硝酸、盐酸等）反应，生成铵盐。

NH3 + H+ = NH4+
HCl + NH3 = NH4Cl （大量白烟）与硝酸反应现象一样
H2SO4 + 2NH3 =（NH4）2SO4反应无现象
（3）与氧气反应（具有还原性）
氨气在催化剂（如铂等）、加热的条件下，生成一氧化氮和水，并放出热量。

此反应是放热反应，是工业制硝酸的基础。

4NH3 + 5O2催化剂
△
4NO + 6H2O
（4）有还原性：2NH3 +3 Cl2 =6 HCl + N2
（5）NH3的实验室制法：①铵盐与碱反应
②将浓氨水滴加到碱石灰等干燥剂中
③加热浓氨水
（6）NH3的检验：①用湿润的红色石蕊试纸检验，试纸变蓝；②用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近瓶口，有白烟生成。

六）铵盐：由铵根离子和酸根离子构成的盐。

如：硫酸铵【（NH4）2SO4 ，俗称硫铵，又称肥田粉】，氯化铵【NH4Cl，俗称氯铵】，硝酸铵【NH4NO3，俗称硝铵】，碳酸氢铵【NH4HCO3，俗称碳铵】，它们都是白色、易溶于水的晶体。

铵盐属于铵态氮肥。

常用氮肥还有尿素【CO（NH2）2】
铵盐的通性：
①铵盐受热易分解：
NH4Cl △NH3↑+ HCl↑
NH4HCO3△NH3↑+ H2O + CO2↑
②铵盐能与碱反应放出氨气：
NH4Cl + NaOH △NaCl + NH3↑+ H2O
▲铵态氮肥，要避免与碱性肥料混合施用。

③NH4+的检验：取试样，加浓的NaOH溶液，加热，产生的气体用湿润的红色石蕊试纸检验，试纸变蓝。

【典型例题】
例1. 对于氨水的组成的叙述正确的是（）
A. 只含有氨分子和水分子
B. 只含有一水合氨分子和水分子
C. 只含有氨分子、水分子和一水合氨分子
D. 含有氨分子、水分子、一水合氨分子、铵根离子和氢氧根离子
+ H2O NH3·H2O
【解析】氨溶于水发生的反应：NH
·H2O NH4+ + OH－均为可逆反应，所以答案为D
NH
【答案】D
例2. 质量分数为35％的氨水，与等体积的水混合后所得溶液的质量分数为（）
A. 17.5％
B. 大于17.5％
C. 小于17.5％
D. 无法确定
【解析】因为氨水的密度小于水的密度，所以等体积的水和氨水，水的质量大于氨水的质量，所以混合液的质量分数小于17.5％
【答案】C
例3. 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（）
【解析】实验室制取氨气可以用以下方法：①铵盐与碱反应 ②将浓氨水滴加到碱石灰等干燥剂中 ③加热浓氨水。

A 选项有些同学会认为正确，其实NH 4Cl 加热分解，但在管口又冷凝化合，所以不会放出氨气；C 选项固体加热试管口应略向下。

【答案】AC
例4. 以下各种尾气吸收装置中，适合于吸收氨气，而且能防止倒吸的是（ ）
【解析】氨气极易溶于水，所以吸收氨气要有防倒吸装置，A 选项错，因为气体不能通入密封体系中，B ，C ，D 装置都可以用来防倒吸，但C 装置中的倒置漏斗边缘应与水面相平，不能浸到液面下。

所以答案为B D
【答案】BD
例5. 把a L 含（NH 4）2SO 4和NH 4NO 3的混合液分成两等份，一份用b mol NaOH 刚好把
NH 3全部赶出，另一份与BaCl 2溶液完全反应，消耗c mol BaCl 2。

则原溶液中NO -3的物质
的量浓度（单位mol·L －
1）为 A. a c b 2- B. a c b 42- C. a c b -2 D. a
c b 22- 【解析】设平分后各含（NH 4）2SO 4的物质的量为x ，NH 4NO 3的物质的量为y ，则有： ⎩
⎨⎧==+c x b y x 2 解得：y =（b －2c ）mol 所以原溶液中c （NO -3）的浓度为L a mol y 2=a
c b 42-mol·L －1。

【答案】B
例6. 根据下图装置进行实验，回答下列问题：
液C
（1）在受热的试管A中Na2O2发生反应的化学方程式为：①________，②________。

（2）被加热的铂丝处发生的化学方程式为：___________________________________。

（3）B中出现的现象为：___________________________________________________。

（4）烧杯C中发生的现象为________________________________________________。

（5）B管、烧杯C中可能发生的主要反应方程式为____________________________。

【解析】此题考查了学生对基本反应的掌握程度，分析时从NH4HCO3分解开始入手，得到NH3、H2O、CO2，再依次发生各步反应。

【答案】：（1）①2H2O+2Na2O2＝4NaOH+O2↑ ②2CO2+2Na2O2＝2Na2CO3+O2
（2）4NH3+5O24NO+6H2O （3）出现红棕色气体
（4）紫色石蕊试液变红（5）2NO+O2＝2NO2；4NO2+O2+2H2O＝4HNO3
七）硝酸的性质
1、纯硝酸是______色，易_______、有________气味的______体，密度比水大，易溶于水，98% 以上的浓硝酸通常称作____________，常用的浓硝酸的质量分数为69%。

2、化学性质
（1）强酸性：稀硝酸具有酸的通性，但与金属反应不产生气体_______
浓硝酸遇到紫色石蕊试液会________________________
（2）不稳定性，其反应方程式为_______________________，因此硝酸应该保存在_______________________，久置的硝酸呈______色。

（3）强氧化性：Cu与浓硝酸的反应______________________________
Cu 与稀硝酸的反应______________________________
C与浓硝酸的反应________________________________
常温下使Al、Fe__________，除此之外____________也能发生此现象。

【模拟试题】（答题时间：60分钟）
一、选择题
1. 光化学烟雾是一次污染物（如氮的氧化物、碳氢化合物等）发生光化学反应后生成的二次污染物，主要含有臭氧、过氧硝酸酯等。

下列有关光化学烟雾的说法不正确的是（）
A. 光化学烟雾具有氧化性
B. 汽车尾气是造成光化学烟雾的主要原因之一
C. 光化学烟雾对人体没有危害
D. 光化学烟雾一般出现在强日照条件下
2. 在常温常压下，下列各组气体不能共存的是（）
A. SO2与O2
B. NO2与NO
C. O2与N2
D. NO与O2
3. 如图所示，试管中盛装的是红棕色气体（可能是混合物），当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，原来试管中盛装的不可能是（）
A. N2与NO2的混和气体
B. O2与NO2的混和气体
C. NO与NO2的混和气体
D. NO2气体
4. 鉴别NO2和溴蒸气的方法正确的是（）
A. 用氢氧化钠溶液
B. 用湿润的淀粉碘化钾试纸
C. 用硝酸银溶液
D. 用蒸馏水
5. 起固氮作用的化学反应是（）
A. 工业上用氮气和氢气合成氨气
B. 一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮
C. 氨气经催化氧化生成一氧化氮
D. 由氨气制碳酸氢氨和硫酸氨
6. 在NO2与水的反应中，水（）
A. 是还原剂
B. 是氧化剂
C. 既是氧化剂又是还原剂
D. 既不是氧化剂又不是还原剂
7. 我国“神舟六号”宇宙飞船的运载火箭的推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。

引燃后的高温气体成分有CO2、H2O、N2、NO等，这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量红烟，产生红烟的原因是（）
A. 高温下N2遇空气生成NO2
B. NO遇空气生成NO2
C. CO2与NO反应生成NO2
D. NO与H2O反应生成NO2
8. 如下图所示，两个连通容器用活塞分开，左右两室各充入一定量NO和O2，且恰好使两容器内气体密度相同，打开活塞，使NO与O2充分反应，最终容器内混合气体密度比原来（）
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 无法确定
9. 在NO2被水吸收的反应中，发生还原反应和发生氧化反应的物质，其质量比为（）
A. 3∶1
B. 1∶3
C. 1∶2
D. 2∶1
*10. 在常温常压下，a，b，c，d 四支相同的试管中，分别装入以等物质的量混合的两种气体。

a试管内是NO2和O2，b试管内是C12和SO2，c试管内是NO和O2，d试管内是O2和H2。

将四支试管迅速同时倒立于水中，最终水面上升高度h的比较，正确的是（）
A. hb>hc>ha>hd
B. hc>ha>hb>hd
C. hd>ha>hc>hb
D. hb>ha>hc>hd
*11. 已知气体的摩尔质量越小，扩散速度越快。

下图所示为气体扩散速度的实验，两种气体扩散相遇时形成白色烟环。

下列关于甲、乙的判断正确的是（）
A. 甲是浓氨水，乙是浓硫酸
B. 甲是浓盐酸，乙是浓氨水
C. 甲是浓氨水，乙是浓盐酸
D. 甲是浓硝酸，乙是浓氨水
12. 在1 L 1 mol·L－1的氨水中（）
之和为1 mol
A. 含有1 mol NH3分子
B. 含NH3和NH+
4
之和为1 mol
C. 含NH3·H2O 1 mol
D. 含NH3、NH3·H2O、NH+
4
13. 已知25％氨水的密度为0.91 g·cm－3，5％氨水的密度为0.98 g·cm－3，若将上述两溶液等体积混合，所得氨水溶液的质量分数是（）
A. 等于15％
B. 大于15％
C. 小于15％
D. 无法估算
14. 将NH4HCO3置于干的试管中加热，并使放出的气体依次通过盛有过氧化钠和碱石灰的干燥试管，最后得到的气体有（）
A. NH3，O2
B. H2O，O2
C. CO2，O2
D. O2
15. 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（）
二、填空题
16. A、B、C、D都是污染空气的有害气体。

A能使品红溶液褪色；B气体呈黄绿色，它与A按等物质的量反应后溶解于水生成两种强酸；C是红棕色气体，它溶于水，生成一种强酸和无色气体D。

则，（1）A、B、C、D各是什么气体？（2）写出相关化学反应方程式。

17.（A）如图所示，将甲、乙两个装有不同物质的针筒用导管连接起来，将乙针筒内的物质压到甲针筒内，进行下表所列的不同实验（气体在同温同压下测定）。

试回答下列问题：
（1）实验1中，沉淀最终变为________色，写出沉淀变色的化学方程式______________。

（2）实验2甲针筒内的现象是：有___________生成，活塞________移动（填向外、向内、不）。

反应后甲针筒内有少量的残留气体，正确的处理方法是将其通入___________溶液中。

（3）实验3中，甲中的3mL气体是NO2和N2O4的混合气体，那么甲中最后剩余的无色气体是_______，写出NO2与H2O反应的化学方程式为____________________。

（4）实验4中，已知：3Cl2＋2NH3错误！未找到引用源。

N2＋6HCl。

甲针筒处活塞有移动，针筒内有白烟产生外，气体的颜色变为____________。

最后针筒内剩余气体的体积约为________mL。

三、计算题
18. 将盛有氮气和二氧化氮混合气体的试管倒立于水中，经足够时间后，试管内气体体积缩小为原体积的3／5，求
（1）原混合气体中氮气和二氧化氮的体积比。

（2）若上述气体是标准状况，求硝酸的物质的量浓度（若假设生成的溶质不向外扩散）。

【试题答案】
1. C
2. D
3. A
4. CD
5. A
6. D
7. B
8. C
9. C
10. A 根据反应方程式计算A. 4NO 2+ O 2 +2 H 2O=4HNO 3，水面上升到试管的5/8；B. Cl 2 + SO 2 O H 22+=2HCl + H 2SO 4，试管内全部盛满水，C. 4NO+ 3O 2 + 2H 2O=4HNO 3，水面上升到试管的7/8；D. 水面不上升。

11. C 解析：根据题意NH 3的摩尔质量小于HCl 和HNO 3，所以NH 3应在甲处产生，HCl 和HNO 3气体应在乙处产生。

H 2SO 4为不挥发性酸
12. D 13. C 14. A 15. AC
16. A 是SO 2；B 是Cl 2；C 是NO 2；D 是NO
42222SO H HCl 2O H 2SO Cl +=++ NO HNO 2O H NO 3322+=+
17.（1）红褐；4Fe （OH ）2+O 2+2H 2O=4Fe （OH ）3。

（2）黄色固体；向内；NaOH 。

（3）NO ；3NO 2+H 2O=错误！未找到引用源。

2HNO 3＋NO 。

（4）无色；5。

18. （1）2︰3 （2）
L /mol .4221。