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