2015高考化学总复习讲义：4.4氮及其化合物

第四节 氮及其化合物
[考纲定位] 1.了解氮单质及其重要化合物的主要性质及应用。

2.了解氮单质及其重要化合物对环境质量的影响。

知识点一 氮及其氧化物 1．自然界中氮的存在和氮的固定
2．N 2的性质
无色无味的气体，占空气体积的 4
5
左右。

①与氧气反应：N 2＋O 2=====放电或高温
2NO ，导致汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮。

②与氢气反应：N 2＋3H 2
高温、高压催化剂2NH 3(工业合成氨反应原理)。

3．一氧化氮、二氧化氮
【小贴示】
NO 2和溴蒸气的比较
1．相同点
(1)均为红棕色气体；(2)均有氧化性；(3)溶于水后均有酸生成；(4)能与碱反应。

2．鉴别溴蒸气和NO 2不能用淀粉KI 试纸、碱溶液等，但可以利用它们性质上的差异
性来鉴别。

如将气体通入水或AgNO 3溶液。

【巩固练习】
1．(1)写出2个固氮反应__________________________________________________。

(2)对于3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 反应
氧化剂是________，还原剂是________，氧化产物是______，被氧化与被还原的物质的物质的量比为________。

【答案】 (1)N 2＋O 2=====放电
2NO 、N 2＋3H 2高温、高压催化剂
2NH 3
(2)NO 2 NO 2 HNO 3 2∶1 知识点二 氨、铵盐 1．氨的性质
无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化。

极易溶于水(1∶700)。

(1)还原性
与氧气反应：4NH 3＋5O 2=====催化剂
△4NO ＋6H 2O 。

(2)与酸反应
与氯化氢反应：NH 3＋HCl===NH 4Cl ， 现象：产生白烟。

应用：用于NH 3与挥发性酸的互相检验。

(3)与水反应：NH 3＋H 2O NH 3·H 2O NH ＋4＋OH －
，氨的水溶液叫氨水，呈弱碱性。

2．氨的实验室制法
Ca(OH)2＋2NH 4Cl=====△
CaCl 2＋2NH 3↑＋2H 2O 。

3．铵盐
铵盐都是白色或无色晶体，都易溶于水，属于离子化合物
4．NH ＋
4的检验
(1)取少许样品与碱混合于试管中共热，将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，若试纸变蓝，则证明样品中含NH ＋
4。

(2)取少量样品于试管中，加入碱后加热，用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟产生，则证明样品中含有NH ＋
4。

检验无色溶液中是否存在NH ＋4的方法 步骤：加浓碱溶液→加热→检验NH 3； 原理：NH ＋
4＋OH －
=====△
NH 3↑＋H 2O 。

【巩固练习】
2．写出下列反应的离子方程式
(1)NH 3通入盐酸中：__________________________________________________。

(2)氨水与盐酸混合：__________________________________________________。

(3)NaOH
溶
液
与
NH 4Cl
溶
液
混
合
共
热
：
__________________________________________________。

【答案】 (1)NH 3＋H ＋
===NH ＋
4 (2)NH 3·H 2O ＋H ＋
===NH ＋4＋H 2O (3)NH ＋
4＋OH －
=====△
NH 3↑＋H 2O 知识点三 硝酸
硝酸是易挥发的有刺激性气味的液体，与水互溶。

1．强氧化性
(1)HNO 3与金属反应时，不产生H 2。

(2)强氧化性： ①与金属反应：
a ．与除Au 、Pt 外大部分金属反应(如Cu)： Cu ＋4HNO 3(浓)===Cu(NO 3)2＋2NO 2↑＋2H 2O ； 3Cu ＋8HNO 3(稀)===3Cu(NO 3)2＋2NO ↑＋4H 2O 。

b ．常温下浓HNO 3使Fe 、Al 钝化。

②与非金属(如木炭)反应：
C ＋4HNO 3(浓)=====△
CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O 。

(3)与某些还原性化合物(如Fe 2＋
、SO 2－
3、I －
等)反应。

2．不稳定性
4HNO 3(浓)=====光或△
4NO 2↑＋O 2↑＋2H 2O 故硝酸应保存在棕色试剂瓶中，并放在冷暗处。

3．王水：浓HNO 3与浓盐酸的体积比为1∶3，能溶解金、铂。

【小提醒】
NO －
3的氧化性
NO －
3是一种有着鲜明个性的离子，不能单独与任何离子反应，但在酸性条件下，它又能
氧化多种离子，如Fe 2＋
、I －
、SO 2－
3、S 2
－
等。

【巩固练习】
3．判断下列说法正误(打“√”或“×”)。

(1)任何浓度的硝酸与金属反应都不能放出H 2( )
(2)浓HNO 3可用铁、铝容器盛装是因为常温下，浓HNO 3与Fe 、Al 不反应( ) (3)Fe(NO 3)2溶液中存在平衡：Fe 2＋
＋2H 2O
Fe(OH)2＋2H ＋
，加入盐酸后平衡左移，溶
液绿色变深( )
(4)浓硝酸与木炭加热反应生成CO 2、NO 2，体现了硝酸的酸性和强氧化性( ) 【答案】 (1)√ (2)× (3)× (4)×
考点一 [029] 硝酸与金属的反应
硝酸与金属单质反应时一部分被还原，一部分生成硝酸盐，故硝酸既表现了酸性又表
现了氧化性，但硝酸与金属反应不生成H 2。

一、硝酸与铜的反应
在反应中硝酸的作用可用下图表示：
可以看出，随HNO 3浓度的降低，还原产物会由NO 2变NO 。

但由N 原子守恒可知，无论是NO 2还是NO ，被还原的硝酸与被还原生成气体的物质的量总是相等的，而未被还原的NO －
3与Cu 2＋
构成Cu(NO 3)2，NO －
3的物质的量为Cu 2＋
物质的量的2倍，运用电子守恒、原子
守恒，便可顺利求解参加反应的Cu 、HNO 3以及产物NO 2、NO 之间量的关系。

二、稀硝酸与铁的反应
Fe ＋4HNO 3(稀)===Fe(NO 3)3＋NO ↑＋2H 2O ① 3Fe(过量)＋8HNO 3(稀)===3Fe(NO 3)2＋2NO ↑＋4H 2O ② 反应物的量与生成物的关系如图所示：
上述反应首先发生反应①，若Fe 剩余再发生反应③Fe ＋2Fe(NO 3)3===3Fe(NO 3)2，合并①③即可得反应②。

所以，无论反应①还是反应②，被还原的HNO 3皆占参与反应的HNO 3
的14。

[备课记录]
——————[1个示范例]——————
课外兴趣小组设计下图所示装置，用粗铁粒与1 890 g·L －
1(质量分数为5%)的硝
酸反应制取NO 气体。

请回答有关问题。

(1)1 890 g·L
－1
硝酸的物质的量浓度为________。

(2)NO 气体能用排水法收集，而不能用排空气法收集的可能原因是__________________________________________________。

(3)当打开止水夹a ，关闭止水夹b 时，A 装置的干燥管中观察到的现象是________。

B 装置烧杯中液体的作用是________。

当A 装置中气体几乎无色时，打开止水夹b ，关闭止水夹a ，可用C 装置收集NO 气体。

(4)该实验中，若去掉B 装置，对实验结果是否有影响？ __________________________________________________。

(5)将a mol 铁与含b mol HNO 3的稀溶液充分反应后，若HNO 3的还原产物只有NO ，反应后Fe 和HNO 3均无剩余，则反应中转移电子的物质的量范围是________(用含a 或b 或含a 、b 的代数式表示)。

【解析】 (1)1 890 g·L －1硝酸的物质的量浓度为1 890 g ×5%
63 g·mol －
11 L ＝1.5 mol·L －
1。

(5)铁可能
被氧化成Fe 2＋
，也可能被氧化成Fe 3＋
，故转移电子的物质的量介于2a mol 与3a mol 之间；
也可这样理解：硝酸全部参加反应，其中有1/4的硝酸作氧化剂，生成NO ，故转移电子：(b
4
×3)mol 。

【答案】 (1)1.5 mol·L －
1
(2)NO 与空气中的O 2反应；NO 的密度与空气的密度接近
(3)金属不断溶解，有气体产生，且气体逐渐变为红棕色 吸收氮的氧化物
(4)无影响(5)2a mol～3a mol(或3b
4mol)
[备课记录]
——————[2个预测练]——————
考向预测1金属与酸反应的计算
1．有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸，其中H2SO4和HNO3的物质的量浓度分别是4 mol·L －1和2 mol·L－1，取10 mL此混合酸，向其中加入过量的铁粉，待反应结束后，可产生标准状况下的气体的体积为(设反应中HNO3被还原成NO)()
A．0.448 L B．0.672 L
C．0.896 L D．0.224 L
【解析】金属和混酸反应通过离子方程式计算比较简便，3Fe＋8H＋＋2NO－3===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O(铁过量，产物为Fe2＋)，反应中Fe和H＋过量，生成的NO的量以NO－3为准来计算，共得NO 0.448 L，若只考虑到这一步反应，得答案A是错误的，因为过量的铁还可以和溶液中过量的H＋反应产生H2，即有Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，生成的H2为0.224 L 气体体积共计0.672 L，应选B。

【答案】 B
考向预测2硝酸的性质实验探究
2．某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按如图装置进行实验(夹持仪器已略去)。

实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。

由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。

可选药品：浓硝酸、3 mol·L－1的稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳。

已知：氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应：
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。

(1)实验应避免有害气体排放到空气中。

装置③、④、⑥中盛放的药品依次是________、________、________。

(2)滴加浓硝酸之前的操作是：检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后__________________________________________________。

(3)装置①中发生反应的化学方程式是__________________________________________________。

(4)装置②的作用是__________________________________________________，发生反应的化学方
程式是__________________________________________________。

(5)该小组得出的结论所依据的实验现象是__________________________________________________。

(6)实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。

甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。

同学们分别设计了以下四个实验来判断两种看法是否正确。

这些方案中可行的是________(选填序号字母)。

a．加热该绿色溶液，观察颜色变化
b．加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化
c．向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化
d．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化
【解析】装置④中盛放浓HNO3以验证HNO3将NO氧化成NO2，NO2由装置⑥(NaOH)来吸收；装置③中应盛放稀硝酸以验证稀HNO3不能氧化NO，NO不能被NaOH吸收，所以由装置⑤来收集。

装置②中应是水，以使NO2变为NO。

(2)由于装置中的空气能氧化NO 而对实验产生干扰，所以滴加浓HNO3之前需要通入一段时间CO2赶走装置中的空气，之后要将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内，以防止反应产生的NO气体逸出。

(5)NO被氧化后生成红棕色的NO2，所以可从气体是否变为红棕色来证明浓、稀HNO3是否氧化了NO。

(6)方法一：将溶解的NO2赶走(a、c方案)再观察溶液颜色是否变化；方法二：配制一饱和Cu(NO3)2溶液与该溶液比较颜色；方法三：在饱和的纯Cu(NO3)2溶液中通入NO2气体(方案d)，观察溶液颜色是否变化；方法四：稀释该溶液(方案b)，但该法使Cu(NO3)2稀释的同时也将NO2反应，所以没有可比性。

【答案】(1)3 mol·L－1的稀硝酸浓硝酸氢氧化钠溶液
(2)通入CO2一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内
(3)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(4)将NO2转化为NO3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(5)装置③中液面上方的气体仍为无色，装置④中液面上方的气体由无色变为红棕色
(6)acd
考点二[030]氨气的实验室制法和NH3的性质
一、氨气的实验室制法
1．加热固态铵盐和碱的混合物
2．浓氨水中加固态碱性物质
H 2O
NH 3·H 2O
NH ＋
4＋OH －
，加入固态碱性物
二、氨气的性质
1．氨气的催化氧化实验探究
①
③ ④
2．氨气的溶解性实验问题 (1)喷泉实验的基本原理
气体在液体中溶解度很大，在短时间内产生足够的压强差(负压)，则打开止水夹后，大
气压将烧杯内的液体压入烧瓶中，在尖嘴导管口形成喷泉。

(2)形成喷泉的气体与液体组合
a．NH3、HCl、NO2与水组合能形成喷泉。

b．酸性气体(如CO2)与NaOH溶液组合能形成喷泉。

关键提醒
吸收氨气(或HCl)时要注意防止倒吸。

可用于吸收氨气(或HCl)并能防倒吸的常用装置为：
——————[1个示范例]——————
如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()
【解析】挥发出的HCl与NH3反应生成NH4Cl固体，产生白烟，A项正确。

NH3与浓H2SO4反应，但因浓H2SO4难挥发故无明显现象，B项错。

氨气溶于水，生成NH3·H2O，与NH3·H2O反应生成沉淀的金属阳离子不只有铝离子；干燥的红色石蕊试纸不变色，而湿润的红色石蕊试纸变蓝，可说明NH3溶于水生成的NH3·H2O为碱，但不能说NH3是碱，D 项错。

【答案】 A
[备课记录]
——————[2个预测练]——————
考向预测1 氨气的制取
3．(2014·厦门模拟)氨(NH 3)是重要的含氮化合物。

为了在实验室制取干燥的氨气，甲、乙、丙三位同学分别设计了如下图三套实验装置：
甲 乙 丙
(1)实验装置和所用药品都正确的是________(填“甲”“乙”或“丙”)。

(2)
写
出
实
验
室
制
取
氨
气
的
化
学
方
程
式
__________________________________________________
__________________________________________________。

(3)该实验装置与实验室制备________的装置相同。

【解析】 (1)甲装置无干燥装置；乙装置干燥剂浓H 2SO 4不能用于干燥NH 3。

(2)该实验装置适合固体混合物加热制取气体。

【答案】 (1)丙
(2)Ca(OH)2＋2NH 4Cl=====△
CaCl 2＋2NH 3↑＋2H 2O (3)O 2
考向预测2 NH 3的催化氧化
4．氨气的催化氧化，氧化室中内置铂丝网。

请回答下列问题：
(1)加热至铂丝红热后，停止加热，铂丝仍然长时间保持红热，理由是__________________________________________________，
在氧化室中进行反应时，空气必须过量，其主要原因__________________________________________________
__________________________________________________。

(2)催化室导出的气体进入吸收装置被吸收产生硝酸，为了提高水对氮氧化物的吸收率可采取的措施有：________________________；吸收装置中通入足量空气的目的是__________________________________________________
__________________________________________________。

(3)氧化室出来的气体含有氨气，影响硝酸的纯度，进入吸收装置之前要除去氨气，选择的除杂试剂是________。

【解析】 (1)催化氧化过程反应原理是4NH 3＋5O 2
催化剂加热
4NO ＋6H 2O ，该反应是放热
反应，通入足量的空气有利于提高NH3的转化率；(2)吸收装置中，压强越大，温度越低，气体的溶解度越大，吸收效果越好。

吸收装置中通入空气提供足量的氧化剂，有利于氮的氧化物尽可能的转化为硝酸；(3)用浓硫酸或五氧化二磷的原因是氨气可以被浓硫酸或五氧化二磷吸收，而氮的氧化物不能。

【答案】(1)催化氧化为放热反应提高NH3的转化率(2)降温或加压使氮的氧化物全部转化成HNO3
(3)浓硫酸(或P2O5等)
NO x和O2混合型计算题的方法总结
1．关系式法
(1)NO和O2混合气体通入水中
由2NO＋O2===2NO2和3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
(2)NO2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
(3)NO、NO2和O2三种混合气体通入水中
先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算出生成的NO体积，再加上原来混合气体中NO 体积，再按(1)计算。

2．电子守恒法
当NO x转化为硝酸时要失去电子，如果是NO x与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NO x失去的电子数相等。

将容积为50 mL的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体，将量筒倒置在盛满水的水槽里，一段时间后，量
筒里剩余气体体积为 5 mL。

则原混合气体中NO2和O2体积比可能是________或________。

【解析】NO或NO2与O2混合气体与水的反应计算关系式可由下列化学方程式推导出来。

2NO＋O2===2NO2①
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO②
由②×2＋①得
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③
由①×3＋②×2
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④
③、④两式就是平时计算经常用到的关系式。

设剩余的5 mL气体为O2，则参加反应③的NO2和O2的总体积为50 mL－5 mL＝45 mL 则原混合气体里，NO2的体积为45 mL×4/5＝36 mL
O2的体积为50 mL－36 mL＝14 mL
即NO2与O2的体积比为36∶14＝18∶7。

设剩余的5 mL气体为NO，由②式得过量的NO2体积为15 mL，则发生反应③的NO2和O2的总体积为50 mL－15 mL＝35 mL
则原混合气体里，O2的体积为35 mL×1/5＝7 mL，NO2的体积为50 mL－7 mL＝43 mL 即NO2与O2的体积比为43∶7。

【答案】18∶743∶7
1．(必修1P95T3，P107T6改编)下列说法正确的是()
A．NH3、NO2对人体无毒害作用
B．N2、NO对人体无毒害作用
C．N2、CO不会造成空气污染
D．NO、NO2均会造成空气污染
【解析】NH3、NO、NO2、CO均有毒，均污染空气，N2无毒。

【答案】 D
2．(必修1P103T4)下列方法中，不能用于实验室里制取氨的是()
A．在烧瓶中将熟石灰和氯化铵混合，加水调成泥状后加热
B．加热试管中的氯化铵固体
C．将烧瓶中的浓氨水加热
D．将分液漏斗中的浓氨水滴入装有生石灰的烧瓶中
【解析】NH4Cl分解生成的NH3，又与HCl在管口反应。

【答案】 B
3．(2012·高考组合题)下列叙述不正确的是()
A．(广东高考)用浓HNO3与Cu反应可以制备NO2
B．(重庆高考)过量的铜与浓硝酸反应有NO生成
C．(安徽高考)仅用酒精灯、烧杯、导管、集气瓶就能实现用NH4Cl固体和Ca(OH)2固体制备并收集NH3
D．(福建高考)用湿润的红色石蕊试纸检验NH3
【解析】A项，浓HNO3与Cu反应生成NO2；
B项，过量Cu与稀HNO3生成NO；
C项，还需要试管、单孔塞等，不正确；
D项，NH3为碱性气体，使湿润的红色石蕊试纸变蓝。

【答案】 C
4．(2013·上海高考)一定量CuS和Cu2S的混合物投入足量HNO3中，收集到气体V L(标准状况)，向反应后的溶液中(存在Cu2＋和SO2－4)加入足量NaOH，产生蓝色沉淀，过滤，洗涤，灼烧，得到CuO 12.0 g，若上述气体为NO和NO2的混合物，且体积比为1∶1，则V 可能为()
A．9.0 L B．13.5 L
C．15.7 L D．16.8 L
【解析】若混合物全是CuS，其物质的量为12/80＝0.15(mol)，电子转移数0.15×(6＋2)＝1.2(mol)。

两者体积相等，设NO x mol，NO2x mol,3x＋x＝1.2，计算得x＝0.3。

气体体积V＝0.6×22.4＝13.44(L)；若混合物全是Cu2S，其物质的量为0.075 mol，转移电子数0.075×10＝0.75(mol), 设NO x mol，NO2x mol, 3x＋x＝0.75，计算得x＝0.1875，气体体积0.375×22.4＝8.4(L)，因此选A。

【答案】 A
5．下列离子方程式或说法正确的是
________。

(1)NO2与水反应：3NO2＋H2O===2NO－3＋NO＋2H＋
(2)1.0 mol/L的HNO3溶液中H＋、Fe2＋、Cl－、SO2－4大量共存
(3)无色溶液中滴加稀NaOH溶液，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，试纸不变蓝，结论是原溶液中无NH＋4
(4)将足量CO2通入溶液中，H＋、NH＋4、Al3＋、SO2－4能大量共存
(5)46 g NO2和N2O4的混合气体中含有的原子总数为3N A
【解析】(2)HNO3氧化Fe2＋；(4)检验NH＋4需用浓NaOH溶液且需加热。

【答案】(1)(3)(4)(5)
6．工业上可用铜屑和浓硝酸为原料制取硝酸铜。

在实际生产中，先把铜屑在空气中灼烧，再跟用等体积水稀释的浓硝酸反应来制取硝酸铜。

请回答下列问题：
(1)不宜于用铜屑直接与硝酸反应来制取硝酸铜的原因是__________________________________________________
__________________________________________________。

(2)浓硝酸用等体积水稀释的目的是__________________________________________________。

(3)要得到硝酸铜晶体，应选用________。

(4)反应中硝酸表现出________性。

【解析】(1)铜与硝酸直接反应会有氮的氧化物生成，既产生污染，又降低硝酸的利用率；铜屑在空气中灼烧生成CuO，CuO与HNO3反应没有氮的氧化物生成，既避免了污染，又提高了硝酸的利用率。

(2)浓硝酸易挥发、不稳定，对设备腐蚀严重，稀硝酸挥发性小，且稀硝酸和氧化铜反应同样生成硝酸铜。

(3)由于得到的是硝酸铜溶液，因此要得到晶体需浓缩结晶。

(4)硝酸与氧化铜发生反应生成了硝酸铜和水，没有化合价变化，因此体现了硝酸的酸性。

【答案】(1)铜与硝酸直接反应会有氮的氧化物生成，既产生污染，又降低硝酸的利用率；铜屑在空气中灼烧生成CuO，CuO与HNO3反应没有氮的氧化物生成，既避免了污染，又提高了硝酸的利用率
(2)浓硝酸易挥发、不稳定，对设备腐蚀严重
(3)结晶法(或重结晶法)(4)酸。