第四章第四节氮及其重要化合物.docx

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第四章第四节氮及其重要化合物

第四节　氮及其重要化合物

[考纲展示]　1.了解氮元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。

　2.了解氮元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。

考点1|氮气及其常见氧化物

固本探源

1．氮气

氮气是无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。

将氮气转化为化合物的过程称为氮的固定，完成下面两个方程式：

与O2反应：

N2＋O2

2NO（汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮）；

与H2反应：

N2＋3H2

2NH3（工业合成氨）。

2．氮的氧化物

（1）氮有多种价态的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。

（2）NO和NO2的比较

NO

NO2

颜色

无色

红棕色

毒性

有毒

有毒

溶解性

不溶于水

与O2反应

2NO＋O2===2NO2

与H2O反应

3NO2＋H2O===

2HNO3＋NO

对人体、环境的影响

（1）与血红蛋白结合，使人中毒

（2）转化成NO2形成酸雨、光化学烟雾

形成酸雨、光化学烟雾

典例引领

[典例1]　（2012·江苏高考）利用石灰乳和硝酸工业的尾气（含NO、NO2）反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca（NO2）2，其部分工艺流程如下：

（1）一定条件下，NO与NO2存在下列反应：

NO（g）＋NO2（g）N2O3（g），其平衡常数表达式为K＝________。

（2）上述工艺中采用气液逆流接触吸收（尾气从吸收塔底进入，石灰乳从吸收塔顶喷淋），其目的是_____________；

滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是________（填化学式）。

（3）该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。

若n（NO）∶n（NO2）＞1∶1，则会导致______________________；

若n（NO）∶n（NO2）＜1∶1，则会导致____________。

（4）生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca（NO2）2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为____________。

【答案】　

（1）

（2）使尾气中的NO、NO2被充分吸收　Ca（OH）2　（3）排放气体中NO含量升高　产品Ca（NO2）2中Ca（NO3）2含量升高　（4）3NO

＋2H＋===NO

＋2NO↑＋H2O

考点精析

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。

说明：

4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5，

（1）、

（2）中的总反应都与N2O5＋H2O===2HNO3等效。

当混合气体溶于水时可利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断：

N（N）∶N（O）

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。

题组强化

●题组1—氮的氧化物性质与相关计算

1．（2016·辽宁铁岭模拟改编）如图，同温同压下，反应完全后有氧气剩余的是（　　）

A．试管通入了40mLNO2和10mLO2

B．试管通入了40mLNO和10mLO2

C．试管通入了40mLNO、10mLNO2和10mLO2

D．试管通入了10mLNO、20mLNO2和20mLO2

2．（2016·甘肃兰州模拟）在一定条件下，将充满NO2和O2的试管倒立于水槽中，充分反应后，剩余气体体积为原混合气体的

，原混合气体中NO2和O2的体积之比是（　　）

①8∶1　②7∶3　③7∶1　④4∶1

A．①②　　　　　B．②③

C．③④D．①④

●题组2—氮的氧化物对环境污染与治理

3．汽车排放的尾气中含有NO2，NO2是城市大气污染的主要污染物之一，在日光照射下，NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应，从而不断产生O3，加重空气污染。

反应过程为①2NO2―→2NO＋2O，②2NO＋O2―→2NO2，③O＋O2―→O3。

下列对该反应过程及生成物叙述正确的是（　　）

A．NO2起催化剂作用

B．NO起催化剂作用

C．NO2只起氧化剂作用

D．O3与O2为同分异构体

【解析】　反应过程①＋②得O2―→2O，③O＋O2―→O3，NO2起催化剂作用，反应过程中NO2作氧化剂，A项正确，B、C项错误；O3与O2的相对分子质量不相同，不是同分异构体，属同素异形体，D项错误。

【答案】　A

4．氮的氧化物（用NOx表示）是大气污染物，必须进行处理。

（1）汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。

①汽车尾气中的CO来自于________________，NO来自于__________。

汽车尾气对环境的危害主要有________________（至少填两种）。

②汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。

反应的化学方程式可表示为______。

（2）用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。

已知：

4NH3＋6NO

5N2＋6H2O,8NH3＋6NO2

7N2＋12H2O。

同温同压下，3.5LNH3恰好将3.0LNO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__________。

（3）工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理，若NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后得到一种钠盐，该钠盐的化学式是__________。

【答案】　

（1）①汽油的不完全燃烧　N2与O2在汽车汽缸内的高温环境下的反应　形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应（任填两种即可）　②2xCO＋2NOx

2xCO2＋N2　

（2）1∶3　（3）NaNO2

[规律方法]

　　　　　　　NOx尾气的处理方法

（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。

考点2|氨和铵盐

　　　　　　　　　　固本探源

1．氨

（1）物理性质

氨气是无色有刺激性气味的气体，易液化可作制冷剂，

常温、常压下，1体积的水可溶解700体积的氨气，

可由喷泉实验证明。

（2）化学性质

①还原性

与氧气反应：

4NH3＋5O2

4NO＋6H2O。

②与酸反应

与氯化氢反应：

HCl＋NH3===NH4Cl。

现象：

冒白烟。

应用：

用于NH3与挥发性酸的互相检验。

③与水反应：

NH3＋H2ONH3·H2O，NH3·H2O发生电离NH3·H2ONH

＋OH－，氨的水溶液叫氨水，呈弱碱性。

（3）制法

①实验室制法：

Ca（OH）2＋2NH4Cl

CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。

②工业制法

N2＋3H2

2NH3

（4）用途：

化工原料，用于制硝酸、铵盐、纯碱、尿素，用作制冷剂。

2．铵盐

（1）物理性质

铵盐都是白色或无色晶体，都易溶于水。

（2）化学性质

（3）NH

的检验

铵盐

刺激性气味的气体

试纸变蓝色

典例引领

[典例2]　（2015·广东高考节选）NH3及其盐都是重要的化工原料。

（1）用NH4Cl和Ca（OH）2制备NH3，反应发生、气体收集和尾气处理装置依次为________。

（2）按如图装置进行NH3性质实验。

①先打开旋塞1，B瓶中的现象是________，原因是_____________，

稳定后，关闭旋塞1。

②再打开旋塞2，B瓶中的现象是_________________。

【解题导引】　

（1）氨气收集采取什么方法？

如何进行尾气吸收？

【提示】　氨气采取向下排空气法收集；氨气极易溶于水，尾气吸收时应防倒吸。

（2）实验室如何检验氨气是否收集满？

【提示】　a．用蘸浓盐酸的玻璃棒靠近集气瓶口，观察是否冒白烟。

b．用湿润红色石蕊试纸靠近集气瓶口，观察是否变蓝。

【答案】　

（1）A、C、G　

（2）①有白烟生成　A瓶中的氯化氢移动到B瓶中，与B瓶中的氨气反应生成氯化铵，能看到白烟　②液体进入B瓶中，溶液的颜色变红

考点精析

1．氨气的实验室制法

（1）用铵盐和碱制取

（2）用浓氨水制取

2.喷泉实验

（1）喷泉实验的原理

当挤压胶头滴管胶头，使少量水进入烧瓶后，气体在液体中溶解度很大，在短时间内产生足够大的压强差（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

①NH3、HCl、SO2、NO2与水组合能形成喷泉。

②酸性气体与NaOH溶液组合能形成喷泉。

题组强化

●题组1—氨气的制取

1．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

2．（2016·厦门模拟）氨（NH3）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。

【答案】　

（1）丙　

（2）Ca（OH）2＋2NH4Cl

CaCl2＋2NH3↑＋2H2O　（3）O2

●题组2—氨气与铵盐性质

3．氨气在工农业生产中有重要应用。

（1）①氮气可用于工业合成氨，写出氮气的电子式：

_______________。

②NH3的稳定性比PH3__________（填“强”或“弱”）。

（2）如图所示，向NaOH固体上滴几滴浓氨水，迅速盖上玻璃片，观察现象。

①浓盐酸液滴附近会出现白烟，发生反应的化学方程式为__________。

②浓硫酸液滴上方没有明显现象，一段时间后浓硫酸的液滴中有白色固体，该固体可能是__________（写化学式，一种即可）。

③FeSO4液滴中先出现灰绿色沉淀，一段时间后变成红褐色，发生的反应包括Fe2＋＋2NH3·H2O===Fe（OH）2↓＋2NH

和____________。

【答案】　

（1）①∶N⋮⋮N∶　②强

（2）①NH3＋HCl===NH4Cl　②NH4HSO4或（NH4）2SO4

③4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3

4．（2015·四川高考）（NH4）2SO4是常用的化肥和化工原料，受热易分解。

某兴趣小组拟探究其分解产物。

【查阅资料】　（NH4）2SO4在260℃和400℃时分解产物不同。

【实验探究】　该小组拟选用如图所

示装置进行实验（夹持和加热装置略）。

实验1：

连接装置A—B—C—D，检查气密性，按图示加入试剂（装置B盛0.5000mol/L盐酸70.00mL）。

通入N2排尽空气后，于260℃加热装置A一段时间，停止加热，冷却，停止通入N2。

品红溶液不褪色。

取下装置B，加入指示剂，用0.2000mol/LNaOH溶液滴定剩余盐酸，终点时消耗NaOH溶液25.00mL。

经检验滴定后的溶液中无SO

。

（1）仪器X的名称是________。

（2）滴定前，下列操作的正确顺序是________（填字母编号）。

a．盛装0.2000mol/LNaOH溶液

b．用0.2000mol/LNaOH溶液润洗

c．读数、记录

d．查漏、清洗

e．排尽滴定管尖嘴的气泡并调整液面

（3）装置B内溶液吸收气体的物质的量是________mol。

实验2：

连接装置A—D—B，检查气密性，按图示重新加入试剂。

通入N2排尽空气后，于400℃加热装置A至（NH4）2SO4完全分解无残留物，停止加热，冷却，停止通入N2。

观察到装置A、D之间的导气管内有少量白色固体。

经检验，该白色固体和装置D内溶液中有SO

、无SO

。

进一步研究发现，气体产物中无氮氧化物。

（4）检验装置D内溶液中有SO

、无SO

的实验操作和现象是_________。

（5）装置B内溶液吸收的气体是________。

（6）（NH4）2SO4在400℃分解的化学方程式是_________________。

【答案】　

（1）圆底烧瓶　

（2）dbaec　（3）0.03　（4）取少量装置D内溶液于试管中，滴加BaCl2溶液，生成白色沉淀；加入足量稀盐酸后沉淀完全溶解，放出无色刺激性气体　（5）NH3或氨气　（6）3（NH4）2SO4

3SO2↑＋4NH3↑＋N2↑＋6H2O↑

考点3|硝酸

固本探源

实验室中HNO3保存在棕色、细口、磨口玻璃塞的玻璃试剂瓶中，并放置在避光处。

硝酸的保存与其性质有着密切关系。

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

反应方程式：

4HNO3

4NO2↑＋O2↑＋2H2O。

（2）强氧化性

硝酸无论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大氧化性越强。

按要求完成下列反应的方程式：

①与金属反应：

稀硝酸与铜反应：

3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O；

浓硝酸与铜反应：

Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O。

②与非金属反应：

浓硝酸与C的反应：

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。

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

①硝化反应（与反应）：

＋HNO3

—NO2＋H2O

②颜色反应：

蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。

典例引领

[典例3]　（2013·四川高考）1.52g铜镁合金完全溶解于50mL密度为1.40g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中，得到NO2和N2O4的混合气体1120mL（标准状况），向反应后的溶液中加入1.0mol/LNaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到2.54g沉淀。

下列说法不正确的是（　　）

A．该合金中铜与镁的物质的量之比是2∶1

B．该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是14.0mol/L

C．NO2和N2O4的混合气体中，NO2的体积分数是80%

D．得到2.54g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是600mL

【解题导引】　

（1）硝酸与铜镁反应时，体现哪些性质？

【提示】　酸性、强氧化性。

（2）当溶液中金属离子恰好沉淀时，溶液中的溶质是什么？

【提示】　NaNO3。

考点精析

硝酸与金属反应的有关计算方法

1．原子守恒

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．根据离子方程式的计算方法

金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO

在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应根据离子方程式先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO

进行计算。

题组强化

●题组1—硝酸的强氧化性

1．（2015·全国卷Ⅰ）我国清代《本草纲目拾遗》中记叙无机药物335种，其中“强水”条目下写道：

“性最烈，能蚀五金……其水甚强，五金八石皆能穿滴，惟玻璃可盛。

”这里的“强水”是指（　　）

A．氨水　　　B．硝酸　　　C．醋　　　D．卤水

2．某实验过程如图所示，则图③试管中的现象是（　　）

A．铜片溶解，产生无色气体，该气体遇空气变为红棕色

B．铜片溶解，产生无色气体，该气体遇到空气不变色

C．铜片溶解，放出红棕色有刺激性气味的气体

D．无明显现象，因稀硫酸不与铜反应

3．常温下，在下列给定条件的各溶液中，一定能大量共存的离子组是

（　　）

A．pH大于7的溶液：

Na＋、Ba2＋、SO

、ClO－

B．含有0.1mol·L－1Fe（NO3）2的溶液：

H＋、Mg2＋、SCN－、Cl－

C．使酚酞溶液变红色的溶液：

Na＋、Ba2＋、I－、Cl－

D．由水电离产生的c（H＋）＝10－13mol·L－1的溶液：

NH

、SO

、NO

、Cl－

[易错警示]　

HNO3具有强氧化性，容易出现两类错误：

（1）NO

在碱性或中性溶液中无氧化性；

（2）离子共存题忽视NO

在酸性条件下的氧化性。

●题组2—硝酸的有关计算

4．在100mL的混合液中，硝酸和硫酸的物质的量浓度分别是0.4mol/L、0.1mol/L，向该混合液中加入1.92g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中铜离子的物质的量浓度是（　　）

A．0.15mol/LB．0.225mol/L

C．0.30mol/LD．0.45mol/L

5．（2014·山东高考）等质量的下列物质与足量稀硝酸反应，放出NO物质的量最多的是（　　）

A．FeOB．Fe2O3C．FeSO4D．Fe3O4

6．向27.2gCu和Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5L，固体物质完全反应，生成NO和Cu（NO3）2。

在所得溶液中加入1.0mol/L的NaOH溶液1.0L，此时溶液呈中性，金属离子已完全沉淀，沉淀质量为39.2g。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．Cu与Cu2O的物质的量之比为2∶1

B．硝酸的物质的量浓度为2.6mol/L

C．产生的NO在标准状况下的体积为4.48L

D．Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3为0.2mol

[归纳总结]　　　　

考点4|环境污染与绿色化学

固本探源

一、环境问题的含义

主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。

二、常见环境污染问题

三、环境保护

1．空气质量日报：

主要包括“空气污染指数”“空气质量级别”“首要污染物”。

目前计入的污染物主要是悬浮颗粒物、二氧化硫和氮氧化物。

2．三废污染：

三废是指废水、废气、废渣。

3．环保措施：

回收利用、达标排放、研制可降解塑料等无污染的新材料等。

四、绿色化学

1．核心：

利用化学原理从源头上消除和减少工业生产对环境造成的污染。

2．特征：

（1）采用无毒无害的原料；

（2）在无毒、无害的条件（包括催化剂、溶剂）下进行；（3）产品应该是环境友好的；（4）具有理想的“原子经济性”，即反应具有高选择性、极少副产物，甚至实现“零排放”。

3．原子经济性：

原子经济性可用原子利用率来衡量，其定义可表示为原子利用率＝

×100%。

①CH2===CH2＋Br2―→CH2BrCH2Br

②CH4＋Cl2

CH3Cl＋HCl

上述两反应的原子利用率为100%的是①，原子经济性的反应有两个显著优点：

一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。

典例引领

[典例4]　（2014·四川高考节选）污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。

某研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO2，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物）作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2（反应条件已省略）。

请回答下列问题：

上述流程脱硫没有实现（　　）

A．废弃物的综合利用

B．白色污染的减少

C．酸雨的减少

D．上述流程有两个步骤发生了氧化还原反应

考点精析

环境污染的类型及防治措施

主要污染物及来源

主要危害

防治措施

大

气

污

染

①污染物：

硫氧化物、氮氧化物、碳氢化合物、固体颗粒②来源：

化石燃料的燃烧，工业烟尘

①危害人体健康②破坏建筑物

③影响动、植物生长

④改变气候

①开发新能源，减少化石燃②对工业尾气进行处理

③立法管理料的燃烧

水

污

染

①污染物：

重金属盐、耗氧有机物，氮、磷化合物等

②来源：

工业废水、生活废水、实验室和医院废水

①污染饮用水、影响人畜健康②影响植物生长③形成水华、赤潮，影响水中生物生长

①对废水进行无害化处理后排放②立法管理

土

壤

污

染

①污染物：

重金属盐、废塑料、工业废料、建筑垃圾

②来源：

生活垃圾、工厂、建筑、化肥、农药、各种废水

①使土壤板结、硬化②水肥流失

①对垃圾进行回收和分类处理，综合利用②控制各种污水排放

题组强化

●题组1—环境污染与保护

1．化学与环境密切相关，下列有关说法正确的是（　　）

A．CO2属于大气污染物

B．酸雨是pH小于7的雨水

C．CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成

D．大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧

2．（2015·江苏高考）“保护环境”是我国的基本国策。

下列做法不应该提倡的是（　　）

A．采取低碳、节俭的生活方式

B．按照规定对生活废弃物进行分类放置

C．深入农村和社区宣传环保知识

D．经常使用一次性筷子、纸杯、塑料袋等

3．下列关于化学与生产、生活的认识不正确的是（　　）

A．CO2、CH4、N2等均是造成温室效应的气体

B．使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一

C．节能减排符合低碳经济的要求

D．合理开发利用可燃冰（固态甲烷水合物）有助于缓解能源紧缺

4．化学与科技、社会、生活有着密切的联系，下列有关说法正确的是

（　　）

A．可吸入颗粒物中含有的铅、镉、铬、钒、砷等对人体有害的元素均为金属元素

B．乙醇和汽油都是可再生能源，应大力推广乙醇和汽油的使用

C．单质硅晶体是将太阳能转化为电能的常用材料

D．新型能源生物柴油和矿物油的主要化学成分相同

【答案】　C

●题组2—绿色化学

5．绿色化学概念从一提出来，就明确了它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各环节都实现净化和无污染的反应途径。

下列化工生产中体现绿色化学内涵的是（　　）

①减少“三废”排放量　②考虑有关原材料的再生利用　③对出现的污染问题及时治理　④回收未反应的原料、副产物、助溶剂、稳定剂等非反应试剂　⑤拒绝使用无法替代、无法回收、无法再生和重复使用的毒副作用、污染明显的原料

A．①③④　　　B．①②③⑤

C．①②④⑤D．①②③④⑤

6．我们常用原子利用率来衡量化学反应过程的原子经济性，其计算公式为：

原子利用率＝

×100%

下面是联合工艺法制备新型自来水消毒剂ClO