第四章第四讲氮及其重要化合物.docx

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第四章第四讲氮及其重要化合物

第四讲　氮及其重要化合物

[2017高考导航]

考纲要求

真题统计

命题趋势

1.了解氮单质及其重要化合物的主要性质及应用。

2．了解常见的氮的氧化物（NO、NO2）对环境质量的影响。

3．会用硝酸的氧化性解释硝酸与金属、非金属及其他具有还原性物质反应的特点。

4．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）。

2015，卷Ⅰ7T、10T（A）；

2015，卷Ⅱ13T（B）；

2014，卷Ⅰ8T（C）、13T（D）

　　预计2017年高考对本部分的考查仍将以氨气、铵盐、一氧化氮、二氧化氮和硝酸等物质的性质为重点，以化学实验、化工生产工艺流程为载体，突出考查有关化学方程式的书写和氧化还原反应的计算。

复习备考时，注重硝酸的氧化性以及相关计算。

考点一　氮气及氮的氧化物[学生用书P100]

1．氮的固定

2．氮气（填化学方程式）

3．氮的氧化物

（1）物理性质

颜色

气味

毒性

密度

溶解性

NO

无色

有毒

比空气

稍重

不溶于水

NO2

红棕色

有刺激

性气味

有毒

比空

气重

与水发

生反应

（2）化学性质

①NO―→NO2：

2NO＋O2===2NO2

②NO2―→HNO3（NO）：

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

（3）对环境的污染

①形成光化学烟雾，污染空气。

②形成酸雨。

③破坏臭氧层。

④与血红蛋白结合使人中毒。

1．下列起固氮作用的化学反应是（　　）

A．N2和H2在一定条件下反应生成NH3

B．NO与O2反应生成NO2

C．NH3催化氧化生成NO

D．由NH3制NH4HCO3和（NH4）2SO4

2．下列说法正确的是（　　）

A．CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在

B．NO可用于某些疾病的治疗

C．常温下，N2既能与O2反应又能与H2反应

D．汽车尾气的主要污染成分包括NO、CO和N2

3．下列物质的转化，能一步完成的是________。

①N2―→NO2　②NO2―→NO　③NO2―→HNO3　④N2―→NO　⑤N2―→NH3

精讲释疑

（1）氮的氧化物都有毒，其中NO2与N2O4存在下列平衡：

2NO2

N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。

（2）验证某无色气体是NO的方法：

向无色气体中通入O2（或空气），无色气体变为红棕色，即证明该气体为NO。

（3）NO2既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。

NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。

　（教材改编）一个大试管的容积为27mL，收集满二氧化氮气体，把它倒扣在盛满水的水槽里同时通入氧气，一段时间后，量筒里剩余气体体积为2mL。

则通入的O2体积可能是________或________。

1．NO2、O2混合气体与水反应的化学方程式4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3是怎么得到的？

2．若将NO与O2共同通入水中进行反应，写出恰好完全反应的化学方程式。

有关氮的氧化物溶于水的计算

（1）NO2和O2的混合气体溶于水时，由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3　①

可知，当体积比V（NO2）∶V（O2）

（2）NO和O2的混合气体溶于水时，其反应是2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，总反应式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3　②

可知，当体积比V（NO）∶V（O2）

[注意]　4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5，即①、②两反应式都与N2O5＋H2O===2HNO3等效。

这不仅是记忆①②两式的一种好方法，也为上述问题的解法提供了新的解题思路，即利用混合气体中的N、O原子个数比进行分析判断：

N（N）∶N（O）

题组一　氮气及其氧化物的性质

1．（2015·高考北京卷）下列关于自然界中氮循环（如下图）的说法不正确的是（　　）

A．氮元素均被氧化

B．工业合成氨属于人工固氮

C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化

D．碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环

2．（2016·湖北重点高中联考）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

题组二　氮的氧化物溶于水的简单计算

3．在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12mL通入足量水中，充分反应后剩余2mL气体（同温同压下），则原混合气体中氧气的体积为（　　）

①1.2mL　②2.4mL　③3mL　④4mL

A．①②　　　　　　　　　B．②③

C．③④D．①④

4．如下图所示，将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内，充分反应后，试管内残留

体积的气体，该气体与空气接触后立即变为红棕色。

则

m与n的比值为（　　）

A．3∶2B．2∶3

C．8∶3D．3∶8

（1）氮的氧化物都是大气污染物。

（2）空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。

（3）空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等。

考点二　硝酸的性质及应用[学生用书P102]

1．物理性质

色味态：

无色有刺激性气味液体；挥发性：

易挥发。

水溶性：

与水以任意比互溶；发烟硝酸：

质量分数在98%以上的硝酸。

2．化学性质

（1）不稳定性：

4HNO3

4NO2↑＋O2↑＋2H2O。

（2）强氧化性

①与金属反应

a．与除Au、Pt外大部分金属反应

浓硝酸与铜反应：

Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O；

稀硝酸与铜反应：

3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。

b．常温下浓硝酸使Fe、Al钝化。

②与非金属反应

浓硝酸与炭反应：

C＋4HNO3（浓）

CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。

③与某些还原性化合物（如Fe2＋、SO

等形成的化合物）反应。

（3）与有机物反应

①硝化反应（与C6H6反应）：

C6H6＋HNO3

C6H5NO2＋H2O。

②颜色反应：

蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色。

（　　）

（2）硝酸能与Na2CO3反应，但不生成CO2。

（　　）

（3）硝酸可与Na2S反应制得H2S气体。

（　　）

（4）过量的铜与浓硝酸反应有一氧化氮生成。

（　　）

（5）常温下，铝和铁在浓HNO3中“钝化”，说明铝和铁与浓HNO3不反应。

（　　）

（6）（2014·高考广东卷）将可调高度的铜丝伸入稀HNO3中，溶液变蓝，说明Cu与稀HNO3发生置换反应。

（　　）

（7）用浓HNO3与Cu反应制备NO2。

（　　）

（8）向装有Fe（NO3）2溶液的试管中加入稀H2SO4，在管口观察到有红棕色气体产生，这是因为HNO3分解生成了NO2。

（　　）

2．写出下列反应的离子方程式，并指出HNO3所表现的性质。

（1）Fe3O4和稀HNO3反应：

_______________________________________________________，

____________。

（2）NaI和稀HNO3反应：

_________________________________________________________，

____________。

（3）Na2SO3和稀HNO3反应：

_____________________________________________________，

____________。

精讲释疑

（1）浓、稀硝酸均具有强氧化性，浓度越大，氧化性越强，其还原产物的价态越高。

（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”，故常温下，浓硝酸可用铁桶盛放。

（4）纯净的硝酸是无色的液体，但实验室里的浓硝酸常显黄色，消除黄色的方法是向浓硝酸中通入空气（或O2），发生反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。

（5）硝酸几乎能够与所有的金属反应（除Au、Pt外），但不生成氢气；与变价金属反应时，金属能够被氧化为最高价态。

　（2016·三门峡高三模拟）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1.68LO2（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5mol·L－1NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是（　　）

A．60mL　　　　　　　　B．45mL

C．30mLD．15mL

将上题修改为“19.2g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，这些气体与一定量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。

”请问需要标准状况的O2多少升？

解硝酸与金属反应计算题的整体思路和计算方法

（1）整体思路

（2）计算方法

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

涉及HNO3、H2SO4的混合酸与金属反应计算时应采用离子方程式计算。

题组一　硝酸的性质与计算

1．（2016·衡水高三调研）铁粉和铜粉的均匀混合物，平均分成四等份，分别加入同浓度的稀硝酸，充分反应，在标准状况下生成NO的体积和剩余金属的质量如下表（设硝酸的还原产物只有NO）：

编号

①

②

③

④

稀硝酸体积/mL

100

200

300

400

剩余金属/g

18.0

9.6

0

0

NO体积/mL

2240

4480

6720

V

下列计算结果错误的是（　　）

A．实验①中溶解了8.4gFe

B．原混合物总质量为105.6g

C．硝酸的浓度为4mol/L

D．实验④中V＝6720

2．（2016·哈尔滨高三模拟）在某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（不考虑溶液体积变化）是（　　）

A．0.15mol/L　　　　　　　B．0.225mol/L

C．0.30mol/LD．0.45mol/L

题组二　硝酸的强氧化性实验探究

3．（2016·长沙雅礼中学模拟）某化学兴趣小组设计了如下实验装置，欲探究铜和浓硝酸的反应是否有NO产生，题中所涉及气体体积均为标准状况下的数据，且忽略反应中溶液体积的变化。

试回答下列问题：

（1）C装置中将铜粉分散在石棉绒中的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

B装置的作用为_____________________________________________________。

（2）在铜和浓硝酸反应前，挤压打气球鼓入空气，经A、B、C反应后，进入D中的气体主要是__________（填化学式），通入该气体的目的是__________________________________________________；进行此步操作时应关闭_____________，打开______________。

（填“k1”“k2”或“k3”）

（3）关闭k1、k2，打开k3，由分液漏斗向装有一定量铜片的D中滴加14mol·L－1浓硝酸10.00mL。

待Cu和浓硝酸反应结束后，再通过分液漏斗向D中加入CCl4至满。

你认为这样操作的目的是________________________________________________________________________。

（4）若E中发生倒吸，可采取的应急操作是__________________________________________________。

4．某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验（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、3mol/L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4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

（1）实验目的与硝酸的性质相结合

在酸性条件下，氧化性NO

>H＋，不论与何种金属反应，得到电子的是NO

而不是H＋，因此还原产物不是H2，而是氮的低价化合物，如NO2、NO、N2O及NH

等。

若要证明硝酸的强氧化性只需证明其反应产物即可。

（2）有关化学实验的描述不仅要求准确，还要求全面，有时还需要指明是何处产生了什么现象，其答题规范可利用下面的模板来处理：

“海”（溶液）→①颜色由……变成……；②液面上升或下降（形成液面差）；③溶液变浑浊；④生成（产生）……沉淀；⑤溶液发生倒吸；⑥产生大量气泡；⑦有气体从溶液中逸出；⑧有液体溢出。

“陆”（固体）―→①固体表面产生大量气泡；②固体逐渐溶解；③固体体积逐渐变小（变细）；④颜色由……变成……

“空”（气体）―→①生成……色（味）气体；②气体由……色变成……色；③先变……后……（加深、变浅、褪色）。

考点三　氨和铵盐[学生用书P104]

1．氨气

（1）物理性质

色、味、态：

无色有刺激性气味气体。

水溶性：

极易溶于水，在常温常压下，1体积水能溶解700体积氨气。

（2）化学性质（填化学方程式）

（3）实验室制取

→2NH4Cl＋Ca（OH）2

2NH3↑＋CaCl2＋2H2O

↓

→固体＋固体

气体（与用KClO3和MnO2或KMnO4制O2的装置相同）

↓

→用碱石灰干燥

↓

→向下排空气法

↓

→

↓

→收集时，一般在管口塞一团棉花，可减小NH3与空气的对流速度，收集到纯净的NH3

（4）氨的用途

化工原料，用于制硝酸、铵盐、纯碱、尿素，用作制冷剂。

2．铵盐

（2）NH

的检验

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）向AgNO3溶液中滴加过量氨水，溶液澄清，说明Ag＋与NH3·H2O能大量共存。

（　　）

（2）可用蘸浓盐酸的棉棒检验输送氨气的管道是否漏气。

（　　）

（3）液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂。

（　　）

（4）实验室用NH4Cl和Ca（OH）2制备NH3涉及氧化还原反应。

（　　）

（5）可用氨水除去试管内壁上的银镜。

（　　）

（6）用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上，试纸变蓝色，是因为浓氨水呈碱性。

（　　）

2．写出下列反应的离子方程式。

（1）在NH4Cl溶液中加入NaOH溶液，并加热：

________________________________________________________________________

______________________。

（2）在NH4Cl溶液中滴加NaOH溶液：

________________________________________________________________________。

（3）在浓NH4Cl溶液中加浓NaOH：

________________________________________________________________________。

（4）NH4Cl溶液呈酸性的原因：

________________________________________________________________________。

（5）在饱和NH4Cl溶液中滴加NaAlO2，产生刺激性气味的气体和白色沉淀：

________________________________________________________________________。

精讲释疑

（1）NH3是中学化学中唯一的碱性气体，可在推断题中作为解题的突破口，确定NH3的存在。

（2）氨水的成分是三分子：

NH3、NH3·H2O、H2O；三离子：

NH

、OH－、H＋，氨水呈弱碱性。

计算氨水浓度时，溶质视为NH3。

（3）NH4Cl受热易分解：

NH4Cl△NH3↑＋HCl↑，NH3和HCl不共存：

NH3＋HCl===NH4Cl，但这两个反应不是可逆反应。

　（2016·济南高三一模）某小组的同学欲探究NH3经一系列反应得到HNO3和NH4NO3的过程，NH3的转化过程如图所示：

甲、乙两同学分别按如图所示装置进行实验。

用于A、B装置中的可选药品：

浓氨水、30%H2O2溶液、蒸馏水、NaOH固体、MnO2。

（1）仪器a的名称是______________________，装置A的圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________

____________________________。

装置E有多种作用，下列关于装置E的作用或其中所盛液体的说法中，不正确的是__________（填字母）。

a．使氨气和氧气充分混合

b．控制通入氨气和氧气的体积比

c．平衡装置内的压强

d．锥形瓶内液体是饱和食盐水

（2）甲同学先点燃酒精灯，再打开K1、K2、K3、K4，反应一段时间后，他认为成功模拟了过程Ⅱ的反应，原因是其观察到______________________________________________（填支持其观点的实验现象）；甲同学进行的实验中产生的气体持续通入装置H一段时间后，H中的溶液变成蓝色，则其中铜片所参与反应的离子方程式为____________________________________________，若制得的氨气仅按Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ的顺序完全转化为硝酸，欲使H装置中所得溶液为纯净的CuSO4溶液（忽略Cu2＋的水解），理论上所需氨气在标准状况下的体积为___________L（假设硝酸与铜反应产生的还原产物全部排出反应装置）；从所得CuSO4溶液中得到CuSO4·5H2O晶体的方法是将溶液________________、_______________、过滤、洗涤、干燥。

（3）乙同学为模拟过程Ⅳ的反应，在甲同学操作的基础上对该装置进行了下列各项中的一项操作，使G处圆底烧瓶中产生大量白烟，你认为这项操作是__________________（填字母）。

a．关闭K3并熄灭酒精灯

b．关闭K4并熄灭酒精灯

c．关闭K3、K4并熄灭酒精灯

（4）丙同学认为该系列实验装置存在一处明显的设计缺陷，你认为该设计缺陷是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

某兴趣小组用如图所示装置探究氨的催化氧化。

（1）氨催化氧化的化学方程式为________________________________________________________________________。

（2）加热玻璃管2一段时间后，挤压1中打气球鼓入空气，观察到2中物质呈红热状态；停止加热后仍能保持红热，该反应是________（填“吸热”或“放热”）反应。

（3）为保证在装置4中观察到红棕色气体，装置3应装入________；若取消装置3，在装置4中仅观察到大量白烟，原因是________________________________________________________________________。

（4）为实现氨的催化氧化，也可用装置5替换装置________（填装置代号）；化合物X