第15讲 氮及其化合物-【名师大课堂】2025年高考化学艺术生总复习必备（word教师用书）

第15讲　氮及其化合物 考点一　氮气及其氧化物 1．氮气 (1)氮气的分子结构 氮分子的电子式为　∶N⋮⋮N∶　，结构式为NN。 (2)氮气的物理性质：无色、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水，熔、沸点很低。 (3)氮气的化学性质 通常情况下，氮气的化学性质非常稳定，但在一些特定条件下可以发生化学反应。 ①氧化性： 与H2反应N2＋3H22NH3 与Mg反应N2＋3Mg　Mg3N2　 ②还原性：与O2反应N2＋O22NO。 (4)氮气的用途：常作保护气。 2．氮氧化物 (1)氮的几种氧化物 氮元素价态 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5 氧化物的化学式 N2O NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5 N2O俗称笑气，有麻醉作用；N2O3是亚硝酸的酸酐；　N2O5　是硝酸的酸酐。在中学化学中，氮的比较重要的氧化物有NO、NO2和N2O4。 (2)NO与NO2的比较 物质 ①NO ②NO2 颜色、状态、气味 无色、无味气体 2NO＋O2===2NO2色、有刺激性气味的气体 溶解性 不溶于水 与水反应 毒性 有毒（与血红蛋白结合） 有毒 与水反应 不反应 　排水　 与氧气反应 　　红棕　 不反应 与氧气、水 共同反应 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 对环境的影响 NO转化成NO2，会导致酸雨；导致光化学烟雾；破坏臭氧层 实验室 制法 试剂 Cu和稀硝酸 Cu和浓硝酸 收集 只能用　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　法收集 只能用　向上排空气　法收集 [注意]　a．无色气体NO遇氧气变成红棕色气体NO2，因此不能用排空气法收集NO气体；NO2能与水反应，因此只能用排空气法收集。 b.NO2气体中存在平衡：2NO2（红棕色）⥫⥬N2O4（无色），ΔH＜0，常温时没有纯净的NO2或N2O4。 c.NO、NO2的其他常见反应 NO2与NaOH溶液发生歧化反应： 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O NO、NO2与NaOH溶液发生归中反应： NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 1.氮的氧化物溶于水的计算方法 (1)NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，其计算如下表： x＝ 反应情况 所列方程 0＜x＜ O2过量剩余气体为O2 ＝ x＝ 恰好完全反应，无气体剩余 ＝ x＞ NO2过量，剩余气体为NO ＝ (2)NO和O2的混合气体溶于水时涉及反应：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，其计算如表： x＝ 反应情况 所列方程 0＜x＜ O2过量，剩余气体为O2 ＝ x＝ 恰好完全反应，无气体剩余 ＝ x＞ NO过量，剩余气体为NO ＝ 2.氮氧化物对环境的污染及防治 光化学烟雾 NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾。 酸雨 NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。 破坏臭氧层 NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。 3.常见的NOx尾气处理方法 (1)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。 (2)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。 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　) A.NO2起催化作用 B.NO起催化作用 C.NO2只作氧化剂 D.O3与O2互为同分异构体 解析：反应过程：①2NO2===2NO＋2O，②2NO＋O2===2NO2，③O＋O2===O3。①＋②得O2===2O，NO2起催化作用，除此之外，反应过程中NO2还作氧化剂，A项正确，C项错误；NO是中间产物，不是催化剂，B项错误；O3与O2互为同素异形体，不互为同分异构体，D项错误。 氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是(　A　) A.自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3 B.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl C.工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3 D.多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环” 解析：自然固氮是将N2转化为含氮化合物，不一定是转化为NH3，比如大气固氮是将N2会转化为NO，A错误；侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl，反应的化学方程式为H2O＋NH3＋CO2＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl，B正确；工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3，相关的化学反应方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O、2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO、4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，C正确；氮元素在自然界中既有游离态又有化合态，多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”，D正确；故选A。 考点二　硝酸 1．物理性质 2．化学性质 (1)不稳定性 反应的化学方程式：　4HNO3（浓）2H2O＋4NO2↑＋O2↑　。 ①市售浓硝酸呈黄色的原因是　硝酸分解产生的NO2溶于其中　。 ②硝酸保存在　棕　色试剂瓶中，置于　冷暗　处，不能用　橡胶塞　。 (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。 ①与金属反应 a.常温下，浓硝酸使　铁、铝　钝化； b.稀硝酸与铜反应：　3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　； c.浓硝酸与铜反应：　Cu＋4HNO3（浓）===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　。 ②与非金属反应 如浓硝酸与C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为：　3Fe2+＋4H＋＋NO===3Fe3+＋NO↑＋2H2O　。 (3)与有机物反应 ①硝化反应（与反应）： ； ②颜色反应：含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。 1．多角度突破HNO3的强氧化性 (1)硝酸与金属的反应 ①除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属。 ②活泼金属与硝酸反应不生成H2，硝酸的浓度不同，还原产物不同。 ③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化。 (2)硝酸与非金属的反应 非金属单质＋浓硝酸→最高价氧化物或其含氧酸＋NO2↑＋H2O。 (3)硝酸与还原性化合物的反应 可以氧化具有还原性的化合物或离子，如HI、HBr、SO2、Fe2+、FeO、Br－、I－、S2-、SO等均能被HNO3氧化。 2．金属与硝酸反应的计算方法 (1)电子守恒法：硝酸与金属反应属于氧化还原反应，氮原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数，由此可求出氮元素被还原后的价态，根据价态确定反应产物。 (2)原子守恒法：硝酸与金属反应时，一部分以NO的形式存在，一部分转化为还原产物，这两部分中N的物质的量与反应消耗的HNO3中N的物质的量相等。 (3)电荷守恒法：Mn＋和H＋所带正电荷总数应等于NO所带负电荷总数（因为这种溶液中OH－浓度很小，可被忽略）。 (4)离子方程式法：HNO3与H2SO4混合液跟金属的反应，当金属足量时，不能用HNO3与金属反应的化学方程式计算，应用离子方程式计算，因为生成的硝酸盐中的NO借助H＋仍能继续与金属反应。 实验室中使用盐酸、硫酸和硝酸时，对应关系错误的是(　D　) A.稀盐酸：配制AlCl3溶液 B.稀硫酸：蔗糖和淀粉的水解 C.稀硝酸：清洗附有银镜的试管 D.浓硫酸和浓硝酸的混合溶液：苯的磺化 解析：AlCl3为强酸弱碱盐，在溶液中能发生水解：AlCl3＋3H2O⥫⥬Al(OH)3＋3HCl，配制AlCl3溶液时，为抑制其水解，常加入稀盐酸，A正确；蔗糖和淀粉在H2SO4作催化剂、加热条件下会发生水解，B正确；稀硝酸具有强氧化性，能与不活泼的金属银发生反应，故附有银镜的试管常用稀硝酸进行清洗，C正确；苯与浓硫酸和浓硝酸的混合溶液反应生成硝基苯，属于苯的硝化，D错误。 一定量Fe和Fe2O3的混合物投入250 mL 2 mol·L-1的硝酸中，反应共生成1.12 L NO（标准状况下），再向反应后的溶液中加入1 mol·L-1的NaOH溶液，当沉淀完全时所加NaOH溶液的体积最少是(　A　) A.450 mL　　　　　 B．500 Ml C.400 mL D．不能确定 考点三　氨和铵盐 1．氨的分子结构与物理性质 电子式 密度 气味 水溶性 比空气小 强烈刺激性 气味 极易溶于水 (1∶700) 2.氨的化学性质 (1)与水反应。 ①氨水呈现碱性的原因：NH3＋H2O⥫⥬NH3·H2O⥫⥬NH＋OH－。 ②氨水中存在的粒子：　NH3·H2O、H2O、NH3、NH、OH－、H＋　。 ③NH3·H2O的性质：NH3·H2O为可溶性一元弱碱，不稳定，易分解，化学方程式为 　NH3·H2ONH3↓＋H2O　。 (2)与酸的反应。 蘸有浓盐酸（或浓硝酸）的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为有　白烟生成　。化学方程式分别为　HCl＋NH3===NH4Cl　、　HNO3＋NH3===NH4NO3　。 (3)与盐溶液的反应。 如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式：　Al3+＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH　。 (4)氨气的还原性。 性质 方程式 催化氧化 4NH3＋5O2　4NO＋6H2O　 被CuO氧化 2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O 被氯气氧化 2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl或8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl 被氮氧化物氧化 6NO＋4NH3===5N2＋6H2O6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O [微点拨]　①NH3是中学化学中唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。 ②氨水呈弱碱性，NH3·H2O属于一元弱碱，计算氨水的浓度时，溶质按NH3计算。 3．喷泉实验 (1)原理。 使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差，利用大气压将烧瓶下面烧杯中的液体压入烧瓶内，在尖嘴导管口形成喷泉。 (2)形成喷泉的常见组合。 ①HCl、NH3、NO2、NO与O2(4∶3)、NO2与O2(4∶1)溶于水。 ②HCl、CO2、Cl2、SO2溶于NaOH溶液。 4．铵盐及NH的检验 (1)铵盐的物理性质。 铵盐都是　白　色固体，均　易　溶于水。 (2)铵盐的化学性质。 (3)NH的检验 未知液呈碱性湿润的红色石蕊试纸变　蓝　色，则证明含NH。 5．含氮元素物质之间的转化关系 (1)歧化——同一物质中某元素的化合价在同一反应中既升高又降低。 如：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。 (2)归中——不同物质中同一元素的不同化合价在同一反应中只靠拢。 如：6NO＋4NH35N2＋6H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。 一、氨及铵盐的性质和检验 1．氨和NH的检验 (1)氨：用湿润的红色石蕊试纸检验，若试纸变蓝，则该气体为NH3。NH3是中学化学中唯一的碱性气体，该性质常作为推断题的突破口。 (2)NH的检验 2．重要的化学反应 (1)NH3的催化氧化 4NH3＋5O24NO＋6H2O。 (2)工业制硝酸的步骤及反应的化学方程式 ①合成氨：N2＋3H22NH3； ②氨氧化法制硝酸 a.氨氧化：4NH3＋5O24NO＋6H2O； b.氧化：2NO＋O2===2NO2； c.吸收：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO（NO循环使用）； 总反应为NH3＋2O2HNO3＋H2O。 因此，对于放出的NO，经多次氧化吸收，从理论上讲，可认为是100%吸收。 二、氨溶于水的喷泉实验及其实验原理分析 1．氨溶于水的喷泉实验 (1) 实验装置：如图，烧瓶中气体是NH3，烧杯及胶头滴管中是水（烧杯中滴入少量酚酞溶液）。 (2)实验操作：打开橡胶管上的止水夹，挤压胶头滴管，使少量水进入烧瓶。 (3)实验现象：烧杯中的水由玻璃导管进入烧瓶，形成喷泉，烧瓶内液体呈红色。 (4)现象解释：能形成喷泉说明氨极易溶于水；烧瓶内液体呈红色说明氨水显碱性。 2．喷泉实验的原理分析 (1)形成喷泉的原因 形成喷泉最根本的原因是瓶内外存在压强差。当烧瓶内气体溶于液体或与之反应时，烧瓶内气体大量减少，压强降低，外界的大气压将液体压入烧瓶内。 (2)通过改变烧瓶内气体的压强引发喷泉 ①如图甲所示，上部烧瓶中已装满干燥的氨，引发喷泉的操作：打开止水夹，挤出胶头滴管中的水。该实验的原理：氨极易溶于水，致使烧瓶内气体压强迅速减小。 ②如图乙所示，上部烧瓶中已装满干燥的氨，引发喷泉的操作：打开止水夹，用冰水浇烧瓶，降低烧瓶内氨的温度，使气体压强减小，水上升与氨接触，形成喷泉。或用手（或热毛巾等）将烧瓶捂热，NH3受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，NH3与水接触，即引发喷泉。 (3)通过增大锥形瓶内气体的压强引发喷泉 图丙的锥形瓶外放一水槽，锥形瓶中加入酒精，在水槽中加入冷水后，再向水槽中加入足量的浓硫酸，也可以产生喷泉。这种方法产生喷泉的原理是浓硫酸遇水放热，使锥形瓶内乙醇汽化，气体的压强增大，从而引发喷泉。城市中常见的人造喷泉及火山爆发原理与上述装置的原理相似。 (4)确保喷泉实验成功的因素 ①盛气体的烧瓶必须干燥； ②气体要充满烧瓶； ③烧瓶不能漏气（实验前应先检查装置的气密性）； ④气体能大量溶于所用液体或气体与液体可以快速反应。 （2023·北京卷）一种分解氯化铵实现产物分离的物质转化关系如下，其中b、d代表MgO或Mg(OH)Cl中的一种。下列说法正确的是(　C　) A.a、c分别是HCl、NH3 B.d既可以是MgO，也可以是Mg(OH)Cl C.已知MgCl2为副产物，则通入水蒸气可减少MgCl2的产生 D.等压条件下，反应①、②的反应热之和，小于氯化铵直接分解的反应热 分析：NH4Cl分解的产物是NH3和HCl，分解得到的HCl与MgO反应生成Mg(OH)Cl，Mg(OH)Cl又可以分解得到HCl和MgO，则a为NH3，b为Mg(OH)Cl，c为HCl，d为MgO。 解析：由分析可知，a为NH3，c为HCl，A项错误；d为MgO，B错误；可以水解生成Mg(OH)Cl，通入水蒸气可以减少MgCl2的生成，C正确；反应①和反应②相加即为氯化铵直接分解的反应，由盖斯定律可知，等压条件下，反应①、反应②的反应热之和等于氯化铵直接分解的反应热，D错误；故选C。 氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ/mol。实验室用加热NH4Cl和Ca(OH)2固体混合物的方法制取少量氨气。下列有关氨的说法正确的是(　B　) A.NH3的空间构型为平面三角形 B.NH3与H2O能形成分子间氢键 C.NH3的水溶液不能导电 D.氨催化氧化制硝酸是利用了NH3的氧化性 解析：NH3的孤电子对数为1，价层电子对数为4，空间构型为三角锥形，故A错误：N和O的电负性比较大，半径比较小，NH3与H2O之间既存在不同分子间氢键，也存在同种分子间氢键，故B正确；NH3溶于水得到氨水，氨水中存在自由移动的铵根离子和氢氧根离子，即可导电，故C错误；氨催化氧化制硝酸，NH3中N元素的化合价为－3，硝酸中N元素的化合价为＋5，化合价升高，作还原剂，利用的是NH3的还原性，故D错误。 考点四　氨气的制法 1．氨气的实验室制法 (1)制备装置。 (2)制备原理及流程分析。 2．氨气的工业制法 合成氨工业的简要流程可用方框图表示为 (1)原料气的制取。 ①N2：将空气液化、蒸发分离出N2或者将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。 ②H2：用水和燃料（煤、焦炭、石油、天然气等）在高温下制取。 用煤和水制H2的主要反应为 C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2。 (2)原料气的净化。 制得的N2、H2需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压。 (3)氨的合成：在适宜的条件下，在合成塔中进行。 (4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，为提高原料的利用率，将没有完全反应的N2和H2循环送入合成塔，使其被充分利用。 氨气制备的简易方法 方法 化学方程式（或原理） 发生装置 加热 浓氨水 NH3·H2ONH3↑＋H2O 浓氨水＋ NaOH(s) NaOH溶于水放热，促使氨水分解，且OH－浓度的增大有利于NH3的生成 浓氨水＋ CaO(s) CaO与水反应，使溶剂（水）减少；反应放热，促使氨水分解。化学方程式：NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2 （2024·湖北卷）碱金属的液氨溶液含有的蓝色溶剂化电子[e(NH3)n]－是强还原剂。锂与液氨反应的装置如图（夹持装置略）。下列说法错误的是(　C　) A.碱石灰有利于NH3逸出 B.锂片必须打磨出新鲜表面 C.干燥管中均可选用P2O5 D.双口烧瓶中发生的变化是Li＋nNH3===Li＋＋[e(NH3)n]－ 解析：碱石灰吸水放热，有利于NH3逸出，A正确；锂易与空气中的氧气等反应在表面形成氧化膜，故锂片使用前必须打磨，B正确；P2O5不能用于干燥氨气，C错误；氨气在双口瓶中冷却变为液氨，由题给条件可知，Li与液氨反应产生[e(NH3)n]－，由原子守恒及电荷守恒可得反应方程式：Li＋nNH3===Li＋＋[e(NH3)n]－，D正确。 氮化铬(CrN)薄膜具有韧性高、耐磨性好、涂层结合强度高、较好的抗高温氧化性和抗腐蚀性以及内应力低等优点，在汽车工业、航空航天等领域取得了很好的应用效果。某化学兴趣小组利用下列装置进行氮化铬的制备（部分夹持装置已略），回答下列问题： (1)仪器X的名称为　U形管，X中盛有的试剂为干燥剂，该干燥剂可以是　bc（填序号）。 a.浓硫酸　b．碱石灰　c．CaO　d．无水CaCl2 (2)装置甲中CaO可用NaOH固体代替，其原因是　NaOH溶于水放热，且电离出OH－，促使NH3·H2O分解生成NH3　。 (3)若装置丙玻璃管中产生大量白烟，则发生反应的化学方程式为　4NH3＋CrCl3CrN＋3NH4Cl　。 (4)装置丁洗气瓶中水的作用是　吸收尾气HCl或NH3　。 该装置是否合适？若合适则写出合适的理由，若不合适则说明改进措施：　不合适，将丁中插入水中的导管改为倒置漏斗，使漏斗下缘刚好和液面相平或在装置丙和装置丁之间增加一个安全瓶　。 (5)实验前，在装置丙中加入15.850 g CrCl3（已知Cr的相对原子质量为52），实验结束后，取出装置丙中的固体加热至质量不再减少，称量剩余固体质量为7.525 g，则制备的产品纯度为　78.9　%（保留小数点后一位）。 解析：(1)仪器X的名称为U形管。浓硫酸和CaCl2均能与NH3反应，不能用浓硫酸和无水CaCl2干燥；NH3为碱性气体，可用碱性干燥剂碱石灰或CaO干燥，b、c项正确。 (2)氨水中存在平衡：NH＋OH－⥫⥬NH3·H2O⥫⥬NH3＋H2O，NaOH溶于水放热，且电离出OH－，促使NH3·H2O分解生成NH3。 (3)装置丙玻璃管中的物质为无水CrCl3，通入干燥的NH3后，产生的大量白烟是NH4Cl固体小颗粒，反应的化学方程式为4NH3＋CrCl3CrN＋3NH4Cl。 (4)HCl、NH3均极易溶于水，可用水作尾气吸收剂，但装置丁中导管直接插入水中，容易引起倒吸，为防止液体倒吸，可将插入水中的导管改为倒置漏斗，使漏斗下缘刚好和液面相平或在装置丙和装置丁之间增加一个安全瓶。 (5)利用差量法计算： 4NH3＋CrCl3CrN＋3NH4Cl　　Δm 158．5　　66　　　　　　　92.5 　　　　　 x　15.850 g－7.525 g＝8.325 g 则x＝5.94 g，纯度＝×100%＝×100%≈78.9%。 学科网（北京）股份有限公司 $$