第02讲 氮与社会可持续发展（暑假复习讲义）新高二化学苏教版

第02讲 氮与社会可持续发展 内容导航 考点聚焦：紧扣考试命题常考点，有的放矢 重点速记：知识点和关键点梳理，查漏补缺 难点强化：难点内容标注与讲解，能力提升 复习提升：基础巩固+提升专练，全面突破 1．能依据氮分子的微观结构预测其化学性质； 2．认识人工固氮的化学原理和社会价值； 3．体会化学科学在解决人类社会面临的粮食危机中所发挥的重要作用； 4．能从不同视角认识含氮化合物之间转化的条件和方式； 5．能运用化学变化的知识说明氨气、硝酸的化学性质； 6．能根据实际需要设计无机化合物转化与制备的方案； 7．能以含氮化合物之间的转化为例，分析和探讨化学工业对人类健康、社会可持续发展可能带来的双重影响； 8．能运用绿色化学的思想对化学品的生产和使用进行初步的评估，提出处理环境污染物的建议。 一、氮的固定 1．氮气 (1)氮气的分子结构 氮气分子的电子式为_________，结构式为_________。 (2)氮气的化学性质 ①在放电或高温条件下，氮气可与氧气化合，化学方程式为___________________________。 ②镁能在氮气中燃烧，化学方程式为___________________________。 氮化镁易水解，水解方程式为：____________________________________ 2．氮的固定 (1)定义：将空气中_________态的氮转化成__________________叫做氮的固定。 (2)分类 氮的固定主要有_________和_________两种方式。 ①自然固氮：分为生物固氮和高能固氮。 a．生物固氮：自然界中的一些微生物种群（如豆科植物的_________）将氮气通过_________过程转化为__________________。 b．高能固氮：通过_________、_________等途径产生含氮化合物。 c．“雷雨发庄稼”涉及的反应过程： ___________________________、___________________________、___________________________ ②人工固氮——合成氨 工业上合成氨的反应为___________________________。 合成氨的原料是___________，该反应放出大量的______，工业上用来预热_________，合成氨达到平衡时，混合气体中氨的含量为___________，分离出氨后，将未反应的氮气和氢气送回_________循环使用。 二、氮的氧化物 1．氮的氧化物 氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1～＋5价都有对应的氧化物。 化合价 +1 +2 +3 +4 +5 氧化物 其中N2O3、N2O5属于_________氧化物。 2．一氧化氮 (1)一氧化氮是一种_____色、______味、有毒的气体，微溶于水。 (2)NO的化学性质： ①NO易被空气氧化，化学方程式为___________________________，实验室收集NO时，应该用_________法。 ②NO既不与酸也不与碱反应，既不是_________氧化物也不是_________氧化物。 ③NO与O2的混合气体通入水中，发生的反应为：___________________________。 (3)NO的鉴别方法：NO与空气接触，观察到有__________________生成。 3．二氧化氮 (1)二氧化氮是一种_________色，有刺激性气味的_________气体，能与水反应。 (2)NO2的化学性质： ①NO2与水反应的化学方程式为____________________________________，实验室收集NO2时，应该用__________________法。 ②NO2气体一般用_________吸收，化学方程式为：____________________________________，该反应是歧化反应。 ③NO2与O2的混合气体通入水中，发生的反应为：____________________________________。 ④NO与NO2按1：1与NaOH溶液反应化学方程式为：___________________________，该反应是归中反应。 (3)鉴别NO2气体的方法： ①观察颜色为_________色； ②通入水中，得到_____色溶液，剩余气体为_____色； ③用湿润的KI-淀粉试纸检验，试纸变______色。 4．氮氧化物的应用 大气中的NO和NO2达到一定浓度时会对人体造成伤害，能引发上呼吸道及肺部疾病，人体中极少量的NO有助于促进血关扩张，防止血管栓塞。二氧化氮在火箭燃料中用作氧化剂，在工业上可用来制造硝酸。 三、氨气 1．物理性质 氨气是_____色、有_________气味、密度比空气_____，________溶于水的气体，常温时，1体积水大约溶解_________体积的氨气，氨易被_________。 液态氨汽化时要_________大量的热，使周围的温度_________，因此液态氨在工业上常作_________。 2．化学性质 (1)氨与水的反应 ①氨气溶于水形成的溶液称为氨水，氨分子_________与水结合生成NH3·H2O，NH3·H2O_________电离成铵根离子和氢氧根根离子，因此氨水显_________性。 化学方程式为：_____________________________________________。 ②检验氨气的方法是_______________________________________________________________。 ③氨水的成分和性质： 氨水中含有的粒子有_________、_________、_________、_________、_________、_________。 NH3·H2O是一种一元弱碱，不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为：_________________________。 (2)氨与酸的反应 ①与浓盐酸反应： 浓盐酸与浓氨水反应，有大量_________生成，浓氨水与_________反应，也会出现相同的现象，该实验可用于NH3与挥发性酸（浓盐酸和浓硝酸）的互相检验。 化学方程式：___________________________、___________________________。 ②与硫酸反应： 化学方程式：___________________________。 (3)与盐溶液的反应 过量氨水与AlCl3反应的离子方程式：____________________________________。 (4)NH3的还原性 ①NH3中的氮元素的价态为______价，在一定条件下与氧化剂作用时作_______剂，表现为_______性。 ②NH3的催化氧化： 在加热和催化剂作用下，氨气与氧气反应生成一氧化氮和水，并_________热。 化学方程式为：____________________________________。 这一反应叫氨的催化氧化，是工业制备_________的重要反应之一。 ③NH3在纯氧中燃烧能生成N2，____________________________________。 ④在一定条件下，NH3还能被Cl2、CuO等氧化。 NH3与Cl2反应： ____________________________________，实验现象是有_________生成，生产中用浓氨水检验氯气管道是否发生泄漏。 NH3与CuO反应：____________________________________。 3．喷泉实验原理及应用 (1)实验原理：烧瓶内外产生压强差，当烧瓶内压强明显_________外界压强时就会产生喷泉实验。 (2)喷泉实验能否成功的关键因素： 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__________________)；④所用气体能_________溶于所用液体或气体与液体_________反应。 (3)常见喷泉的形成主要有以下两类： ①极易溶于水的气体(NH3、HCl、SO2等)与________可形成喷泉。 ②酸性气体(HCl、SO2、NO2、CO2、H2S等)与_________也能形成喷泉。 四、硝酸 1．物理性质 硝酸是一种_____色，_____挥发，具有_________气味的液体。能与水__________________。 2．化学性质 (1)硝酸是一元强酸，具有酸的通性。 与碱性氧化物（如CaO）反应：____________________________________。 与碱[如Ca(OH)2]反应：____________________________________。 与某些盐反应，硝酸与CaCO3反应的化学方程式为：____________________________________。 (2)不稳定性 硝酸不稳定，见光或受热易分解，化学方程式为：____________________________________。 硝酸的保存方法：密封贮存在_________、_________处。 市售硝酸常因溶有少量_________略显黄色。 (3)硝酸的强氧化性 硝酸是一种_________性很强的酸，能与大多数金属（除Au、Pt等少数金属以外）、许多非金属以及有机物发生氧化还原反应。 ①浓硝酸、稀硝酸分别与Cu的反应方程式： ______________________________________________________， ______________________________________________________。 硝酸与金属反应时，硝酸表现为_________（有金属盐生成）和_________性。 铜与浓硝酸反应的实验现象：试管中_____________________________________________，集气瓶中收集到_________。 铜与稀硝酸反应的实验现象：试管中_____________________________________________，集气瓶中收集到_________。 ②硝酸与非金属的反应 C与浓硝酸反应的方程式：________________________________。该反应中，硝酸表现为_________性。 ③常温下浓硝酸可以使_________等金属发生钝化。可以用_________或_________容器盛放浓硝酸。 ④与其他还原性物质反应：硝酸与Fe2+、SO反应的离子方程式： _____________________________________________ _____________________________________________ 五、铵盐 氨气的实验室制法 1．铵盐的化学性质 (1)不稳定性：铵盐不稳定，受热_________。 将少量氯化铵放入试管中，在酒精灯火焰上微热，实验现象：_____________________________________ __ ______________。 化学方程式：___________________________、___________________________ NH4HCO3分解的化学方程式为：____________________________________ (2)与碱反应： 铵盐溶液与NaOH溶液反应的离子方程式： ①在稀溶液中不加热：____________________________________。 ②加热时或浓溶液：____________________________________。 (3)铵盐的检验方法 向铵盐中加入NaOH溶液，_________，将_________的_________试纸靠近管口，若试纸变蓝，证明样品中含有NH。 2．氨气的实验室制法 (1)反应原理 加热固态铵盐和碱的混合物，一般加热NH4Cl和Ca(OH)2的混合物. 反应的方程式为：_____________________________________________。 (2)实验装置 (3)收集方法：__________________法。 (4)验满方法：用__________________置于试管口，试纸变蓝色。 (5)NH3的干燥：_________，不能用P2O5、浓H2SO4、CaCl2干燥。 (6)尾气处理 ①收集时，一般在管口塞一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球，作用是：①___________________________；②___________________________。 ②吸收多余氨气时，可用水或稀硫酸，要防止_________。 3．实验室快速制取氨气的方法 (1)浓氨水直接加热：氨气在水中的溶解度下降，同时NH3·H2O受热分解，产生氨气。反应方程式为：____________________________________ (2)向浓氨水中加NaOH或CaO或碱石灰，NaOH等具有_________性，使氨气从氨水中挥发出来。 4．常见的氮肥及使用 (1)氮肥的分类：氮肥主要有_________、_________和_________。 (2)氮肥的使用 ①铵态氮肥在使用时注意两点：①___________________________；②___________________________。 ②硝态氮肥：包括__________________等。 NO不易被以带_________为主的土壤胶粒所吸附，在潮湿的土壤中流动性大，容易被植物吸收。 硝态氮肥在______________的情况下，硝酸根经微生物作用可还原成气体（NO、N2O 、N2）逸出，这种反硝化作用导致硝态氮肥的损失。 ③尿素：化学式为_________，是一种_____色晶体，是固态氮肥含氮量_________的一种氮肥。 工业上用二氧化碳和氨气在一定条件下合成尿素，反应方程式为：___________________________。 尿素是一种_________肥料，适用于各种土壤和作物。 施用尿素后，土壤中的微生物将其吸收，使其水解成________________________，缓慢释放_______被作物吸收利用。 七、氮氧化物的无害化处理 1．氮氧化物的来源 (1)氮氧化物（NOx）主要包括_________。 (2)氮氧化物的来源：__________________、_________和__________________是氮氧化物的主要来源。 2．氮氧化物的危害与防治 (1)形成酸雨：NO2形成酸雨的过程为___________________________（用化学方程式表示）。 (2)光化学烟雾：在日光照射下，NO2使氧气经过复杂的反应生成臭氧(O3)，臭氧与空气中的一些碳氢化合物在__________________发生作用后，产生了一种有毒的烟雾，人们称之为光化学烟雾。 (3)减少汽车尾气危害的措施 ①以__________________代替汽油； ②安装汽车尾气净化装置，将NOx转化为中性、无污染的_________；③使用_________或_________电池作为动力的新型环保汽车。 汽车尾气净化装置里含Pd的金属催化剂，反应方程式为：___________________________。 一、NO、NO2溶于水的计算 1．反应原理 由于NO2与H2O反应会生成HNO3和NO，NO又可与O2反应生成NO2，因此适量的氧气可使NO或NO2恰好完全溶于水。 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　① 2NO＋O2===2NO2　② ①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3， ①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。 2．计算类型 (1)NO2（或NO2与N2的混合气体） 计算依据：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 计算方法：气体的体积差与反应物或生成物的量成正比。 (2)NO2和O2的混合气体溶于水 计算依据：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 计算方法：讨论法 V(NO2)∶V(O2) (3)NO和O2的混合气体溶于水 计算依据：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 计算方法：讨论法 V(NO)∶V(O2) (4)NO、NO2和O2三种混合气体溶于水 计算依据：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 计算方法：假设法 假设NO2先与水反应，按反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，求出NO的体积，再加上原混合气体中NO的体积，得NO的总体积，再按反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3进行计算。 3．用电子守恒法计算 当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子，若NO2或NO与O2混合，O得到电子，N失去电子，且得失电子数相等，这是利用得失电子守恒法解答此类题目的依据。 二、喷泉实验原理及应用 1．喷泉实验原理 喷泉是一种常见的现象，其产生原因是存在压强差，常见装置有以下三种。 (1)如图甲(或乙)烧瓶内的气体极易溶于水(或易与溶液中的溶质发生化学反应)，从而使烧瓶内气压迅速降低，在大气压作用下，烧杯中的液体迅速向上流动，从而形成喷泉。 气体 HCl NH3 CO2、Cl2、SO2、H2S NO2与O2 吸收剂 水或NaOH溶液 水或盐酸 NaOH溶液 水 (2)如图丙锥形瓶内发生化学反应，产生气体，从而使锥形瓶内压强迅速增大，促使锥形瓶内液体迅速向上流动，形成喷泉。 2．氨气的喷泉实验成功的关键 (1)装置的气密性良好。 (2)圆底烧瓶要保持干燥。 (3)圆底烧瓶内要充满气体。 (4)烧杯内装入足量的水，以防止因水量不足而造成喷泉停止或不发生。 3．喷泉实验的有关计算 (1)实验完成后，溶液充满烧瓶，溶质的物质的量与气体的物质的量相同(由体积换算确定)。 标准状况下若烧瓶体积为V L，则有V(aq)＝V L，nB＝ cB＝＝＝ mol·L－1。 (2)若溶质由部分气体转化而成，则依实际情况判断。如体积为V L的NO2与O2的混合气体按4∶1混合后做喷泉实验，发生的反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，则有V(aq)＝ V L，nB＝×，cB＝＝ mol·L－1。 三、硝酸的氧化性规律 1．硝酸氧化性的实质 (1)习惯上把浓硝酸、稀硝酸称为氧化性酸，是因为HNO3中硝酸根部分＋5价的氮元素显氧化性，H＋不显示氧化性，即在酸性条件下氧化性NO＞H＋。 (2)因为氧化性NO＞H＋，不论浓硝酸还是稀硝酸，其还原产物为低价含氮物质，既使与金属单质反应，一般也不生成H2。 2．硝酸氧化性的体现 (1)浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色。 (2)与非金属单质C、S、P等在加热条件下反应，非金属元素生成酸性氧化物或最高价含氧酸，反应后仍有过量稀硝酸。 (3)低价金属氧化物或盐与硝酸发生氧化还原反应，如FeO与稀硝酸反应3FeO＋10HNO3(稀)=== 3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，而不是发生复分解反应生成Fe(NO3)2。 (4)酸性溶液中含有NO或向含有NO的硝酸盐溶液中加入酸，溶液中(H＋＋NO相当于HNO3)具有强氧化性，能够氧化强还原性离子如Fe2＋、I－、S2－、SO等而不能大量共存。 (5)硝酸与铁反应时，产物符合以下规律： Fe过量 Fe不足 Fe与HNO3两者恰好完全反应 Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 Fe(NO3)2或Fe(NO3)3或两者混合物 温度越高，硝酸越浓，其氧化性越强；与硝酸反应时，还原剂一般被氧化成最高价态。 3．认识硝酸氧化性的误区 (1)硝酸与金属反应时，一般既表现强氧化性，又表现酸性，参加反应的硝酸部分被还原，还有一部分仍以NO形式存在。 (2)浓硝酸与金属反应的过程中，浓度逐渐减小，还原产物有可能是NO2和NO的混合物。 (3)在应用硝酸的氧化性分析离子是否共存时，要注意溶液中H＋和NO的组合，它们相当于HNO3，能够氧化具有强还原性的离子，而单纯的NO不能氧化这些离子。 (4)与金属反应时硝酸的还原产物的规律是：浓硝酸→NO2，稀硝酸→NO。但随着金属活动性顺序的增强以及硝酸浓度的降低，硝酸的还原产物会发生变化，一般说来，氮元素的价态随之降低。 四、硝酸与金属反应的相关计算 1．常用的计算方法(以Cu与硝酸反应为例) (1)原子守恒法 反应前所有的N只存在于HNO3中，反应后含N的物质有HNO3的还原产物(假设有NO2、NO)和Cu(NO3)2，若HNO3过量，则过量HNO3中也含N，则有n(N)＝n(NO2)＋n(NO)＋2n[Cu(NO3)2]＋n(HNO3)剩(N原子守恒)。 (2)电子守恒法 反应中失去电子的是参加反应的Cu，Cu－2e－===Cu2＋；得到电子的是被还原的HNO3(假设还原产物为NO2、NO)，NO＋e－===NO2、NO＋3e－===NO。根据得失电子守恒，则有2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)。若将生成的氮的氧化物气体与一定量的氧气共同通入水中，氮的氧化物完全生成硝酸，由于开始反应物为硝酸，中间生成了氮的氧化物，但最终又变回了硝酸，所以相当于铜失去的电子最终由氧气得到，则有2n(Cu)＝n(O2)。 (3)电荷守恒法 在Cu与HNO3反应后的溶液中，若HNO3不过量，阳离子只有Cu2＋，阴离子只有NO(此类计算不考虑H2O电离出的极少量的H＋、OH－)；若HNO3过量，溶液中的阳离子有Cu2＋和H＋，阴离子只有NO。则有：(1)若HNO3不过量：n(NO)＝2n(Cu2＋)；(2)若HNO3过量：n(NO)＝2n(Cu2＋)＋n(H＋)。 (4)离子方程式计算法 金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO在硫酸提供H＋的条件下能继续与金属反应，故此类题目应用离子方程式来计算3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO进行相关计算，且要符合电荷守恒。 2．常见两种计算 (1)硝酸与铜反应 浓硝酸与足量的铜反应，开始浓硝酸被还原为NO2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸被还原为NO，向反应后的溶液中加稀硫酸，NO又被还原为NO。 (2)稀硝酸与铁反应(铁的常见价态：＋2、＋3) Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O； 3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 ①≥4，产物为Fe(NO3)3； ②≤，产物为Fe(NO3)2； ③<<4，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。 五、常见气体的实验室制法 1．常见气体的制备原理 气体 制备反应原理 H2 Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ O2 2H2O22H2O＋O2↑ 2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑ 2KClO32KCl＋3O2↑ Cl2 MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O NH3 2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O SO2 Na2SO3＋H2SO4(较浓)===Na2SO4＋SO2↑＋H2O CO2 CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O NO 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O NO2 Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 2．常见气体实验室制备的发生装置 反应装置类型 反应装置图 适用气体 固固加热型 O2、NH3等 固液加热型或液液加热型 Cl2等 固液不加热型 O2、H2、CO2、SO2、NO、NO2等 3．常见气体的净化 气体 所含杂质 净化剂 净化装置 O2 Cl2 氢氧化钠溶液 H2 H2S 硫酸铜溶液 CO2 HCl 饱和碳酸氢钠溶液 CO2 SO2 饱和碳酸氢钠溶液 Cl2 HCl 饱和食盐水 SO2 HCl 饱和亚硫酸氢钠溶液 CO CO2或H2O 碱石灰 N2 O2 灼热的铜网 4．常见的收集方法 收集方法 排水法 向上排空气法 向下排空气法 收集原理 收集的气体不与水反应或难溶于水 与空气不反应且密度比空气的大 与空气不反应且密度比空气的小 收集装置 适用的气体 H2、O2、NO等 Cl2、CO2、NO2、SO2等 H2、NH3等 5．尾气处理方法 对于有毒、有害、可燃、污染空气的气体尾气必须进行处理，用溶液吸收或点燃使它们变为无毒、无害、无污染的物质。对于无毒、无害气体可直接排放，如N2、O2等。 (1)吸收原则：能充分吸收气体；不能倒吸。 (2)常见装置 ①吸收溶解度较小的尾气(如Cl2等)用图D装置； ②吸收溶解度较大的尾气(如HCl等)用图B、C装置； ③CO、H2等气体可用点燃或收集的方法处理，用图A、E装置。 基础巩固 1．下列过程不属于氮的固定的是(　　) A．雷雨天有NO生成 B．工业上用氢气与氮气合成氨 C．植物的根从土壤中吸收铵根离子和硝酸盐 D．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为硝酸盐 2．下列叙述不正确的是(　　)。 A．NH3易液化，液氨常用作制冷剂 B．与金属反应时，稀硝酸可能被还原为更低价态，则稀硝酸氧化性强于浓硝酸 C．铵盐受热易分解，因此贮存铵态氮肥时要密封保存，并放在阴凉通风处 D．稀硝酸与活泼金属反应时得不到氢气 3．下列各组离子，在指定溶液中一定能大量共存的是(　　)。 A．在酸性溶液中：Na+、Ba2+、NO、CO B．在酸性溶液中：NH、Fe2+、SO、NO C．在碱性溶液中：Na+、K+、NO、Cl- D．在中性溶液中：Ag+、K+、SO、Cl- 4．化学与环境密切相关，下列有关说法错误的是(　　)。 A．NO2、NO等含氮氧化物是光化学烟雾的主要污染物 B．对酸性物质的排放加以控制，开发清洁能源是减少酸雨的有效措施 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 5．以下有关氨及铵盐的叙述中不正确的是(　　)。 A．铵态氮肥不能与碱性物质如草木灰混合施用 B．氨的喷泉实验体现了氨的溶解性和氧化性 C．实验室常用固体氯化铵与氢氧化钙反应制取氨气 D．氨具有还原性，一定条件下可与氧化性物质如氧气发生反应 6．下列由相关实验现象推出的结论正确的是(　　)。 A．NH4Cl和NH4HCO3受热都能分解，说明可以用加热NH4Cl和NH4HCO3固体的方法制氨 B．向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀，说明该溶液中一定含有SO C．Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应 D．NH3遇到浓盐酸产生白烟，说明两者发生反应生成白色固体 7．关于氮的变化关系图如下： 则下列说法不正确的是(　　)。 A．路线①②③是工业生产硝酸的主要途径 B．路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径 C．上述所有反应都是氧化还原反应 D．氮气在足量的氧气中通过一步反应可生成NO2 8．下列关于NO2的制取、净化、收集及尾气处理的装置和原理不能达到实验目的的是(　　) A B C D 制取NO2 净化NO2 收集NO2 尾气处理 9．下列说法不正确的是(　　)。 A．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，再加入Cu(NO3)2固体，铜粉仍不溶解 B．某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体的水溶液一定显碱性 C．铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO===3Cu2++2NO↑+4H2O D．HNO3NONO2，以上各步变化均能通过一步实验完成 10．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5.6 L 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。则消耗铜的质量为(　　)。 A．16 g B．32 g C．64 g D．无法计算 11．将8 mL NO2与O2的混合气体通入倒立于水槽中装满水的量筒中，充分反应后，剩余气体为1 mL，则原混合气体中NO2与O2的体积比可能为(　　)。 A．7∶5 B．7∶3 C．7∶2 D．3∶7 提升专练 1．MOFs材料利用其孔径大小和形状特点可恰好将N2O4“固定”，从而去除废气中的NO2。被“固定”的N2O4经处理可全部转化为HNO3，过程示意如图。(已知：2NO2N2O4)。下列说法不正确的是(　　) A．MOFs材料将N2O4“固定”的过程属于氮的固定 B．图示中转化为HNO3的反应为2N2O4＋O2＋2H2O===4HNO3 C．每获得0.4 mol HNO3时，转移电子的数目约为0.4×6.02×1023 D．MOFs材料具有高选择性和可重复使用的优点 2．研究氮及其化合物的性质，可以有效改善人类的生存环境。氮元素化合价－物质类别关系如图，以下说法正确的是(　　) A．物质A被还原转化为NO B．标准状况下，3.36 L气体B与水完全反应，转移0.1 mol电子 C．物质C的浓溶液与Cu反应的离子方程式为3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O D．检验物质A用蘸有浓硫酸的玻璃棒靠近，产生白烟 3．用Pt-Rh合金催化氧化NH3制NO，其反应的微观模型如图甲，含氮生成物产率随反应温度的变化曲线如图乙。下列说法正确的是(　　) A．氨分子的电子式为 B．400 ℃时，生成的产物只有N2、NO C．Pt-Rh合金催化氧化NH3制NO，适宜的温度为400 ℃ D．800 ℃以上，可能发生反应：2NO(g)O2(g)＋N2(g) 4．某化学兴趣小组欲制备氨气并探究其相关性质。请回答下列问题： (1)如图是制取少量氨气的实验装置： ①在制取氨气的实验装置中，使用湿润棉花(棉花团外侧滴有少量蒸馏水)的作用是______(填一条)。 ②干燥管中的碱石灰________(填“能”或“不能”)用无水CaCl2、P2O5代替。 (2)如图为探究氨气的还原性实验装置： ①开始时试管中气体的颜色为________。 ②打开K1，室温下将过量的氨气推入试管中，可能出现的现象为_______________________，反应的化学方程式为_______________________________________________。 ③检验试管中固体是否含有氮元素一定用不到的试纸或试剂是________(填字母)。 a．蒸馏水 b．NaOH溶液 c．红色石蕊试纸 d．蓝色石蕊试纸 e．稀硫酸 (3)如图为探究NH3和HCl的有关性质的实验装置： ①得到蓝色喷泉的原因是_______________________________________________________。 ②该装置中产生“红蓝双色喷泉”现象的操作方法是________________________________。 5．某课外活动小组为了探究木炭与浓硝酸反应后的气态生成物，设计如下实验。 (1)甲同学设计实验如图甲。 红热木炭未进入试管前，浓硝酸上方并无明显变化。当按图甲装置进行实验后，浓硝酸液面上方有明显的红棕色气体产生，且沾有澄清石灰水的玻璃片出现浑浊，后浑浊消失。 ①液面上方出现红棕色气体，说明浓硝酸具有________(填字母)。 a．酸性　　b．挥发性　　c．不稳定性 ②沾有澄清石灰水的玻璃片出现浑浊，________(填“能”或“不能”)说明木炭与浓硝酸发生了反应，是因为_______________________________________________________________。 (2)乙同学设计实验如图乙。 按图乙装置进行实验后，浓硝酸液面上方有明显的红棕色气体产生，且沾有澄清石灰水的玻璃片无明显变化。沾有澄清石灰水的玻璃片无明显变化，________(填“能”或“不能”)说明木炭与浓硝酸未反应，是因为___________________________________________________。 (3)丙同学克服了甲、乙同学设计上的缺点，设计实验如图丙。已知酸性高锰酸钾溶液能将NO、NO2氧化成NO，MnO被还原为Mn2＋。 ①如图连接装置后，需进行的实验操作为__________________；加热木炭与浓硝酸前需先通一段时间N2，目的是________________________________。 ②装置A中木炭与浓硝酸反应的化学方程式为______________________________________。 ③能证明木炭被氧化的实验现象为________________________________________________。 ④D装置中发生反应的离子方程式为_______________________________________________。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第02讲 氮与社会可持续发展 内容导航 考点聚焦：紧扣考试命题常考点，有的放矢 重点速记：知识点和关键点梳理，查漏补缺 难点强化：难点内容标注与讲解，能力提升 复习提升：基础巩固+提升专练，全面突破 1．能依据氮分子的微观结构预测其化学性质； 2．认识人工固氮的化学原理和社会价值； 3．体会化学科学在解决人类社会面临的粮食危机中所发挥的重要作用； 4．能从不同视角认识含氮化合物之间转化的条件和方式； 5．能运用化学变化的知识说明氨气、硝酸的化学性质； 6．能根据实际需要设计无机化合物转化与制备的方案； 7．能以含氮化合物之间的转化为例，分析和探讨化学工业对人类健康、社会可持续发展可能带来的双重影响； 8．能运用绿色化学的思想对化学品的生产和使用进行初步的评估，提出处理环境污染物的建议。 一、氮的固定 1．氮气 (1)氮气的分子结构 氮气分子的电子式为，结构式为N≡N。 (2)氮气的化学性质 ①在放电或高温条件下，氮气可与氧气化合，化学方程式为N2＋O22NO。 ②镁能在氮气中燃烧，化学方程式为3Mg＋N2Mg3N2。 氮化镁易水解，水解方程式为：Mg3N2+6H2O===2Mg(OH)2+2NH3↑ 2．氮的固定 (1)定义：将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫做氮的固定。 (2)分类 氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式。 ①自然固氮：分为生物固氮和高能固氮。 a．生物固氮：自然界中的一些微生物种群（如豆科植物的根瘤菌）将氮气通过化学过程转化为含氮化合物。 b．高能固氮：通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物。 c．“雷雨发庄稼”涉及的反应过程： N2＋O22NO、2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ②人工固氮——合成氨 工业上合成氨的反应为N2+3H22NH3。 合成氨的原料是氮气和氢气，该反应放出大量的热，工业上用来预热原料气，合成氨达到平衡时，混合气体中氨的含量为20%左右，分离出氨后，将未反应的氮气和氢气送回合成塔循环使用。 二、氮的氧化物 1．氮的氧化物 氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1～＋5价都有对应的氧化物。 化合价 +1 +2 +3 +4 +5 氧化物 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 其中N2O3、N2O5属于酸性氧化物。 2．一氧化氮 (1)一氧化氮是一种无色、无味、有毒的气体，微溶于水。 (2)NO的化学性质： ①NO易被空气氧化，化学方程式为2NO＋O2=2NO2，实验室收集NO时，应该用排水法。 ②NO既不与酸也不与碱反应，既不是酸性氧化物也不是碱性氧化物。 ③NO与O2的混合气体通入水中，发生的反应为：4NO+3O2+2H2O=4HNO3。 (3)NO的鉴别方法：NO与空气接触，观察到有红棕色气体生成。 3．二氧化氮 (1)二氧化氮是一种红棕色，有刺激性气味的有毒气体，能与水反应。 (2)NO2的化学性质： ①NO2与水反应的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，实验室收集NO2时，应该用向上排空气法。 ②NO2气体一般用NaOH溶液吸收，化学方程式为：2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O，该反应是歧化反应。 ③NO2与O2的混合气体通入水中，发生的反应为：4NO2+O2+2H2O===4HNO3。 ④NO与NO2按1：1与NaOH溶液反应化学方程式为：NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O，该反应是归中反应。 (3)鉴别NO2气体的方法： ①观察颜色为红棕色； ②通入水中，得到无色溶液，剩余气体为无色； ③用湿润的KI-淀粉试纸检验，试纸变蓝色。 4．氮氧化物的应用 大气中的NO和NO2达到一定浓度时会对人体造成伤害，能引发上呼吸道及肺部疾病，人体中极少量的NO有助于促进血关扩张，防止血管栓塞。二氧化氮在火箭燃料中用作氧化剂，在工业上可用来制造硝酸。 三、氨气 1．物理性质 氨气是无色、有刺激性气味、密度比空气小，极易溶于水的气体，常温时，1体积水大约溶解700体积的氨气，氨易被液化。 液态氨汽化时要吸收大量的热，使周围的温度急剧下降，因此液态氨在工业上常作制冷剂。 2．化学性质 (1)氨与水的反应 ①氨气溶于水形成的溶液称为氨水，氨分子大部分与水结合生成NH3·H2O，NH3·H2O部分电离成铵根离子和氢氧根根离子，因此氨水显弱碱性。 化学方程式为：NH3＋H2ONH3·H2ONH+OH-。 ②检验氨气的方法是用湿润的红色石蕊试纸（或pH试纸）检验，试纸变蓝色。 ③氨水的成分和性质： 氨水中含有的粒子有NH3·H2O、NH3、H2O、NH、OH－、H＋。 NH3·H2O是一种一元弱碱，不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为：NH3·H2ONH3↑＋H2O。 (2)氨与酸的反应 ①与浓盐酸反应： 浓盐酸与浓氨水反应，有大量白烟生成，浓氨水与浓硝酸反应，也会出现相同的现象，该实验可用于NH3与挥发性酸（浓盐酸和浓硝酸）的互相检验。 化学方程式：HCl＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。 ②与硫酸反应： 化学方程式：2NH3+H2SO4===(NH4)2SO4。 (3)与盐溶液的反应 过量氨水与AlCl3反应的离子方程式：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。 (4)NH3的还原性 ①NH3中的氮元素的价态为－3价，在一定条件下与氧化剂作用时作还原剂，表现为还原性。 ②NH3的催化氧化： 在加热和催化剂作用下，氨气与氧气反应生成一氧化氮和水，并放出热。 化学方程式为：4NH3＋5O24NO＋6H2O。 这一反应叫氨的催化氧化，是工业制备硝酸的重要反应之一。 ③NH3在纯氧中燃烧能生成N2，4NH3＋3O22N2＋6H2O。 ④在一定条件下，NH3还能被Cl2、CuO等氧化。 NH3与Cl2反应： 8NH3＋3Cl2=N2＋6NH4Cl，实验现象是有白烟生成，生产中用浓氨水检验氯气管道是否发生泄漏。 NH3与CuO反应：2NH3＋3CuO3Cu+N2+3H2O。 3．喷泉实验原理及应用 (1)实验原理：烧瓶内外产生压强差，当烧瓶内压强明显小于外界压强时就会产生喷泉实验。 (2)喷泉实验能否成功的关键因素： 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所用气体能大量溶于所用液体或气体与液体快速反应。 (3)常见喷泉的形成主要有以下两类： ①极易溶于水的气体(NH3、HCl、SO2等)与水可形成喷泉。 ②酸性气体(HCl、SO2、NO2、CO2、H2S等)与NaOH(aq)也能形成喷泉。 四、硝酸 1．物理性质 硝酸是一种无色，易挥发，具有刺激性气味的液体。能与水以任意比互溶。 2．化学性质 (1)硝酸是一元强酸，具有酸的通性。 与碱性氧化物（如CaO）反应：CaO+2HNO3===Ca(NO3)2+H2O。 与碱[如Ca(OH)2]反应：Ca(OH)2+2HNO3===Ca(NO3)2+2H2O。 与某些盐反应，硝酸与CaCO3反应的化学方程式为：CaCO3+2HNO3===Ca(NO3)2+CO2↑+H2O。 (2)不稳定性 硝酸不稳定，见光或受热易分解，化学方程式为：4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑。 硝酸的保存方法：密封贮存在低温、避光处。 市售硝酸常因溶有少量NO2略显黄色。 (3)硝酸的强氧化性 硝酸是一种氧化性很强的酸，能与大多数金属（除Au、Pt等少数金属以外）、许多非金属以及有机物发生氧化还原反应。 ①浓硝酸、稀硝酸分别与Cu的反应方程式： Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O， 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 硝酸与金属反应时，硝酸表现为酸性（有金属盐生成）和强氧化性。 铜与浓硝酸反应的实验现象：试管中铜片溶解，有红棕色气体产生，溶液变蓝色，集气瓶中收集到无色气体。 铜与稀硝酸反应的实验现象：试管中铜片溶解，有无色气体产生，溶液变蓝色，集气瓶中收集到无色气体。 ②硝酸与非金属的反应 C与浓硝酸反应的方程式：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。该反应中，硝酸表现为强氧化性。 ③常温下浓硝酸可以使铝、铁等金属发生钝化。可以用铝质或铁质容器盛放浓硝酸。 ④与其他还原性物质反应：硝酸与Fe2+、SO反应的离子方程式： 3Fe2++4H++NO===3Fe3++NO↑+2H2O 3SO+2H++2NO===3SO+2NO↑+H2O 五、铵盐 氨气的实验室制法 1．铵盐的化学性质 (1)不稳定性：铵盐不稳定，受热易分解。 将少量氯化铵放入试管中，在酒精灯火焰上微热，实验现象：氯化铵白色固体消失，在试管上方有白色固体生成。 化学方程式：NH4ClNH3↑＋HCl↑、NH3＋HCl=NH4Cl NH4HCO3分解的化学方程式为：NH4HCO3 NH3↑+CO2↑+H2O (2)与碱反应： 铵盐溶液与NaOH溶液反应的离子方程式： ①在稀溶液中不加热：NH＋OH－===NH3·H2O。 ②加热时或浓溶液：NH＋OH－NH3↑＋H2O。 (3)铵盐的检验方法 向铵盐中加入NaOH溶液，加热，将湿润的红色石蕊试纸靠近管口，若试纸变蓝，证明样品中含有NH。 2．氨气的实验室制法 (1)反应原理 加热固态铵盐和碱的混合物，一般加热NH4Cl和Ca(OH)2的混合物. 反应的方程式为：2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。 (2)实验装置 (3)收集方法：向下排空气法。 (4)验满方法：用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色。 (5)NH3的干燥：碱石灰，不能用P2O5、浓H2SO4、CaCl2干燥。 (6)尾气处理 ①收集时，一般在管口塞一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球，作用是：①防止NH3与空气对流，提高NH3的纯度和收集速度；②吸收多余的氨气，防止污染空气。 ②吸收多余氨气时，可用水或稀硫酸，要防止倒吸。 3．实验室快速制取氨气的方法 (1)浓氨水直接加热：氨气在水中的溶解度下降，同时NH3·H2O受热分解，产生氨气。反应方程式为：NH3·H2ONH3↑＋H2O (2)向浓氨水中加NaOH或CaO或碱石灰，NaOH等具有吸水性，使氨气从氨水中挥发出来。 4．常见的氮肥及使用 (1)氮肥的分类：氮肥主要有铵态氮肥、硝态氮肥和尿素。 (2)氮肥的使用 ①铵态氮肥在使用时注意两点：①低温保存，深施盖土，避免受热；②不可以跟碱性物质（如草木灰等）混合使用。 ②硝态氮肥：包括硝酸钠、硝酸钙等。 NO不易被以带负电荷为主的土壤胶粒所吸附，在潮湿的土壤中流动性大，容易被植物吸收。 硝态氮肥在土壤湿度大的情况下，硝酸根经微生物作用可还原成气体（NO、N2O 、N2）逸出，这种反硝化作用导致硝态氮肥的损失。 ③尿素：化学式为CO(NH2)2，是一种白色晶体，是固态氮肥含氮量最高的一种氮肥。 工业上用二氧化碳和氨气在一定条件下合成尿素，反应方程式为：CO2+2NH3CO(NH2)2+H2O。 尿素是一种中性肥料，适用于各种土壤和作物。 施用尿素后，土壤中的微生物将其吸收，使其水解成碳酸铵或碳酸氢铵，缓慢释放氨气被作物吸收利用。 七、氮氧化物的无害化处理 1．氮氧化物的来源 (1)氮氧化物（NOx）主要包括NO和NO2。 (2)氮氧化物的来源：化石燃料的燃烧、硝酸生产和机动车辆尾气的排放是氮氧化物的主要来源。 2．氮氧化物的危害与防治 (1)形成酸雨：NO2形成酸雨的过程为3NO2＋H2O=2HNO3＋NO（用化学方程式表示）。 (2)光化学烟雾：在日光照射下，NO2使氧气经过复杂的反应生成臭氧(O3)，臭氧与空气中的一些碳氢化合物在紫外线照射下发生作用后，产生了一种有毒的烟雾，人们称之为光化学烟雾。 (3)减少汽车尾气危害的措施 ①以甲醇、液化气代替汽油； ②安装汽车尾气净化装置，将NOx转化为中性、无污染的氮气；③使用液化天然气或高效燃料电池作为动力的新型环保汽车。 汽车尾气净化装置里含Pd的金属催化剂，反应方程式为：2CO＋2NO2CO2＋N2。 一、NO、NO2溶于水的计算 1．反应原理 由于NO2与H2O反应会生成HNO3和NO，NO又可与O2反应生成NO2，因此适量的氧气可使NO或NO2恰好完全溶于水。 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　① 2NO＋O2===2NO2　② ①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3， ①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。 2．计算类型 (1)NO2（或NO2与N2的混合气体） 计算依据：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 计算方法：气体的体积差与反应物或生成物的量成正比。 (2)NO2和O2的混合气体溶于水 计算依据：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 计算方法：讨论法 V(NO2)∶V(O2) (3)NO和O2的混合气体溶于水 计算依据：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 计算方法：讨论法 V(NO)∶V(O2) (4)NO、NO2和O2三种混合气体溶于水 计算依据：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 计算方法：假设法 假设NO2先与水反应，按反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，求出NO的体积，再加上原混合气体中NO的体积，得NO的总体积，再按反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3进行计算。 3．用电子守恒法计算 当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子，若NO2或NO与O2混合，O得到电子，N失去电子，且得失电子数相等，这是利用得失电子守恒法解答此类题目的依据。 二、喷泉实验原理及应用 1．喷泉实验原理 喷泉是一种常见的现象，其产生原因是存在压强差，常见装置有以下三种。 (1)如图甲(或乙)烧瓶内的气体极易溶于水(或易与溶液中的溶质发生化学反应)，从而使烧瓶内气压迅速降低，在大气压作用下，烧杯中的液体迅速向上流动，从而形成喷泉。 气体 HCl NH3 CO2、Cl2、SO2、H2S NO2与O2 吸收剂 水或NaOH溶液 水或盐酸 NaOH溶液 水 (2)如图丙锥形瓶内发生化学反应，产生气体，从而使锥形瓶内压强迅速增大，促使锥形瓶内液体迅速向上流动，形成喷泉。 2．氨气的喷泉实验成功的关键 (1)装置的气密性良好。 (2)圆底烧瓶要保持干燥。 (3)圆底烧瓶内要充满气体。 (4)烧杯内装入足量的水，以防止因水量不足而造成喷泉停止或不发生。 3．喷泉实验的有关计算 (1)实验完成后，溶液充满烧瓶，溶质的物质的量与气体的物质的量相同(由体积换算确定)。 标准状况下若烧瓶体积为V L，则有V(aq)＝V L，nB＝ cB＝＝＝ mol·L－1。 (2)若溶质由部分气体转化而成，则依实际情况判断。如体积为V L的NO2与O2的混合气体按4∶1混合后做喷泉实验，发生的反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，则有V(aq)＝ V L，nB＝×，cB＝＝ mol·L－1。 三、硝酸的氧化性规律 1．硝酸氧化性的实质 (1)习惯上把浓硝酸、稀硝酸称为氧化性酸，是因为HNO3中硝酸根部分＋5价的氮元素显氧化性，H＋不显示氧化性，即在酸性条件下氧化性NO＞H＋。 (2)因为氧化性NO＞H＋，不论浓硝酸还是稀硝酸，其还原产物为低价含氮物质，既使与金属单质反应，一般也不生成H2。 2．硝酸氧化性的体现 (1)浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色。 (2)与非金属单质C、S、P等在加热条件下反应，非金属元素生成酸性氧化物或最高价含氧酸，反应后仍有过量稀硝酸。 (3)低价金属氧化物或盐与硝酸发生氧化还原反应，如FeO与稀硝酸反应3FeO＋10HNO3(稀)=== 3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，而不是发生复分解反应生成Fe(NO3)2。 (4)酸性溶液中含有NO或向含有NO的硝酸盐溶液中加入酸，溶液中(H＋＋NO相当于HNO3)具有强氧化性，能够氧化强还原性离子如Fe2＋、I－、S2－、SO等而不能大量共存。 (5)硝酸与铁反应时，产物符合以下规律： Fe过量 Fe不足 Fe与HNO3两者恰好完全反应 Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 Fe(NO3)2或Fe(NO3)3或两者混合物 温度越高，硝酸越浓，其氧化性越强；与硝酸反应时，还原剂一般被氧化成最高价态。 3．认识硝酸氧化性的误区 (1)硝酸与金属反应时，一般既表现强氧化性，又表现酸性，参加反应的硝酸部分被还原，还有一部分仍以NO形式存在。 (2)浓硝酸与金属反应的过程中，浓度逐渐减小，还原产物有可能是NO2和NO的混合物。 (3)在应用硝酸的氧化性分析离子是否共存时，要注意溶液中H＋和NO的组合，它们相当于HNO3，能够氧化具有强还原性的离子，而单纯的NO不能氧化这些离子。 (4)与金属反应时硝酸的还原产物的规律是：浓硝酸→NO2，稀硝酸→NO。但随着金属活动性顺序的增强以及硝酸浓度的降低，硝酸的还原产物会发生变化，一般说来，氮元素的价态随之降低。 四、硝酸与金属反应的相关计算 1．常用的计算方法(以Cu与硝酸反应为例) (1)原子守恒法 反应前所有的N只存在于HNO3中，反应后含N的物质有HNO3的还原产物(假设有NO2、NO)和Cu(NO3)2，若HNO3过量，则过量HNO3中也含N，则有n(N)＝n(NO2)＋n(NO)＋2n[Cu(NO3)2]＋n(HNO3)剩(N原子守恒)。 (2)电子守恒法 反应中失去电子的是参加反应的Cu，Cu－2e－===Cu2＋；得到电子的是被还原的HNO3(假设还原产物为NO2、NO)，NO＋e－===NO2、NO＋3e－===NO。根据得失电子守恒，则有2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)。若将生成的氮的氧化物气体与一定量的氧气共同通入水中，氮的氧化物完全生成硝酸，由于开始反应物为硝酸，中间生成了氮的氧化物，但最终又变回了硝酸，所以相当于铜失去的电子最终由氧气得到，则有2n(Cu)＝n(O2)。 (3)电荷守恒法 在Cu与HNO3反应后的溶液中，若HNO3不过量，阳离子只有Cu2＋，阴离子只有NO(此类计算不考虑H2O电离出的极少量的H＋、OH－)；若HNO3过量，溶液中的阳离子有Cu2＋和H＋，阴离子只有NO。则有：(1)若HNO3不过量：n(NO)＝2n(Cu2＋)；(2)若HNO3过量：n(NO)＝2n(Cu2＋)＋n(H＋)。 (4)离子方程式计算法 金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO在硫酸提供H＋的条件下能继续与金属反应，故此类题目应用离子方程式来计算3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO进行相关计算，且要符合电荷守恒。 2．常见两种计算 (1)硝酸与铜反应 浓硝酸与足量的铜反应，开始浓硝酸被还原为NO2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸被还原为NO，向反应后的溶液中加稀硫酸，NO又被还原为NO。 (2)稀硝酸与铁反应(铁的常见价态：＋2、＋3) Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O； 3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 ①≥4，产物为Fe(NO3)3； ②≤，产物为Fe(NO3)2； ③<<4，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。 五、常见气体的实验室制法 1．常见气体的制备原理 气体 制备反应原理 H2 Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ O2 2H2O22H2O＋O2↑ 2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑ 2KClO32KCl＋3O2↑ Cl2 MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O NH3 2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O SO2 Na2SO3＋H2SO4(较浓)===Na2SO4＋SO2↑＋H2O CO2 CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O NO 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O NO2 Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 2．常见气体实验室制备的发生装置 反应装置类型 反应装置图 适用气体 固固加热型 O2、NH3等 固液加热型或液液加热型 Cl2等 固液不加热型 O2、H2、CO2、SO2、NO、NO2等 3．常见气体的净化 气体 所含杂质 净化剂 净化装置 O2 Cl2 氢氧化钠溶液 H2 H2S 硫酸铜溶液 CO2 HCl 饱和碳酸氢钠溶液 CO2 SO2 饱和碳酸氢钠溶液 Cl2 HCl 饱和食盐水 SO2 HCl 饱和亚硫酸氢钠溶液 CO CO2或H2O 碱石灰 N2 O2 灼热的铜网 4．常见的收集方法 收集方法 排水法 向上排空气法 向下排空气法 收集原理 收集的气体不与水反应或难溶于水 与空气不反应且密度比空气的大 与空气不反应且密度比空气的小 收集装置 适用的气体 H2、O2、NO等 Cl2、CO2、NO2、SO2等 H2、NH3等 5．尾气处理方法 对于有毒、有害、可燃、污染空气的气体尾气必须进行处理，用溶液吸收或点燃使它们变为无毒、无害、无污染的物质。对于无毒、无害气体可直接排放，如N2、O2等。 (1)吸收原则：能充分吸收气体；不能倒吸。 (2)常见装置 ①吸收溶解度较小的尾气(如Cl2等)用图D装置； ②吸收溶解度较大的尾气(如HCl等)用图B、C装置； ③CO、H2等气体可用点燃或收集的方法处理，用图A、E装置。 基础巩固 1．下列过程不属于氮的固定的是(　　) A．雷雨天有NO生成 B．工业上用氢气与氮气合成氨 C．植物的根从土壤中吸收铵根离子和硝酸盐 D．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为硝酸盐 答案　C 解析　雷电时生成氮的氧化物，即N2＋O22NO，是将游离态氮转化为化合态氮，属于氮的固定，为自然固氮，A不符合题意；工业上用氢气与氮气合成氨，即N2＋3H22NH3，是将游离态氮转化为化合态氮，属于氮的固定，为人工固氮，B不符合题意；植物的根从土壤中吸收铵根离子和硝酸盐，不是将游离态氮转化为化合态氮，不属于氮的固定，C符合题意；豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为硝酸盐，是将游离态氮转化为化合态氮，属于氮的固定，为生物固氮，D不符合题意。 2．下列叙述不正确的是(　　)。 A．NH3易液化，液氨常用作制冷剂 B．与金属反应时，稀硝酸可能被还原为更低价态，则稀硝酸氧化性强于浓硝酸 C．铵盐受热易分解，因此贮存铵态氮肥时要密封保存，并放在阴凉通风处 D．稀硝酸与活泼金属反应时得不到氢气 答案 B 解析 液氨汽化时要吸收大量的热，故液氨常用来作制冷剂；判断氧化性强弱不能根据得到电子数目的多少，即被还原的价态高低，而是根据得到电子的难易程度，越易得到电子，其氧化性越强，B项错误；硝酸与金属反应，没有氢气产生。 3．下列各组离子，在指定溶液中一定能大量共存的是(　　)。 A．在酸性溶液中：Na+、Ba2+、NO、CO B．在酸性溶液中：NH、Fe2+、SO、NO C．在碱性溶液中：Na+、K+、NO、Cl- D．在中性溶液中：Ag+、K+、SO、Cl- 答案 C 解析 选项A中，CO与H+、Ba2+不能大量共存；选项B中，在酸性条件下Fe2+与NO不能大量共存；选项D中，Ag+与Cl-、SO不能大量共存。 4．化学与环境密切相关，下列有关说法错误的是(　　)。 A．NO2、NO等含氮氧化物是光化学烟雾的主要污染物 B．对酸性物质的排放加以控制，开发清洁能源是减少酸雨的有效措施 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 答案 C 解析 NO2、NO等含氮氧化物是光化学烟雾的主要污染物，A项正确；二氧化硫可导致酸雨的发生，为减少酸雨的发生，对酸性物质的排放应加以控制及开发清洁能源，B项正确；CO2不会导致酸雨的形成，NO2或SO2都会导致酸雨的形成，C项错误；CO2含量的增加会导致温室效应加剧，D项正确。 5．以下有关氨及铵盐的叙述中不正确的是(　　)。 A．铵态氮肥不能与碱性物质如草木灰混合施用 B．氨的喷泉实验体现了氨的溶解性和氧化性 C．实验室常用固体氯化铵与氢氧化钙反应制取氨气 D．氨具有还原性，一定条件下可与氧化性物质如氧气发生反应 答案 B 解析 铵态氮肥与碱性物质如草木灰反应，放出氨气，从而使肥效降低；氨的喷泉实验体现了氨气极易溶于水的性质，不能体现其有氧化性；氨气具有还原性，在有催化剂的条件下加热，氨气能被氧气氧化为一氧化氮，常温下氨气还能被氯气氧化。 6．下列由相关实验现象推出的结论正确的是(　　)。 A．NH4Cl和NH4HCO3受热都能分解，说明可以用加热NH4Cl和NH4HCO3固体的方法制氨 B．向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀，说明该溶液中一定含有SO C．Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应 D．NH3遇到浓盐酸产生白烟，说明两者发生反应生成白色固体 答案 D 解析 NH4Cl受热分解生成氨和氯化氢，冷却后两者又重新结合生成NH4Cl，不能制备氨，NH4HCO3受热分解生成氨、二氧化碳和水，制得的氨中混有二氧化碳，不适合制备氨，A项错误；向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀，在酸性条件下NO具有强氧化性，会把SO氧化成SO，故不能说明原溶液中一定含有SO，也可能含有SO，B项错误；Fe与稀硝酸、稀硫酸反应均有气泡产生，前者是由于稀硝酸具有强氧化性，后者是由于Fe与稀硫酸发生置换反应，C项错误；NH3遇到浓盐酸产生白烟，说明两者发生反应生成白色固体氯化铵，D项正确。 7．关于氮的变化关系图如下： 则下列说法不正确的是(　　)。 A．路线①②③是工业生产硝酸的主要途径 B．路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径 C．上述所有反应都是氧化还原反应 D．氮气在足量的氧气中通过一步反应可生成NO2 答案 D 解析 氮气与氧气在放电条件下反应生成NO，NO与O2转化为NO2，即氮气与氧气不能一步转化为NO2。 8．下列关于NO2的制取、净化、收集及尾气处理的装置和原理不能达到实验目的的是(　　) A B C D 制取NO2 净化NO2 收集NO2 尾气处理 答案　B 解析　Cu在常温下可与浓硝酸反应生成NO2，该实验装置为固液不加热装置，可以用来制取NO2，A不符合题意；二氧化氮能与水反应，不能用水净化二氧化氮，B符合题意；二氧化氮的密度大于空气，可用向上排空气法收集，C不符合题意；二氧化氮能与氢氧化钠溶液反应，可以用氢氧化钠溶液吸收尾气，D不符合题意。 9．下列说法不正确的是(　　)。 A．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，再加入Cu(NO3)2固体，铜粉仍不溶解 B．某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体的水溶液一定显碱性 C．铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO===3Cu2++2NO↑+4H2O D．HNO3NONO2，以上各步变化均能通过一步实验完成 答案 A 解析 在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，再加入Cu(NO3)2固体，铜粉溶解，A项错误；能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体一定是氨气，B项正确；铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO===3Cu2++2NO↑+4H2O，C项正确；HNO3NONO2，D项正确。 10．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5.6 L 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。则消耗铜的质量为(　　)。 A．16 g B．32 g C．64 g D．无法计算 答案 B 解析 该题氮元素变化为硝酸→氮的氧化物→硝酸，所以题目中的反应可以看成是铜与氧气的反应，其中硝酸可看作“催化剂”，所以铜的物质的量为2×=0.5 mol，即32 g。 11．将8 mL NO2与O2的混合气体通入倒立于水槽中装满水的量筒中，充分反应后，剩余气体为1 mL，则原混合气体中NO2与O2的体积比可能为(　　)。 A．7∶5 B．7∶3 C．7∶2 D．3∶7 答案 B 解析 1 mL剩余气体可能为NO或O2。 (1)若为NO，则由3NO2+H2O===2HNO3+NO，说明NO2和O2与水反应后剩余NO2 3 mL，设原混合气体中O2的体积为x，则有： 4NO2　 　+　 　O2　+2H2O===4HNO3 4 1 8 mL-3 mL-x x ，求得x=1 mL V(NO2)∶V(O2)=(8-1) mL∶1 mL=7∶1。 (2)若为O2，设原混合气体中NO2的体积为y，则有： 4NO2+O2+2H2O===4HNO3 4 1 y 8 mL-1 mL-y ，求得y=5.6 mL V(NO2)∶V(O2)=5.6 mL∶(8-5.6) mL=7∶3。 提升专练 1．MOFs材料利用其孔径大小和形状特点可恰好将N2O4“固定”，从而去除废气中的NO2。被“固定”的N2O4经处理可全部转化为HNO3，过程示意如图。(已知：2NO2N2O4)。下列说法不正确的是(　　) A．MOFs材料将N2O4“固定”的过程属于氮的固定 B．图示中转化为HNO3的反应为2N2O4＋O2＋2H2O===4HNO3 C．每获得0.4 mol HNO3时，转移电子的数目约为0.4×6.02×1023 D．MOFs材料具有高选择性和可重复使用的优点 答案　A 解析　游离态的氮气转化为含氮化合物的过程属于氮的固定，MOFs材料将N2O4“固定”的过程不属于氮的固定，A错误；由图可知，转化为HNO3的反应为2N2O4＋O2＋2H2O===4HNO3，B正确；根据制备HNO3的方程式：2N2O4＋O2＋2H2O===4HNO3，每获得0.4 mol HNO3时，消耗0.1 mol O2，转移电子的数目约为0.4×6.02×1023，C正确；根据题意：MOFs材料利用其孔径大小和形状特点可恰好将N2O4“固定”，从而去除废气中的NO2。被“固定”的N2O4经处理可全部转化为HNO3，MOFs材料具有高选择性和可重复使用的优点，D正确。 2．研究氮及其化合物的性质，可以有效改善人类的生存环境。氮元素化合价－物质类别关系如图，以下说法正确的是(　　) A．物质A被还原转化为NO B．标准状况下，3.36 L气体B与水完全反应，转移0.1 mol电子 C．物质C的浓溶液与Cu反应的离子方程式为3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O D．检验物质A用蘸有浓硫酸的玻璃棒靠近，产生白烟 答案　B 解析　物质A为NH3，其中氮元素呈－3价，转化为NO，NO中氮元素为＋2价，则物质A被氧化，A错误；物质B为NO2，与水发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，由化学方程式可知，3 mol NO2参加反应，转移电子2 mol，标准状况下，3.36 L NO2的物质的量为＝0.15 mol，转移电子0.1 mol，B正确；物质C为HNO3，其浓溶液与Cu反应的离子方程式为Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O，C错误；浓硫酸难挥发，检验氨气应用蘸有浓盐酸或浓硝酸的玻璃棒靠近，产生白烟，D错误。 3．用Pt-Rh合金催化氧化NH3制NO，其反应的微观模型如图甲，含氮生成物产率随反应温度的变化曲线如图乙。下列说法正确的是(　　) A．氨分子的电子式为 B．400 ℃时，生成的产物只有N2、NO C．Pt-Rh合金催化氧化NH3制NO，适宜的温度为400 ℃ D．800 ℃以上，可能发生反应：2NO(g)O2(g)＋N2(g) 答案　D 解析　NH3的电子式中N原子应满足8电子结构，A错误；400 ℃时，生成的产物有N2、NO和H2O，B错误；根据图乙，Pt-Rh合金催化氧化NH3制NO，适宜温度为800 ℃，C错误；800 ℃以上，NO产率降低，N2产率有所上升，故可能发生反应：2NO(g)O2(g)＋N2(g)，D正确。 4．某化学兴趣小组欲制备氨气并探究其相关性质。请回答下列问题： (1)如图是制取少量氨气的实验装置： ①在制取氨气的实验装置中，使用湿润棉花(棉花团外侧滴有少量蒸馏水)的作用是______(填一条)。 ②干燥管中的碱石灰________(填“能”或“不能”)用无水CaCl2、P2O5代替。 (2)如图为探究氨气的还原性实验装置： ①开始时试管中气体的颜色为________。 ②打开K1，室温下将过量的氨气推入试管中，可能出现的现象为_______________________，反应的化学方程式为_______________________________________________。 ③检验试管中固体是否含有氮元素一定用不到的试纸或试剂是________(填字母)。 a．蒸馏水 b．NaOH溶液 c．红色石蕊试纸 d．蓝色石蕊试纸 e．稀硫酸 (3)如图为探究NH3和HCl的有关性质的实验装置： ①得到蓝色喷泉的原因是_______________________________________________________。 ②该装置中产生“红蓝双色喷泉”现象的操作方法是________________________________。 答案　(1)①吸收多余的NH3(或防止空气对流，使NH3充满试管)　②不能　(2)①黄绿色　 ②生成大量白烟，试管内黄绿色气体颜色逐渐变浅至褪去　3Cl2＋2NH3===6HCl＋N2、HCl＋NH3===NH4Cl(或3Cl2＋8NH3===6NH4Cl＋N2)　③de (3)①氨气极易溶于水，且氨水呈碱性　②先打开a、c旋塞，再挤压胶头滴管，片刻后，再打开b旋塞 解析　(1)②氯化钙能和氨气反应生成CaCl2·8NH3，而P2O5为酸性干燥剂，能与氨气发生反应，因此不能用无水CaCl2、P2O5代替干燥管中的碱石灰。(2)①试管中的气体为氯气，氯气是一种黄绿色的气体。②打开K1，室温下将过量的氨气推入试管中，氨气和氯气反应生成氯化铵，氯化铵是白色固体，因此观察到的现象为生成大量白烟，试管内黄绿色气体颜色逐渐变浅至褪去；③检验试管中固体是否含有氮元素，即检验是否含有NH，铵根离子和氢氧化钠溶液反应生成氨气，因此需要氢氧化钠溶液，氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色，则需要红色石蕊试纸检验氨气，且需要蒸馏水润湿试纸，因此一定不需要的物质是蓝色石蕊试纸及稀硫酸，故选de。(3)①氨水呈碱性，能使石蕊试液变蓝，因此打开b、c旋塞，挤压胶头滴管，由于氨气溶于水导致烧瓶Ⅱ中压强减小，外界大气压将石蕊试液压入到烧瓶Ⅱ中，氨气与石蕊试液相遇即可得到蓝色喷泉。②先打开a、c旋塞，再挤压胶头滴管，使上面的烧瓶Ⅰ和烧瓶 Ⅱ 共同形成负压，片刻后，再打开b旋塞，外界大气压将石蕊试液压入，从而产生红蓝双色喷泉。 5．某课外活动小组为了探究木炭与浓硝酸反应后的气态生成物，设计如下实验。 (1)甲同学设计实验如图甲。 红热木炭未进入试管前，浓硝酸上方并无明显变化。当按图甲装置进行实验后，浓硝酸液面上方有明显的红棕色气体产生，且沾有澄清石灰水的玻璃片出现浑浊，后浑浊消失。 ①液面上方出现红棕色气体，说明浓硝酸具有________(填字母)。 a．酸性　　b．挥发性　　c．不稳定性 ②沾有澄清石灰水的玻璃片出现浑浊，________(填“能”或“不能”)说明木炭与浓硝酸发生了反应，是因为_______________________________________________________________。 (2)乙同学设计实验如图乙。 按图乙装置进行实验后，浓硝酸液面上方有明显的红棕色气体产生，且沾有澄清石灰水的玻璃片无明显变化。沾有澄清石灰水的玻璃片无明显变化，________(填“能”或“不能”)说明木炭与浓硝酸未反应，是因为___________________________________________________。 (3)丙同学克服了甲、乙同学设计上的缺点，设计实验如图丙。已知酸性高锰酸钾溶液能将NO、NO2氧化成NO，MnO被还原为Mn2＋。 ①如图连接装置后，需进行的实验操作为__________________；加热木炭与浓硝酸前需先通一段时间N2，目的是________________________________。 ②装置A中木炭与浓硝酸反应的化学方程式为______________________________________。 ③能证明木炭被氧化的实验现象为________________________________________________。 ④D装置中发生反应的离子方程式为_______________________________________________。 答案　(1)①bc　②不能　木炭与空气中的氧气反应也能生成CO2，使澄清石灰水变浑浊 (2)不能　挥发出的硝酸和生成的NO2消耗了石灰水　(3)①检查装置气密性　排尽装置中的空气 ②C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O ③C中澄清石灰水变浑浊 ④5NO＋3MnO＋4H＋===5NO＋3Mn2＋＋2H2O 解析　(1)①木炭未伸入浓硝酸中，液面上方出现红棕色气体，说明试管内含有硝酸蒸气，证明浓硝酸具有挥发性；气体可能是由硝酸分解产生的，因此可以证明浓硝酸具有不稳定性，故选b、c。 ②木炭和空气中的O2反应也能生成CO2，因此沾有澄清石灰水的玻璃片出现浑浊，并不能证明木炭与浓硝酸发生了反应。 (2)挥发出的硝酸和反应生成的NO2都能与石灰水反应，因此沾有澄清石灰水的玻璃片无明显变化，并不能证明木炭与浓硝酸没有反应。 (3)①装置中涉及气体制备的实验，因此实验开始前要检查装置气密性；为防止空气对实验的干扰，反应前需先通一段时间N2，排尽装置中的空气。 ③若澄清石灰水变浑浊，则可以证明木炭被氧化为CO2。 ④D装置中NO被氧化为NO，MnO被还原为Mn2＋，发生反应的离子方程式为5NO＋3MnO＋4H＋===5NO＋3Mn2＋＋2H2O。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$