内容正文:
第21讲 氨和铵盐 含氮物质之间的转化
课标
指引 1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解氨、铵盐的主要性质。
2.认识氨、铵盐在生产生活中的应用和对生态环境的影响。
三年
高考
命题
分析 1.命题特点
基础性:侧重考查核心性质和基本反应(如铵盐与碱反应、铵盐热分解),基本实验操作(如氨的收集、喷泉实验、N的检验)。
应用性:关注合成氨、硝酸工业中的能量效率、原料利用率、废物(如NOx)的回收利用或无害化处理。
2.命题趋势:命题将强调基础落实,模块深度融合(与氧化还原反应、离子反应、化学平衡、电解质结合),突出应用导向(工农业生产、环境保护、STSE情境化)。
考点一 氨和铵盐
必备知识•梳理
1.氨的分子结构与性质
(1)分子结构
(2)电子式及物理性质
电子式 密度 气味 水溶性 沸点
比空气_____ 强烈的刺激
性气味 极易溶于水(在常温常压下,1体积水大约可溶解700体积氨) 较低,易液化
可用作制冷剂
HH
小
教材链接1
(必修第二册·P13·实验5-6)氨溶于水形成“喷泉”,试从分子结构和性质上解释氨极易溶于水的原因。
NH3、H2O均为极性分子,NH3与H2O之间可形成分子间氢键,并且NH3与H2O能发生反应。
(3)化学性质
①碱性和还原性
Al(OH)3↓+3N
4NH3+5O2 4NO+6H2O
②配位性
NH3中N原子有1个孤电子对,能与多种金属原子或离子(如Cu2+等)形成__________键,具有较强的配位能力。Cu(OH)2能溶于氨水,化学方程式为___________________________________________。
配位
Cu(OH)2+4NH3·H2O══4H2O+[Cu(NH3)4](OH)2
2.铵盐
(1)物理性质
绝大多数铵盐_________溶于水。
(2)化学性质
易
N+OH- NH3↑+H2O
两个关键点:①碱液浓度要大;②必须加热
(3)N的检验
未知液 呈碱性 湿润的红色石蕊试纸变__________,则证明溶液中含有N。
蓝色
3.氨的实验室制法
(1)固态铵碱混合加热法
①反应原理
实验室中常加热NH4Cl和Ca(OH)2固体混合物制取NH3,化学方程式为_____________________________________________。
②实验装置
2NH4Cl+Ca(OH)2 2NH3↑+CaCl2+2H2O
③过程分析
向下排空气法
蓝
白
教材链接2
(必修第二册·P15·思考与讨论)实验室制取氨的简易装置如上述②中所示:
(1)实验中用__________干燥NH3,__________(填“能”或“不能”)用浓硫酸、无水CaCl2干燥NH3。
(2)实验中__________(填“能”或“不能”)加热分解NH4Cl固体制取NH3,其原因是_____________________________________________________。
碱石灰
不能
不能
NH4Cl分解生成NH3和HCl,在管口重新化合生成NH4Cl
(2)实验室制取NH3的其他简易方法
方法 化学方程式(或原理) 气体发生装置
加热
浓氨水 化学方程式为NH3·H2O NH3↑+H2O
浓氨水+
NaOH固体 NaOH固体溶于水放热,促使NH3·H2O分解,且OH-浓度的增大有利于NH3的生成
浓氨水+
CaO固体 CaO与水反应,使溶剂(水)减少;反应放热,促使NH3·H2O分解,化学方程式为NH3·H2O(浓)+CaO══ NH3↑+Ca(OH)2
辨析明理
判断正误:对的打“√”,错的打“×”。
(1)(2025·湖北卷)NH3可结合水中的质子,故NH3溶于水显碱性。( )
(2)(2025·湖南卷)试纸变为蓝色(如图1)。( )
(3)(2025·云南卷)制备NH3(如图2)。( )
图1
图2
√
√
×
(4)(2024·江苏卷)硝酸工业中NH3的氧化反应:4NH3+3O2 2N2+6H2O。
( )
(5)(2024·山东卷)用氨水配制银氨溶液,体现了NH3的配位性。( )
(6)(2023·北京卷)用如图装置验证NH3易溶于水且溶液呈碱性。( )
×
√
√
关键能力•提升
命题角度1 氨的性质与“喷泉实验”
1.(2026·浙江A9协作体联考)下列关于NH3的说法正确的是( )
A.NH3是无色无味的气体
B.NH3和液氨是两种不同的物质
C.NH3易溶于水,氨水具有碱性,可用于除去烟气中的SO2
D.利用NH3处理汽车尾气中的氮氧化物,利用了NH3的氧化性
C
解析:NH3是无色有刺激性气味的气体,A错误;NH3和液氨都是纯净物,是同种物质,B错误;SO2是酸性气体,NH3易溶于水,氨水具有碱性,可用于除去烟气中的SO2,C正确;利用NH3处理汽车尾气中的氮氧化物,生成N2和H2O,NH3作还原剂,体现其还原性,D错误。
2.(2023·广东卷)1827年,英国科学家法拉第进行了NH3喷泉实验。在此启发下,兴趣小组利用以下装置进行如下实验。其中,难以达到预期目的的是
( )
A.图1:喷泉实验 B.图2:干燥NH3
C.图3:收集NH3 D.图4:制备NH3
B
解析:NH3极易溶于水,溶于水后圆底烧瓶内压强减小,从而产生喷泉,故A可以达到预期目的;P2O5为酸性氧化物,NH3为碱性气体,两者可以发生反应,故不可以用P2O5干燥NH3,故B不可以达到预期目的;NH3的密度比空气小,可采用向下排空气法收集,故C可以达到预期目的;CaO与浓氨水混合后与水反应并放出大量的热,促使NH3挥发,可用此装置制备NH3,故D可以达到预期目的。
3.(2025·广东广州六校联考)某化学兴趣小组用图甲装置探究NH3的喷泉实验中三颈烧瓶内压强的变化。图甲中的三颈烧瓶收集满NH3后关闭K1,用在冰水中浸泡后的湿毛巾敷在三颈烧瓶上,50 s时拿走毛巾并打开K2,整个过程中测得三颈烧瓶内压强的变化曲线如图乙。下列说法正确的是( )
A.20 s时,三颈烧瓶内压强最大,喷泉现象最明显
B.20~50 s时,NH3发生化学反应NH3+H2O══NH3·H2O导致三颈烧瓶内压强减小
C.该装置利用温度变化使压强变化引发喷泉现象
D.固体X选择NH4Cl,试剂a可选择NaOH溶液
C
解析:NH3极易溶于水,导致三颈烧瓶内压强减小,烧杯中溶液进入三颈烧瓶形成喷泉。50 s时才拿走毛巾并打开K2,因此20 s时,没有形成喷泉,A错误; 50 s时才拿走毛巾并打开K2,因此20~50 s时,因为NH3温度降低,导致三颈烧瓶内压强减小,B错误;用在冰水中浸泡后的湿毛巾敷在三颈烧瓶上,气体温度减小,使压强减小,50 s时拿走毛巾打开K2,此时烧瓶内外形成压强差同时NH3极易溶于水,从而形成喷泉,C正确;NH4Cl与NaOH反应生成一水合氨,但不能使NH3逸出,不能形成喷泉,D错误。
命题角度2 氨的制取及性质实验探究
4.(2026·湖南雅礼中学模拟)某同学在实验室制取NH3并探究其性质,该同学设计的下列实验装置能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取NH3
B.用装置乙除去NH3中的水蒸气
C.用装置丙验证NH3具有还原性
D.用装置丁吸收尾气中的NH3并防倒吸
C
解析:NH4Cl受热分解生成NH3和HCl,NH3和HCl在试管口又会重新化合生成NH4Cl,不能制取NH3,A错误;P2O5是酸性干燥剂,NH3能与P2O5反应,不能用P2O5干燥NH3,B错误;NH3与CuO的反应中,氮元素化合价升高,体现了NH3的还原性,C正确;苯的密度比水小,在上层,NH3直接通入下层的水,会发生倒吸,D错误。
5.(2025·湖南常德模考)氮化铬具有极高的硬度和力学强度、优异的抗腐蚀性能和高温稳定性,因而具有广泛的应用前景。实验室制备CrN的反应原理为CrCl3+NH3 CrN+3HCl,装置如图所示:
下列说法错误的是( )
A.装置①还可以用于制取O2、Cl2、CO2等气体
B.装置②④中可分别盛装NaOH溶液、KOH固体
C.装置③中也可盛装维生素C,其作用是除去氧气
D.装置⑤中产生的尾气冷却后用水吸收得到纯盐酸
D
解析:装置①可以用H2O2溶液(MnO2作催化剂)制取氧气,用浓盐酸与高锰酸钾制取氯气,用盐酸与碳酸钙制取二氧化碳气体,A正确;装置②中盛放NaOH溶液可以吸收NH3中混有的二氧化碳气体,④中盛放KOH固体可以吸收水分,B正确;装置③中的亚硫酸钠可以除去NH3中混有的氧气,也可盛装维生素C除去氧气,C正确;装置⑤中产生的尾气含有反应生成的HCl,以及未完全反应的NH3,所以冷却后用水吸收得不到纯盐酸,D错误。
考点二 含氮物质之间的转化
必备知识•梳理
1.含氮物质之间的转化关系(写出化学方程式)
(1)“歧化反应”:同一物质中氮元素的化合价在同一反应中既升高又降低。
①NO2与水反应: ___________________________________;
②NO2与NaOH溶液反应: ___________________________________。
(2)“归中反应”:不同物质中氮元素的不同化合价在同一反应中只靠拢。
①NO与NH3反应: ___________________________________;
②NO2与NH3反应: ___________________________________;
③NO2、NO与NaOH溶液反应: _________________________________。
3NO2+H2O══2HNO3+NO
2NO2+2NaOH══NaNO3+NaNO2+H2O
6NO+4NH3 5N2+6H2O
6NO2+8NH3 7N2+12H2O
NO2+NO+2NaOH══2NaNO2+H2O
2.氮元素的“价—类”二维图
氮元素有多种可变化合价,物质的种类较多,其“价—类”二维图如图:
关键能力•提升
命题角度 含氮物质之间的转化
1.(2026·辽宁沈阳名校协作体联考)氮、硫元素的“价—类”二维图如图所示。下列有关叙述错误的是( )
A.a和c'共同通入BaCl2溶液中可生成白色沉淀
B.c产生的酸雨放置在空气中pH基本不变
C.制e的尾气中含c,利用NaOH溶液吸收,可生成两种盐
D.a'与f'的浓溶液反应,产物不一定同时含有b'和c'
C
解析:a中氮元素化合价为-3,物质类别为氢化物,对应物质为NH3(氨气)。b中氮元素化合价为0,物质类别为单质,对应物质为N2(氮气)。c中氮元素化合价为+2,为氧化物,对应物质为NO(一氧化氮)。d中氮元素化合价为+4,为氧化物,对应物质为NO2(二氧化氮)或N2O4(四氧化二氮)。e中氮元素化合价为+5,为含氧酸,对应物质为HNO3(硝酸)。a'中硫元素化合价为-2,物质类别为氢化物,对应物质为H2S(硫化氢)。b'中硫元素化合价为0,物质类别为单质,对应物质为S(硫)。c'中硫元素化合价为+4,为氧化物,对应物质为SO2(二氧化硫)。d'中硫元素化合价为+6,为氧化物,对应物质为SO3(三氧化硫)。e'中硫元素化合价为+4,物质类别为酸,对应物质为H2SO3(亚硫酸)。f'中硫元素化合价为+6,物质类别为酸,对应物质为H2SO4(硫酸)。
a为NH3,c'为SO2,二者同时通入BaCl2溶液中可发生反应2NH3+SO2+BaCl2+H2O══BaSO3↓+2NH4Cl,此时有白色沉淀生成,A正确;
c为NO,NO在空气中最终形成硝酸型酸雨,硝酸型酸雨在空气中久置,其pH基本不变,B正确;e为HNO3,制备HNO3的尾气含NO(c),NO与NaOH不反应, C错误;a'为H2S,f'为H2SO4,硫化氢与浓硫酸可能发生反应H2S+3H2SO4(浓)
4SO2↑+4H2O,此时产物中无S(b'),D正确。
2.(2025·湖南郴州模考)物质类别和元素价态是研究物质性质的两个重要角度。下图为含氮物质的“价—类”二维图的部分信息。下列说法正确的是( )
A.从N2→X和N2→NO的转化都属于氮的固定
B.Y的化学式为N2O5,NO2和N2O5属于酸性氧化物
C.从NO2→HNO3,必须加入氧化剂
D.实验室制备NO或NO2时,都可以用排水法收集
A
解析:氮的固定是指将游离态的氮气转化为可利用含氮化合物的过程,从N2→NH3和N2→NO的转化都属于氮的固定,A正确;Y的化学式为N2O5, N2O5与水反应生成硝酸,NO2与水反应生成硝酸和NO,故N2O5是酸性氧化物,NO2不是酸性氧化物,B错误;NO2与水反应生成硝酸和NO: 3NO2+H2O══2HNO3+NO,NO2中N元素由+4价变为+2价和+5价,NO2既是氧化剂又是还原剂,不需要加入氧化剂,C错误;NO难溶于水,可用排水法收集,NO2能与水反应,不能用排水法收集,D错误。
3.(必修第二册·P28,T9改编)氨既是一种重要的化工产品,又是一种重要的化工原料。如图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程示意图。
下列说法不正确的是( )
A.合成塔中采用高温、高压、催化剂等条件均可加快反应速率
B.吸收塔中通入A是为了提高原料的利用率
C.合成氨以及氨氧化制硝酸的流程中氮元素均被氧化
D.尾气中含有能形成酸雨的成分
C
解析:合成塔中发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,高温、高压及催化剂等条件均可加快反应速率,A正确;物质A为氧气,吸收塔中发生反应3NO2+H2O══2HNO3+NO,通入的氧气可以使NO转化为NO2,再发生NO2与水的反应,循环反应,从而提高NO2的利用率,B正确;合成氨反应中氮元素化合价降低,被还原,氨催化氧化制一氧化氮的反应中氮元素化合价升高,被氧化,C错误;尾气中含有NO、NO2等,能形成硝酸型酸雨,D正确。
能力提升
题组1 前沿模拟演练
1.(2026·广东六校联盟联考)某同学选择下列装置制取纯净的NH3,其中正确的装置是( )
C
解析:加热NH4Cl制备NH3时,NH4Cl受热分解生成NH3和HCl,二者在试管口遇冷又会重新化合生成NH4Cl固体,无法得到NH3,A错误;无水氯化钙会与NH3反应生成络合物CaCl2·8NH3,CaCl2不能用于干燥NH3,B错误;NH3的密度比空气小,可用向下排空气法收集,装置中应短导管进气、长导管出气,C正确;NH3极易溶于水,直接将导管插入水中(无防倒吸措施),可产生倒吸现象,且苯的密度小于水(在上层),无法有效防倒吸,D错误。
2.(2026·湖南长沙东雅中学模考)某制肼法是以氨为氮源,用次氯酸钠氧化氨气制备水合肼(N2H4·H2O)。其反应装置如图所示(夹持装置已略去)。下列说法错误的是( )
A.可用装置d代替装置a制备氨气
B.装置a中碱石灰能够吸水并放出热量,有利于氨气的逸出
C.烧杯中加入CCl4可避免在进行尾气处理时发生倒吸
D.双颈烧瓶中发生反应的离子方程式为2NH3+ClO-══N2H4·H2O+Cl-
A
解析:氯化铵分解生成氨气和HCl,NH3、HCl遇冷又生成氯化铵,不可用装置d代替装置a制备氨气,A错误;装置a中碱石灰能够吸水并放出热量,使浓氨水生成氨气,有利于氨气的逸出,B正确;氨气易溶于水,不溶于CCl4,烧杯中加入CCl4可避免在进行尾气处理时发生倒吸,C正确;双颈烧瓶中氨气被氧化,发生反应的离子方程式为2NH3+ClO-══N2H4·H2O+Cl-,D正确。
题组2 高考真题集训
3.(2025·安徽卷)氨是其他含氮化合物的生产原料。氨可在氧气中燃烧生成N2。金属钠的液氨溶液放置时缓慢放出气体,同时生成NaNH2。NaNH2遇水转化为NaOH。Cu(OH)2溶于氨水得到深蓝色[Cu(NH3)4](OH)2溶液,加入稀硫酸又转化为蓝色[Cu(H2O)4SO4]溶液。氨可以发生类似于水解反应的氨解反应,浓氨水与HgCl2溶液反应生成Hg(NH2)Cl沉淀。下列有关反应的化学方程式错误的是( )
A.氨在氧气中燃烧:4NH3+3O2 2N2+6H2O
B.液氨与金属钠反应:2Na+2NH3(l) ══2NaNH2+H2↑
C.氨水溶解Cu(OH)2:Cu(OH)2+4NH3══ [Cu(NH3)4](OH)2
D.浓氨水与HgCl2反应:HgCl2+NH3══Hg(NH2)Cl↓+HCl
D
解析:浓氨水与HgCl2溶液反应生成Hg(NH2)Cl沉淀,生成物应为NH4Cl,化学方程式为HgCl2+2NH3══Hg(NH2)Cl↓+NH4Cl,D错误。
4.(2024·北京卷改编)氘代氨(ND3)可用于反应机理研究。下列两种方法均可得到ND3:①Mg3N2与D2O的水解反应;②NH3与D2O反应。下列说法不正确的是( )
A.方法①的化学方程式为Mg3N2+6D2O══3Mg(OD)2+2ND3↑
B.方法②得到的产品纯度比方法①的高
C.ND3发生催化氧化的化学方程式为4ND3+5O2 4NO+6D2O
D.将ND3通入AgNO3溶液中直至过量,最后生成[Ag(ND3)2]+
B
解析:Mg3N2与D2O发生水解生成Mg(OD)2和ND3,A正确;方法②是通过D2O中D原子代替NH3中H原子的方式得到ND3,代换的个数不同,产物会不同,纯度低,B错误;类似于NH3,ND3发生催化氧化生成NO和D2O,C正确;将ND3通入AgNO3溶液中直至过量,先生成沉淀,ND3过量时沉淀溶解生成[Ag(ND3)2]+,D正确。
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