专题07 氮和可持续发展（期末知识清单）高一化学下学期苏教版

专题07 氮和可持续发展 考点01 氮的固定 氮的氧化物 1. 氮分子的结构与存在 （1）存在：游离态（空气中 N₂）+ 化合态 （2）电子式：:N⋮⋮N:　结构式：N≡N （3）由两个氮原子通过共用三对电子结合，含氮氮三键 2. 氮气的化学性质（一惰性、两反应） 反应 化学方程式 与 O₂（放电/高温） N₂ + O₂2NO 与 Mg 燃烧 3Mg + N₂ Mg₃N₂ 与 H₂（合成氨） N₂ + 3H₂ 2NH₃ 3. 氮的固定 概念：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程 类型 方式 自然固氮 ①生物固氮（豆科植物根瘤菌） ②高能固氮（闪电、火山爆发） 人工固氮 合成氨：N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)　ΔH = −92.4 kJ·mol⁻¹ 4. "雷雨发庄稼"反应过程 N₂ → NO → NO₂ → HNO₃ → 硝酸盐 ① N₂ + O₂ 2NO ② 2NO + O₂ = 2NO₂ ③ 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO 5. 合成氨工业要点 （1）条件：高温、高压、催化剂 （2）反应放热，热量用于预热原料气 （3）平衡时混合气中 NH₃ 含量约 20% （4）分离 NH₃ 后，未反应的 N₂、H₂ 循环使用 6. 氮的氧化物对比表 性质 NO NO₂ 颜色气味 无色无味 红棕色、刺激性气味 毒性 有毒 有毒 溶解性 微溶于水 与水反应 与 O₂ 反应 2NO + O₂ = 2NO₂ — 与 H₂O 反应 不反应 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO 收集方法 排水法 向上排空气法 7. NO、NO₂ 与 O₂ 溶于水的综合方程式 4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃（NO₂ 与 O₂ 按 4∶1 恰好溶于水） 4NO + 3O₂ + 2H₂O = 4HNO₃（NO 与 O₂ 按 4∶3 恰好溶于水） 8. 氮氧化物的应用与影响 （1）NO、NO₂ 达一定浓度引发上呼吸道及肺部疾病 （2）人体微量 NO 可促进血管扩张，防止血管栓塞 （3）NO₂ 用作火箭燃料氧化剂、工业制硝酸 【易错点】 （1） 氮的固定必须是 N₂（游离态）→ 含氮化合物（化合态），N₂ → NH₃ 是固氮，NH₃ → NO 不是固氮。 （2） N₂ 中氮元素为 0 价（中间价态），故 N₂ 既有氧化性（与 H₂ 反应）又有还原性（与 O₂ 反应）。 （3） NO 不能用排空气法收集（易被 O₂ 氧化）；NO₂ 不能用排水法收集（与水反应）。 （4） NO₂ 与水反应中，NO₂ 既是氧化剂又是还原剂（歧化反应）。 （5） 氮气的电子式是 :N⋮⋮N:（共用三对电子），不要写错为双键或单键。 （6） 红棕色气体不一定全是 NO₂（也可能是 Br₂蒸气）。 （7） "雷雨发庄稼"中三个方程式条件不同，N₂+O₂ 需要放电/高温，常温常压不反应。 考点02 重要的含氮化工原料 一、氨气 1. 物理性质 （1）无色、有刺激性气味、密度比空气小、极易溶于水 （2）1 体积水约溶解 700 体积氨气 （2）易液化，液氨汽化吸热，工业用作制冷剂 2. 化学性质 ① 与水反应（碱性） NH₃ + H₂O ⇌ NH₃·H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ NH₃·H₂O 是一元弱碱，不稳定：NH₃·H₂O =Δ= NH₃↑ + H₂O 检验氨气：用湿润的红色石蕊试纸，变蓝 ② 与酸反应 NH₃ + HCl = NH₄Cl（与浓盐酸/浓硝酸均产生白烟） NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃ 2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄ ③ 与盐溶液反应（过量氨水与 AlCl₃） Al³⁺ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃↓ + 3NH₄⁺ ④ NH₃ 的还原性 反应 化学方程式 用途 催化氧化 4NH₃ + 5O₂ 4NO + 6H₂O 工业制 HNO₃ 重要反应 除 NO 毒气 4NH₃ + 6NO = 5N₂ + 6H₂O 尾气处理 还原 CuO 2NH₃ + 3CuO N₂ + 3Cu + 3H₂O — 检验 Cl₂ 泄漏 8NH₃ + 3Cl₂ = N₂ + 6NH₄Cl 白烟 二、硝酸 1. 物理性质：无色、易挥发、刺激性气味液体，与水任意比互溶。 2. 化学性质 ① 一元强酸（酸的通性，但与金属反应一般不产生 H₂） CaCO₃ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + CO₂↑ + H₂O ② 不稳定性 4HNO₃ =光/Δ= 2H₂O + 4NO₂↑ + O₂↑ 保存：密封、低温、避光（棕色瓶） 市售硝酸常因溶有少量 NO₂ 而略显黄色 ③ 强氧化性 反应物 化学方程式 浓 HNO₃ + Cu Cu + 4HNO₃(浓) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O 稀 HNO₃ + Cu 3Cu + 8HNO₃(稀) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O 浓 HNO₃ + C C + 4HNO₃(浓) CO₂↑ + 4NO₂↑ + 2H₂O 钝化 常温下浓硝酸使 Al、Fe 钝化（可用 Al/Fe 容器盛装浓硝酸） 氧化 Fe²⁺ 3Fe²⁺ + 4H⁺ + NO₃⁻ = 3Fe³⁺ + NO↑ + 2H₂O 氧化 SO₃²⁻ 3SO₃²⁻ + 2H⁺ + 2NO₃⁻ = 3SO₄²⁻ + 2NO↑ + H₂O 3. 还原产物规律 （1）浓 HNO₃ → NO₂ （2）稀 HNO₃ → NO （3）很稀 HNO₃ → 可能为 N₂O、N₂ 或 NH₄NO₃ 4. 用途：制氮肥、染料、塑料、炸药、硝酸盐；重要化学试剂。 【易错点】 （1） 氨水中存在的微粒：NH₃、H₂O、NH₃·H₂O、NH₄⁺、OH⁻、H⁺（六种），主要成分是 NH₃·H₂O（不是 NH₃）。 （2） NH₃ 是唯一的碱性气体，检验用湿润的红色石蕊试纸（不能用干燥的）。 （3） 浓盐酸与浓氨水靠近产生白烟（NH₄Cl 固体小颗粒，不是白雾）。 （4） 硝酸与金属反应不产生 H₂，还原产物是 NO/NO₂；HNO₃ 部分被还原，部分形成盐（既表现氧化性又表现酸性）。 （5） NO₃⁻ + H⁺ 组合相当于 HNO₃，能氧化 Fe²⁺、SO₃²⁻、I⁻、S²⁻ 等（单独 NO₃⁻ 在中性、碱性中不显氧化性）。 （6） 浓 HNO₃ 与金属反应浓度逐渐变稀，还原产物可能是 NO₂ 和 NO 的混合物。 （7） 常温下浓 HNO₃ 钝化 Al、Fe（生成致密氧化膜），但加热则反应。 （8） Au、Pt 不与硝酸反应；铜与硝酸反应不需要加热。 考点03 含氮化合物的合理使用 一、铵盐 1. 物理性质：NH₄⁺ 与酸根组成的离子化合物，多为无色、易溶于水的晶体。 2. 化学性质 ① 不稳定性（受热分解） 铵盐 分解方程式 NH₄Cl NH₄Cl =Δ= NH₃↑ + HCl↑ NH₄HCO₃ NH₄HCO₃ =Δ= NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O ② 与碱反应（离子方程式） 条件 离子方程式 稀溶液不加热 NH₄⁺ + OH⁻ = NH₃·H₂O 加热或浓溶液 NH₄⁺ + OH⁻ =Δ= NH₃↑ + H₂O 3. NH₄⁺ 检验：加 NaOH 溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸在管口检验，变蓝则证明含 NH₄⁺。 二、氨气的实验室制法 1. 反应原理：2NH₄Cl + Ca(OH)₂ =Δ= CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O 2. 实验装置要点 项目 内容 装置类型 固固加热型（同制 O₂） 试管口 略向下倾斜（防冷凝水倒流） 收集 向下排空气法（NH₃ 密度小于空气） 干燥剂 碱石灰（不能用浓硫酸、无水 CaCl₂、P₂O₅） 验满 ①湿润红色石蕊试纸变蓝 ②蘸浓盐酸玻璃棒靠近管口产生白烟 尾气处理 试管口塞湿润棉花球（吸收多余 NH₃，减少对流） 3. 快速制氨气方法 ① 加热浓氨水：NH₃·H₂O NH₃↑ + H₂O ② 向浓氨水中加 NaOH、CaO 或碱石灰（吸水放热） 三、常见氮肥 类型 代表 特点与注意 铵态氮肥 NH₄HCO₃、(NH₄)₂SO₄、NH₄Cl ①低温保存，深施盖土 ②不可与碱性物质（如草木灰）混用 硝态氮肥 NaNO₃、Ca(NO₃)₂ NO₃⁻ 不易被土壤胶粒吸附，流动性大；土壤湿度大时可被微生物还原为 NO、N₂O、N₂ 逸出（反硝化作用） 尿素 CO(NH₂)₂ 白色晶体，固态氮肥中含氮量最高，中性，适用各种土壤 尿素合成方程式：CO₂ + 2NH₃ =一定条件= CO(NH₂)₂ + H₂O 化肥不合理使用的危害：①土壤酸化、板结 ②水体富营养化，水生生物死亡，水质下降 四、氮氧化物（NOₓ）的无害化处理 1. 来源：化石燃料燃烧、硝酸生产、机动车辆尾气 2. 危害 危害 内容 酸雨 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO 光化学烟雾 日光下 NO₂ 使 O₂ 转化为 O₃，O₃ 与碳氢化合物在紫外线下反应生成有毒烟雾 3. 预防与治理措施 ① 减少化石燃料使用并进行脱硝处理 ② 合理处理工业废气 ③ 减少汽车尾气： a. 以甲醇、液化气代替汽油 b. 安装尾气净化装置（含 Pd 催化剂）：2CO + 2NO 2CO₂ + N₂ c. 使用液化天然气、燃料电池新能源汽车 【易错点】 （1） NH₄HCO₃ 受热分解产物有 三种气体（NH₃、CO₂、H₂O），不要漏写。 （2） 不是所有铵盐分解都生成 NH₃（如 NH₄NO₃ 分解产物复杂）。 （3） 实验室制 NH₃ 不能用 NH₄NO₃ 或 NH₄HCO₃（NH₄NO₃ 受热易爆炸，NH₄HCO₃ 分解产物多杂质）；不能用 NaOH 代替 Ca(OH)₂（NaOH 吸湿，与玻璃反应，腐蚀仪器）。 （4） NH₃ 干燥不能用浓硫酸、无水 CaCl₂、P₂O₅（前两者酸性会吸收 NH₃，CaCl₂ 还会生成 CaCl₂·8NH₃）；只能用碱石灰。 （5） 检验 NH₄⁺ 必须加热，且必须用湿润的红色石蕊试纸。 （6） 铵态氮肥不能与草木灰、石灰等碱性物质混合使用（生成 NH₃ 逸出，降低肥效）。 （7） 收集 NH₃ 时试管口塞棉花球，棉花球要用水或稀硫酸浸湿，不能用浓硫酸（会腐蚀）。 （8） 红棕色气体 NO₂ 通入水中得 HNO₃ 但反应中 NO₂ 既是氧化剂又是还原剂（生成 NO 是还原产物，生成 HNO₃ 是氧化产物）。 / 学科网（北京）股份有限公司 $