内容正文:
第4节 氮及其化合物
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一、氮元素的存在形式和固氮
知识清单
注意
将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫氮的固定。在氮的固定的过程中,N2
有的发生氧化反应,有的发生还原反应。
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二、氮气
1.结构:电子式为 ,结构式为 。
2.氮气的性质
(1)物理性质:无色无味的气体,密度比空气略小,难溶于水。
(2)化学性质
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3.氮气的实验室制法
(1)制备原理
①高温下氨气还原氧化铜:2NH3+3CuO 3Cu+N2+3H2O。
②用饱和NaNO2和NH4Cl溶液在加热条件反应:NaNO2+NH4Cl NaCl+N2↑+2H2O。
(2)收集方法:只能用排水法(密度与空气接近,不能用排空气法)。
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NO NO2
色、态 无色气体 红棕色、有刺激性气味的气体
水溶性 不溶于水 易溶于水
毒性 有毒,大气污染物之一 有毒,大气污染物之一
与水反应 不反应 3NO2+H2O 2HNO3+NO
与氧气反应 2NO+O2 2NO2 不反应
用途 用于生物学和医学 工业上用来制取硝酸
三、氮的氧化物
(1).一氧化氮和二氧化氮
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(2)其他氮氧化物:主要有N2O、N2O3、N2O4、N2O5等。
注意
NO2能与N2O4相互转化:2NO2 N2O4,由于此平衡的存在,通常所说的NO2气体实际上
是NO2和N2O4的混合气体。例如2 mol NO与1 mol O2充分反应,由于生成的NO2部分转
化为N2O4,故实际所得的NO2少于2 mol。
(3)氮氧化物对环境的污染及防治
①氮氧化物会造成光化学烟雾和酸雨。
②常见的处理含氮氧化物尾气的方法
a.碱液吸收法
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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),一般适用
于工业尾气中NOx的处理。
b.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。
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四、硝酸
1.物理性质:无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
2.化学性质
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3.制法
NH3 NO NO2 HNO3
反应原理:①4NH3+5O2 4NO+6H2O;②2NO+O2 2NO2;③3NO2+H2O 2
HNO3+NO。
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知识再现
王水:浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为1∶3),能使不溶于硝酸的金属(如金、铂
等)溶解。
4.用途:常用来制造氮肥、染料、塑料、炸药、硝酸盐等。
五、氨及铵盐
1.NH3
(1)结构:电子式为 (提示:不要忘记孤电子对),分子空间结构为三角锥形。
(2)物理性质:无色、有刺激性气味的气体;密度比空气小,易液化,极易溶于水(常温常压
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下,1体积水大约可溶解700体积氨气)。液氨汽化时,吸收大量的热,使周围环境温度急
剧降低,可作制冷剂。
(3)化学性质
NH3是唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体(高中阶段),常用此性质检验NH3。
注意
氨水对眼睛、呼吸道等有强烈的刺激作用,储存、运输和施用的要求比较高。
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(4)制法
①实验室制法原理:2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O。
装置如下图所示:
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注意
可用湿润的红色石蕊试纸或蘸有浓盐酸的玻璃棒验满。欲快速制取NH3可将浓氨水滴
到NaOH固体或生石灰上。
②工业制法:N2+3H2 2NH3。
(5)喷泉实验
①原理:短时间内,体系内外产生较大的压强差。
②常见形成喷泉的气体和液体组合
HCl气体和水/NaOH溶液,NH3和水/酸溶液,酸性气体和NaOH溶液,NO2和水。
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2.铵盐
(1)物理性质:一般为白色、易溶于水的晶体。
(2)化学性质
①与碱反应:N +OH- NH3↑+H2O、N +OH- NH3·H2O(常温)(条件不同,产
物不同)
②不稳定,受热易分解:NH4Cl NH3↑+HCl↑
NH4HCO3 NH3↑+CO2↑+H2O
③水解反应:N +H2O NH3·H2O+H+
(3)检验:样品与NaOH溶液共热,用湿润的红色石蕊试纸检验,观察试纸是否变蓝;若变
蓝,则证明含有N 。
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1.(2025江苏如皋三模,1)下列含氮物质的转化属于氮的固定的是 ( )
A.N2→NH3 B.NO→N2
C.NH3→CO(NH2)2 D.HNO3→NH4NO3
即练即清
A
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解析 氮的固定指将游离态氮(N2)转化为化合态氮的过程,故选A。
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2.(2025北京海淀二模,5)为研究浓硝酸与Cu的反应,进行如图所示实验。下列说法不正
确的是 ( )
A.滴入浓硝酸后,无需加热即可反应
B.反应开始后,试管中产生红棕色气体,说明浓硝酸具有氧化性
C.反应消耗0.05 mol Cu时,转移电子数约为6.02×1022
D.若将铜片换成铝片,无明显现象,说明还原性:Al<Cu
D
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解析 浓硝酸具有强氧化性,常温下能将Cu氧化,不需要加热,A正确;试管中产生红棕
色气体,即NO2,HNO3中N元素化合价降低,说明浓硝酸具有氧化性,B正确;Cu元素化合
价从0升高到+2,当反应消耗0.05 mol Cu时,转移电子数为0.05 mol×2×6.02×1023 mol-1=6.
02×1022,C正确;常温下,铝在浓硝酸中发生钝化,阻止反应继续进行,故无明显现象,不能
说明Al的还原性弱于Cu(实际上还原性:Al>Cu),D错误。
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3.某实验小组利用下图装置制备NH3并探究其性质。下列说法正确的是 ( )
A.①中药品为NH4Cl和Ca(OH)2
B.②中药品为P2O5
C.反应一段时间后,③中红色固体变为黑色
D.反应一段时间后,④中锥形瓶收集到液氨
A
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解析 加热NH4Cl和Ca(OH)2固体混合物是实验室常用的制备NH3的方法,A正确;P2O5
为酸性干燥剂,会与NH3反应,B错误;NH3中N元素显-3价,具有还原性,加热条件下可将
CuO还原,故反应一段时间后,③中黑色固体变为红色,C错误;④中用冰块冷凝,液氨的
沸点较低(-33.5 ℃),此时以NH3(g)形式存在,锥形瓶中不能收集到液氨(NH3与CuO反应
后生成H2O,过量的NH3可溶于H2O,故④中锥形瓶可以收集到氨水),D错误。
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