考点13 氮及其化合物——2023年江苏省普通高中化学学业水平合格性考试专项精讲+测试

考点13 氮及其化合物

【学业要求】

1.了解氮及其重要化合物的主要物理性质。2.知道氮单质及其重要化合物的主要用途；了解氮气的稳定性。3.了解二氧化氮与水的反应。4.了解氨气与水、酸的反应；了解氨水的成分以及一水合氨的不稳定性；了解铵盐受热易分解、与碱反应等性质。5.了解硝酸的强氧化性；了解浓硝酸、稀硝酸分别与铜、木炭的反应；了解常温下铁、铝在浓硝酸中的钝化现象。6.了解氮循环对生态平衡的重要作用；了解氮氧化物等污染物的来源和危害；认识氮氧化物对生态环境的影响，形成可持续发展的思想。

一、氮气的结构与物理性质

1．氮元素及其存在

(1)原子结构：氮元素位于元素周期表的第_二_周期第VA族

氮气分子是由两个氮原子通过共用三对电子结合而成的，氮气分子的电子式：∶N⋮⋮N∶，结构式为N≡N。

破坏氮气分子中氮原子之间的共价键需要很大的能量，所以氮气分子很稳定。但在高温或放电等特殊条件下，也能与一些金属或非金属单质发生反应，生成含氮化合物。

氮元素在自然界中的存在形态：①游离态：以氮分子的形式存在于空气中。

②化合态：存在于动植物体内的蛋白质中，土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。

2．氮气物理性质

3．氮的固定

(1)概念：使空气中游离态的氮转化为含氮化合物。

高能固氮的实例——“雷雨发庄稼”

(1)利用化学方程式解释“雷雨发庄稼”的原理：

N2＋O22NO、2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

雨水中的硝酸渗入土壤后与矿物质作用生成硝酸盐，其中的硝酸根离子被植物的根系吸收，转化为植物生长所需的养料。

二、一氧化氮和二氧化氮的性质

1．不同价态的氮的氧化物

N2O俗称笑气，具有麻醉作用

2．NO和NO2

(1)物理性质

(2)相互转化

①NO→NO2：2NO＋O2===2NO2　NO接触空气就会变红棕色

②NO2→NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

③2NO2N2O4　存在NO2时就存在N2O4

3．危害及处理：

①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，产生了一种有毒的烟雾。

②酸雨：NOx排入大气中，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。

③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。

④NO与血红蛋白结合使人中毒。

(4)常见的NOx尾气处理方法

①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处理。

②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。

4．应用：一氧化氮在调节心脑血管、神经和免疫系统等方面有着十分重要的生物学作用和医学前景，受到人们的普遍重视。二氧化氮在火箭燃料中用作氧化剂，在工业上可以用来制造硝酸。

三、氨气的性质及用途

1．氨气的物理性质

液态氨汽化时要吸收大量的热，使周围的温度急剧下降，所以液态氨在工业上常用来作制冷剂。

2．喷泉实验

3.氨水的性质

(1)氨气溶于水，大部分和水反应生成NH3·H2O，反应的化学方程式是NH3＋H2ONH3·H2O。NH3·H2O很不稳定，受热易分解为氨气和水，反应的化学方程式是NH3·H2ONH3↑＋H2O。

(2)氨水具有弱碱性，电离方程式是NH3·H2ONH＋OH－，能使酚酞溶液变红色(或使湿润的红色石蕊试纸变蓝色)。

4．氨气与氯化氢的反应

(1)将分别蘸有浓氨水、浓盐酸的两支玻璃棒渐渐靠近，观察到的现象是有大量白烟产生。

(2)铵盐大多是无色晶体，运输、储存比较方便，并且都能溶于水，易于被农作物吸收。因此，固态氮肥已经代替了氨水，成为目前使用最广泛的化肥。

5．从氮元素的化合价分析氨的性质

(1)NH3分子中氮元素的化合价为－3价，在化学反应中氮元素化合价可能的变化是只能升高，不能降低，因此氨气具有还原性。

(2)氨气与氧气在催化剂作用下生成NO的化学方程式：4NH3＋5O24NO＋6H2O。

四、硝酸

1.强酸性

硝酸的电离方程式为HNO3===H＋＋NO，具有酸的通性。

2.不稳定性

硝酸在受热或见光条件下即可分解，化学方程式为：4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑　，常见浓硝酸显黄色，原因是HNO3分解产生的NO2溶于溶液中，故浓硝酸应保存在棕色试剂瓶中。

3.强氧化性

(1)与金属反应：常温下，浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而发生钝化。一定条件下硝酸能与除铂以外的多数金属反应。

①浓硝酸与铜反应的化学方程式：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O；

②稀硝酸与铜反应的化学方程式：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。

(2)浓硝酸与非金属单质碳反应：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。

【真题演练】

例1．(2017·江苏学测)下列有关浓硝酸的说法正确的是(　　)

A.保存在棕色瓶中   B.不易挥发

C.与铜不反应   D.受热不分解

例2．(2014·江苏学测)有关物质的转化关系如下图所示(部分物质和条件已略去)。A是海水中含量最多的盐，B、E、F是气体单质，C是金属单质，X是能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，Y是最常见的无色液体。

请回答下列问题：

(1)X的化学式为____________。

(2)E的电子式为____________。

(3)写出C与Y反应的化学方程式：_________________________________________________。

(4)写出D溶液与G溶液反应的离子方程式：_______________________________________________。

例3．(2011·江苏学测)某氮肥硫酸铵中混有硫酸氢铵。为测定该氮肥的含氮量，一化学研究性学习小组取一定量氮肥样品，研磨使其混合均匀，备用。已知：

氢氧化钠少量时：2NH4HSO4＋2NaOH===(NH4)2SO4＋Na2SO4＋2H2O

氢氧化钠过量时：NH4HSO4＋2NaOH===Na2SO4＋NH3↑＋2H2O

(1)同学们设计的实验装置图如下，请回答相关问题。

①装置中碱石灰的作用是 ____________________。

②广口瓶内四氯化碳的作用是____________________。

③指导老师指出，用该装置进行实验，即使氢氧化钠足量且实验过程中无氨气外逸，测得的样品含氮量仍将偏低，其原因可能是________________________________。

(2)同学们改进实验装置后(改进装置图略)，进行如下实验。

称取不同质量的上述样品分别与40.00 mL相同浓度的氢氧化钠溶液混合，完全溶解后，加热充分反应(此温度下铵盐不分解)，并使生成的氨气全部被稀硫酸吸收，测得氨气的质量。部分实验数据如下：

请计算(计算结果保留两位小数)：

①样品中氮元素的质量分数是________________ %。

②所用氢氧化钠溶液的物质的量浓度为 ____________ mol·L－1。

③若样品质量为31.00 g，则生成氨气的质量为 ________________ g。

【核心归纳】1．新制氯水的多种成分决定了它具有多重性质，在不同的化学反应中，氯水中参与反应的微粒不同。

2．氯气的实验室制取流程及相应原理

【过关检测】

1.(2022·泰州中学合格考模拟)在水体中部分含氮有机物循环如下图所示。图中属于氮的固定的是(　　)

A.③  B.④  C.⑤  D.⑥

2.(2022·泰州中学合格考模拟)下列叙述正确的是(　　)

A.装置①可用于制备并收集少量NO2

B.装置②能用于制备并收集少量Cl2

C.装置③可用于分解NaHCO3固体

D.装置④可用于实验室制少量NH3

3.(2022·无锡市合格考模拟)下列气体不能用排空气法收集，但可以用排水法收集的是(　　)

A.NO  B.NO2  C.CO2  D.O2

4.(2022·连云港合格考模拟)下列有关氨气的说法不正确的是(　　)

A.液氨可作制冷剂

B.氨气可用浓硫酸干燥

C.氨气极易溶于水

D.氨气的水溶液具有碱性

5.(2022·扬州合格考模拟)下列气体不能用排空气法收集的是(　　)

A.NH3  B.SO2　C.NO  D.H2

6.(2022·扬州合格考模拟)下列气体可用下图所示方法收集的是(　　)

A.NO2  B.O2　C.SO2  D.NH3

7.(2022·扬州合格考模拟)下列物质属于离子化合物的是(　　)

A.NH3  B.NH4NO3　C.SiO2  D.HNO3

8.(2022·扬州合格考模拟)下列有关浓硝酸的说法中错误的是(　　)

A.浓HNO3能与碳反应，说明其具有强氧化性

B.浓HNO3能溶解金属铜，说明其具有强酸性

C.浓HNO3不稳定易分解，需要避光保存

D.常温下浓HNO3能使金属铝钝化，可以用铝槽车运输浓HNO3

9.(2022·苏州上学期期末)科技文献中经常出现的下列词汇，其中与颜色无关的是(　　)

A.赤色海潮   B.棕色烟气

C.白色污染   D.绿色食品

10.(2022·苏州合格考模拟)下列有关说法正确的是(　　)

A.NO2被水吸收，发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，共转移了2个电子

B.向冷的浓HNO3中投入铝片，无现象，说明没发生反应

C.向稀硝酸中加入少量铁粉，有无色气体产生，该气体为H2

D.常温下，向浓HNO3中投入木炭，会产生大量的红棕色气体

11.(2022·扬州合格考模拟)下列反应的离子方程式书写正确的是(　　)

A.石灰石与稀盐酸反应： CO＋2H＋=== H2O＋CO2↑

B.氢氧化钡溶液与稀硫酸反应：Ba2＋＋ SO=== BaSO4↓

C.氯化铁溶液与氢氧化钠溶液反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓

D.稀硝酸溶液与铜反应：Cu ＋4H＋＋ NO===Cu2＋＋2H2O＋NO↑

12.下列有关铜与浓硝酸反应的说法中错误的是(　　)

A.HNO3是氧化剂，Cu是还原剂

B.若2 mol HNO3被还原，则反应中一定生成22.4 L NO2气体

C.参加反应的硝酸中，被还原和未被还原的硝酸的物质的量之比是1∶1

D.硝酸在反应中既表现了强氧化性，又表现了酸性

13.下列叙述正确的是(　　)

A.稀硝酸是弱酸，浓硝酸是强酸

B.稀硝酸与活泼金属反应主要放出氢气，而浓硝酸则使金属钝化

C.浓硝酸、稀硝酸和浓硫酸都是强氧化剂

D.在室温下，铜既可与浓硝酸反应，也可与浓硫酸反应

14.(2022·无锡市第二次模拟测试)在下列反应中，HNO3既表现出氧化性，又表现出酸性的是(　　)

A.H2S＋2HNO3(浓)S↓＋2NO2↑＋2H2O

B.CuO＋2HNO3===Cu(NO3)2＋H2O

C.4HNO3(浓)4NO2↑＋O2↑＋2H2O

D.3Cu＋8HNO3(稀)3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O

15.某溶液中有NH、Mg2＋、Fe3＋和Al3＋四种离子，若向其中加入过量的氢氧化钠溶液，微热并搅拌，再加入过量盐酸，溶液中大量减少的阳离子是(　　)

A.NH   B.Mg2＋

C.Fe3＋   D.Al3＋

16.(2022·无锡合格考模拟)实验室有一瓶氮肥样品，可能含有NH4HCO3、NH4Cl和NH4NO3中的一种或多种。通过下列实验鉴别成分：称量样品23.90 g，加入100 mL 2.0 mol·L－1盐酸充分反应后溶液呈酸性，且放出的气体在标准状况下为2.24 L，再向上述反应过后的溶液中加入足量AgNO3溶液至不再产生沉淀，所得沉淀为28.7 g。根据上述实验事实得出的结论正确的是(　　)

A.该样品中一定含有NH4HCO3和NH4Cl

B.该样品中含N元素的质量分数为17.57%

C.该样品若和足量烧碱反应，将消耗0.4 mol NaOH

D.根据上述数据可以确定原样品中含有5.3 g NH4NO3

17.将1.92 g铜粉与一定量的浓硝酸反应，当铜粉完全反应时收集到气体1.12 L(标准状况)，则所消耗的硝酸的物质的量是(　　)

A.0.12 mol  B.0.11 mol　C.0.09 mol  D.0.08 mol

18.(2022·无锡合格考模拟)有关物质的转化关系如下图所示(部分物质与条件已略去，其中反应②的条件是“700 ℃、催化剂”)。G是常见的红色金属单质，B、H是空气的主要成分，A、C、E均是常见气体，D是最常见的无色液体。

(1)E的化学式为________。

(2)A的电子式为________________。

(3)写出反应①的离子方程式：___________________________。

(4)写出反应②的化学方程式：________________________________________________________。

19.(2022·南京合格考模拟)有关物质的转化关系如下图所示。B是红棕色固体，D是红棕色气体，E是常见的无色液体，G是淡黄色粉末。

(1)F的化学式为____________________。(2)G的电子式为____________________。

(3)写出反应①的化学方程式：_______________________________________________________________。

(4)写出反应②的离子方程式：__________________________________________________________。