第23讲 氮及其化合物（原卷版） 高考化学【一轮 夯实基础】复习精讲精练

这是一份第23讲 氮及其化合物（原卷版） 高考化学【一轮 夯实基础】复习精讲精练，共19页。
【复习目标】
1．能列举、描述、辨识氮及其化合物重要的物理和化学性质及实验现象。
2．能根据氮及其化合物的性质分析生产、生活及环境中的某些常见问题，说明妥善保存、合理使用化学品的常见方法。
3．能说明氮及其化合物的应用对社会发展的价值、对环境的影响。
【知识精讲】
考点一 氮气及氮的氧化物
1．氮元素存在形态及氮的固定
（1）氮元素在周期表中的位置及氮原子结构
氮元素位于元素周期表的第二周期第ⅤA族。氮原子结构示意图为，最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子，因此，氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。
（2）氮元素在自然界中的存在形式
在自然界中，氮元素主要以氮分子(N2)的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
（3）氮的固定

①将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。
②氮的固定分为自然固氮(豆科植物的根瘤菌固氮及放电条件下氮气与氧气化合)和人工固氮(工业上合成氨等)。
【例题1】一种新型的合成氨的方法如图所示，下列说法正确的是( )
A．反应①属于氮的固定
B．反应②属于氧化还原反应
C．反应③可通过电解LiOH溶液实现
D．上述三步循环的总反应为N2＋3H2===2NH3
2．氮气
（1）物理性质：eq \a\vs4\al(无)色eq \a\vs4\al(无)味气体，密度比空气的略小，eq \a\vs4\al(难)溶于水。
（2）化学性质
氮分子内两个氮原子间以共价三键(N≡N)结合，断开该化学键需要吸收较多能量，故氮气的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应，无法被大多数生物体直接吸收。
写出有关化学方程式：
①3Mg＋N2eq \(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2；
②N2＋3H2eq \(,\s\up11(高温、高压),\s\d4(催化剂))2NH3；
③N2＋O2eq \(=====,\s\up7(放电或高温))2NO。
【例题2】(2022·葫芦岛模拟)下列说法中正确的是( )
A．氮气化学性质不如磷活泼，故氮元素非金属性弱于磷
B．氮气只有氧化性，没有还原性
C．“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐
D．NO与O2反应生成NO2属于氮的固定
3．氮的氧化物
（1）氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。
（2）NO和NO2性质的比较
注意：
①NO只能用排水法收集，不能用排空气法收集；而NO2只能用向上排空气法收集，不能用排水法收集。
②NO2气体存在平衡：2NO2N2O4，故常温时没有纯净的NO2或N2O4气体。
③NO2虽然与水反应生成HNO3，但不是硝酸的酸酐。硝酸的酸酐是N2O5；NO2不是酸性氧化物。
④NO2能使湿润的淀粉－碘化钾试纸变蓝，原因是二氧化氮先与水反应生成HNO3，HNO3再将碘化钾氧化为I2，最终淀粉遇I2变蓝。
【例题3】如图所示，将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽且盛满水的试管内，充分反应后，试管内残留eq \f(m,2)体积的气体，该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为( )
A．3∶2 B．2∶3
C．8∶3 D．3∶8
【例题4】在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积可能为( )
①1.2 mL ②2.4 mL ③3 mL ④4 mL
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
【归纳总结】氮的氧化物和O2、H2O反应的计算方法
（1）关系式法
①NO2和O2混合气体溶于水的计算：
由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知：
②NO与O2同时通入水中：
由4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可知：
V(NO)∶V(O2)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(4∶3 剩余NO))
③NO2、NO、O2三种混合气体通入水中：
a．可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。
b．也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情况处理。
（2）得失电子守恒法
当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。
4．氮氧化物对环境的污染及防治
（1）常见的污染类型
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，产生一种有毒的烟雾。
②酸雨：NOx排入大气中后，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。
（2）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的处理。
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)。
【例题5】汽车尾气中的氮氧化合物NOx与大气中的NH3发生如下作用，形成一种雾霾。
NOxeq \(――→,\s\up11([O]),\s\d4(反应①))N2O5eq \(――→,\s\up11(H2O),\s\d4(反应②))HNO3eq \(――→,\s\up11(NH3),\s\d4(反应③))烟(一种雾霾)。
有关该雾霾的叙述正确的是( )
A．NOx为酸性氧化物，可形成酸雨
B．反应②是氧化还原反应
C．NH3是形成该雾霾的催化剂
D．NH3可能来自过度施用氮肥
【例题6】雾霾含有大量的污染物SO2、NO。工业上变“废”为宝，吸收工业尾气SO2和NO，可获得Na2S2O4和NH4NO3产品的流程图如图(Ce为铈元素)：
下列说法错误的是( )
A．Na2S2O4中S元素的化合价为＋3
B．装置Ⅱ消耗36 g水生成4NA个H＋(NA代表阿伏加德罗常数的值)
C．装置Ⅲ进行电解，Ce3＋在阴极反应，使Ce4＋得到再生
D．装置Ⅳ获得粗产品NH4NO3的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等
【例题7】氮氧化物进入大气后，不仅会形成硝酸型酸雨，还可能形成光化学烟雾，对含有氮氧化物的废气进行处理。
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O(ⅰ)
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O(ⅱ)
(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：
①在反应(ⅰ)中，氧化剂是________。在反应(ⅱ)中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。
②由反应(ⅱ)判断二氧化氮是否为酸性氧化物？解释原因___________________。
(2)汽车尾气中含有CO和NO，消除这两种物质对大气的污染的方法是安装催化转化器，使它们发生反应消除污染，试写出该反应的化学方程式__________________________。
(3)目前有一种治理方法是在一定条件下，用氨气将氮氧化物转化为无污染的物质，请写出NO2发生该反应的化学方程式_________________________________________________________。
考点二 氨和铵盐
1．氨的分子结构和物理性质
2．氨的化学性质
（1）氨气与水的反应
NH3＋H2ONH3·H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－，氨气溶于水得氨水。
①氨水中含有的粒子：NH3·H2O、NH3、H2O、NHeq \\al(＋,4)、OH－、H＋。
②NH3·H2O为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：NH3·H2ONH3↑＋H2O。
（2）氨气与酸的反应
a．蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为有白烟生成，将浓盐酸改为浓硝酸，也会出现相同的现象。化学方程式：HCl＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。
b．与CO2等酸性氧化物反应：
NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3或2NH3＋CO2＋H2O===(NH4)2CO3。
（3）氨气与盐溶液的反应
（4）氨气的还原性
①催化氧化：4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up11(催化剂),\s\d4(△))4NO＋6H2O
②被CuO氧化：2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O
③被氯气氧化：2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl或8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl
（5）氨的用途
①液氨汽化时吸收大量的热，故用作制冷剂。
②制氮肥、硝酸、铵盐、纯碱等。
3．铵盐及NHeq \\al(＋,4)的检验
（1）铵盐的物理性质
铵盐都是白色固体，绝大多数铵盐都易溶于水。
（2）铵盐的化学性质
注意：
①铵盐受热都能分解，但不是所有的铵盐分解都能生成NH3，如2NH4NO3O2↑＋2N2↑＋4H2O。
②制氨时铵盐不选(NH4)2CO3、NH4HCO3、NH4NO3等，因它们受热易分解，使产生的NH3中混有较多的杂质气体，另外NH4NO3易爆炸；选碱时，用Ca(OH)2而不用NaOH或KOH，因NaOH、KOH具有吸湿性，易结块，不利于产生氨，且在高温下均能腐蚀玻璃。
（3）NHeq \\al(＋,4)的检验
【例题8】如图，利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所做的解释正确的是( )
【例题9】探究氨气及铵盐性质的过程中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是( )
A．将集有氨气的试管倒扣于水槽中，液体迅速充满试管，说明氨气极易溶于水
B．将pH＝11的氨水稀释1000倍，测得pH>8，说明NH3·H2O为弱碱
C．加热NH4HCO3固体，观察到固体逐渐减少，试管口有液滴产生，说明NH4HCO3受热不稳定
D．将红热的铂丝伸入如图所示的锥形瓶中，瓶口出现少量红棕色气体，说明氨气的氧化产物为NO2
4．氨气的实验室制法
（1）常规方法
（2）简易方法
注意：
①干燥氨气不能用无水CaCl2因：8NH3＋CaCl2===CaCl2·8NH3，通常用碱石灰干燥氨气。
②吸收氨气时要注意防止倒吸
可用于吸收氨气并能防倒吸的常用装置为
【例题10】某学习兴趣小组探究氨气的制取实验：
(1)甲同学拟用下列实验方法制备氨气，其中合理的是________。
A．将氯化铵固体加热分解
B．将浓氨水滴入氢氧化钠固体中
C．将氢氧化钠固体加入浓氨水中
D．将氯化铵稀溶液滴入氢氧化钠固体中
(2)根据上述正确的原理，该同学欲用下列常见的实验室制气装置制取氨气，适宜的装置是_________。
(3)气体的性质是气体收集方法选择的主要依据，下列性质与收集方法无关的是________。
①密度 ②颜色 ③溶解性 ④热稳定性 ⑤与氧气反应
(4)下图是甲同学设计收集氨气的几种装置，其中可行的是______，集气的原理是_____________。
【例题11】干燥的二氧化碳和氨气反应可生成氨基甲酸铵固体，化学方程式为
2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s) ΔH100℃)全部收集并冷却。气体全部反应无剩余，得到一种一元强酸的水溶液(其中酸与水的物质的量之比1∶1)写出该结晶水合物受热分解的化学方程式____________________________。
(5)设计实验证明D溶液的阴离子(OH-除外)____________。
19．（2022·浙江·高三专题练习）党十九大报告中首次将树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念写入党代会报告，治理污染减少排放具有十分重要的意义。回答下列问题：
(1)下面是消除NOx排放的三个案例：
①利用纯碱溶液可以吸收硝酸厂废气中的NO和NO2[n(NO):n(NO2)=1:1]，该过程中发生反应的化学方程式为___________________________。
②三元催化可以将汽车尾气中的CO和NOx进行净化处理，该过程中发生反应的化学方程式为___________________________。
③利用尿素消除NOx污染的转化反应为Ⅰ.，Ⅱ．无污染气体。尿素中C元素的化合价___________，反应Ⅱ的化学方程式为___________________________。
(2)为测定热电厂排放气中SO2的含量，进行了如下实验：标准状况下，将排放气匀速通入100mL0.5ml/L酸性溶液中。若排放气的流速为，经过bmin溶液恰好褪色，则该排放气中SO2的含量为___________g/L。
(3)通过如下流程可实现SO2和NO综合处理并获得保险粉()和硝铵。
①装置Ⅲ中生成与的物质的量之比为___________。
②装置Ⅳ中溶液含有和，欲将cL该溶液完全转化为硝铵，需要通入与的体积比为___________(同温同压下)。
20．（2021·山东·菏泽一中高三期中）研究硝酸工业尾气的处理对环境保护和资源的开发利用有重要意义。一种利用硝酸尾气初步处理后获得的高浓度NOx(NO、NO2)气体制备NaNO2、NaNO3的工艺流程如下：
已知：NaNO2在酸性条件下能发生歧化反应。
回答下列问题：
(1)“碱吸收”过程中发生反应的离子方程式为___________________________。
(2)蒸发I产生的蒸气中含有少量的NaNO2等有毒物质，不能直接排放，将其冷凝后用于流程中的___________(填操作名称)最合理。
(3)“转化”时加入稀HNO3发生反应的化学方程式为___________________________。
(4)若将NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比设为2：1，则生产2.76吨NaNO2时，Na2CO3的理论用量为___________吨(假定Na2CO3恰好完全反应)。
(5)工业制硝酸尾气中的NOx(NO、NO2)常用NaOH溶液吸收，反应的化学方程式为：NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O；2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O。硝酸尾气中的NOx，通入足量NaOH溶液中充分反应后气体没有剩余，则：
①NOx的x的取值范围为___________；
②反应后溶液中n(NO)：n(NO)=___________(用含x的代数式表示)。
21．（2022·全国·高三专题练习）叠氮化钠(NaN3)是一种防腐剂和分析试剂，在有机合成和汽车行业也有重要应用。学习小组对叠氮化钠的制备和产品纯度测定进行相关探究。
查阅资料：
I.氨基钠(NaNH2)熔点为208℃，易潮解和氧化；N2O有强氧化性，不与酸、碱反应；叠氮酸(HN3)不稳定，易分解爆炸。
II.2HNO3+8HCl+4SnCl2=4SnCl4+5H2O+N2O↑，2NaNH2+N2ONaN3+NaOH+NH3。
回答下列问题：
(1)制备NaN3
①按气流方向，上述装置合理的连接顺序为a→_______→_______→_______→_______→b→c→h(填仪器接口字母)。
②D的作用为_______________。
③实验时E中生成SnO2·xH2O沉淀，反应的化学方程式为_______________________。
④C处充分反应后，停止加热，需继续进行的操作为_______________，其目的为_______________。
(2)用如图所示装置测定产品纯度(反应原理为：ClO-+2N+H2O=Cl-+3N2 ↑+2OH-)
①仪器F的名称为_______；
②管q的作用为_______________________。
③若G的初始读数为37.20mL、末读数为1.20mL，本实验条件下气体摩尔体积为VmL·ml-1，则产品中NaN3的质量分数为_______________。
22．（2022·全国·高三专题练习）氮化钙()是一种重要试剂，常温下为棕色固体，在空气中会被氧化，遇水强烈水解，产生刺激性气味气体。实验室设计如下装置用Ca与反应制备，并对纯度进行测定。回答下列问题：
I．的制备
(1)仪器a的名称为___________，E装置的主要作用是___________。
(2)实验开始时应首先点燃___________(填“A”或“C”)处酒精灯，当观察到___________时点燃另一处酒精灯。
II．纯度的测定(已知所含的杂质不与水反应产生气体)
(3)方案一：
①按图1所示连接装置，检查装置气密性后加入试剂。
②测定虚线框内装置及试剂的质量；
③关闭____ (填“”或“”，下空同)，打开____，用分液漏斗加入足量水，至不再产生气体；
④___________；
⑤再次测定虚线框内装置及试剂的质量。则产品中的质量分数表达式为___________。
(4)方案二：按图2所示连接装置，检查装置气密性后加入试剂。打开分液漏斗活塞向三颈烧瓶中加入蒸馏水，打开K持续通入水蒸气，将产生的氨全部蒸出，并用100mL 1.00的稀硫酸标准溶液完全吸收(液体体积变化忽略不计)，从烧杯中量取10.00mL的吸收液注入锥形瓶中，用1.00 NaOH标准溶液滴定过量的稀硫酸，到终点时消耗12.60mL NaOH溶液。则产品中的质量分数为___________%。(结果保留一位小数NO
NO2
物理
性质
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒(跟血红蛋白结合)，大气污染物之一
有毒、有刺激性气味的气体、大气污染物之一
溶解性
不溶于水
易溶于水
化学
性质
与O2反应
2NO＋O2===2NO2
—
与H2O反应
—
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
对环境的影响
导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层
电子式及结构
密度
气味
水溶性
其他
空间构型为三角锥形，属于极性分子。
比空气eq \a\vs4\al(小)
刺激性气味
极易溶于水(1∶700)，可由喷泉实验证明。
易液化可用作制冷剂。
现象
离子方程式
FeCl3溶液
生成红褐色沉淀
Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)
AlCl3溶液
生成白色沉淀
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)
选项
实验现象
解释
A
浓盐酸附近产生白烟
NH3与浓盐酸反应产生了NH4Cl固体
B
浓硫酸附近无明显现象
NH3与浓硫酸不发生反应
C
氯化物溶液变浑浊
该溶液一定是AlCl3溶液
D
干燥红色石蕊试纸不变色，湿润红色石蕊试纸变蓝
NH3是一种可溶性碱
方法
化学方程式(或原理)
发生装置
加热浓氨水
NH3·H2ONH3↑＋H2O
浓氨水＋固体NaOH
NaOH溶于水放热，促使氨水分解，且OH－浓度的增大有利于NH3的生成
浓氨水＋固体CaO
CaO与水反应，使溶剂(水)减少，反应放热，促使氨水分解，化学方程式：NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2
气体
HCl
NH3
CO2、Cl2、SO2、H2S
NO2
NO、O2
(4∶3)
NO2、O2
(4∶1)
吸收
剂
水、NaOH
溶液
水
NaOH
溶液
水
水
水
方案设计
现象和结论
A
先加入少量溶液，再加溶液和足量稀硝酸，振荡
若产生白色沉淀，则样品为亚硝酸钠
B
加到少量溶液中，再加硫酸酸化，振荡
若溶液褪色，则样品为亚硝酸钠
C
先加到少量溶液中，再加入稀盐酸酸化，振荡
若溶液变黄色，则样品为亚硝酸钠
D
先加入少量溶液，再加入溶液和稀硝酸，振荡
若产生白色沉淀，则样品为亚硝酸钠
选项
气体
a
b
A
稀
B
溶液
C
浓
铁片
D
浓氨水
选项
操作或做法
目的
A
将铜丝插入浓硝酸中
制备
B
将密闭烧瓶中的降温
探究温度对平衡移动的影响
C
将溴水滴入溶液中，加入乙醇并振荡
萃取溶液中生成的碘
D
实验结束，将剩余固体放回原试剂瓶
节约试剂
实验步骤
实验现象
I
将NH4Cl固体加入试管中，并将湿润的pH试纸置于试管口，试管口略向下倾斜，对试管底部进行加热
试纸颜色变化：黄色→蓝色(pH≈10)→黄色→红色(pH≈2)；试管中部有白色固体附着
II
将饱和NH4Cl溶液滴在pH试纸上
试纸颜色变化：黄色→橙黄色(pH≈5)
气体(杂质)
方法
A
SO2(H2S)
通过酸性高锰酸钾溶液
B
Cl2(HCl)
通过饱和的食盐水
C
N2(O2)
通过灼热的铜丝网
D
NO(NO2)
通过氢氧化钠溶液
①
②
③
实验Ⅰ
开始无明显现象，渐有小气泡生成，液面上方出现浅红棕色气体，溶液呈蓝色。
实验Ⅱ
最初反应较慢，随后加快，反应剧烈；产生红棕色气体；溶液呈绿色。
选项
制取气体
所选药品
收集装置
①
②
A
NH3
浓氨水
氧化钙
④
B
SO2
浓硫酸
亚硫酸钠
④
C
CO2
醋酸溶液
石灰石
③
D
Cl2
浓盐酸
二氧化锰
③
目的
方案设计
现象和结论
A
鉴定与溴蒸气
两气体分别通入淀粉KI溶液中
变蓝色的是通入溴蒸气
B
检验固体混合物是否存在铵盐
将固体溶于水，加入足量浓NaOH溶液，加热，用红色湿润石蕊试纸检验产生的气体
若试纸不变蓝，说明固体中不存在铵盐
C
检验的氧化性
在溶液中加入溶液
若溶液出现淡黄色沉淀，则说明具有氧化性
D
检验火柴头中的氯元素
取用火柴头浸泡过的溶液，加溶液、稀硝酸和溶液
若出现白色沉淀，说明有氯元素