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【备战2023高考】化学总复习——第14讲《氮及其化合物》讲义
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第14讲 氮及其化合物目录第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆第三部分：典型例题剖析高频考点1 考查氮及其氧化物的性质和应用高频考点2 考查硝酸的性质及应用高频考点3 考查氨气、铵盐及NH4+检验高频考点4 考查氮及其化合物的转化关系及应用高频考点5 考查喷泉实验及拓展应用高频考点6 考查氮氧化物有关计算正文第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆知识点一 氮气及其氧化物1．氮的固定（1）自然固氮（a.雷电固氮：将N2转化NO；b.根瘤菌固氮将N2转化NH4+）（2）人工固氮：合成氨工业2．氮气(1)结构：分子式：N2 电子式： 结构式：N≡N(2)物理性质：无色、无味的气体，密度比空气略小，在水中溶解度很小（体积比=1：0.02），在压强为101KPa下，氮气在—195.8℃时变成无色液体，氮气分子在—209.9℃时变成雪花状固体，N2空气中N2的体积分数红为0.78。(3)化学性质1）通常状况下很难与其它物质发生化学反应 2）在一定条件下，能与一些物质发生化学反应①与H2反应：N2＋3H22NH3； ②与某些金属反应：3Mg+N2Mg3N2Mg3N2离子化合物，在水中强烈水解Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3↑ ③与O2反应：在通常情况下，与O2不发生反应，但在放电或高温的条件下能与O2直接化合生成NO。N2+O22NO（闪电、汽车引擎中发生的反应）(4)用途：①文物馆将贵重文物保存在氮气中。②氮气是合成氨工业的重要原料——合成氨，制化肥，HNO3。③雷电是自然界重要的固氮方式。④医疗上，液氮是常见的冷冻剂。 (5)工业制法：1）分离液态空气： 2）耗氧法： 3．氮的氧化物(1)氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1～＋5价都有对应的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中N2O5、N2O3分别是硝酸、亚硝酸（HNO2）的酸酐。(2)NO和NO2的比较【特别提醒】①NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。②验证某无色气体为NO的方法是向该无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。(3)氮的氧化物溶于水的几种情况分析1）NO2或NO2与N2混合气体溶于水时，3NO2+H2O==2HNO3+NO，利用气体体积变化差进行计算。2）NO2与O2的混合气体溶于水，由3NO2+H2O==2HNO3+NO及2NO+O2==2NO2，得：4NO2+O2+2H2O==4HNO3 ，可知，3）NO和O2同时通入水中时，其反应是2NO+O2==2NO2 ①，3NO2+H2O==2HNO3+NO ②，将①×3+②×2得总反应式为：4NO+3O2+2H2O==4HNO3。 4）NO、NO2、O2三种混合气体通入水中，可先按情况（1）求出NO2与H2O反应生成的NO的体积，再加上原混合气体中的NO的体积即为NO的总体积，再按情况（3）进行计算。(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，产生了一种有毒的烟雾。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，形成酸雨pH＜5.6，酸雨的主要危害是能直接破坏农作物、森林、草原，使土壤、湖泊酸化，还会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电信电缆的腐蚀。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＋H2ONO2、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。③氨气吸收法：8NH3＋6NO2eq \o(======,\s\up7(一定条件))7N2＋12H2O 4NH3＋6NOeq \o(=======,\s\up7(一定条件))5N2＋6H2O知识点二 氨、铵盐一、氨1．氨的分子结构2.氨的物理性质通常状况下，氨是一种无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小，极易溶于水（常温常压下，体积比为1∶700），氨的水溶液称为氨水。氨在加压下容易液化，液氨气化时吸收大量的热，使周围环境温度急剧降低，工业上可使用液氨作制冷剂。3.氨的化学性质(1)氨与水的反应NH3＋H2ONH3·H2ONHeq \o\al(＋,4)＋OH－a.氨溶于水得氨水，氨水是混合物，溶液中存在的微粒有三种分子：NH3·H2O、NH3、H2O；三种离子：NH4+、OH－及少量的H+。b.NH3·H2O为可溶性一元弱碱，具有碱的通性。氨水可使紫色石蕊试液变蓝，故常用湿润的红色石蕊试纸检验NH3的存在。c.NH3·H2O不稳定，易分解：NH3·H2ONH3↑＋H2O。【特别提醒】①NH3是中学化学中唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，可在推断题中作为解题突破口。②氨水呈碱性，NH3·H2O属于一元弱碱，计算氨水的浓度时，溶质按NH3进行计算。(2)氨与酸的反应：氨气与酸反应生成铵盐NH3+HCl=NH4Cl（白烟） NH3+HNO3=NH4NO3（白烟） 2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4 注：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。(3)与盐溶液的反应：一般生成难溶的碱，如氯化铁溶液与氨水反应：Fe3++3NH3·H2O==Fe(OH)3↓+3NH4+又如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \o\al(＋,4)。注：与Cu2+、Zn2+、 Ag+反应先生成沉淀Cu(OH)2、Zn(OH)2、 Ag2O，继续加入NH3·H2O或通入NH3，沉淀溶解，分别生成Cu(NH3)42+、Zn(NH3)42+、 Ag(NH3)2+。(4)氨的还原性a．催化氧化：4NH3＋5O2eq \o(,\s\up11(催化剂),\s\do4(△))4NO＋6H2O(用于工业制硝酸)。b．在纯氧中燃烧：4NH3＋3O2eq \o(=====,\s\up7(点燃))2N2＋6H2O。c．与氯气反应：2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl或8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl(用于检验Cl2管道泄漏)。d．与CuO反应：2NH3＋3CuON2＋3Cu＋3H2O(用于实验室制少量N2)。4．氨的实验室制法（1）原理：利用复分解反应强碱制弱碱 2 NH4Cl +Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O（2）药品的选择：①铵盐：制取NH3时，一般用NH4Cl而不用NH4NO3、(NH4)2SO4或(NH4)2CO3，原因如下： ②碱：一般用熟石灰，不用NaOH或KOH，因为NaOH或KOH易吸水结块，而且对玻璃仪器腐蚀性较强。装置：固－固反应加热装置（同制O2） ①发生装置的试管口略向下倾斜； ②加热温度不宜过高，并用酒精灯外焰由前向后逐渐加热。（4）干燥：碱石灰（或固体NaOH、固体CaO） 【特别提醒】不能用浓H2SO4、CaCl2干燥，CaCl2与NH3反应：CaCl2+8NH3= CaCl2·8 NH3。 （5）收集：向下排空气法收集。收集装置和反应装置的试管和导管必须是干燥的。由于氨气的密度比空气小，因此收集氨气时，导管应插入接近试管的底部。（6）验满：①用湿润的红色石蕊试纸放置在试管口附近，若变蓝，说明已经收集满。 ②用蘸取浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟生成，说明已经收集满。（7）尾气吸收：多余的氨要吸收掉（可在导管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球），以避免污染空气。但多余气体在尾气吸收时要防止倒吸。常采用的装置有：（6）氨气的其它实验室制法二、铵盐及NHeq \o\al(＋,4)的检验1.铵盐(1)铵盐的物理性质：铵盐都是离子化合物，都是白色固体，均易溶于水。(2)铵盐的化学性质1)不稳定性a．NH4Cl受热分解：NH4ClNH3↑＋HCl↑（用于除去或分离铵盐）。b．NH4HCO3或(NH4)2CO3受热分解：NH4HCO3NH3↑＋CO2↑＋H2O；(NH4)2CO32NH3↑+CO2↑+H2Oc.硝酸铵的分解有四种情况：①110 ℃时分解：NH4NO3＝HNO3＋NH3↑②185 ℃～200 ℃分解：NH4NO3＝N2O↑＋2H2O③230°C以上，同时有弱光：2NH4NO3=2N2↑+O2↑+4H2O④在400°C以上时，剧烈分解发生爆炸：4NH4NO3=3N2↑+2NO2↑+8H2O注：一般情况下写为5NH4NO34N2+2HNO3+9H2Od.硫酸铵分解两种情况①硫酸铵在280℃就开始分解,分解产物放出氨气而生成硫酸氢铵（酸式硫酸铵）：(NH4)2SO4=NH3+NH4HSO4； ②513℃时则硫酸铵完全分解,分解放出氨气、氮气、二氧化硫及水：3(NH4)2SO4=3SO2↑+6H2O+N2↑+4NH3↑2）与碱反应a．在稀溶液中不加热：NHeq \o\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O。b．加热时或浓溶液：NHeq \o\al(＋,4)＋OH－NH3↑＋H2O。③铵盐溶于水易水解：NHeq \o\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋。2.NHeq \o\al(＋,4)的检验未知液eq \o(――→,\s\up7(OH－))呈碱性eq \o(――→,\s\up7(△))使湿润的红色石蕊试纸变蓝色，则证明含NHeq \o\al(＋,4)。知识点三 硝酸 硝酸盐一、硝酸1．物理性质无色，易挥发，具有刺激性气味的液体，易溶于水。浓硝酸常因为溶解有NO2而呈黄色。质量分数为69%的硝酸为常用浓硝酸。98%以上的硝酸称之为发烟硝酸。2．化学性质（1）硝酸具有酸的通性 ①与金属反应：一般不生成氢气 ②与碱性氧化物反应：如CuO、Na2O、Fe2O3等 ③与碱反应：Cu(OH)2、NaOH等 ④与盐反应：NaHCO3、Na2CO3等 ⑤与指示剂反应：浓硝酸可使石蕊先变红后褪色【特别提醒】在利用HNO3的酸性时，要注意考虑它的强氧化性。如FeO与稀硝酸反应时的方程式应是：3FeO+10HNO3(稀)==3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O，而不是FeO+2HNO3 (稀)==Fe(NO3)2+H2O。(2)不稳定性硝酸是不稳定性酸，受热或者光照易分解，所以实验室中常用棕色瓶储存硝酸。4HNO3(浓) eq \o(=====,\s\up7(△或光照))2H2O＋4NO2↑＋O2↑。(3)强氧化性由于HNO3中的+5价氮元素有很强的得电子能力，在硝酸参与的氧化还原反应中，几乎全部是+5价氮被还原，故硝酸具有强氧化性。硝酸无论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。硝酸的强氧化性规律：①温度越高，硝酸越浓，其氧化性越强。 ②与硝酸反应时，还原剂一般被氧化成最高价态。①浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色。②与非金属单质C、S、P等在加热条件下反应，非金属元素被氧化成酸性氧化物。如： C+4HNO3 (浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O，S+6HNO3 (浓) H2SO4+6NO2↑+2H2O。③金属与HNO3反应一般不生成H2，浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原为NO，极稀HNO3可被还原成NH3，生成NH4NO3等。 3Cu+8HNO3（稀）==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O Cu+4HNO3（浓）==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O【特别提醒】浓硝酸与Cu反应时，若Cu过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为NO2，但随着反应的进行，硝酸变稀，其还原产物将为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，可利用氧化还原反应过程中化合价升降总数相等的守恒规律求解有关Cu、HNO3和混合气体之间的量的关系。④钝化：常温时，冷的浓硝酸、浓硫酸可使铝、铁表面生成致密的氧化膜，阻止酸与金属的进一步反应，这种现象叫钝化。钝化其实也是硝酸强氧化性的表现，利用金属Al和Fe的这种性质，我们可以用Al或Fe制的容器来盛装浓硫酸或浓硝酸。⑤硝酸与铁反应时，产物符合以下规律 ⑥与还原性化合物反应：硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等还原性物质。如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：3Fe2＋＋4H＋＋NOeq \o\al(－,3)===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。(4)与有机物反应①硝化反应(与苯反应)：＋HNO3(浓)eq \o(――→,\s\up11(浓硫酸),\s\do4(△)) ＋H2O；②显色反应：含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。【易错提醒】(1)HNO3与金属反应一般不能产生H2。(2)还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。(4)涉及HNO3的离子反应常见的易错问题①忽视NOeq \o\al(－,3)在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下NOeq \o\al(－,3)不能与Fe2＋、I－、SOeq \o\al(2－,3)、S2－等还原性较强的离子大量共存。②在书写离子方程式时，忽视HNO3的强氧化性，将氧化还原反应简单地写成复分解反应。3.硝酸的用途（1）在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等；（2）在有机化学中，浓硝酸与浓硫酸的混合液是重要的硝化试剂。4.硝酸工业制法的反应原理①NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO：4NH3＋5O2eq \o(,\s\up11(催化剂),\s\do4(△))4NO＋6H2O。②NO进一步氧化生成NO2：2NO＋O2===2NO2。③用水吸收NO2生成HNO3：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。5.硝酸的保存①保存硝酸：棕色瓶(避光)、玻璃塞(橡胶塞易被氧化)、阴凉处(防热)。②存放的浓硝酸中，因分解产生的NO2溶于HNO3而使其呈黄色。与工业盐酸中因含Fe3＋而呈黄色易混。【特别提醒】(1)硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO，HNO3(极稀)→N2O或NHeq \o\al(＋,4)。(2)“钝化”并非不反应。(3)浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红，后褪色。二、硝酸盐1.概念：硝酸盐，是硝酸HNO3与金属反应形成的盐类。由金属离子（或铵离子）和硝酸根离子组成。常见的硝酸盐有硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、硝酸钙、硝酸铅、硝酸铈等。2.物理性质：硝酸盐几乎全部易溶于水，只有硝酸脲微溶于水，碱式硝酸铋难溶于水，所以溶液中硝酸根不能被其他绝大多数阳离子沉淀。3.化学性质（1）不稳定性：固体的硝酸盐加热时能分解放出氧，其中最活泼的金属的硝酸盐仅放出一部分氧而变成亚硝酸盐，其余大部分金属的硝酸盐，分解为金属的氧化物、氧气和二氧化氮。a.按金属活动性顺序表，钾到钠的硝酸盐受热分解生成亚硝酸盐和氧气：2KNO32KNO2＋O2↑;b.按金属活动性顺序表，镁到铜的硝酸盐受热分解生成金属的氧化物、氧气和二氧化氮：2Cu(NO3)22CuO+4NO2＋O2↑；c.按金属活动性顺序表，铜以后的硝酸盐受热分解生成金属单质、氧气和二氧化氮：2AgNO32Ag+2NO2＋O2↑（2）硝酸盐在高温或酸性水溶液中是强氧化剂，但在碱性或中性的水溶液几乎没有氧化作用。知识点四 氮及其化合物的相互转化1.理清氮元素的化合价与氧化性、还原性之间的关系（即氮气及其化合物的价类二维图）氮元素有多种可变化合价，物质的种类较多，在复习时要从物质类别和价态变化理解这些物质之间的转化关系。2.构建氮气及其化合物转化网络3.掌握硫及其化合物之间的转化规律1）横向转化为物质类别变化，非氧化还原反应，如(1)氨气转化为铵盐：HCl＋NH3===NH4Cl(2)硝酸转化为硝酸盐：NaOH＋HNO3===NaNO3＋H2O2）纵向转化为化合价变化反应，是氧化还原反应，如(1)NH3转化为N2：3Cl2＋8NH3=== N2＋6NH4Cl(2)NH3转化为NO：5O2＋4NH3eq \o(=====,\s\up11(催化剂),\s\do4(△))4NO＋6H2O3)歧化——同一物质中某元素的化合价在同一反应中既升高又降低。如：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O4)归中——不同物质中同一元素的不同化合价在同一反应中只靠拢。如：6NO＋4NH3eq \o(=====,\s\up7(△))5N2＋6H2ONO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O4．氮在自然界中的循环知识点五 喷泉实验及拓展应用1．喷泉实验的原理使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差，利用大气压将烧瓶下面烧杯中的液体压入烧瓶内，在尖嘴导管口形成喷泉。2．形成喷泉的类型下面是几种常见的能形成喷泉的气体和吸收剂。3.喷泉实验的发散装置和实验操作装置(Ⅰ)向锥形瓶通入少量空气，将少量水压入烧瓶，导致大量氨溶解，形成喷泉。装置(Ⅱ)省去了胶头滴管，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨与水接触，即发生喷泉(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶中，瓶内氨溶于水)。装置(Ⅲ)在水槽中加入能使水温升高的物质致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气体压强增大而产生喷泉。装置(Ⅳ)向导管中通入一定量的H2S和SO2，现象为有淡黄色粉末状物质生成，瓶内壁附有水珠，NaOH溶液上喷形成喷泉。装置(Ⅴ)打开①处的止水夹并向烧瓶中缓慢通入等体积的HCl气体后关闭该止水夹，等充分反应后再打开②处的止水夹，观察到先有白烟产生，后产生喷泉。装置(Ⅵ)中，挤压胶头滴管，然后打开导管上部的两个活塞，则在右面烧瓶出现喷烟现象，再打开导管下部活塞，则可产生双喷泉。4．喷泉实验产物的浓度计算关键是确定所得溶液中溶质的物质的量和溶液的体积，标准状况下的气体进行喷泉实验后所得溶液的物质的量浓度：(1)HCl、NH3、NO2气体或它们与其他不溶于水的气体混合时：所得溶液的物质的量浓度为eq \f(1,22.4) mol·L－1。(2)当是NO2和O2的混合气体且体积比为4∶1时，c(HNO3)＝eq \f(1,28) mol·L－1。知识点六 第ⅤA族元素其它知识归纳1．肼（联氨）(1)结构：(2)碱性：二元弱碱，碱性比NH3弱。在水中的电离方式与氨相似，分两步进行：N2H4＋H2ON2Heq \o\al(＋,5)＋OH－、N2Heq \o\al(＋,5)＋H2ON2Heq \o\al(2＋,6)＋OH－。(3)强还原性：①水合肼在碱性溶液中能将银、镍等金属离子还原成金属单质，如2N2H4·H2O＋2Ag＋===2Ag↓＋2NHeq \o\al(＋,4)＋N2↑＋2H2O；②能被氧气、H2O2等氧化，可用作喷气式发动机推进剂、火箭燃料等。2．As2O3、As2O5和As2S3(1)As2O3俗称砒霜，微溶于水生成亚砷酸(H3AsO3)，可被过氧化氢氧化成砷酸(H3AsO4)，属于两性氧化物：As2O3＋6NaOH===2Na3AsO3＋3H2O，As2O3＋6HCl===2AsCl3＋3H2O。(2)As2O5遇热不稳定，在熔点(300℃)附近即失去O变成As2O3。(3)As2S3俗称雌黄，可溶于碱性硫化物或碱溶液中：As2S3＋3Na2S===2Na3AsS3，As2S3＋6NaOH===Na3AsS3＋Na3AsO3＋3H2O。也可以与SnCl2、发烟盐酸反应转化为雄黄(As4S4)：2As2S3＋2SnCl2＋4HCl===As4S4＋2SnCl4＋2H2S↑。雄黄和雌黄均可以与氧气反应生成As2O3。第三部分：典型例题剖析高频考点1 考查氮及其氧化物的性质和应用例1．（2022·江苏·阜宁县东沟中学模拟预测）下列有关氮及其化合物的性质与用途具有对应关系的是A．N2难溶于水，可用作粮食保护气B．氨水具有碱性，可用于去除烟气中的SO2C．NO2具有还原性，与N2H4混合可用作火箭推进剂D．HNO3具有氧化性，可用于生产氮肥NH4NO3【特别提醒】1．氮的氧化物都有毒，其中NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46，也没有纯净NO2和N2O4气体。2．验证某无色气体是NO的方法是向无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。3．NO2、NO可用碱液处理，如NaOH溶液吸收原理为NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。4．NO2虽然与水反应生成HNO3，但不是硝酸的酸酐。NO2既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。如NO2能使湿润的淀粉－碘化钾试纸变蓝：2NO2＋2KI===2KNO2＋I2。5．鉴别NO2和溴蒸气常用①AgNO3溶液、②H2O、③CCl4。【变式训练】（2022·江苏扬州·一模）下列氮及其化合物的性质与用途具有对应关系的是A．性质稳定，可用作某些反应的保护气B．易溶于水，可用作制冷剂C．受热易分解，可用作氮肥D．呈红棕色，可用于制备硝酸高频考点2 考查硝酸的性质及应用例2．（2021·浙江绍兴·模拟预测）下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是A．由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体B．由②中的红棕色气体不能表明木炭与浓硝酸发生了反应C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物D．③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应【变式训练】(2022·玉溪市易门县第一中学模拟)硝酸与金属反应后所得还原产物与硝酸的浓度和金属的活泼性有关。10 mL 0.5 mol·L－1 HNO3与0.048 g Mg恰好完全反应。若氮元素只被还原到一种价态，下列说法不正确的是( )A．HNO3作还原剂B．HNO3浓度越低，N元素还原价态越低C．反应中转移电子数为0.004 molD．还原产物可能为NH4NO3高频考点3 考查氨气、铵盐及NHeq \o\al(＋,4)检验例3．（2022·上海市市西中学高三阶段练习）关于氨和铵盐的说法错误的是A．氨气溶于水存在化学变化 B．氨的催化氧化属于人工固氮C．氯化铵可以作金属焊接时除锈剂 D．碳酸氢铵受热易分解【变式训练1】（NH3的性质）关于氨的下列叙述中，错误的是( )A．氨易液化，因此可用来作制冷剂B．氨溶解于水显弱碱性，因此可使酚酞溶液变为红色C．氨气遇到浓盐酸、硫酸都会发生反应，产生白烟现象D．氨气可被氯气氧化生成N2，同时还可能产生白烟现象【误区警示】理解NH3性质应注意的问题(1)NH3是中学化学中唯一的碱性气体，可在推断题中作为解题的突破口，确定NH3的存在。(2)氨水的成分是三分子：NH3、NH3·H2O、H2O；三离子：NHeq \o\al(＋,4)、OH－、H＋，氨水呈弱碱性。计算氨水浓度时，溶质视为NH3。【变式训练2】（2022·山东青岛·二模）为探究氨及铵盐性质，将晶体装入如图所示T形三通管两端，进行微型实验。下列说法错误的是A．轻轻挤压任一乳胶头，若蒸馏水中有气泡冒出，则装置气密性良好B．同时点燃两个酒精灯后，两端湿润的pH试纸均变蓝C．实验过程中竖直支管上方会出现白烟D．停止加热后可以交替挤压两边乳胶头，使气体更充分吸收，减少污染【变式训练3】（2022·福建泉州·模拟预测）用如图所示装置进行NH3与CuO反应的实验。下列说法错误的是A．加入药品前须检验装置的气密性 B．a中药品为氯化铵固体C．b中固体变红，可能有Cu2O生成 D．c中能收集到氨水，d中可收集到N2高频考点4 考查氮及其化合物的转化关系及应用例4．(2022·石家庄市高三模拟)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是( )A．①和②均属于氮的固定B．氢、氧元素也参与了自然界中的氮循环C．④中每生成1 mol NOeq \o\al(－,3)，消耗2 mol O2D．③和⑤过程中氮元素分别被还原和氧化【变式训练】(2022·河北省三河市第一中学质检)如图是氮元素形成物质的价类二维图及氮循环的部分信息：下列说法正确的是( )①可通过雷电作用将b转化为c，这是一种固氮方式②可通过加氧化剂将e转化为f③a→c→d→f这几个反应中，均发生了N元素被氧化的反应④g只具有氧化性，还可能与碱发生反应⑤将f转化为d必须选用合适的还原剂才能实现⑥h可与f反应生成iA．①③⑤⑥ B．②③④ C．①③⑥ D．①④⑤高频考点5 考查喷泉实验及拓展应用例5．（2022·北京市第一六六中学三模）用圆底烧瓶收集NH3后进行喷泉实验。对实验现象的分析正确的是A．烧瓶中形成喷泉，说明NH3与H2O发生了反应B．烧瓶中剩余少量气体，能证明NH3的溶解已达饱和C．烧瓶中溶液为红色的原因是：NH3+H2ONH3•H2ONH+OH-D．烧瓶中溶液露置在空气中一段时间后pH下降，能证明氨水具有挥发性【变式训练】下图装置中，干燥烧瓶中盛有某种气体a，烧杯和滴管内盛有某种溶液b。挤压滴管的胶头，下列与实验事实不相符的是【题后归纳】下面是几种常见的能形成喷泉的气体和液体组合。高频考点6 考查氮氧化物有关计算例6 将充有m mL NO和n mL NO2的量筒倒立于水槽中，然后通入m mL O2，若m＜n，则充分反应后，量筒内剩余的气体体积为A．3(m-n) mL B．(m＋n) mL C．(m-n) mL D． mL【名师点拨】氮氧化物溶于水的问题分析无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，2NO＋O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。(1)若NO和O2通入水中，总关系式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3(4∶3)。(2)若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3(4∶1)。【变式训练】如图为装有活塞的密闭容器，内盛22.4 mL一氧化氮。若通入11.2 mL氧气(气体体积均在标准状况下测定)，保持温度、压强不变，则容器内物质的密度为( )A．等于1.369 g·L－1B．等于2.054 g·L－1C．在1.369 g·L－1和2.054 g·L－1之间D．大于2.054 g·L－1 NONO2物 理性质色态味无色、无味、气体红棕色、刺激性气味、气体密度密度略大于空气密度比空气大熔沸点很低低，易液化溶解性不溶易溶化学性质毒性有毒有毒与水 不反应3NO2+H2O=2HNO3+NO NO2既是氧化剂，又是还原剂与碱 不反应2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2ONO＋NO2 ＋2NaOH=2NaNO2 +H2O氧化性2NO+2CO=2CO2+N22NO2+2KI=I2+2KNO2还原性2NO+O2=2NO2 可使KMnO4褪色可使KMnO4褪色与O2混合，通入水中4NO+3O2+2H2O=4HNO34NO2+O2+2H2O=4HNO3实验室制取3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2 ↑+2H2O 收集方法 排水法向上排空气法分子式电子式结构式空间构型分子极性NH3键角107°18′三角锥形极性分子铵盐不选用的理由NH4NO3受热分解，会发生爆炸，不安全(NH4)2SO4与Ca(OH)2反应时生成CaSO4，反应物呈块状，不利于NH3逸出，且反应后试管难清洗(NH4)2CO3受热分解会产生CO2，使收集到的NH3不纯方法化学方程式(或原理)气体发生装置加热浓氨水NH3·H2ONH3↑＋H2O浓氨水＋固体NaOHNaOH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CaOCaO与水反应，使溶剂(水)减少；反应放热，促使氨水分解。化学方程式为NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2气体HClNH3CO2、Cl2、SO2、H2SNO2NO、O2、(4∶3)NO2、O2(4∶1)吸收剂水、NaOH溶液水NaOH溶液水水水分子式电子式结构式结构简式N2H4H2N-NH2①②③气体a溶液b实验现象ASO2NaOH溶液无色喷泉BNH3H2O含紫色石蕊蓝色喷泉CHClH2O含紫色石蕊红色喷泉DCl2饱和食盐水无色喷泉气体HClNH3CO2、Cl2、SO2、H2SNO2NO、O2(4∶3)NO2、O2(4∶1)吸收剂水、NaOH溶液水NaOH溶液水水水
第14讲 氮及其化合物目录第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆第三部分：典型例题剖析高频考点1 考查氮及其氧化物的性质和应用高频考点2 考查硝酸的性质及应用高频考点3 考查氨气、铵盐及NH4+检验高频考点4 考查氮及其化合物的转化关系及应用高频考点5 考查喷泉实验及拓展应用高频考点6 考查氮氧化物有关计算正文第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆知识点一 氮气及其氧化物1．氮的固定（1）自然固氮（a.雷电固氮：将N2转化NO；b.根瘤菌固氮将N2转化NH4+）（2）人工固氮：合成氨工业2．氮气(1)结构：分子式：N2 电子式： 结构式：N≡N(2)物理性质：无色、无味的气体，密度比空气略小，在水中溶解度很小（体积比=1：0.02），在压强为101KPa下，氮气在—195.8℃时变成无色液体，氮气分子在—209.9℃时变成雪花状固体，N2空气中N2的体积分数红为0.78。(3)化学性质1）通常状况下很难与其它物质发生化学反应 2）在一定条件下，能与一些物质发生化学反应①与H2反应：N2＋3H22NH3； ②与某些金属反应：3Mg+N2Mg3N2Mg3N2离子化合物，在水中强烈水解Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3↑ ③与O2反应：在通常情况下，与O2不发生反应，但在放电或高温的条件下能与O2直接化合生成NO。N2+O22NO（闪电、汽车引擎中发生的反应）(4)用途：①文物馆将贵重文物保存在氮气中。②氮气是合成氨工业的重要原料——合成氨，制化肥，HNO3。③雷电是自然界重要的固氮方式。④医疗上，液氮是常见的冷冻剂。 (5)工业制法：1）分离液态空气： 2）耗氧法： 3．氮的氧化物(1)氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1～＋5价都有对应的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中N2O5、N2O3分别是硝酸、亚硝酸（HNO2）的酸酐。(2)NO和NO2的比较【特别提醒】①NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。②验证某无色气体为NO的方法是向该无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。(3)氮的氧化物溶于水的几种情况分析1）NO2或NO2与N2混合气体溶于水时，3NO2+H2O==2HNO3+NO，利用气体体积变化差进行计算。2）NO2与O2的混合气体溶于水，由3NO2+H2O==2HNO3+NO及2NO+O2==2NO2，得：4NO2+O2+2H2O==4HNO3 ，可知，3）NO和O2同时通入水中时，其反应是2NO+O2==2NO2 ①，3NO2+H2O==2HNO3+NO ②，将①×3+②×2得总反应式为：4NO+3O2+2H2O==4HNO3。 4）NO、NO2、O2三种混合气体通入水中，可先按情况（1）求出NO2与H2O反应生成的NO的体积，再加上原混合气体中的NO的体积即为NO的总体积，再按情况（3）进行计算。(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，产生了一种有毒的烟雾。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，形成酸雨pH＜5.6，酸雨的主要危害是能直接破坏农作物、森林、草原，使土壤、湖泊酸化，还会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电信电缆的腐蚀。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＋H2ONO2、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。③氨气吸收法：8NH3＋6NO2eq \o(======,\s\up7(一定条件))7N2＋12H2O 4NH3＋6NOeq \o(=======,\s\up7(一定条件))5N2＋6H2O知识点二 氨、铵盐一、氨1．氨的分子结构2.氨的物理性质通常状况下，氨是一种无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小，极易溶于水（常温常压下，体积比为1∶700），氨的水溶液称为氨水。氨在加压下容易液化，液氨气化时吸收大量的热，使周围环境温度急剧降低，工业上可使用液氨作制冷剂。3.氨的化学性质(1)氨与水的反应NH3＋H2ONH3·H2ONHeq \o\al(＋,4)＋OH－a.氨溶于水得氨水，氨水是混合物，溶液中存在的微粒有三种分子：NH3·H2O、NH3、H2O；三种离子：NH4+、OH－及少量的H+。b.NH3·H2O为可溶性一元弱碱，具有碱的通性。氨水可使紫色石蕊试液变蓝，故常用湿润的红色石蕊试纸检验NH3的存在。c.NH3·H2O不稳定，易分解：NH3·H2ONH3↑＋H2O。【特别提醒】①NH3是中学化学中唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，可在推断题中作为解题突破口。②氨水呈碱性，NH3·H2O属于一元弱碱，计算氨水的浓度时，溶质按NH3进行计算。(2)氨与酸的反应：氨气与酸反应生成铵盐NH3+HCl=NH4Cl（白烟） NH3+HNO3=NH4NO3（白烟） 2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4 注：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。(3)与盐溶液的反应：一般生成难溶的碱，如氯化铁溶液与氨水反应：Fe3++3NH3·H2O==Fe(OH)3↓+3NH4+又如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \o\al(＋,4)。注：与Cu2+、Zn2+、 Ag+反应先生成沉淀Cu(OH)2、Zn(OH)2、 Ag2O，继续加入NH3·H2O或通入NH3，沉淀溶解，分别生成Cu(NH3)42+、Zn(NH3)42+、 Ag(NH3)2+。(4)氨的还原性a．催化氧化：4NH3＋5O2eq \o(,\s\up11(催化剂),\s\do4(△))4NO＋6H2O(用于工业制硝酸)。b．在纯氧中燃烧：4NH3＋3O2eq \o(=====,\s\up7(点燃))2N2＋6H2O。c．与氯气反应：2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl或8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl(用于检验Cl2管道泄漏)。d．与CuO反应：2NH3＋3CuON2＋3Cu＋3H2O(用于实验室制少量N2)。4．氨的实验室制法（1）原理：利用复分解反应强碱制弱碱 2 NH4Cl +Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O（2）药品的选择：①铵盐：制取NH3时，一般用NH4Cl而不用NH4NO3、(NH4)2SO4或(NH4)2CO3，原因如下： ②碱：一般用熟石灰，不用NaOH或KOH，因为NaOH或KOH易吸水结块，而且对玻璃仪器腐蚀性较强。装置：固－固反应加热装置（同制O2） ①发生装置的试管口略向下倾斜； ②加热温度不宜过高，并用酒精灯外焰由前向后逐渐加热。（4）干燥：碱石灰（或固体NaOH、固体CaO） 【特别提醒】不能用浓H2SO4、CaCl2干燥，CaCl2与NH3反应：CaCl2+8NH3= CaCl2·8 NH3。 （5）收集：向下排空气法收集。收集装置和反应装置的试管和导管必须是干燥的。由于氨气的密度比空气小，因此收集氨气时，导管应插入接近试管的底部。（6）验满：①用湿润的红色石蕊试纸放置在试管口附近，若变蓝，说明已经收集满。 ②用蘸取浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟生成，说明已经收集满。（7）尾气吸收：多余的氨要吸收掉（可在导管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球），以避免污染空气。但多余气体在尾气吸收时要防止倒吸。常采用的装置有：（6）氨气的其它实验室制法二、铵盐及NHeq \o\al(＋,4)的检验1.铵盐(1)铵盐的物理性质：铵盐都是离子化合物，都是白色固体，均易溶于水。(2)铵盐的化学性质1)不稳定性a．NH4Cl受热分解：NH4ClNH3↑＋HCl↑（用于除去或分离铵盐）。b．NH4HCO3或(NH4)2CO3受热分解：NH4HCO3NH3↑＋CO2↑＋H2O；(NH4)2CO32NH3↑+CO2↑+H2Oc.硝酸铵的分解有四种情况：①110 ℃时分解：NH4NO3＝HNO3＋NH3↑②185 ℃～200 ℃分解：NH4NO3＝N2O↑＋2H2O③230°C以上，同时有弱光：2NH4NO3=2N2↑+O2↑+4H2O④在400°C以上时，剧烈分解发生爆炸：4NH4NO3=3N2↑+2NO2↑+8H2O注：一般情况下写为5NH4NO34N2+2HNO3+9H2Od.硫酸铵分解两种情况①硫酸铵在280℃就开始分解,分解产物放出氨气而生成硫酸氢铵（酸式硫酸铵）：(NH4)2SO4=NH3+NH4HSO4； ②513℃时则硫酸铵完全分解,分解放出氨气、氮气、二氧化硫及水：3(NH4)2SO4=3SO2↑+6H2O+N2↑+4NH3↑2）与碱反应a．在稀溶液中不加热：NHeq \o\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O。b．加热时或浓溶液：NHeq \o\al(＋,4)＋OH－NH3↑＋H2O。③铵盐溶于水易水解：NHeq \o\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋。2.NHeq \o\al(＋,4)的检验未知液eq \o(――→,\s\up7(OH－))呈碱性eq \o(――→,\s\up7(△))使湿润的红色石蕊试纸变蓝色，则证明含NHeq \o\al(＋,4)。知识点三 硝酸 硝酸盐一、硝酸1．物理性质无色，易挥发，具有刺激性气味的液体，易溶于水。浓硝酸常因为溶解有NO2而呈黄色。质量分数为69%的硝酸为常用浓硝酸。98%以上的硝酸称之为发烟硝酸。2．化学性质（1）硝酸具有酸的通性 ①与金属反应：一般不生成氢气 ②与碱性氧化物反应：如CuO、Na2O、Fe2O3等 ③与碱反应：Cu(OH)2、NaOH等 ④与盐反应：NaHCO3、Na2CO3等 ⑤与指示剂反应：浓硝酸可使石蕊先变红后褪色【特别提醒】在利用HNO3的酸性时，要注意考虑它的强氧化性。如FeO与稀硝酸反应时的方程式应是：3FeO+10HNO3(稀)==3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O，而不是FeO+2HNO3 (稀)==Fe(NO3)2+H2O。(2)不稳定性硝酸是不稳定性酸，受热或者光照易分解，所以实验室中常用棕色瓶储存硝酸。4HNO3(浓) eq \o(=====,\s\up7(△或光照))2H2O＋4NO2↑＋O2↑。(3)强氧化性由于HNO3中的+5价氮元素有很强的得电子能力，在硝酸参与的氧化还原反应中，几乎全部是+5价氮被还原，故硝酸具有强氧化性。硝酸无论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。硝酸的强氧化性规律：①温度越高，硝酸越浓，其氧化性越强。 ②与硝酸反应时，还原剂一般被氧化成最高价态。①浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色。②与非金属单质C、S、P等在加热条件下反应，非金属元素被氧化成酸性氧化物。如： C+4HNO3 (浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O，S+6HNO3 (浓) H2SO4+6NO2↑+2H2O。③金属与HNO3反应一般不生成H2，浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原为NO，极稀HNO3可被还原成NH3，生成NH4NO3等。 3Cu+8HNO3（稀）==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O Cu+4HNO3（浓）==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O【特别提醒】浓硝酸与Cu反应时，若Cu过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为NO2，但随着反应的进行，硝酸变稀，其还原产物将为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，可利用氧化还原反应过程中化合价升降总数相等的守恒规律求解有关Cu、HNO3和混合气体之间的量的关系。④钝化：常温时，冷的浓硝酸、浓硫酸可使铝、铁表面生成致密的氧化膜，阻止酸与金属的进一步反应，这种现象叫钝化。钝化其实也是硝酸强氧化性的表现，利用金属Al和Fe的这种性质，我们可以用Al或Fe制的容器来盛装浓硫酸或浓硝酸。⑤硝酸与铁反应时，产物符合以下规律 ⑥与还原性化合物反应：硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等还原性物质。如稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：3Fe2＋＋4H＋＋NOeq \o\al(－,3)===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。(4)与有机物反应①硝化反应(与苯反应)：＋HNO3(浓)eq \o(――→,\s\up11(浓硫酸),\s\do4(△)) ＋H2O；②显色反应：含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。【易错提醒】(1)HNO3与金属反应一般不能产生H2。(2)还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。(4)涉及HNO3的离子反应常见的易错问题①忽视NOeq \o\al(－,3)在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下NOeq \o\al(－,3)不能与Fe2＋、I－、SOeq \o\al(2－,3)、S2－等还原性较强的离子大量共存。②在书写离子方程式时，忽视HNO3的强氧化性，将氧化还原反应简单地写成复分解反应。3.硝酸的用途（1）在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等；（2）在有机化学中，浓硝酸与浓硫酸的混合液是重要的硝化试剂。4.硝酸工业制法的反应原理①NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO：4NH3＋5O2eq \o(,\s\up11(催化剂),\s\do4(△))4NO＋6H2O。②NO进一步氧化生成NO2：2NO＋O2===2NO2。③用水吸收NO2生成HNO3：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。5.硝酸的保存①保存硝酸：棕色瓶(避光)、玻璃塞(橡胶塞易被氧化)、阴凉处(防热)。②存放的浓硝酸中，因分解产生的NO2溶于HNO3而使其呈黄色。与工业盐酸中因含Fe3＋而呈黄色易混。【特别提醒】(1)硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO，HNO3(极稀)→N2O或NHeq \o\al(＋,4)。(2)“钝化”并非不反应。(3)浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红，后褪色。二、硝酸盐1.概念：硝酸盐，是硝酸HNO3与金属反应形成的盐类。由金属离子（或铵离子）和硝酸根离子组成。常见的硝酸盐有硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、硝酸钙、硝酸铅、硝酸铈等。2.物理性质：硝酸盐几乎全部易溶于水，只有硝酸脲微溶于水，碱式硝酸铋难溶于水，所以溶液中硝酸根不能被其他绝大多数阳离子沉淀。3.化学性质（1）不稳定性：固体的硝酸盐加热时能分解放出氧，其中最活泼的金属的硝酸盐仅放出一部分氧而变成亚硝酸盐，其余大部分金属的硝酸盐，分解为金属的氧化物、氧气和二氧化氮。a.按金属活动性顺序表，钾到钠的硝酸盐受热分解生成亚硝酸盐和氧气：2KNO32KNO2＋O2↑;b.按金属活动性顺序表，镁到铜的硝酸盐受热分解生成金属的氧化物、氧气和二氧化氮：2Cu(NO3)22CuO+4NO2＋O2↑；c.按金属活动性顺序表，铜以后的硝酸盐受热分解生成金属单质、氧气和二氧化氮：2AgNO32Ag+2NO2＋O2↑（2）硝酸盐在高温或酸性水溶液中是强氧化剂，但在碱性或中性的水溶液几乎没有氧化作用。知识点四 氮及其化合物的相互转化1.理清氮元素的化合价与氧化性、还原性之间的关系（即氮气及其化合物的价类二维图）氮元素有多种可变化合价，物质的种类较多，在复习时要从物质类别和价态变化理解这些物质之间的转化关系。2.构建氮气及其化合物转化网络3.掌握硫及其化合物之间的转化规律1）横向转化为物质类别变化，非氧化还原反应，如(1)氨气转化为铵盐：HCl＋NH3===NH4Cl(2)硝酸转化为硝酸盐：NaOH＋HNO3===NaNO3＋H2O2）纵向转化为化合价变化反应，是氧化还原反应，如(1)NH3转化为N2：3Cl2＋8NH3=== N2＋6NH4Cl(2)NH3转化为NO：5O2＋4NH3eq \o(=====,\s\up11(催化剂),\s\do4(△))4NO＋6H2O3)歧化——同一物质中某元素的化合价在同一反应中既升高又降低。如：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O4)归中——不同物质中同一元素的不同化合价在同一反应中只靠拢。如：6NO＋4NH3eq \o(=====,\s\up7(△))5N2＋6H2ONO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O4．氮在自然界中的循环知识点五 喷泉实验及拓展应用1．喷泉实验的原理使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差，利用大气压将烧瓶下面烧杯中的液体压入烧瓶内，在尖嘴导管口形成喷泉。2．形成喷泉的类型下面是几种常见的能形成喷泉的气体和吸收剂。3.喷泉实验的发散装置和实验操作装置(Ⅰ)向锥形瓶通入少量空气，将少量水压入烧瓶，导致大量氨溶解，形成喷泉。装置(Ⅱ)省去了胶头滴管，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨与水接触，即发生喷泉(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶中，瓶内氨溶于水)。装置(Ⅲ)在水槽中加入能使水温升高的物质致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气体压强增大而产生喷泉。装置(Ⅳ)向导管中通入一定量的H2S和SO2，现象为有淡黄色粉末状物质生成，瓶内壁附有水珠，NaOH溶液上喷形成喷泉。装置(Ⅴ)打开①处的止水夹并向烧瓶中缓慢通入等体积的HCl气体后关闭该止水夹，等充分反应后再打开②处的止水夹，观察到先有白烟产生，后产生喷泉。装置(Ⅵ)中，挤压胶头滴管，然后打开导管上部的两个活塞，则在右面烧瓶出现喷烟现象，再打开导管下部活塞，则可产生双喷泉。4．喷泉实验产物的浓度计算关键是确定所得溶液中溶质的物质的量和溶液的体积，标准状况下的气体进行喷泉实验后所得溶液的物质的量浓度：(1)HCl、NH3、NO2气体或它们与其他不溶于水的气体混合时：所得溶液的物质的量浓度为eq \f(1,22.4) mol·L－1。(2)当是NO2和O2的混合气体且体积比为4∶1时，c(HNO3)＝eq \f(1,28) mol·L－1。知识点六 第ⅤA族元素其它知识归纳1．肼（联氨）(1)结构：(2)碱性：二元弱碱，碱性比NH3弱。在水中的电离方式与氨相似，分两步进行：N2H4＋H2ON2Heq \o\al(＋,5)＋OH－、N2Heq \o\al(＋,5)＋H2ON2Heq \o\al(2＋,6)＋OH－。(3)强还原性：①水合肼在碱性溶液中能将银、镍等金属离子还原成金属单质，如2N2H4·H2O＋2Ag＋===2Ag↓＋2NHeq \o\al(＋,4)＋N2↑＋2H2O；②能被氧气、H2O2等氧化，可用作喷气式发动机推进剂、火箭燃料等。2．As2O3、As2O5和As2S3(1)As2O3俗称砒霜，微溶于水生成亚砷酸(H3AsO3)，可被过氧化氢氧化成砷酸(H3AsO4)，属于两性氧化物：As2O3＋6NaOH===2Na3AsO3＋3H2O，As2O3＋6HCl===2AsCl3＋3H2O。(2)As2O5遇热不稳定，在熔点(300℃)附近即失去O变成As2O3。(3)As2S3俗称雌黄，可溶于碱性硫化物或碱溶液中：As2S3＋3Na2S===2Na3AsS3，As2S3＋6NaOH===Na3AsS3＋Na3AsO3＋3H2O。也可以与SnCl2、发烟盐酸反应转化为雄黄(As4S4)：2As2S3＋2SnCl2＋4HCl===As4S4＋2SnCl4＋2H2S↑。雄黄和雌黄均可以与氧气反应生成As2O3。第三部分：典型例题剖析高频考点1 考查氮及其氧化物的性质和应用例1．（2022·江苏·阜宁县东沟中学模拟预测）下列有关氮及其化合物的性质与用途具有对应关系的是A．N2难溶于水，可用作粮食保护气B．氨水具有碱性，可用于去除烟气中的SO2C．NO2具有还原性，与N2H4混合可用作火箭推进剂D．HNO3具有氧化性，可用于生产氮肥NH4NO3【特别提醒】1．氮的氧化物都有毒，其中NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46，也没有纯净NO2和N2O4气体。2．验证某无色气体是NO的方法是向无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。3．NO2、NO可用碱液处理，如NaOH溶液吸收原理为NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。4．NO2虽然与水反应生成HNO3，但不是硝酸的酸酐。NO2既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。如NO2能使湿润的淀粉－碘化钾试纸变蓝：2NO2＋2KI===2KNO2＋I2。5．鉴别NO2和溴蒸气常用①AgNO3溶液、②H2O、③CCl4。【变式训练】（2022·江苏扬州·一模）下列氮及其化合物的性质与用途具有对应关系的是A．性质稳定，可用作某些反应的保护气B．易溶于水，可用作制冷剂C．受热易分解，可用作氮肥D．呈红棕色，可用于制备硝酸高频考点2 考查硝酸的性质及应用例2．（2021·浙江绍兴·模拟预测）下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是A．由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体B．由②中的红棕色气体不能表明木炭与浓硝酸发生了反应C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物D．③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应【变式训练】(2022·玉溪市易门县第一中学模拟)硝酸与金属反应后所得还原产物与硝酸的浓度和金属的活泼性有关。10 mL 0.5 mol·L－1 HNO3与0.048 g Mg恰好完全反应。若氮元素只被还原到一种价态，下列说法不正确的是( )A．HNO3作还原剂B．HNO3浓度越低，N元素还原价态越低C．反应中转移电子数为0.004 molD．还原产物可能为NH4NO3高频考点3 考查氨气、铵盐及NHeq \o\al(＋,4)检验例3．（2022·上海市市西中学高三阶段练习）关于氨和铵盐的说法错误的是A．氨气溶于水存在化学变化 B．氨的催化氧化属于人工固氮C．氯化铵可以作金属焊接时除锈剂 D．碳酸氢铵受热易分解【变式训练1】（NH3的性质）关于氨的下列叙述中，错误的是( )A．氨易液化，因此可用来作制冷剂B．氨溶解于水显弱碱性，因此可使酚酞溶液变为红色C．氨气遇到浓盐酸、硫酸都会发生反应，产生白烟现象D．氨气可被氯气氧化生成N2，同时还可能产生白烟现象【误区警示】理解NH3性质应注意的问题(1)NH3是中学化学中唯一的碱性气体，可在推断题中作为解题的突破口，确定NH3的存在。(2)氨水的成分是三分子：NH3、NH3·H2O、H2O；三离子：NHeq \o\al(＋,4)、OH－、H＋，氨水呈弱碱性。计算氨水浓度时，溶质视为NH3。【变式训练2】（2022·山东青岛·二模）为探究氨及铵盐性质，将晶体装入如图所示T形三通管两端，进行微型实验。下列说法错误的是A．轻轻挤压任一乳胶头，若蒸馏水中有气泡冒出，则装置气密性良好B．同时点燃两个酒精灯后，两端湿润的pH试纸均变蓝C．实验过程中竖直支管上方会出现白烟D．停止加热后可以交替挤压两边乳胶头，使气体更充分吸收，减少污染【变式训练3】（2022·福建泉州·模拟预测）用如图所示装置进行NH3与CuO反应的实验。下列说法错误的是A．加入药品前须检验装置的气密性 B．a中药品为氯化铵固体C．b中固体变红，可能有Cu2O生成 D．c中能收集到氨水，d中可收集到N2高频考点4 考查氮及其化合物的转化关系及应用例4．(2022·石家庄市高三模拟)下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是( )A．①和②均属于氮的固定B．氢、氧元素也参与了自然界中的氮循环C．④中每生成1 mol NOeq \o\al(－,3)，消耗2 mol O2D．③和⑤过程中氮元素分别被还原和氧化【变式训练】(2022·河北省三河市第一中学质检)如图是氮元素形成物质的价类二维图及氮循环的部分信息：下列说法正确的是( )①可通过雷电作用将b转化为c，这是一种固氮方式②可通过加氧化剂将e转化为f③a→c→d→f这几个反应中，均发生了N元素被氧化的反应④g只具有氧化性，还可能与碱发生反应⑤将f转化为d必须选用合适的还原剂才能实现⑥h可与f反应生成iA．①③⑤⑥ B．②③④ C．①③⑥ D．①④⑤高频考点5 考查喷泉实验及拓展应用例5．（2022·北京市第一六六中学三模）用圆底烧瓶收集NH3后进行喷泉实验。对实验现象的分析正确的是A．烧瓶中形成喷泉，说明NH3与H2O发生了反应B．烧瓶中剩余少量气体，能证明NH3的溶解已达饱和C．烧瓶中溶液为红色的原因是：NH3+H2ONH3•H2ONH+OH-D．烧瓶中溶液露置在空气中一段时间后pH下降，能证明氨水具有挥发性【变式训练】下图装置中，干燥烧瓶中盛有某种气体a，烧杯和滴管内盛有某种溶液b。挤压滴管的胶头，下列与实验事实不相符的是【题后归纳】下面是几种常见的能形成喷泉的气体和液体组合。高频考点6 考查氮氧化物有关计算例6 将充有m mL NO和n mL NO2的量筒倒立于水槽中，然后通入m mL O2，若m＜n，则充分反应后，量筒内剩余的气体体积为A．3(m-n) mL B．(m＋n) mL C．(m-n) mL D． mL【名师点拨】氮氧化物溶于水的问题分析无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，2NO＋O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。(1)若NO和O2通入水中，总关系式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3(4∶3)。(2)若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3(4∶1)。【变式训练】如图为装有活塞的密闭容器，内盛22.4 mL一氧化氮。若通入11.2 mL氧气(气体体积均在标准状况下测定)，保持温度、压强不变，则容器内物质的密度为( )A．等于1.369 g·L－1B．等于2.054 g·L－1C．在1.369 g·L－1和2.054 g·L－1之间D．大于2.054 g·L－1 NONO2物 理性质色态味无色、无味、气体红棕色、刺激性气味、气体密度密度略大于空气密度比空气大熔沸点很低低，易液化溶解性不溶易溶化学性质毒性有毒有毒与水 不反应3NO2+H2O=2HNO3+NO NO2既是氧化剂，又是还原剂与碱 不反应2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2ONO＋NO2 ＋2NaOH=2NaNO2 +H2O氧化性2NO+2CO=2CO2+N22NO2+2KI=I2+2KNO2还原性2NO+O2=2NO2 可使KMnO4褪色可使KMnO4褪色与O2混合，通入水中4NO+3O2+2H2O=4HNO34NO2+O2+2H2O=4HNO3实验室制取3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2 ↑+2H2O 收集方法 排水法向上排空气法分子式电子式结构式空间构型分子极性NH3键角107°18′三角锥形极性分子铵盐不选用的理由NH4NO3受热分解，会发生爆炸，不安全(NH4)2SO4与Ca(OH)2反应时生成CaSO4，反应物呈块状，不利于NH3逸出，且反应后试管难清洗(NH4)2CO3受热分解会产生CO2，使收集到的NH3不纯方法化学方程式(或原理)气体发生装置加热浓氨水NH3·H2ONH3↑＋H2O浓氨水＋固体NaOHNaOH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CaOCaO与水反应，使溶剂(水)减少；反应放热，促使氨水分解。化学方程式为NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2气体HClNH3CO2、Cl2、SO2、H2SNO2NO、O2、(4∶3)NO2、O2(4∶1)吸收剂水、NaOH溶液水NaOH溶液水水水分子式电子式结构式结构简式N2H4H2N-NH2①②③气体a溶液b实验现象ASO2NaOH溶液无色喷泉BNH3H2O含紫色石蕊蓝色喷泉CHClH2O含紫色石蕊红色喷泉DCl2饱和食盐水无色喷泉气体HClNH3CO2、Cl2、SO2、H2SNO2NO、O2(4∶3)NO2、O2(4∶1)吸收剂水、NaOH溶液水NaOH溶液水水水
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