2021新高考化学鲁科版一轮复习学案：第4章第14讲氮及其化合物


第14讲　氮及其化合物
目标要求　1.结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解氮及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。2.结合实例认识氮及其化合物性质的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。


1．氮的固定

2．氮气
(1)物理性质：无色无味气体，密度比空气略小，难溶于水。
(2)化学性质

写出有关化学方程式：
①3Mg＋N2Mg3N2；
②N2＋3H22NH3；
③N2＋O22NO。
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，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。
(2)NO和NO2的比较
性质
NO
NO2
色、态、味
无色、无味气体
红棕色、有刺激性气味气体
溶解性
难溶于水

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
NO＋O2===2NO2
不反应
对环境的影响
NO与血红蛋白结合使人中毒，NO、NO2导致光化学烟雾、形成酸雨及破坏臭氧层

深度思考
(1)结合N2、NO、NO2的化学性质，用方程式解释“雷雨发庄稼”的科学道理。
答案　①N2＋O22NO
②2NO＋O2===2NO2
③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(2)NO2和溴蒸气均为红棕色气体，你用哪些实验方法鉴别二者，写出所用试剂和区别的现象。
方案一：试剂________________，现象________________________________________。
方案二：试剂________________，现象________________________________________。
方案三：试剂________________，现象________________________________________。
答案　方案一：AgNO3溶液　NO2中AgNO3溶液无明显变化，溴蒸气中产生浅黄色沉淀
方案二：CCl4(或汽油)　NO2中CCl4(或汽油)仍为无色，溴蒸气中CCl4(或汽油)的颜色加深
方案三：蒸馏水　NO2中蒸馏水不变色，溴蒸气中水的颜色加深(其他合理的答案均正确)
解析　NO2和Br2在性质上有不少相似性，例如：①均具有氧化性；②溶于水均有酸生成；③均可与碱反应；④均为红棕色等。因此不能用淀粉­KI试纸、pH试纸、NaOH溶液来鉴别，但二者性质又有差别，可以用下列方法或试剂鉴别：①AgNO3溶液；②CCl4溶液；③水洗法。
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。
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
工业尾气中NOx常用碱液吸收处理，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)。
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。
问题思考
(1)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式：____________________________
________________________________________________________________________。
(2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。如，4NH3＋6NO5N2＋6H2O，
写出氨气转化NO2的化学方程式：____________________________________________
________________________________________________________________________，
氧化产物与还原产物的质量之比为________。
(3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。
①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是__________________________________________________________________。
答案　(1)2CO＋2NON2＋2CO2
(2)8NH3＋6NO27N2＋12H2O　4∶3
(3)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
②NaNO2

(1)固氮反应一定属于氧化还原反应(　　)
(2)通过灼热的镁粉，可除N2中的少量氧气(　　)
(3)NO中的NO2杂质气体，可通过盛有水的洗气瓶除去(　　)
(4)CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都稳定存在(　　)
(5)N2与O2在放电条件下直接化合成NO2(　　)
(6)NO既可以用排水法收集，又可以用排空气法收集(　　)
(7)NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂(　　)
(8)可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×

题组一　氮及其氧化物的性质和应用
1．下列有关氮气的说法正确的是(　　)
A．氮气是由氮原子构成的双原子分子，所以化学性质不活泼
B．1 mol N2可与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3
C．电闪雷鸣的雨天，雨水中会含有一定量的硝酸，其中发生的反应之一是N2＋2O2===2NO2
D．NO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物
答案　D
解析　A项，氮原子最外层5个电子，氮与氮形成三对共用电子对，达8电子的稳定结构；B项，氮气与氢气反应生成氨气是可逆反应；C项，氮气与氧气在放电的条件下生成一氧化氮；D项，NO和氧气能反应生成NO2；NO2和水反应生成NO。
2.下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－1
B．等于2.054 g·L－1
C．在1.369 g·L－1和2.054 g·L－1之间
D．大于2.054 g·L－1
答案　D
解析　一氧化氮与氧气恰好发生反应生成了二氧化氮，
2NO　　＋　　O2　　===　　2NO2
2　　　　　　 1　　　　　　2
22．4 mL　　 11.2 mL　　　 22.4 mL
反应后生成了22.4 mL二氧化氮，假设二氧化氮的体积不变，则容器中气体的密度为
ρ(NO2)＝≈2.054 g·L－1，因存在转化平衡：2NO2N2O4，则混合气体的体积小于22.4 mL，所以容器中气体的密度应大于2.054 g·L－1。
题组二　NOx与水或碱反应的理解应用
3．(NOx与H2O反应计算)如图所示，相同条件下，两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体，分别倒置于水槽中，然后通过导管缓慢通入氧气，边通边慢慢摇动试管，直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散，则两个试管内溶液物质的量浓度之比为(　　)

A．1∶1 B．5∶7 C．7∶5 D．4∶3
答案　A
解析　NO2、NO装满试管，则体积相同，根据阿伏加德罗定律：n(NO2)＝n(NO)，根据氮原子守恒所得硝酸的物质的量相同，溶液的体积相同，所以两个试管中溶液物质的量浓度之比为1∶1。
4．NO2可以用氢氧化钠溶液吸收，或在一定条件下用氨气与其反应使之转化为无污染的物质，发生反应的化学方程式分别是2NO2＋2NaOH===M＋NaNO3＋H2O,8NH3＋6NO2===7X＋12H2O。则M、X代表的物质的化学式分别是(　　)
A．NaNO2、N2 B．HNO2、N2
C．NO、HNO3 D．N2、N2
答案　A
5．(2020·洛阳模拟)同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NH3和N2。将3支试管均倒置于盛水的水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列的关系正确的是(　　)
A．V1＞V2＞V3 B．V1＞V3＞V2
C．V2＞V3＞V1 D．V3＞V1＞V2
答案　B
解析　设各种气体的体积都为1体积。①根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，即剩余NO的体积V1＝(1＋)体积。②根据4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，即剩余O2的体积V2＝(1－)体积。③剩余N2的体积V3＝1体积，即B项符合题意。

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)。


1．物理性质
硝酸是无色易挥发的液体，有刺激性气味。

2．化学性质


(1)硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO。
(2)常温下，铁、铝遇浓硝酸能发生“钝化”，并非不反应，故浓硝酸可以用铁桶盛放。

理解应用
(1)将浓硝酸存放在无色试剂瓶中，一段时间后观察到溶液变黄，用方程式解释变黄的原因，由此得到启示，如何保存浓硝酸？
答案 　4HNO3(浓)2H2O＋4NO2↑＋O2↑，浓硝酸应保存在棕色试剂瓶中，并置于阴凉处。
(2)用动态观点理解Cu与浓HNO3的反应
向一定量的浓硝酸中加入过量的铜片。
①反应开始阶段产生________________色气体，化学方程式为____________________
________________________________________________________________________。
②反应进行一段时间后又产生无色气体，此时的化学方程式为___________________
________________________________________________________________________。
③待反应停止后，再加入少量的稀硫酸，这时Cu片上又有气泡产生，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　①红棕　Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
②3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
③加入稀硫酸后，氢离子与原溶液中硝酸根离子构成强氧化性酸，又能与过量的铜反应
(3)将FeO溶于足量稀硝酸中，固体完全溶解，写出该反应的离子方程式，指出HNO3表现的性质。
答案　3FeO＋10H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋5H2O，酸性和强氧化性。

(1)实验室也可用锌粒与稀硝酸制取氢气(　　)
(2)常温下，铁、铝在浓硝酸中的钝化为化学变化(　　)
(3)可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S(　　)
(4)过量的铜与浓硝酸反应，产物中一定有NO(　　)
(5)浓硝酸在光照下久置，会变黄(　　)
(6)铜溶于稀硝酸不能体现硝酸的酸性(　　)
(7)炽热的炭在浓硝酸中反应的化学方程式为：
C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O(　　)
(8)将石蕊溶液滴入浓硝酸中，溶液先变红后退色(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×　(7)√　(8)√

(1)HNO3与金属反应一般不能产生H2。
(2)硝酸的还原产物不只有NO2和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NO在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下NO不能与Fe2＋、I－、SO、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，如正误判断中的(3)。

题组一　硝酸的性质及应用
1．(2020·宝鸡期末)硝酸是化学实验室中最常用的试剂之一，下列有关硝酸的说法不正确的是(　　)
A．浓硝酸和氯水用棕色试剂瓶保存，原理相同
B．将分别蘸有浓硝酸和浓氨水的玻璃棒相互靠近时，有白烟生成
C．常温下铁和铂都不溶于浓硝酸，原理相同
D．浓硝酸溅到皮肤上，皮肤会变黄
答案　C
解析　A项，HNO3和氯水中的HClO见光都易分解，都应避光保存，正确；B项，浓HNO3和浓氨水都具有挥发性，HNO3与NH3化合生成白色固体小颗粒NH4NO3，正确；C项，铁在浓硝酸中钝化，而Pt与浓硝酸不反应，原理不同，错误；D项，浓HNO3能使蛋白质显黄色，正确。
2．将相同质量的铜分别与足量的浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是(　　)
A．硝酸浓度越大消耗的硝酸越少，产生的有毒气体也越少
B．反应中转移的电子总数：稀硝酸少于浓硝酸
C．试管内壁上的铜用浓硝酸除去比用稀硝酸好，因为反应速率快
D．两者用排水法收集的气体的体积相同
答案　D
解析　铜完全反应，在进行相关计算时以铜为标准，等质量的铜在反应中失去的电子数相同，生成的Cu(NO3)2的量相同，浓硝酸被还原为NO2，化合价由＋5价降到＋4价，每个氮原子只得到1个电子，稀HNO3被还原时每个氮原子得到3个电子，故被还原的浓硝酸多、稀硝酸少，生成的NO2也比NO多。用排水法收集气体时，由于会发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故两种情况收集到的气体一样多。
3．某化学兴趣小组进行了有关Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示。下列有关说法正确的是(　　)

A．①中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生，稀硝酸被还原为NO2
B．③中反应的离子方程式为3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
C．③中滴加稀硫酸，铜片继续溶解，说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸的强
D．由上述实验可知，Cu在常温下既可与稀硝酸反应，又可与稀硫酸反应
答案　B
解析　Cu与稀硝酸发生反应3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，稀硝酸被还原为NO，NO遇空气中的O2生成NO2，故试管口有红棕色气体产生，A错误；③中溶液含有NO，滴加稀硫酸后，Cu、NO、H＋继续反应生成NO，B正确；③中铜片继续溶解，是因为稀硫酸提供H＋，与NO形成HNO3，HNO3继续与Cu反应，C错误；Cu是不活泼金属，在常温下，可与稀硝酸反应，但不能与稀硫酸反应，D错误。
题组二　金属与硝酸反应的计算(不定项选择题)
4．(2020·芜湖联考)铜和镁的合金4.6 g完全溶于浓硝酸，若反应中硝酸被还原只产生4 480 mL的NO2气体和336 mL的N2O4气体(都已折算成标准状况)，在反应后的溶液中，加入足量的氢氧化钠溶液，生成沉淀的质量为(　　)
A．9.02 g B．8.51 g
C．8.26 g D．7.04 g
答案　B
解析　最终生成的沉淀是氢氧化镁和氢氧化铜，所以沉淀增加的质量就是和金属阳离子结合的OH－的质量。由于金属阳离子结合的OH－的物质的量就是金属失去电子的物质的量，所以根据得失电子守恒可知，金属失去电子的物质的量是＋×2＝0.23 mol，所以和金属阳离子结合的OH－的物质的量也是0.23 mol，质量是3.91 g，则沉淀的质量是8.51 g，B项正确。
5．某稀溶液中含有4 mol KNO3和2.5 mol H2SO4，向其中加入1.5 mol Fe，充分反应(已知NO被还原为NO)。
下列说法正确的是(　　)
A．反应后生成NO的体积为28 L
B．所得溶液中c(Fe2＋)∶c(Fe3＋)＝1∶1
C．所得溶液中c(NO)＝2.75 mol·L－1
D．所得溶液中的溶质只有FeSO4
答案　B
解析　铁若生成Fe3＋，应消耗6 mol H＋，若生成Fe2＋消耗4 mol H＋，根据题给物质的量关系可知应同时生成Fe2＋、Fe3＋，则有：
解得n(Fe2＋)＝0.75 mol，n(Fe3＋)＝0.75 mol，
则生成NO的物质的量为0.75 mol＋×0.75 mol＝1.25 mol。A项中未给出是在标准状况下，无法计算NO气体的体积；C项中不知道溶液的体积，无法计算NO的浓度；D项中根据原子守恒，溶液中的溶质肯定还有K2SO4，所以A、C、D均不正确。
6．向200 mL 2 mol·L－1HNO3溶液中，逐渐加入铁粉至过量(假设生成的气体只有一种)，在此过程中，n(Fe2＋)随n(Fe)变化如图所示。下列有关说法正确的是(　　)

A．该过程中产生标准状况下的氢气4.48 L
B．向c点处的反应液中加入稀盐酸后无明显现象
C．图中a＝0.15、b＝0.1
D．当加入铁粉n mol时(0.1