2021版高考化学（人教版）一轮复习学案：第16讲　氮及其重要化合物

第16讲　氮及其重要化合物

　考点一　氮及其氧化物

[知识梳理]
一、氮的固定


将游离态氮转变为化合态氮的过程叫氮的固定。
（1）自然固氮
（2）人工固氮：工业合成氨。
二、氮气

写出有关反应的化学方程式：
①3Mg＋N2Mg3N2；
②N2＋3H22NH3；
③N2＋O22NO。
三、氮的氧化物
氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3和N2O5。
完成下表中NO和NO2的比较：

氮的氧化物
NO
NO2
物理
性质
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶于水
易溶于水
化学
性质
与O2反应
2NO__＋O2
===2NO2
不反应
与H2O
反应
不反应
3NO2＋H2O
===2HNO3
＋NO
　(1)NO能与血红蛋白结合而使人中毒。
(2)NO、NO2均能与NH3反应生成N2：4NH3＋6NO5N2＋6H2O；8NH3＋6NO27N2＋12H2O。
四、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，产生的一种有毒的烟雾。
(2)酸雨：NOx排入大气后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨水降到地面形成酸雨。
(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。
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)，此法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)；NOx与CO在一定温度下可催化转化为无毒气体(N2和CO2)，此法一般适用于汽车尾气的处理。
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)固氮反应一定属于氧化还原反应。(　　)
(2)NO中的NO2杂质气体，可通过盛有水的洗气瓶除去。(　　)
(3)CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在。(　　)
(4)N2与O2在放电条件下直接化合成NO2。(　　)
(5)NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂。(　　)
(6)可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物。(　　)
(7)溴蒸气和NO2都是红棕色气体，不能用湿润的淀粉­KI试纸和NaOH溶液鉴别，可用AgNO3溶液、蒸馏水或CCl4鉴别。(　　)
解析：(5)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NO2既是氧化剂，又是还原剂。
答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)√
2．完成下列填空。
(1)[2018·高考全国卷Ⅱ，28(2)①]某小组为探究三草酸合铁酸钾{K3[Fe(C2O4)3]·3H2O}的热分解产物，按如图所示装置进行实验。通入氮气的目的是_____________________
________________________________________________________________________。

(2)(2018·高考天津卷)NO被H2O2氧化为NO的离子方程式是________________________________________________________________________。
(3)(2017·高考全国卷Ⅲ，26改编)绿矾(FeSO4·xH2O)易被氧化，在测定其结晶水含量或分解产物时，应先向装置中缓缓通入N2，目的是__________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置　(2)2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO＋2H2O　(3)排出装置中的空气

演练一　氮气及其氧化物的性质和应用
1．下列有关氮气用途说法不正确的是(　　)
A．做焊接金属的保护气
B．制硝酸和化肥的原料
C．食品袋中充氮气来防腐
D．与氧气反应制NO从而制硝酸
解析：选D。氮气的化学性质不活泼，能防止金属在高温下被空气中的氧气氧化，A项正确；氮气可用于合成氨，氨可制硝酸和化肥，B项正确；食品袋中充氮气可减缓食品被氧化而变质的速率，C项正确；氮气与氧气的反应很难进行，不宜用氮气与氧气反应制NO从而制备硝酸，D项错误。
2．Murad等三位教授提出NO在人体内有独特的功能，下列关于NO的叙述正确的是(　　)
①NO可以是某些含低价氮物质氧化的产物　②NO是亚硝酸的酸酐　③NO可以是某些含高价氮物质还原的产物　④NO是无色气体，在空气中可变为红棕色
A．全部 B．①③④
C．②③④ D．①④
解析：选B。NO中氮元素的化合价处于中间价态，它可以是还原产物，如HNO3→NO，也可以是氧化产物，如NH3→NO；HNO2的酸酐是N2O3；NO是无色气体，可被空气中的氧气氧化为红棕色的NO2。
演练二　氮的氧化物溶于水或碱溶液的计算
3．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，则下列关系正确的是(　　)
A．V1＞V2＞V3 B．V1＞V3＞V2
C．V2＞V3＞V1 D．V3＞V1＞V2
解析：选B。设各种气体的体积都为1体积。①根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO可得，剩余NO的体积V1＝(1＋)体积。②根据4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可得，剩余O2的体积V2＝(1－)体积。③根据NH3极易溶于水、N2难溶于水且N2与水不发生化学反应可得，剩余N2的体积V3＝1体积。由上述分析可知，V1>V3>V2，故B项符合题意。
4．(教材改编题)(1)一个大试管的容积为27mL，装满二氧化氮和氧气，把它倒扣在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为2mL。则原混合气体中O2的体积可能是________或________。
(2)一个大试管的容积为24mL，收集满一氧化氮气体，把它倒扣在盛满水的水槽里再通入氧气，一段时间后，试管里剩余气体体积为2mL。则通入O2的体积可能是________或________。
解析：(1)NO2、O2混合气体与水反应的计算关系式符合下列化学方程式：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。若剩余的2mL气体为O2，则参加上述反应的NO2和O2的总体积为27mL－2mL＝25mL，则原混合气体中NO2的体积为25mL×＝20mL，O2的体积为27mL－20mL＝7mL。若剩余的2mL气体为NO，该气体由NO2和O2共同反应后剩余了6mL的NO2再单独与水反应而得，则按4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3反应的NO2和O2的总体积为27mL－6mL＝21mL，则原混合气体中O2的体积为21mL×＝4.2mL。
(2)NO、O2混合气体与水反应的计算关系式符合下列化学方程式：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。若剩余的2mL气体为O2，则是24mLNO按上述化学方程式完全反应后又通入了2mLO2，则通入O2的体积为24mL×＋2mL＝20mL。若剩余的2mL气体为NO，则按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3反应的NO体积为24mL－2mL＝22mL，则通入O2的体积为22mL×＝16.5mL。
答案：(1)7mL　4.2mL　(2)20mL　16.5mL

氮氧化物溶于水的计算问题
无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，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，总反应的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3(4∶3)。
(2)若NO2和O2通入水中，总反应的化学方程式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3(4∶1)。
5．已知氮的氧化物跟NaOH溶液发生的化学反应如下：
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O；NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。现有mmolNO2和nmolNO组成的混合气体，要用NaOH溶液使其被完全吸收无气体剩余，现有浓度amol·L－1的NaOH溶液，则需此NaOH溶液的体积为(　　)
A.L B.L
C.L D.L
解析：选C。生成物不论是硝酸钠还是亚硝酸钠，根据原子守恒可知，氢氧化钠的物质的量就是NO2和NO的物质的量之和，则氢氧化钠的物质的量是(m＋n) mol，则氢氧化钠溶液的体积为L。

氮氧化物与NaOH溶液反应的有关问题分析
(1)NO2能被NaOH溶液吸收发生转化生成NaNO3和NaNO2。
(2)NO不能被NaOH溶液吸收。
(3)n(NO2)∶n(NO)≥1时，NO2、NO的混合气体能完全被NaOH溶液吸收。
　考点二　氨、铵盐、肼(N2H4)

[知识梳理]
一、氨的分子结构和物理性质
电子式
密度
气味
水溶性

比空气的小
强烈刺激性
气味
极易溶于水
(1∶700)
二、氨的化学性质

1．与水的反应
NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，氨溶于水得氨水。
(1)氨水中含有的粒子有NH3·H2O、NH3、H2O、NH、OH－、H＋。
(2)一水合氨为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：NH3·H2ONH3↑＋H2O。
2．与酸的反应
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。
3．与盐溶液的反应
如过量氨水与AlCl3溶液反应的离子方程式：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
4．氨的还原性——氨的催化氧化
化学方程式：4NH3＋5O24NO＋6H2O。
三、氨的实验室制法



实验室制取NH3的简易方法,
方法
化学方程式（或原理）
气体发生装置
加热浓氨水


浓氨水＋
固体NaOH
NaOH溶于水放热，促使NH3·H2O分解，且OH－浓度的增大也有利于NH3的生成

浓氨水＋
固体CaO

四、铵盐的性质及NH的检验
1．铵盐的物理性质
铵盐都是白色固体，均易溶于水。
2．铵盐的化学性质

3．NH的检验
未知液有刺激性气味的气体试纸变蓝色原溶液中含有NH。
五、肼(N2H4)
1．碱性：溶于水形成二元弱碱，碱性比NH3·H2O弱，在水中的电离与NH3·H2O相似，与硫酸反应形成的酸式盐为N2H6(HSO4)2。
2．强还原性：能被氧气、H2O2等氧化，可用作喷气式发动机的推进剂、火箭燃料等。
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2019·高考全国卷Ⅱ，9C改编)气态氢化物热稳定性：PH3