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第4讲　氮及其化合物
复习目标
1．了解氮及其重要化合物的主要性质及应用。
2．了解氮及其重要化合物的制备方法。
3．了解氨气、铵盐的性质及用途。
4．掌握氨气的实验室制法、工业制法和NH的检验方法。
5．了解氮的化合物对大气的污染及防治措施。
考点一　氮气　氮的氧化物
INCLUDEPICTURE"基础自主夯实.TIF"
1．氮元素及其在自然界中的存在形式
(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)自然界中氮的存在和氮的固定
INCLUDEPICTURE"368HX17A教.TIF"
注意：氮的固定是化学变化，实质是游离态的N2转化为氮的化合物。
2．氮气
(1)物理性质：无色无臭气体，密度比空气略小，难溶于水。
(2)从氮分子结构角度认识其化学性质
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。
INCLUDEPICTURE"320HX517教.TIF"
写出有关的化学方程式：
①N2＋3MgMg3N2。
②N2＋3H22NH3。
③N2＋O22NO。
3．氮的氧化物
(1)氮有多种价态的氧化物，如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
性质 NO NO2
颜色、状态、气味 无色无臭气体 红棕色有刺激性气味的气体
溶解性 不溶于水 易溶于水
毒性 有毒(跟血红蛋白结合)，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 2NO＋O2===2NO2 不反应
对环境的影响 导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层
INCLUDEPICTURE"误点查正.TIF"　请指出下列各说法的错因
(1)N2与O2在放电条件下直接化合成NO2。
错因：N2与O2在放电条件下生成NO。
(2)NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂。
错因：NO2与H2O反应，NO2既是氧化剂又是还原剂。
(3)用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的气体。
错因：Cu与稀硝酸生成NO，NO与空气中的O2反应，不能用排空气法收集，只能用排水法收集。
(4)可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物。
错因：NO2与H2O反应生成HNO3和NO，所以NO2不是酸性氧化物。
(5)制NO2时，用水或NaOH溶液吸收尾气。
错因：NO2与H2O反应生成HNO3和有毒气体NO，故不能用水吸收尾气。
INCLUDEPICTURE"课堂精讲答疑.TIF"
1．NO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。验证某无色气体为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。
2．NO2气体存在平衡：2NO2??N2O4，故常温时没有纯净的NO2或N2O4气体。
3．NO2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。
4．NO2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。
5．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
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。
INCLUDEPICTURE"题组巩固提升.TIF"
角度一　氮气的性质与用途
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．在反应3Mg＋N2Mg3N2中，N2作氧化剂
答案　D
2．下图为N2分子在催化剂的作用下发生的一系列转化示意图：
下列叙述错误的是(　　)
A．反应①属于氮的固定；反应②可用于工业上合成HNO3
B．在催化剂a、b的作用下，提高了化学反应速率和平衡转化率
C．N2与H2反应生成NH3的原子利用率为100%
D．在反应①和反应②中，均有极性共价键形成，并且反应①中的氮原子发生了还原反应，而反应②中的氮原子发生了氧化反应
答案　B
角度二　氮的氧化物
3．下列有关氮的氧化物的说法正确的是(　　)
A．因NO2与水反应可生成HNO3，故NO2是HNO3的酸酐
B．NO2为红棕色气体，因此将NO2通入水中，溶液显红棕色
C．NO、NO2都有毒，且NO是汽车尾气的有害成分之一
D．NO2与溴蒸气可用NaOH溶液鉴别，溶于NaOH溶液得到无色溶液的是NO2，得到橙色溶液的为溴蒸气
答案　C
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为(　　)
①1.2 mL　②2.4 mL　③3 mL　④4 mL
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
答案　D
解析　4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3　若剩余的气体是O2，则V(NO2)＝×(12 mL－2 mL)＝8 mL，V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。根据反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO知，若剩余的气体是NO(2 mL) 6 mL NO2，则V(O2)＝×(12 mL－6 mL)＝1.2 mL。
INCLUDEPICTURE"思维建模.TIF"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：
V(NO2)∶V(O2)
②NO与O2同时通入水中：
由4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可知：
V(NO)∶V(O2)
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。
考点二　氨和铵盐
INCLUDEPICTURE"基础自主夯实.TIF"
1．氨的分子结构与性质
(1)分子结构
分子式：NH3，电子式：，空间结构为三角锥形，属于极性分子。
(2)物理性质
无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化，可用作制冷剂，极易溶于水(体积比约1∶700)，可由喷泉实验证明。
(3)化学性质
①与水反应：NH3＋H2O??NH3·H2O，氨的水溶液叫氨水，呈弱碱性：NH3·H2O??NH＋OH－。
a．组成：三种分子：NH3、H2O、NH3·H2O；
三种离子：NH、OH－、H＋。
b．性质：氨水质量分数越大，其密度越小。
c．NH3·H2O为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：NH3·H2ONH3↑＋H2O(可用于制备少量NH3)。
②氨气与酸反应
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。化学方程式分别为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。
③NH3的还原性
氨的催化氧化：4NH3＋5O24NO＋6H2O；
与CuO的反应：2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O。
④与盐溶液反应
将氨水加入下列溶液，完成下表：
现象 离子方程式
FeCl3溶液 生成红褐色沉淀 Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH
AlCl3溶液 生成白色沉淀 Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
2．氨气的制法
(1)工业制法：N2＋3H22NH3。
(2)实验室制法
①原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
②实验装置
INCLUDEPICTURE"90HX双44.TIF"
装置类型：固＋固气体(与实验室用KMnO4或KClO3制O2的发生装置相同，但收集方法不同)。
③净化装置：如图1或图2所示(不能用浓H2SO4、P2O5、CaCl2、无水硫酸铜作干燥剂)。
INCLUDEPICTURE"90HX双45.TIF"
注意：ⅰ．浓硫酸、P2O5不能作碱性气体的干燥剂。
ⅱ．氨气不能用无水CaCl2干燥，因为8NH3＋CaCl2===CaCl2·8NH3。
④收集方法：向下排空气法。在集气管口塞一团干燥的棉花，目的是减少NH3与空气的对流，收集到较纯净的NH3。
⑤验满方法：a．将湿润的红色石蕊试纸放置在试管口附近，若试纸变蓝色，说明NH3已收集满。b．将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟产生，说明NH3已收集满。
⑥尾气处理：氨气不能直接排放到空气中，可用水吸收，氨气极易溶于水，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
3．铵盐及NH的检验
(1)铵盐的物理性质
铵盐一般是白色晶体，绝大多数易溶于水。
(2)铵盐的化学性质
INCLUDEPICTURE"80HXJJJ5教.TIF"
注意：不是所有的铵盐分解都能生成NH3，如2NH4NO32N2↑＋O2↑＋4H2O。
(3)NH的检验
未知液产生的气体使湿润的红色石蕊试纸变蓝色，则证明含NH。
INCLUDEPICTURE"误点查正.TIF"　请指出下列各说法的错因
(1)NH3能使酚酞试液变红，所以NH3可用于设计喷泉实验。
错因：NH3极易溶于水，所以NH3可用于设计喷泉实验。
(2)现有1 mol·L－1的氨水，则该溶液中NH3·H2O的浓度是1 mol·L－1。
错因：氨水中的含氮微粒还含有NH3、NH，故c(NH3·H2O)<1_mol·L－1。
(3)能用加热法除去NaCl中的NH4Cl的原因是NH4Cl为强酸弱碱盐。
错因：原因是NH4Cl受热分解生成气体挥发。
(4)收集NH3时，把一团干燥的棉花放在试管口，以防止逸出。
错因：收集NH3时，把一团干燥的棉花放在试管口，以防止与空气对流。
(5)检验NH时，往试样中加入NaOH溶液，微热，用湿润的蓝色石蕊试纸检验逸出的气体。
错因：应该选用湿润的红色石蕊试纸检验逸出的气体。
INCLUDEPICTURE"课堂精讲答疑.TIF"
1．实验室制取少量NH3的两种简易方法
(1)加热浓氨水(图甲)
反应原理：NH3·H2ONH3↑＋H2O。
(2)浓氨水中加固态碱性物质(图乙)
反应原理：浓氨水中存在以下平衡：NH3＋H2O??NH3·H2O??NH＋OH－，加入固态碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等)，消耗水且使c(OH－)增大，使平衡逆向移动，同时反应放热，促进NH3·H2O的分解。
2．喷泉实验
(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)引发喷泉的几种方法
①使烧瓶内的气体迅速溶于水或某种液体中。
②使烧瓶内气体温度降低，使气压减小。
③使烧瓶外待喷液面上的气压增大。
(3)喷泉实验的几种常见装置
说明：装置②引发喷泉的方法是打开止水夹，用热毛巾或双手捂热烧瓶，松开后片刻即形成喷泉现象。
INCLUDEPICTURE"题组巩固提升.TIF"
角度一　氨气和铵盐的性质
1．科学家预测，氨有望取代氢能，成为重要的新一代绿色能源。下列有关说法错误的是(　　)
A．液氨可以作为溶剂使用，而氢的沸点极低，不易液化
B．液氨作为清洁能源的反应原理是4NH3＋5O24NO＋6H2O
C．氨气比空气轻，标准状况下密度约为0.76 g·L－1
D．氨气与氢气相比，优点在于氨气不容易发生爆炸，使用时更安全
答案　B
解析　该反应中有污染性气体NO产生，不符合清洁能源的要求，正确的化学方程式为4NH3＋3O22N2＋6H2O，B错误。
2．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．将湿润的红色石蕊试纸放入集有氨气的集气瓶中，试纸由红色变为蓝色，说明氨水呈碱性
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Pt丝伸入盛有浓氨水的锥形瓶中，瓶口出现少量红棕色气体，说明氨气的直接氧化产物为NO2
答案　D
角度二　氨气的实验室制法　NH的检验
3．下列装置用于实验室中制取干燥氨气的实验，其中能达到实验目的的是(　　)
A．用装置甲制备氨气
B．用装置乙除去氨气中的少量水
C．用装置丙收集氨气
D．用装置丁吸收多余的氨气
答案　D
4．试管中盛有白色晶体，检验它是否是铵盐的方法中不可行的是(　　)
A．加热，将湿润的红色石蕊试纸放在试管口
B．加氢氧化钠溶液，加热，将湿润的酚酞试纸放在试管口
C．加氢氧化钠溶液，加热，将蘸有浓盐酸的玻璃棒放在试管口
D．加氢氧化钠溶液，加热，将湿润的红色石蕊试纸放在试管口
答案　A
INCLUDEPICTURE"易错警示.TIF"
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，且均能腐蚀玻璃。
角度三　喷泉实验
5．喷泉实验装置如图所示。应用下列各组气体—溶液，能出现喷泉现象的是(　　)
气体 溶液
A H2S 稀盐酸
B HCl 稀氨水
C NO 稀H2SO4
D CO2 饱和NaHCO3溶液
答案　B
6．利用如图所示的装置，可以验证NH3和HCl的有关性质。实验前a、b、c活塞均关闭。
(1)若要在烧瓶Ⅱ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅰ中不产生“喷泉”现象，其操作方法是________________________________。
(2)若先打开a、c活塞，再挤压胶头滴管，在烧瓶中可观察到的现象是____________________________。
(3)通过挤压胶头滴管和控制活塞的开关，在烧瓶Ⅰ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅱ中不产生“喷泉”现象，其操作方法是_____________________________________
___________________________________________________________________________________________________________________________________________。
若要在该装置中产生双喷泉现象，其操作方法是___________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案　(1)先打开a、b活塞，再挤压胶头滴管(或先挤压胶头滴管，再打开a、b活塞)
(2)烧瓶Ⅱ中产生白烟
(3)先打开a、c活塞，再挤压胶头滴管(或先打开a活塞，挤压胶头滴管，再打开c活塞)，片刻后，关闭a活塞，然后打开b活塞　先打开a、c活塞，再挤压胶头滴管(或先打开a活塞，挤压胶头滴管，再打开c活塞)，片刻后，打开b活塞
INCLUDEPICTURE"思维建模.TIF"
几种常见的能形成喷泉的气体和液体
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
考点三　硝酸
INCLUDEPICTURE"基础自主夯实.TIF"
1．物理性质
(1)纯硝酸为无色、有刺激性气味的液体。
(2)硝酸沸点较低，易挥发，在空气中遇水蒸气形成白雾。
2．化学性质
(1)强酸性
稀硝酸使紫色石蕊试液变红。
(2)不稳定性
①见光或受热分解：4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑。
②硝酸保存在棕色试剂瓶中，置于冷暗处，不能用橡胶塞。
(3)强氧化性
①与金属反应
常温下，铁、铝遇冷的浓HNO3能发生钝化。
稀硝酸与铜反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，
浓硝酸与铜反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
注意：浓硝酸和浓盐酸按体积比1∶3组成的混合物，叫做王水。王水能溶解金、铂等不溶于硝酸的金属。
②与非金属反应
如浓硝酸与C的反应为C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
③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为3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
(4)与有机物反应
①硝化反应(与反应)：。②显色反应：含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。
3．用途：化工原料，用于制化肥、染料、炸药等。
INCLUDEPICTURE"误点查正.TIF"　请指出下列各说法的错因
(1)常温下，铁、铝在浓硝酸中的钝化为物理变化。
错因：钝化是因为金属与HNO3反应在其表面生成了致密的保护膜，阻碍了反应进一步进行，为化学变化。
(2)铜溶于稀硝酸不能体现硝酸的酸性。
错因：Cu与HNO3反应生成Cu(NO3)2，体现HNO3的酸性。
(3)实验室也可用锌粒与稀硝酸制取氢气。
错因：HNO3有强氧化性，与金属反应时不放出H2。
(4)可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S。
错因：HNO3会将－2价的硫氧化成单质硫。
(5)在酸性条件下，NO与I－、Fe2＋、SO等离子能大量共存。
错因：NO在酸性条件下有强氧化性，会将I－、Fe2＋、SO等还原性离子氧化。
INCLUDEPICTURE"课堂精讲答疑.TIF"
1．硝酸化学性质的有关解释
(1)硝酸能与除Au、Pt等少数金属外的所有的金属反应，但不生成氢气；与变价金属反应时，金属能够被氧化为最高价态。
(2)硝酸浓度越大，越容易分解。长期存放的浓硝酸呈黄色，原因是HNO3分解产生的NO2又溶于硝酸。
(3)浓、稀硝酸均有强氧化性，浓度越大，氧化性越强，一般对应还原产物中氮的化合价越高。
(4)加热条件下铁与浓硝酸的反应
过量铁粉加入浓硝酸中，铁先与浓硝酸反应生成Fe(NO3)3、NO2和H2O；随着反应的进行，硝酸浓度减小，铁与稀硝酸反应生成Fe(NO3)3、NO和H2O；当硝酸全部反应后，铁与Fe(NO3)3反应生成Fe(NO3)2。
(5)浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红后褪色。在这一反应过程中浓硝酸表现出酸性和强氧化性，可将红色物质氧化成无色物质。
(6)NO的检验
试液(浓缩后)蓝色溶液＋红棕色气体。若待测液较稀，相当于Cu与稀硝酸反应，反应较慢，现象不明显。因此可将稀溶液浓缩后再检验。
2．硝酸的制法
(1)实验室制法：NaNO3＋H2SO4(浓)===NaHSO4＋HNO3↑(利用浓硫酸的难挥发性，硝酸易挥发的性质，不能用强热和稀硫酸)。
(2)工业制法
①反应原理：
4NH3＋5O24NO＋6H2O
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
②硝酸的浓缩：用硝酸镁固体或浓硫酸作吸水剂，再蒸馏浓缩，得到浓硝酸。
INCLUDEPICTURE"题组巩固提升.TIF"
角度一　硝酸的性质
1．硝酸被称为“国防工业之母”，是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝酸的性质不相对应的是(　　)
A．浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色——酸性和强氧化性
B．不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性
C．要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性
D．能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液的红色褪去——强氧化性
答案　D
2．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中反应的化学方程式为3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4===4CuSO4＋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
角度二　硝酸盐
3．把SO2通入Fe(NO3)3溶液中，溶液由黄色变为浅绿色，但立即又变为黄色，此时若滴入BaCl2溶液，则会产生白色沉淀。在上述一系列变化过程中，最终被还原的是(　　)
A．SO2 B．Fe3＋
C．Fe2＋ D．NO
答案　D
4．下列关于硝酸盐的说法中正确的是(　　)
A．硝酸盐都易溶于水
B．金属的硝酸盐受热分解都能生成NO2、O2
C．实验室用硝酸钠固体与浓硫酸微热制取少量硝酸是利用了浓硫酸的强氧化性
D．硝酸盐的水溶液都具有较强的氧化性
答案　A
硝酸盐的受热分解规律
(1)钾、钙、钠的硝酸盐亚硝酸盐＋O2↑，如：2KNO32KNO2＋O2↑
(2)金属活动性顺序表中镁～铜的硝酸盐金属氧化物＋NO2↑＋O2↑，如：
4Fe(NO3)32Fe2O3＋12NO2↑＋3O2↑
2Cu(NO3)22CuO＋4NO2↑＋O2↑
(3)汞、银的硝酸盐金属单质＋NO2↑＋O2↑，如：
Hg(NO3)2Hg＋2NO2↑＋O2↑
2AgNO32Ag＋2NO2↑＋O2↑
角度三　氮及其化合物的相互转化
5．关于氮的转化关系如图，则下列说法不正确的是(　　)
A．路线①②③是工业生产硝酸的主要途径
B．路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径
C．氮气在足量的氧气中通过一步反应可生成NO2
D．上述所有反应都是氧化还原反应
答案　C
6．已知A～H均是中学化学常见物质，它们之间有下图所示转化关系(部分产物已略去)。已知：A为酸式盐，常用作化肥；常温下B、D、E、F、G均为气体，C为无色液体。
回答下列问题：
(1)列举工业上D的一种具体用途：____________________。
(2)反应①的离子方程式为__________________________________________。
(3)在反应②中，若生成1.6 g E，则转移电子的数目为________。
(4)反应③的化学方程式为______________________________。
(5)在反应④中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
答案　(1)作制冷剂、生产氮肥、生产硝酸等(任写一种)
(2)NH＋HCO＋2OH－NH3↑＋CO＋2H2O
(3)0.1NA
(4)4NH3＋5O24NO＋6H2O
(5)1∶2
解析　已知A是酸式盐，常用作化肥，框图中表明A既能与稀硫酸反应，又能与NaOH溶液反应，且均生成气体，结合A受热分解生成两种气体和一种液体，故可推知A是碳酸氢铵，B是CO2，C是H2O，D是NH3；CO2与Na2O2反应生成O2，可知E是O2；NH3经催化氧化生成NO，故F是NO；NO与O2反应生成NO2，故G是NO2；NO2与H2O反应生成HNO3和NO，故H是HNO3。
INCLUDEPICTURE"归纳总结.TIF"含氮元素物质之间的转化关系
微专题　硝酸与金属反应的有关计算
INCLUDEPICTURE"重点讲解.TIF"
1．思维模型
2．“四法”突破金属与硝酸的计算
(1)氮原子守恒法：HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。
(2)得失电子守恒法：HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。
(3)电荷守恒法：HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH－)则有：c(NO)＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。
(4)离子方程式计算法：金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属、H＋或NO进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。
INCLUDEPICTURE"专题精练.TIF"
1．将一定质量的镁、铜合金加入稀硝酸中，两者恰好完全反应，共产生NO气体4.48 L(标准状况)，向所得溶液中加入物质的量浓度为3 mol/L的NaOH溶液至沉淀完全。则下列有关叙述中不正确的是(　　)
A．开始加入合金的物质的量之和为0.3 mol
B．生成沉淀的质量与原合金的质量相比增加10.2 g
C．反应中被还原和未被还原的硝酸物质的量之比为3∶1
D．沉淀完全时消耗NaOH溶液的体积为200 mL
答案　C
解析　标准状况下4.48 L NO的物质的量为0.2 mol，由HNO3生成0.2 mol NO得到电子的物质的量为0.2 mol×(5－2)＝0.6 mol，铜、镁发生反应都生成＋2价金属离子，根据得失电子守恒可知，参加反应的金属的物质的量为0.3 mol，A正确；镁、铜合金最终完全转化为Mg(OH)2、Cu(OH)2沉淀，沉淀中增加的质量即为氢氧根离子的质量，根据电荷守恒可知，0.3 mol Mg2＋和Cu2＋生成沉淀共消耗0.6 mol氢氧化钠，则含有氢氧根离子的质量为17 g·mol－1×0.6 mol＝10.2 g，B正确；根据3Mg＋8HNO3(稀)===3Mg(NO3)2＋2NO↑＋4H2O、3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O两个反应可知，被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比为2∶6＝1∶3，C错误；消耗NaOH溶液的体积为＝0.2 L＝200 mL，D正确。
2．向m g镁、铜合金中加入稀硝酸至合金恰好完全溶解(设硝酸的还原产物只有NO)，向所得溶液中加入物质的量浓度为2 mol·L－1的NaOH溶液至沉淀达到最大值，产生沉淀的质量为(m＋n)g，则下列有关叙述中不正确的是(　　)
A．若n＝5.1，则m的值可能为9.8
B．若n＝5.1，则参加反应的硝酸的物质的量为0.4 mol
C．若n＝5.1，则加入的NaOH溶液的体积为150 mL
D．若n＝5.1，则被还原的硝酸的物质的量为0.1 mol
答案　A
解析　根据质量守恒定律及题意可知，n g即为Mg(OH)2和Cu(OH)2中OH－的质量，n＝5.1，即n(OH－)＝0.3 mol，则n(NaOH)＝0.3 mol，NaOH溶液体积为＝0.15 L＝150 mL，C正确；因沉淀组成都可表示为R(OH)2，则n(Mg＋Cu)＝0.15 mol，利用极值法知，3.63．现有硫酸和硝酸的浓度分别为4 mol·L－1和2 mol·L－1的混合液，取10 mL加入过量铁粉，若硝酸的还原产物为NO，充分反应后产生的气体在标准状况下的体积为(　　)
A．0.224 L B．0.448 L
C．0.672 L D．0.896 L
答案　C
解析　根据题意知，10 mL混合液中n(H＋)＝0.1 mol，n(NO)＝0.02 mol，由反应的离子方程式3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O可知，H＋过量，生成的NO为0.02 mol，剩余n(H＋)＝0.1 mol－0.08 mol＝0.02 mol；再根据Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，可得生成的H2为0.01 mol，故产生的气体在标准状况下的体积V＝(0.02 mol＋0.01 mol)×22.4 L·mol－1＝0.672 L。
4．将镁铝合金溶于100 mL稀硝酸中，产生1.12 L NO气体(标准状况)，向反应后的溶液中加入NaOH溶液，产生沉淀情况如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．合金中铝的质量为0.81 g
B．沉淀的最大质量为4.08 g
C．氢氧化钠溶液浓度为3 mol·L－1
D．硝酸的物质的量浓度为1.8 mol·L－1
答案　D
解析　由题给图示变化情况可知，向反应后的溶液中加入氢氧化钠溶液，开始没有沉淀，说明硝酸过量，与硝酸反应的氢氧化钠溶液是10 mL，沉淀达到最多时，消耗氢氧化钠溶液共60 mL(包括中和剩余硝酸所消耗的10 mL)，溶解氢氧化铝消耗的氢氧化钠溶液是10 mL，则生成氢氧化铝消耗的氢氧化钠溶液是30 mL，生成氢氧化镁消耗的氢氧化钠溶液是20 mL，由反应的离子方程式Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓可知，镁铝合金中镁、铝的物质的量之比为1∶1；标准状况下1.12 L NO气体的物质的量为0.05 mol。设镁、铝合金中镁、铝的物质的量均为x，由得失电子守恒可得2x＋3x＝0.05 mol×3，解得x＝0.03 mol，故合金中铝的质量为0.03 mol×27 g·mol－1＝0.81 g，A正确；沉淀的最大质量为0.03 mol×58 g·mol－1＋0.03 mol×78 g·mol－1＝4.08 g，B正确；沉淀达到最多时用于生成沉淀所消耗氢氧化钠溶液是50 mL，50 mL溶液中氢氧化钠的物质的量为0.03 mol×2＋0.03 mol×3＝0.15 mol，故氢氧化钠溶液的浓度为＝3 mol·L－1，C正确；沉淀达到最大量时所得溶液是硝酸钠溶液，由电荷守恒可知，溶液中硝酸根离子的物质的量为3 mol·L－1×0.06 L＝0.18 mol，由氮原子守恒可知100 mL稀硝酸中硝酸的物质的量为0.18 mol＋0.05 mol＝0.23 mol，物质的量浓度为＝2.3 mol·L－1，D错误。
高考真题演练
1．(2022·江苏高考)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是(　　)
A．自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3
B．侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl
C．工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3
D．多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”
答案　A
解析　固氮是将N2转化为含氮化合物，不一定是转化为NH3，如将N2转化为NO，A错误。
2．(2022·湖南高考)科学家发现某些生物酶体系可以促进H＋和e－的转移(如a、b和c)，能将海洋中的NO转化为N2进入大气层，反应过程如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A．过程Ⅰ中NO发生氧化反应
B．a和b中转移的e－数目相等
C．过程Ⅱ中参与反应的n(NO)∶n(NH)＝1∶4
D．过程Ⅰ→Ⅲ的总反应为NO＋NH===N2↑＋2H2O
答案　D
解析　
过程Ⅰ发生的是还原反应，A错误；由以上分析知，a、b中转移电子数目不相等，B错误；过程Ⅱ中参加反应的n(NO)与n(NH)之比为1∶1，C错误；由图知，总反应为NH＋NO===N2↑＋2H2O，D正确。
3．(2021·山东高考)下列由实验现象所得结论错误的是(　　)
A．向NaHSO3溶液中滴加氢硫酸，产生淡黄色沉淀，证明HSO具有氧化性
B．向酸性KMnO4溶液中加入Fe3O4粉末，紫色褪去，证明Fe3O4中含Fe(Ⅱ)
C．向浓HNO3中插入红热的炭，产生红棕色气体，证明炭可与浓HNO3反应生成NO2
D．向NaClO溶液中滴加酚酞试剂，先变红后褪色，证明NaClO在溶液中发生了水解反应
答案　C
解析　浓HNO3受热分解也会生成NO2，无法证明炭与浓HNO3反应生成NO2，C错误。
4．(2021·广东高考)化学是以实验为基础的科学。下列实验操作或做法正确且能达到目的的是(　　)
选项 操作或做法 目的
A 将铜丝插入浓硝酸中 制备NO
B 将密闭烧瓶中的NO2降温 探究温度对平衡移动的影响
C 将溴水滴入KI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NaCl固体放回原试剂瓶 节约试剂
答案　B
5．(2022·广东高考节选)铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。
Cr2O3可用于NH3的催化氧化。设计从NH3出发经过3步反应制备HNO3的路线______________________________(用“→”表示含氮物质间的转化)；其中一个有颜色变化的反应的化学方程式为__________________________。
答案　NH3NONO2HNO3　2NO＋O2===2NO2
课时作业
建议用时：40分钟
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1．(2022·辽宁省丹东市高三教学质量监测)下列说法正确的是(　　)
A．NH3的电子式为
B．往Fe(NO3)3溶液中加入少量HI溶液，发生反应2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2
C．工业制硝酸时尾气吸收的反应原理为4NO2＋2Na2CO3===4NaNO3＋2CO2
D．汽车尾气处理的化学反应原理2CO＋2NON2＋2CO2属于置换反应
答案　A
2．下列关于氮及其化合物的说法正确的是(　　)
A．氮气能大量存在于空气中的根本原因是其分子中的氮氮三键非常牢固、分子结构稳定
B．久置于空气中的浓硝酸，因被氧化而呈黄色
C．NO只能通过人工合成
D．NO2与O2按4∶3体积比混合后与足量水反应可完全转化为硝酸
答案　A
3．研究发现，人体内自身产生的NO能促进全身血液循环，预防动脉粥样硬化，恢复血管柔软性和弹性。下列有关NO的叙述中，正确的是(　　)
A．NO能溶于水，不能用排水法收集
B．NO暴露在空气中，气体由无色变为红棕色，发生的是物理变化
C．由信息知人可吸入大量NO，有利于身体健康
D．“雷雨发庄稼”的谚语涉及NO，生成NO的过程属于自然固氮
答案　D
4．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
5．(2022·广州市普通高中毕业班综合测试(一))部分含氮物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是(　　)
A．a既可被氧化，也可被还原
B．c溶于水可得d和b
C．将铜丝插入d的浓溶液可产生b
D．自然界可存在a→b→c→d→e的转化
答案　C
6．(2022·皖南八校高三摸底联考)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中N2发生了氧化反应
B．反应①和②均属于“氮的固定”
C．反应③为4LiOH4Li＋2H2O＋O2↑
D．三步循环的总结果为N2＋3H2===2NH3
答案　C
7．将2.56 g Cu和一定量的浓HNO3反应，随着Cu的不断减少，反应生成气体的颜色逐渐变浅，当Cu反应完毕时，共收集到气体1.12 L(已折算为标准状况下的体积)，则反应中消耗HNO3的物质的量为(　　)
A．0.05 mol B．0.08 mol
C．0.13 mol D．0.22 mol
答案　C
解析　铜和浓硝酸反应生成NO2，随着反应的进行，浓HNO3变为稀硝酸，而Cu与稀硝酸反应时生成NO，故生成的气体有NO2和NO，体积为1.12 L，则n(NO2)＋n(NO)＝0.05 mol，即被还原的硝酸的物质的量为0.05 mol；2.56 g Cu的物质的量为0.04 mol，则生成n[Cu(NO3)2]＝0.04 mol，可知表现酸性的硝酸的物质的量为0.04 mol×2＝0.08 mol，故参加反应的硝酸的物质的量为0.05 mol＋0.08 mol＝0.13 mol。
8．(2022·太原市高三期末考试)已知HNO2在低温下较稳定，酸性比醋酸略强，既有还原性又有氧化性，其氧化产物、还原产物与溶液pH的关系如下表。下列有关说法错误的是(　　)
pH范围 >7 <7
产物 NO NO、N2O、N2中的一种
A．碱性条件下，NaNO2与NaClO反应的离子方程式为NO＋ClO－===NO＋Cl－
B．向冷的NaNO2溶液中加入滴有淀粉的氢碘酸，若溶液变蓝色，则证明氧化性：HNO2>I2
C．向冷的NaNO2溶液中通入SO2最终可得到HNO2
D．低温时不用其他试剂即可区分HNO2溶液与Na2CO3溶液
答案　C
解析　HNO2具有氧化性，SO2以还原性为主，酸性条件下，HNO2以氧化性为主，SO2被氧化为SO，HNO2被还原为NO、N2O和N2中的一种，得不到HNO2，C错误。
9．(2022·哈尔滨高三月考)合成氨及其衍生工业是化工生产的重要门类，请结合图示判断下列说法正确的是(　　)
A．合成氨采用400～500 ℃是为了提高原料转化率和反应速率
B．湿润的淀粉KI试纸可以鉴别气体2和溴蒸气
C．在饱和NaCl溶液中先通入过量CO2再通入过量NH3，可得到固体1
D．1 L气体1、2的混合气体与1 L NH3在一定条件下反应转化为对环境无害的物质，则混合气体中二者的体积之比为1∶1
答案　D
解析　由图可知，气体1为NO，气体2为NO2，NO2与水反应生成硝酸；固体1为NaHCO3，NaHCO3受热分解生成的固体2为Na2CO3；1 L NO、NO2的混合气体与1 L NH3在一定条件下反应转化为对环境无害的物质，反应的化学方程式为2NH3＋NO＋NO22N2＋3H2O，则混合气体中二者的体积之比为1∶1。
10．某兴趣小组设计利用下列实验装置用铁粉将NO还原为N2(同时生成FeO)。
已知：①浓硝酸可氧化NO；②NaOH溶液能吸收NO2，不吸收NO。
下列说法不正确的是(　　)
A．装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d
B．装置E中发生反应的化学方程式为2NO＋2Fe2FeO＋N2
C．装置D的作用是吸收挥发出来的硝酸和产生的NO2
D．装置B的作用是干燥，防止水蒸气进入E中干扰反应
答案　D
解析　根据题给信息分析可知实验原理为“NO被灼热的铁粉还原为N2，同时生成FeO”，所以首先应制备纯净干燥的NO。利用铜与稀硝酸反应生成NO，由于硝酸具有挥发性，所以制得的NO中会混有硝酸蒸气和产生的NO2，故先通过D除去挥发出的HNO3和产生的NO2，再通过F干燥，得到纯净干燥的NO，然后进入E中与铁粉反应，最后处理多余的NO，由于NaOH溶液不与NO反应，而浓硝酸可氧化NO生成NO2，所以先通过B氧化NO，再通过C吸收，故A、B、C正确，D错误。
11．将充有m mL NO2和n mL NO气体的试管倒立于盛水的水槽中，然后通入n mL O2，且m>n，则充分反应后，试管中气体在同温同压下的体积为(　　)
A． mL B． mL
C． mL D． mL
答案　B
解析　根据化学方程式
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
3 1
m
所以反应后NO气体共 mL
设与NO反应所消耗的氧气的体积为x，根据化学方程式
4NO　　＋　　3O2＋2H2O===4HNO3
4 3
mL x
解得x＝ mL，由m>n，可知>n，即氧气不足，完全反应剩余气体为NO，NO的体积为 mL－ mL＝ mL。
12．将a mol FeO与b mol Cu2S投入到c mol·L－1的硝酸溶液中恰好完全反应，生成NO，共消耗硝酸溶液V L，所得澄清溶液成分可看作Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、H2SO4的混合液，则反应中未被还原的硝酸不可能为(　　)
A．(189a＋252b) g
B． mol
C．(3a＋2b)×63 g
D．(3a＋4b) mol
答案　C
解析　产物中的NO即未被还原的部分，由Fe、Cu原子守恒知，所得溶液中含Fe(NO3)3 a mol，含Cu(NO3)2 2b mol，这两种物质中NO总物质的量为(3a＋4b) mol，则A、D可能，C不可能。另外，根据得失电子守恒，a mol FeO生成Fe(NO3)3转移电子a mol，b mol Cu2S生成Cu(NO3)2、H2SO4转移电子10b mol，总共转移电子(a＋10b) mol，则被还原的HNO3为 mol，所以，未被还原的HNO3为 mol，B正确。
二、非选择题
13．某化学兴趣小组利用下列装置制取氨气并探究氨气的有关性质。
(1)图1是实验室制取氨气的发生装置，试管中反应的化学方程式为________________________________________________________。
(2)图2可用于实验室快速制取氨气，烧瓶内试剂可选用________(填序号，下同)。
a．碱石灰 b．浓硫酸
c．生石灰 d．五氧化二磷
(3)为探究氨气的溶解性，先利用图3装置收集氨气，氨气的进气口为________(填“a”或“b”)，在实验过程中观察到图3中的烧瓶内产生了红色喷泉，则说明氨气具有的物理性质是____________。
(4)用上面装置制得的NH3进行如下实验(实验前旋塞1、2均关闭)。
①先打开旋塞1，D瓶中的现象是__________，原因是________________________(用化学方程式表示)。
②稳定后，关闭旋塞1，再打开旋塞2，观察到的现象是____________。
(5)为防止环境污染，以下装置(除⑤标明外，其余盛放的液体均为水)可用于吸收多余氨气的是________(填序号)。
答案　(1)Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2H2O＋2NH3↑
(2)ac　(3)a　极易溶于水
(4)①出现白烟　NH3＋HCl===NH4Cl
②水倒流入D中　(5)②④⑤
INCLUDEPICTURE"素养提升题.TIF"
亚硝酸钙[Ca(NO2)2]是水泥混凝土外加剂的主要原料，可配制成混凝土防冻剂、钢筋阻锈剂等。某学习小组用如图所示实验装置及药品来制备亚硝酸钙(夹持装置略去)。
已知：①2NO＋CaO2Ca(NO2)2；2NO2＋CaO2Ca(NO3)2；
②酸性条件下，NO能与KMnO4溶液反应生成NO和Mn2＋。
回答下列问题：
(1)上述装置按气流方向连接的顺序为____________(填字母)。
(2)检查装置的气密性，装入药品，实验开始前通入一段时间N2，然后关闭弹簧夹，再滴加稀硝酸，通入N2的作用是____________________________。
(3)A装置中反应的化学方程式为________________________________。E装置的作用是______________________。
(4)C装置中反应的离子方程式为____________________________。
(5)工业上可用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，反应原理为：Ca(OH)2＋NO＋NO2===Ca(NO2)2＋H2O。若n(NO)∶n(NO2)＜1∶1，则会导致______________________________________。
(6)将2.88 g CaO2完全转化为Ca(NO2)2，理论上需要铜的物质的量至少为________。
答案　(1)AEBDC
(2)排尽空气，防止生成的NO被O2氧化
(3)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　吸收NO中的HNO3
(4)3MnO＋4H＋＋5NO===3Mn2＋＋5NO＋2H2O
(5)NO2过量，产品中混有Ca(NO3)2杂质
(6)0.12 mol
解析　该实验要制取亚硝酸钙，通过信息可知，用一氧化氮和过氧化钙反应，所以基本过程为向装置通入氮气，吹出装置中的氧气，然后向三颈烧瓶中滴加稀硝酸，铜和稀硝酸反应生成一氧化氮气体，通过装置E中的水除气体中的硝酸，通过B中无水氯化钙干燥气体，再通过D中过氧化钙反应生成亚硝酸钙，最后通入C中高锰酸钾溶液中进行尾气处理。
(6)将2.88 g CaO2(物质的量为0.04 mol)完全转化为Ca(NO2)2，理论上需要一氧化氮的物质的量至少为0.08 mol，根据3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O分析，至少需要铜的物质的量为0.12 mol。
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