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氮及其重要化合物
知识点一、氮气的性质及应用
1．氮原子结构
（1）原子结构示意图：
（2）在周期表中位置：第二周期第VA族
2．氮气的结构
（1）结构式N≡N，电子式
3．氮元素的自然存在
4．氮气的物理性质
（1）色味态：无色无味气体
（2）密度：在标准状况下ρ（N2）＝1.25g L－1，比空气的小（极为接近）
（3）溶解性：难溶于水
（4）收集方法：只能用排水法（密度与空气接近，不能用排空气法）
6．氮气的化学性质
（1）稳定性：N≡N键能很大，通常情况下很难发生反应
（2）氧化性：N2+3H22NH3（工业固氮反应）
（3）还原性
①除去中H2的N2 ：3Mg+N2Mg3N2
氮化镁电子式：
②高能固氮反应：N2+O22NO
7.氮的固定（氮元素由游离态变为化合态）
合成氨适宜条件的选择
催化剂：虽不能改变化学平衡，但可以加快反应速率，提高单位时间内的产量。
温度：升高温度可加快反应速率，但从平衡移动考虑，此反应温度不宜太高。使催化剂的活性最大也是选择温度的另一个重要因素。
压强：增大压强既可以加快反应速率又可以使化学平衡向正反应方向移动。但生产设备能不能承受那么大的压强，产生压强所需的动力、能源 又是限制压强的因素。
浓度：在生产过程中，不断补充N2和H2，及时分离出NH3，不但可以加快反应速率，还能使平衡右移，提高NH3的产量。
合成氨的适宜条件
压强：20~50MPa
温度：500℃左右（此时催化剂的活性最大）
催化器：铁触媒（以铁为主体的多成分催化剂）
自然界中氮的循环
8.氮气的用途
（1）工业上合成氨，制硝酸
（2）代替稀有气体作焊接金属时的保护气，以防止金属被空气氧化
（3）在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发
（4）保存粮食、水果等食品，以防止腐烂
（5）医学上用液氮作冷冻剂，以便在冷冻麻醉下进行手术
（6）高科技利用液氮制造低温环境，使某些超导材料获得超导性能
知识点二、氮的氧化物
1．氮元素的六种氧化物
化合价 +1 +2 +3 +4 +5
化学式 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5
含氧酸 HNO2 HNO3
2．NO的性质
（1）色味态：无色无味气体
（2）溶解性：难溶于水
（3）强还原性
①与O2反应：2NO+O22NO2
②与酸性H2O2反应：2NO+3H2O22H++2NO3－+2H2O
③酸性KMnO4溶液：5NO+3MnO4－+4H+5NO3－+3Mn2++2H2O
④除去NO2中的NO：NO+2HNO3（浓）3NO2↑+H2O
3．NO2的性质
（1）色味态：红棕色有刺激性气味气体
（2）溶解性：易溶于水，不溶于四氯化碳
（3）与H2O反应：3NO2+H2O2HNO3+NO
（4）双聚反应：2NO2N2O4；△H＜0
①加热：红棕色变深
②加压：颜色先变深后变浅，比加压前深
（5）强氧化性：能够将某些还原性微粒氧化，自身被还原成NO
还原性微粒
氧化产物 S SO3或SO42－ I2 Fe3+
①2NO2+2KI＝2KNO2+I2（湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，可用于检验NO2）
②NO2+SO2SO3+NO
③H2S+NO2S+NO+H2O
④2Fe2++4H++NO22Fe3++2H2O+NO↑
（6）鉴别NO2和溴蒸气
方法 现象
二氧化氮 溴蒸汽
水溶解法 气体由红棕色变成无色，得到无色溶液 溶液变为橙色
AgNO3沉淀法 气体由红棕色变成无色，溶液无明显变化 产生浅黄色沉淀
CCl4溶解法 无明显现象 得到橙红色溶液
密闭加热法 颜色明显加深 无明显现象
密闭冷却法 颜色明显变浅 得到深红棕色液体
湿润的淀粉 碘化钾试纸法 变蓝 变蓝
4．氮氧化物的危害
（1）形成硝酸型酸雨
含氮物质NONO2HNO3
（2）形成光化学烟雾
NO2和O2O3有毒烟雾
（3）破坏臭氧层：NO催化O3分解为O2
NO+O3＝NO2+O，NO2+O＝NO+O2
（4）水体富营养化：水中含氮化合物引起水体污染
5．常见的处理氮氧化物的方法
（1）NaOH溶液吸收法
①2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O
②NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O
（2）纯碱溶液吸收法
①2NO2+Na2CO3NaNO3+NaNO2+CO2↑
②NO2+NO+Na2CO32NaNO2+CO2↑
（3）CH4还原法
①2CH4+2NO2N2+2CO2+4H2O
②CH4+4NO2N2+CO2+2H2O
（4）NH3还原法
①6NO2+8NH37N2+12H2O
②6NO+4NH35N2+6H2O
（5）H2还原法
①4H2+2NO2N2+4H2O
②2H2+2NON2+2H2O
（6）CO还原法
①4CO+2NO24CO2+N2
②2CO+2NO2CO2+N2
6. 氮氧化物溶于水的问题分析
（1）相关反应原理
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ①
2NO＋O2===2NO2 ②
由方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ③
由方程式①×2＋②×3得： 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 ④
（2）氮的氧化物溶于水的三种类型
Ⅰ.NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①，剩余气体为NO。
Ⅱ.NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③：
x＝ 0
反应情况 O2过量，剩余气体为O2 恰好完全反应，无气体剩余 NO2过量，又发生反应①，只剩余NO
Ⅲ.NO和O2的混合气体：NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④：
x＝ 0
反应情况 O2过量，剩余O2 恰好完全反应，无气体剩余 NO过量，剩余NO
7. 实验室制一氧化氮和二氧化氮
1)反应原理及装置
（1）装置类型：“固体+液体气体”型
或或
（2）药品：铜和稀（浓）硝酸
（3）反应
①NO2：Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O
②NO：3Cu+8HNO3（稀）3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O
2)气体的净化：一般用无水氯化钙或P2O5或硅胶除水蒸气
3)气体的收集
（1）NO：只能用排水法收集或排“惰性”气体法
（2）NO2：向上排空气法或排四氯化碳法
4)气体的检验
（1）NO：通入空气，无色气体变成红棕色气体
（2）NO2：通过湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
5)尾气吸收
（1）NO：一般用酸性的H2O2、酸性高锰酸钾溶液等强氧化性溶液吸收
（2）NO2：一般用NaOH、Na2CO3等碱性溶液吸收
6)特别提醒：制NO前，先通氮气、二氧化碳等气体将装置内的空气排尽
知识点三、氨及铵盐的性质
一、氨气的性质
1．物理性质
（1）色味态：无色、有刺激性气味的气体
（2）密度：比空气的小
（3）溶解性：极易溶于水，1∶700，难溶于CCl4
（4）物理特性：易液化（沸点－33.5℃）
2．碱性气体
（1）水：NH3+H2ONH3·H2O
（2）指示剂：能够使紫色石蕊试液变蓝，酚酞试液变红
（3）与酸化合成铵盐
①HCl：HClNH4Cl，产生白烟
②HNO3：HNO3NH4NO3，产生白烟，同浓硝酸
③H2SO4：H2SO4（浓）（NH4）2SO4，产生白色沉淀
3．氨气的还原性：NH3N2或NO
（1）催化氧化：4NH3+5O24NO+6H2O
（2）热的CuO：2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O
（3）还原氯气
①少量NH3：2NH3+3Cl26HCl+N2
②过量NH3：8NH3+3Cl26NH4Cl+N2（检验输送氯气的管道是否泄漏）
4．氧化性：2Na+2NH32NaNH2+H2↑
5．氨气的用途
（1）制硝酸和硝酸铵：N2NH3NONO2HNO3NH4NO3
（2）致冷剂：液氨气化吸热，使环境温度急剧降低
（3）制化肥：制备硝铵、硫铵、氯铵、碳铵等铵态氮肥
二、氨水的性质
1．氨水的密度
（1）比水小，浓度越大，密度越小
（2）质量分数为a和b的两种氨水混合
①等质量混合，所得氨水的质量分数c＝
②等体积混合，所得氨水的质量分数c＜
2．氨水的挥发性：易挥发出氨气，所以氨水应密封保存
3．氨水的组成
（1）三个可逆反应
①氨气和水的反应：NH3+H2ONH3·H2O
②一水合氨的电离：NH3·H2ONH4++OH－
③水的电离：H2OH++OH－
（2）“三分子”、“三离子”成分
①三分子：NH3、H2O、NH3·H2O
②三离子：NH4+、OH－、H+
4．氨水的化学性质
（1）不稳定性：NH3·H2ONH3↑+H2O
（2）弱碱性
①H2SO4：2NH3·H2O+H2SO4（NH4）2SO4+2H2O
②少量CO2：2NH3·H2O+CO2（NH4）2CO3+H2O
③过量CO2：NH3·H2O+CO2NH4HCO3
④AlCl3：AlCl3+3NH3·H2OAl（OH）3↓+3NH4Cl
三、铵盐的结构和性质
1. 性质：都是无色，易溶于水的晶体
2．结构：NH4+的电子式
（1）所含化学键：离子键、共价键和配位键
（2）化合物类型：离子化合物
3．热不稳定性
（1）非氧化性酸铵盐氨气和相应的酸
①碳酸铵：（NH4）2CO32NH3↑+H2O↑+CO2↑
②碳酸氢铵：NH4HCO3NH3↑+H2O↑+CO2↑
③亚硫酸铵：（NH4）2SO32NH3↑+H2O↑+SO2↑
④亚硫酸氢铵：NH4HSO3NH3↑+H2O↑+SO2↑
⑤氯化铵：NH4ClNH3↑+HCl↑
（2）氧化性酸铵盐复杂的氧化还原反应，一般不放氨气
①NH4NO3N2O↑+2H2O
②5NH4NO32HNO3+4N2↑+9H2O
③2NH4NO32N2↑+O2↑+4H2O
④3（NH4）2SO44NH3↑+3SO2↑+N2↑+6H2O
4．铵盐和碱反应
（1）条件不同，产物不同
①常温：NH4++OH－NH3·H2O
②加热：NH4++OH－NH3↑+H2O
（2）注意事项
①铵态氮肥不能与碱性物质混合使用，以免生成氨气，降低肥效。
②铵盐固体和碱固体反应时，不能拆写成离子形式
③酸式铵盐和碱溶液反应时，注意碱过量时，NH4+和酸式酸根离子都参与反应
5．铵盐的检验
（1）步骤：取样，加碱，加热，加湿润的红色石蕊试纸
（2）现象：湿润的红色石蕊试纸变蓝
四、实验室制取氨气
1．反应原理及装置
（1）装置类型：“固体+固体气体”型
①方法：氯化铵固体与氢氧化钙固体混合加热
②反应：2NH4Cl+Ca（OH）22NH3↑+2H2O+CaCl2
（2）装置类型：“液体+液体气体”型
①方法：加热浓氨水
②反应：NH3·H2ONH3↑+H2O
（3）装置类型：“固体+液体气体”型
方法 原理
浓氨水与NaOH固体混合 ①NaOH溶于水放热，促使氨水分解 ②NaOH固体吸水，使c（OH－）增大，有利于NH3的生成 ③加入NaOH，使c（OH－）增大，有利于NH3的生成
浓氨水与CaO固体混合 ①CaO与水反应放热，促使氨水分解。 ②CaO与水反应，使水减少，使c（OH－）增大，有利于NH3的生成 ③生成Ca（OH）2，使c（OH－）增大，有利于NH3的生成
2．气体的净化：一般用碱石灰吸水
3．气体的收集
（1）方法：向上排空气法和排四氯化碳液体法
（2）净化：试管口堵棉花的作用：防止氨气和空气发生对流，提高氨气的收集速率和纯度
4．验满方法
（1）最佳方法：用湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶口，若试纸变蓝，则说明氨气收集满了
（2）其他方法：用玻璃棒蘸取浓盐酸或浓硝酸放在集气瓶口，若产生白烟，则说明氨气收集满了
5．尾气吸收
（1）吸收剂：棉花最好用稀硫酸浸湿，防止污染空气
（2）注意防倒吸
6．喷泉实验的原理及操作
（1）典型实验装置及变形设计
（2）操作步骤：先打开止水夹→再挤胶头滴管
（3）形成条件：容器内外产生较大的压强差
①气体完全被液体吸收剂溶解或反应
②气体和气体完全反应生成固体或液体
③气体冷凝成液体使气压减小
④液体变成气体使气压增大
⑤外界气压压缩气体
五、氨的催化氧化实验
1．反应原理：4NH3+5O24NO+6H2O
2．氨气的提供
（1）浓氨水
①向浓氨水中通入空气，使氨挥发出来，从而使氧气和氨充分混合。
②向浓氨水中加入Na2O2，使浓氨水分解产生氨气，从而使氧气和氨充分混合。
（2）铵盐分解法提供氨气
3．氧气的提供
（1）直接通入空气法
（2）双氧水在二氧化锰的催化作用下分解：2H2O22H2O+O2↑
（3）过氧化钠和水反应：2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑
（4）氯酸钾和二氧化锰混合加热：2KClO32KCl+3O2↑
（5）高锰酸钾固体加热：2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
（6）过氧化钠和碳酸（氢）铵混合加热：
①NH4HCO3NH3↑+H2O↑+CO2↑或（NH4）2CO32NH3↑+H2O↑+CO2↑
②2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2
4．典型现象
（1）锥形瓶中气体呈红棕色：这是因为NH3被氧化为NO，NO遇到空气中的O2又迅速被氧化为红棕色的NO2。
（2）通常瓶内有白烟出现：这是由于锥形瓶里有水蒸气存在，水蒸气和NO2反应生成了HNO3：3NO2+H2O＝2HNO3+NO，HNO3再跟NH3反应生成微小的白色NH4NO3晶体：NH3+HNO3＝NH4NO3。
（3）铂丝呈红色：这是因为NH3与O2在铂丝的表面上进行的反应是放热反应，反应放出的热量足以使铂丝继续保持红热状态。
易错易混：
请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)NH3易溶于水，可用作制冷剂( )
(2)氨气使AlCl3溶液产生白色沉淀，反应中氨气被还原( )
(3)氨溶于水显弱碱性，因此可使酚酞溶液变为红色( )
(4)氨极易溶解于水，因此氨水比较稳定(不容易)分解( )
(5)氨可被氯气氧化生成N2，同时还可能产生白烟现象( )
(6)氨水和液氨不同，氨水是混合物，液氨是纯净物( )
(7)氨水中物质的量浓度最大的粒子是NH3·H2O(水除外) ( )
(8)氨水显弱碱性，是弱电解质( )
(9)氨水中含氮微粒中最多的微粒是NH( )
(10)铵盐都易溶于水，其水溶液均呈酸性( )
(11)现有1 mol·L－1的氨水，则该溶液中NH3·H2O的浓度是1 mol·L－1( )
(12)在1 mol·L－1氨水中，NH3·H2O、NH、NH3的物质的量浓度之和为1 mol·L－1( )
(13)某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体的水溶液一定显碱性(　　)
(14)加热盛有NH4Cl固体的试管，试管底部固体消失，试管口有晶体凝结，说明NH4Cl固体可以升华( )
(15)加热盛有少量NH4HCO3固体的试管，并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸，石蕊试纸变蓝，说明NH4HCO3显碱性( )
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√　(7)√　(8)×　(9)×　(10)×　(11)×　(12)√ (13)√　(14)×　(15)×　
知识点四、硝酸的性质
1．物理性质
（1）色味态：纯硝酸是一种无色有刺激性气味的液体
（2）密度：比水的大，密度越大，浓度越越大，常见浓硝酸浓度为68%~70%
（3）溶解性：以任意比和水互溶
①主要原因：硝酸和水之间可以形成氢键
②次要原因：硝酸和水都是极性分子
（4）挥发性：易挥发，浓度为95%以上的硝酸称为发烟硝酸
2．不稳定性
（1）反应：4HNO34NO2↑+O2↑+H2O
（2）通常所见的浓硝酸因含NO2而呈黄色
①除去黄色最简单的方法：加水，3NO2+H2O2HNO3+NO
②除去黄色最环保的方法：通足量氧气，4NO2+O2+2H2O4HNO3
3．与金属单质反应
（1）Al、Fe钝化；Al、Fe剧烈反应放NO2气体
（2）Au、Pt：任何情况下都不反应
（3）其他金属与硝酸反应不生成H2，硝酸的浓度不同，还原产物不同
①浓硝酸与铜反应：Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O
②稀硝酸与铜反应：3Cu+8HNO3（稀）3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O
③3Zn+10HNO3（稀）4Zn（NO3）2+N2O↑+5H2O
④3Mg+10HNO3（极稀）4Mg（NO3）2+NH4NO3+3H2O
（4）FeFe（NO3）3；FeFe（NO3）2
①Fe+4HNO3（稀）Fe（NO3）3+NO↑+2H2O
②3Fe+8HNO3（稀）3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O
4．浓硝酸与非金属单质加热反应
（1）碳与浓硝酸加热反应：C+4HNO3（浓）CO2↑+4NO2↑+2H2O
（2）碳与稀硝酸不反应
5．硝酸与还原性化合物反应：HNO3NO2或NO
（1）－2价硫：3H2S+2HNO3（稀）3S↓+2NO↑+4H2O
（2）+4价硫：3Na2SO3+2HNO3（稀）3Na2SO4+2NO↑+H2O
（3）－2价碘：6I－+8H++2NO3－3I2+2NO↑+4H2O
（4）+2价铁：3Fe2++4H++NO3－3Fe3++2H2O+NO↑
6．几种物质和湿润的蓝色石蕊试纸的反应
（1）湿润的蓝色石蕊试纸先变红，后褪色
（2）湿润的蓝色石蕊试纸只变红，不褪色
（3）湿润的蓝色石蕊试纸先变红，后变黑
（4）湿润的蓝色石蕊试纸只变红，不褪色
（5）湿润的蓝色石蕊试纸先变红，后褪色
（6）湿润的蓝色石蕊试纸只变红，不褪色
7．浓硝酸的保存
（1）易挥发：密封保存，敞口放置，质量减小，浓度降低
（2）易分解：棕色细口瓶避光、黑暗而且温度低的地方
（3）强氧化性：不能用橡胶塞，而用玻璃塞
（4）大量存放：铝制或铁制的槽车内
8．硝化反应
（1）苯：+HNO3（浓）NO2+H2O
（2）甲苯：制备黄色的TNT炸药
（3）颜色反应：含苯环的蛋白质遇到浓硝酸显黄色
易错点01 硝酸性质的易错点
（1）硝酸要保存在棕色试剂瓶中，并置于冷暗处，不能用橡胶塞。
（2）常温下，铁、铝遇浓硝酸能发生“钝化”，“钝化”并不是不反应，故常温下浓硝酸可以用铁桶盛放。
（3） 稀硝酸使石蕊试液变红色，浓硝酸使紫色石蕊试液先变红后褪色(酸性和强氧化性)
易错点02 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的写成复分解反应。

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