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专题13 氮及其化合物【复习目标】1.了解氮及其氧化物的主要性质。2.了解氮的氧化物对大气的污染及其防治。3.了解氨的性质，用途及制法。4.了解铵盐的主要性质，认识它在生产中的应用。5.掌握硝酸的强氧化性。【考情分析】氮及其化合物的考查以氨气、氨水、铵盐、一氧化氮、二氧化氮与硝酸等物质的性质为重点，突出考查反应方程式的书写和相关氧化还原反应，其题目新颖、知识覆盖面广、思维跨度大。考查形式灵活多样，题型多变，大多以选择、综合实验、计算题的形式出现。近五年高考新课标卷考查氮的氧化物和硝酸2次，考查氨和铵盐3次。【考点过关】考点一 氮气和氮的氧化物1.氮气自然界存在氮元素在元素周期表中位于第二周期A族。在自然界中,氮元素既有态,也有化合态,大部分氮元素以游离态的形式存在于空气中。将空气中游离的氮转变成氮的化合物的方法叫做氮的固定，氮的固定的方式有自然固氮、生物固氮、工业固氮物理性质N2是无色、无味气体，密度比空气略小，难溶于水化学性质稳定性常温下,氮气化学性质稳定(氮氮三键的键能大),通常情况下不易发生化学反应氧化性3MgN2Mg3N2N23H22NH3还原性N2O22NO2.一氧化氮和二氧化氮一氧化氮一氧化氮在标准状况下为无色无味的有毒(跟血红蛋白结合)气体，液态、固态呈蓝色，不溶于水NO在常温下易与空气中的氧气结合：2NOO2=2NO2（收集NO用排水法）二氧化氮二氧化氮为棕红色有刺激性气味的有毒气体，易液化，易溶于水NO2溶于水时生成HNO3和NO：3NO2H2O=2HNO3NO(收集NO2用向上排空气法)通常情况下与四氧化二氮混合存在：2NO2 （红棕色） N2O4（无色）制法3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2OCu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O危害空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等，空气中NO、NO2是形成酸雨、光化学烟雾的主要因素，NO与血红蛋白结合使人中毒【考点演练】下列说法正确的是 。用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO密闭容器中2 mol NO与1 mol O2充分反应，产物的分子数为2NA燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施氮元素有负化合价，正化合价和零价，因而常温下，N2既能与氧气反应，又能与H2反应1 mol N2与4 mol H2反应生成的NH3分子数为2NANO可以是某些含低价氮物质氧化的产物NO是亚硝酸的酸酐氮的氧化物和硫的氧化物既是形成光化学烟雾，又是形成酸雨的主要物质工业合成氨属于人工固氮制二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气用湿润的碘化钾淀粉试纸鉴别Br2(g)和NO2N、Si、S的单质均能和氧气反应，生成的产物分别是NO2、SiO2和SO2答案：考点二 硝酸物理性质纯硝酸为无色、刺激性气味、易挥发液体，能与水以任意比例互溶，常用浓硝酸的质量分数大约为69%不稳定性浓硝酸遇光遇热易分解产生的NO2，浓硝酸贮存在棕色试剂瓶中，避光保存放置于阴凉处。4HNO3(浓)2H2O4NO2O2强氧化性常温下，浓硝酸、浓硫酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化，用铁、铝容器贮存冷的浓HNO3无论浓稀硝酸均具有强氧化性，与金属反应时不放出氢气Au和Pt不能被浓HNO3溶解，却可以溶解在王水中（王水是浓硝酸和浓盐酸按1：3的体积比配制成的的混和溶液）Au + HNO3 + 4HCl =HAuCl4+NO+2H2O 3Pt + 4HNO3 + 18HCl =3H2PtCl4 +4NO+ 8H2OCu与浓HNO3反应：Cu + 4HNO3（浓） Cu（NO3）2 + 2NO2 + 2H2OCu与稀HNO3反应：3Cu + 8HNO3（稀） 3Cu（NO3）2 + 2NO + 4H2O碳与浓HNO3反应：C4HNO3(浓)CO24NO22H2O与某些还原性化合物或离子（H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2等）反应，如3Fe24HNO=3Fe3NO2H2O有机反应浓硝酸与苯及其同系物发生硝化反应，与醇发生酯化反应，与蛋白质发生颜色反应等HNO3H2O工业制法4NH35O24NO6H2O2NOO2=2NO23NO2H2O=2HNO3NO用途用于制炸药、染料、塑料、硝酸盐【考点演练】下列说法正确的是 。1 mol Fe溶于过量硝酸，电子转移数为2NA A将铜丝插入稀硝酸中：Cu4H2NO=Cu22NO2H2O将铁屑放入稀HNO3中证明Fe比H2活泼向稀HNO3中滴加Na2SO3溶液：SO2H=SO2H2OSO2和SO3混合气体通入Ba(NO3)2溶液可得到BaSO3和BaSO4将可调高度的铜丝伸入稀HNO3中，溶液变蓝，说明铜与稀HNO3发生置换反应稀硝酸可除去试管内壁的银镜过量的铜与浓硝酸反应，产物中一定有NO将相同质量的铜分别与足量的浓硝酸、稀硝酸反应，硝酸浓度越大消耗的硝酸越少，产生的有毒气体也越少Fe2、Mg2、Cl、NO能大量共存于pH0的溶液中向Fe(NO3)2溶液中滴加稀盐酸，无明显变化在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，再加入Cu(NO3)2固体，铜粉仍不溶解答案：考点三 氨气和铵盐1.氨气的性质分子结构，氨气由极性键形成的三角锥形的极性分子，N原子有一孤对电子；N -3价，为N元素的最低价态物理性质无色、刺激性气味的气体，密度比空气小，极易溶于水，常温常压下1体积水能溶解700体积的氨气，易液化（可作致冷剂）喷泉实验喷泉实验的原理：气体在溶液中溶解度大或者可与液体发生剧烈反应，且不再产生新的气体或者气体体积急剧减小，造成烧瓶内外压强差较大，即可发生“喷泉”现象喷泉实验的操作要点：烧瓶中充满干燥气体，挤出胶头滴管中的水，打开止水夹喷泉实验成功的关键：收集氨气的烧瓶要干燥；收集的氨气要全充满；装置要密闭不漏气；玻璃管的长度不能过长；实验不可能实现全充满化学性质与水反应氨气溶于水，大部分与水结合成一水合氨（NH3H2O），一水合氨少部分电离，因此氨水显弱碱性。而NH3H2O不稳定，受热极易生成NH3和H2O NH3H2O NH3H2ONH4+OHNH3H2ONH3+H2O 与酸反应NH3HClNH4Cl（产生白烟，可用于检验NH3）NH3HNO3NH4NO3（产生白烟）2NH3H2SO4(NH4)2SO4（吸收NH3的方法）与盐溶液的反应如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式：Al33NH3H2O=Al(OH)33NH催化氧化4NH35O24NO6H2ONH3中的氮元素的价态为-3价，因此NH3不仅能被催化氧化生成NO，在纯氧中燃烧能生成N2。在一定条件下，NH3还能被Cl2、CuO等氧化检验NH3是唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，可用于氨气的检验用途制硝酸、铵盐、纯碱、尿素、制冷剂等2.氨气的实验室制法反应原理2NH4ClCa(OH)2CaCl22NH32H2O制取装置收集方法只能用向下排空气法收集，并在收集的试管口塞上棉花，防止生成的NH3和空气对流，确保收集到纯净的氨气验满方法用湿润的红色石蕊试纸(变蓝)；用蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口(白烟)气体干燥用碱石灰（NaOH与CaO的混合物）或生石灰在干燥管或U型管中干燥，不能用浓硫酸、硅胶、五氧化二磷、氯化钙干燥其它方法用浓氨水加固体NaOH（氧化钙）或加热浓氨水快速制取氨气3.铵盐晶体组成由铵离子和酸根离子构成的盐，叫铵盐物理性质所有的铵盐都是无色晶体，都能溶于水化学性质水解性在水溶液中铵根离子水解NH4+H2O NH3H2O+H+与强碱反应铵盐与强碱反应产生氨气NH4+OH-NH3+H2O热稳定性NH4ClNH3HClNH4HCO3NH3CO2H2ONH的检验未知液呈碱性湿润的红色石蕊试纸变蓝色，则证明含NH【考点演练】下列说法正确的是 。因为NH4HCO3受热易分解，故可用作氮肥A下列物质间的转化能够实现：N2NH3NH4Cl(aq)H4Cl溶液与Ca(OH)2溶液混合的离子方程式为HOH=H2O用生石灰与浓氨水制得的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，说明NH3为碱性气体(检验溶液中是否含有NH：取少量试液于试管中，加入NaOH溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体加热盛有NH4Cl的试管，试管底部有固体消失，试管口有晶体凝结，说明NH4Cl固体可以升华实验室制取氨气：施肥时，草木灰(有效成分为K2CO3)不能与NH4Cl混合使用，是因为K2CO3与NH4Cl反应生成氨气会降低肥效加热NH4Cl和Ca(OH)2混合物，并将产生的气体通入酚酞溶液中，酚酞溶液变成红色测0.1mol/L氨水的pH为11的，氨水的电离方程式：NH3H2ONH4+OH-向Al2(SO4)3溶液中加入过量氨水的离子方程式：Al3+3NH3H2O=Al(OH)3+3NH4+NH3、O2和HNO3三种物质中，任意两种物质在一定条件下均能发生反应答案：【过关练习】1. (沈阳2017届高三调考)如下图，利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所做的解释正确的是()选项实验现象解释A浓盐酸附近产生白烟NH3与浓盐酸反应产生了NH4Cl固体B浓硫酸附近无明显现象NH3与浓硫酸不发生反应C氯化物溶液变浑浊该溶液一定是AlCl3溶液D干燥红色石蕊试纸不变色，湿润红色石蕊试纸变蓝NH3是一种可溶性碱解析：NH3能与HCl发生化合反应，生成NH4Cl白色固体；NH3也能与H2SO4发生化合反应，生成(NH4)2SO4；NH3与氯化物溶液反应生成氢氧化物沉淀，该氯化物可以是氯化铝、氯化镁等；NH3溶于水生成NH3H2O，NH3H2O是一种可溶性碱，NH3是氢化物。答案：A 2.(唐山2017届模拟)“绿色化学实验”已走进课堂，下列做法符合“绿色化学”的是 ()实验室收集氨气采用图1所示装置实验室中做氯气与钠的反应实验时采用图2所示装置实验室中用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨气与酸生成铵盐的实验实验室中采用图3所示装置进行铜与稀硝酸的反应AB C D 3.(松江2017届调考)某同学探究氨和铵盐的性质，对相关实验操作及现象描述正确的是( ）A室温下测定等浓度氨水和NaOH溶液的pH，比较氨水和NaOH碱性强弱B将氨水缓慢滴入AlCl3溶液中，研究Al(OH)3的两性C将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近，观察到白烟D加热除去NH4Cl中的少量NaHCO3解析：氨水的主要成分NH3H2O是弱电解质，氢氧化钠是强电解质，前者部分电离，后者完全电离，故通过室温下测定等浓度氨水和NaOH溶液的pH，可比较氨水和NaOH碱性强弱，A正确；由于NH3H2O是弱碱，Al(OH)3不能溶于氨水中，故无法验证Al(OH)3的酸性，B错误；浓硫酸无挥发性，无法观察到白烟，C错误；NH4Cl受热也会分解，故不可采用加热法除杂，D错误。答案：A4.(江西师大附中2017届月考一)随着我国汽车年销量的大幅增加，同时也带来了严重的空气污染。汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与催化作用的过程如图所示，下列说法正确的是()A反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物B汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2CNO和O2必须在催化剂表面才能反应D催化转化总化学方程式为2NOO24CO4CO2N2 5.(沈阳2017届质检)工业上常采用生物硝化法将NH转化为NO来处理氨氮废水，工作流程如图，下列说法错误的是()A生物硝化法处理废水，会导致水体pH逐渐下降：NH2O2=NO2HH2OB长期过量使用NH4Cl等铵态化肥，易导致土壤酸化，水体富营养化C检验NH所需的试剂是浓NaOH溶液、湿润的蓝色石蕊试纸D微生物保持活性的pH范围为79，可以加入石灰石来调节水体的pH解析：根据流程图可知A项正确；NH4Cl水解呈酸性，长期过量使用会导致土壤酸化，也会导致水体富营养化，B项正确；检验NH应使用红色石蕊试纸，C项错误；由选项A可知，生物硝化法处理废水会使水体呈酸性，可以加入石灰石与H反应来调节水体的pH，D项正确。答案：C6.（2017年高考北京卷）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由中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体B红棕色气体不能表明中木炭与浓硝酸产生了反应C由说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物D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解析：有红棕色气体产生可能是因为浓硝酸受热分解生成了二氧化氮和氧气，而有二氧化碳生成，说明碳的化合价升高，有氧化还原反应规律，浓硝酸中的氮元素化合价必然降低生成红棕色二氧化氮气体，故答案选D。答案：D 7.(南通2017届调研)下列装置适用于实验室制氨气并验证氨气的某化学性质，其中能达到实验目的的是()A用装置甲制取氨气 B用装置乙除去氨气中的水蒸气C用装置丙验证氨气具有还原性 D用装置丁吸收尾气 8.（2017年高考全国卷）凯氏定氨法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3+H3BO3=NH3H3BO3；NH3H3BO3+HCl= NH4Cl+ H3BO3。回答下列问题：（1）a的作用是_。（2）b中放入少量碎瓷片的目的是_，f的名称是_。（3）清洗仪器：g中加蒸馏水，打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路：停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是_；打开k2放掉水，重复操作23次。（4）仪器清洗后，g中加入硼酸（H3BO3）和指示剂，铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k1，d中保留少量水，打开k1，加热b，使水蒸气进入e。d中保留少量水的目的是_。e中主要反应的离子方程式为_，e采用中空双层玻璃瓶的作用是_。（5）取某甘氨酸（C2H3NO2）样品m 克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为cmolL-1的盐酸V mL，则样品中氮的质量分数为_%，样品的纯度_%。中空双层玻璃瓶的作用是减少热量损失，有利于铵根转化为氨气逸出。（5）由题意可知甘氨酸中n（C2H3NO2）=n（N）= n（HCl）=cV103mol，则样品中氮的质量分数为，样品的纯度。答案：（1）安全管，烧瓶内气压过大，水会进入a管中维持压强平衡（2）防止暴沸 直型冷凝管（3）c、e及其所连接的管道内水蒸气冷凝为水后，气压远小于外界大气压，在大气压的作用下，锥形瓶内的蒸馏水被倒吸入c中（4）防漏气，便于检验d氨是否完全蒸馏出来 NH4+OH-NH3+H2O，减少热量损失，有利于铵根转化为氨气逸出（5） ，9.（2017年高考北京卷） SCR和NSR技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NOx排放。（1）SCR（选择性催化还原）工作原理：尿素CO(NH2)2水溶液热分解为NH3和CO2，该反应的化学方程式：_。反应器中NH3还原NO2的化学方程式：_。当燃油中含硫量较高时，尾气中SO2在O2作用下会形成(NH4)2SO4，使催化剂中毒。用化学方程式表示(NH4)2SO4的形成：_。尿素溶液浓度影响NO2的转化，测定溶液中尿素（M=60 mgL1）含量的方法如下：取a g尿素溶液，将所含氮完全转化为NH3，所得NH3用过量的v1 mL c1 molL1 H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用v2 mL c2 molL1 NaOH溶液恰好中和，则尿素溶液中溶质的质量分数是_。（2）NSR（NOx储存还原）工作原理：NOx的储存和还原在不同时段交替进行，如图a所示。通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实验NOx的储存和还原。储存NOx的物质是_。用H2模拟尾气中还原性气体研究了Ba(NO3)2的催化还原过程，该过程分两步进行，图b表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系。第一步反应消耗的H2与Ba(NO3)2的物质的量之比是_。还原过程中，有时会产生笑气（N2O）。用同位素示踪法研究发现笑气的产生与NO有关。在有氧条件下15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO。将该反应的化学方程式补充完整：_15NNO+H2O反应物有15NO与NH3，结合产物中有水，可知还有另一反应物O2，且NH3是还原剂，15NO与O2是氧化剂，因产物均为15NNO，则15NO与NH3以1:1参加反应，结合电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式415NO+4NH3+3O2415NNO+6H2O。答案：（1）CO(NH2)2+H2O2NH3+CO28NH3+6NO27N2+12H2O2SO2+O2+4NH3+2H2O=2(NH4)2SO4（2）BaO81415NO+4NH3+3O2415NNO+6H2O 10.亚硝酸钠(NaNO2)在纤维纺织品的染色和漂白、照相、生产橡胶、制药等领域有广泛应用，也常用于鱼类、肉类等食品的染色和防腐。但因其有毒，所以在食品行业用量有严格限制。现用下图所示仪器(夹持装置已省略)及药品，探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物的成分。已知：NONO22OH=2NOH2O气体液化的温度：NO2为21 ，NO为152 (1)为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序(按左右连接)为A、C、_、_、_。(2)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，排除装置中的空气，目的是_。(3)在关闭弹簧夹、打开分液漏斗活塞、滴入70%硫酸后，A中产生红棕色气体。确认A中产生的气体含有NO，依据的现象是_。装置E的作用是_。(4)如果向D中通入过量O2，则装置B中发生反应的化学方程式为_。如果没有装置C，对实验结论造成的影响是_。(5)通过上述实验探究过程，可得出装置A中反应的化学方程式是_。答案：(1)EDB(2)防止可能产生的NO被氧化成NO2，造成对A中反应产物检验的干扰(3)装置D中通入氧气后出现红棕色气体冷凝，使NO2完全液化(4)4NO2O24NaOH=4NaNO32H2O水蒸气会与NO2反应产生NO，造成对NO的来源认识不清(5)2NaNO2H2SO4=Na2SO4NO2NOH2O11.某小组的同学欲探究NH3经一系列反应得到HNO3和NH4NO3的过程。NH3的转化过程如图所示。甲、乙两同学分别按下图所示装置进行实验。用于A、B装置中的可选药品：浓氨水、30% H2O2溶液、蒸馏水、NaOH固体、MnO2。(1)装置A的圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为_。装置E有多种作用，下列关于装置E的作用或其中所盛液体的说法中，不正确的是_(填字母)。a使氨气和氧气充分混合b控制通入氨气和氧气的体积比c平衡装置内的压强d锥形瓶内液体是饱和食盐水(2)甲同学先点燃酒精灯，再打开K1、K2、K3、K4，反应一段时间后，成功模拟了反应过程，并将实验中产生的气体持续通入装置H一段时间后，H中的溶液变成蓝色，则其中铜片所参与反应的离子方程式为_，若制得的氨气仅按的顺序完全转化为硝酸，欲使装置H中所得溶液为纯净的CuSO4溶液(忽略Cu2的水解)，理论上所需氨气在标准状况下的体积为_L(假设硝酸与铜反应产生的还原产物全部排出反应装置)。(3)乙同学为模拟过程的反应，在甲同学操作的基础上对该装置进行了下列各项中的一项操作，使G处圆底烧瓶中产生大量白烟，你认为这项操作是_(填字母)。a关闭K3并熄灭酒精灯b关闭K4并熄灭酒精灯c关闭K3、K4并熄灭酒精灯(4)丙同学认为该系列实验装置存在一处明显的设计缺陷，你认为该设计缺陷是_。答案：(1)2H2O22H2OO2d(2)3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O2.24(3)a(4)缺少尾气处理装置
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