第四节 氮及其化合物
1.了解氮单质及其重要化合物(NH3、铵盐、NOx、HNO3等)的主要性质及应用。(高频) 2.了解氮及其重要化合物对环境质量的影响。
氮及其氧化物
1．自然界中氮的存在和氮的固定
2．N2的性质
4无色无味的气体，占空气体积的__5__左右。
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3．一氧化氮、二氧化氮
颜色 物理性质 毒性 溶解性 化学性质 与O2反应 与H2O反应 NO 无色 有毒 难溶于水 2NO＋O2===2NO2 ①与血红蛋白结合，使人中毒 与人体、环境的关系 ②转化成NO2，形成酸雨、光化学烟雾 形成酸雨、光化学烟雾 NO2 红棕色 有毒 易溶于水 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 氨、铵盐
1．氨的性质
无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化。极易溶于水(1∶700)。 (1)与水反应：NH3＋H2O－
NH3·H2ONH4＋OH
＋
，氨的水溶液叫氨水，呈弱碱性。 (2)还原性
催化剂
与氧气反应：4NH3＋5O2=====4NO＋6H2O。(工业制HNO3的基础反应)
△(3)与酸反应
与氯化氢反应：NH3＋HCl===NH4Cl，
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现象：产生白烟。
应用：用于NH3与挥发性酸的互相检验。 2．铵盐的性质
铵盐都是白色或无色晶体，都易溶于水，属于离子化合物 △
(1)不稳定性：NH4Cl=====NH3↑＋HCl↑， △
NH4HCO3=====NH3↑＋CO2↑＋H2O。
△
(2)与强碱反应：NH4Cl＋NaOH=====NH3↑＋NaCl＋H2O。 应用于NH＋4的检验和NH3的制取。 3．NH3的制取原理
高温高压(1)工业制法：N2＋3H22NH3。
催化剂△
(2)实验室制法：2NH4Cl＋Ca(OH)2=====CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
硝酸
硝酸是易挥发的有刺激性气味的液体，与水互溶。 1．强氧化性 (1)与金属反应：
①与除Au、Pt外大部分金属反应(如Cu)： Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O； 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 ②常温下浓HNO3使Fe、Al钝化。 (2)与非金属(如木炭)反应：
△
C＋4HNO3(浓)=====CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
－－
(3)与某些还原性化合物(如Fe2＋、SO23、I等)反应。如FeCl2与稀HNO3反应
3＋
的离子方程式为3Fe2＋＋4H＋＋NO－3===3Fe＋NO↑＋2H2O。
2．不稳定性
光或△
4HNO3(浓)=====4NO2↑＋O2↑＋2H2O
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故硝酸应保存在棕色试剂瓶中，并放在冷暗处。
3．王水：浓HNO3与浓盐酸的体积比为1∶3，能溶解金、铂。
1．易误诊断(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)NO只能用排水法收集，不能用排空气法收集的理由是密度与空气接近( )
(2)NO2与H2O反应中，NO2只作氧化剂( ) (3)NH3的水溶液呈碱性，故NH3为碱( ) (4)浓氨水与所有浓酸相遇均能形成白烟( )
(5)所有铵盐受热易分解，但不一定均能生成NH3( ) (6)硝酸的还原产物一定为NO或NO2( )
(7)足量Cu与一定浓HNO3反应，生成的气体中含有NO2和NO气体( ) 【答案】 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√ 2．写出下列反应的离子方程式
(1)NO2通入水中：____________________________________________。 (2)NH3通入盐酸中：__________________________________________。 (3)氨水与盐酸混合：___________________________________________。 (4)NaOH溶液与NH4Cl溶液混合共热：__________________________。 (5)Cu投入浓HNO3中：_______________________________________。 (6)Cu投入稀HNO3中：_______________________________________。 【答案】 (1)3NO2＋H2O===2H＋＋2NO－3＋NO (2)NH3＋H＋===NH＋4
(3)NH3·H2O＋H＋===NH＋4＋H2O △
(4)NH4＋OH=====NH3↑＋H2O
＋
－
2＋
(5)Cu＋4H＋＋2NO－3===Cu＋2NO2↑＋2H2O 2＋(6)3Cu＋8H＋＋2NO－3===3Cu＋2NO↑＋4H2O
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3．(2014·厦门模拟)氨(NH3)是重要的含氮化合物。 为了在实验室制取干燥的氨气，甲、乙、丙三位同学分别设计了如下图三套实验装置：
甲 乙 丙
(1)实验装置和所用药品都正确的是________(填“甲”“乙”或“丙”)。不正确的理由是______________。
(2)写出实验室制取氨气的化学方程式_______________________________。 (3)试管口棉花的作用是________________________________________。 【答案】 (1)丙 甲不正确是因为无干燥装置，乙不正确是因为浓H2SO4吸收NH3，无法收集到NH3
△
(2)2NH4Cl＋Ca(OH)2=====CaCl2＋2NH3↑＋2H2O (3)防止空气进入试管，避免NH3与空气对流
氮及其化合物转化的一主线
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O2O2H2ONH3
N2―→NH3――→NO――→NO2――→HNO3――→NH4NO3
氨气的3个性质：①NH3与H2O ②NH3与酸 ③NH3与O2
铵盐与碱反应的2个应用
①实验室制NH3 ②检验铵盐或NH＋4存在
硝酸的3个反应
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O， Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O， △
C＋4HNO3(浓)=====CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
1.氮及其化合物的转化关系
氮的氧化物和硝酸的主要性质及应用
2．硝酸的强氧化性及其规律 (1)硝酸与非金属单质的反应
硝酸与非金属单质反应时非金属单质一般被氧化为最高价氧化物或其对应的水化物，硝酸只表现为氧化性，完全转化为还原产物。
△
如C＋4HNO3(浓)=====CO2↑＋4NO2↑＋2H2O △
S＋6HNO3(浓)=====H2SO4＋6NO2↑＋2H2O (2)硝酸与金属反应的一般规律 ①硝酸与金属反应一般不产生氢气。
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②浓硝酸＋金属→硝酸盐＋NO2＋H2O，稀硝酸＋金属→硝酸盐＋NO＋H2O，稀硝酸也可能被还原为N2、N2O、NH3和NH4NO3等。
③硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。
④浓硝酸与铜反应时，若铜过量，反应开始时浓硝酸被还原为NO2，但随着反应的进行，硝酸变稀，其还原产物变为NO。
⑤铁与稀硝酸反应时，铁过量，氧化产物为Fe2＋；铁不足，氧化产物为Fe3＋；二者的量在一定范围内，可能生成Fe2＋和Fe3＋的混合物。
3．硝酸与金属反应的有关计算方法 (1)原子守恒：
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO－3的形式存在于溶液中；一部分作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)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)根据离子方程式的计算方法：
＋金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO－3在H2SO4提供H的条
件下能继续与金属反应，因此此类题目应根据离子方程式先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO－3进行计算。
(1)氮的氧化物都是大气污染物。
(2)空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。
(3)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。 (4)NO2既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。NO2能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝。
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(2013·上海高考)一定量CuS和Cu2S的混合物投入足量HNO3
－
中，收集到气体V L(标准状况)，向反应后的溶液中(存在Cu2＋和SO24)加入足量
NaOH，产生蓝色沉淀，过滤，洗涤，灼烧，得到CuO 12.0 g，若上述气体为NO和NO2的混合物，且体积比为1∶1，则V可能为( )
A．9.0 L B．13.5 L C．15.7 L D．16.8 L
【解析】 若混合物全是CuS，其物质的量为12/80＝0.15(mol)，电子转移数0.15×(6＋2)＝1.2(mol)。两者体积相等，设NO x mol，NO2 x mol，3x＋x＝1.2，计算得x＝0.3。气体体积V＝0.6×22.4＝13.44(L)；若混合物全是Cu2S，其物质的量为0.075 mol，转移电子数0.075×10＝0.75(mol), 设NO x mol，NO2 x mol, 3x＋x＝0.75，计算得x＝0.1875，气体体积0.375×22.4＝8.4(L)，因此选A。
【答案】 A
硝酸与金属反应的常见误区
(1)一般情况，浓HNO3和稀HNO3的还原产物分别为NO2和NO，当金属为活泼金属时，还原产物中氮的化合价也可以是－3、0、＋1、＋3等。
＋(2)NO－3的强氧化性是在H存在下才表现的，中性、碱性条件氧化性很弱。
(3)当足量不活泼金属与硝酸反应停止后，再加入其他酸(如H2SO4或盐酸)反应能继续进行。
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考向1 氮的氧化物的主要性质及污染防治方法
1．(2013·北京高考节选)NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。
(1)NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式：_____________________。
(2)在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NOx的排放。
①当尾气中空气不足时，NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式：___________________。
②当尾气中空气过量时，催化转化器中的金属氧化物吸收NOx生成盐。其吸收能力顺序如下：12MgO<20CaO<38SrO<56BaO。原因是____________，元素的金属性逐渐增强，金属氧化物对NOx的吸收能力逐渐增强。
【解析】 (2)①利用氧化还原反应中得失电子守恒可得出。②根据Mg、Ca、Sr和Ba的质子数，得知它们均为ⅡA族元素，同一主族的元素，从上到下，原子半径逐渐增大。
【答案】 (1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
催化剂
(2)①2CO＋2NO=====N2＋2CO2 ②根据Mg、Ca、Sr和Ba的质子数，得知它们均为ⅡA族元素。同一主族的元素，从上到下，原子半径逐渐增大
考向2 硝酸的氧化性实验探究 2.
(2014·浙江绍兴鲁迅中学高三期中)在如图所示装置中加入一定的铁粉，分液漏斗中加入一定体积浓度为12 mol·L－1的HNO3，加热并打开分液漏斗的活塞，使
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其充分反应后，下列微粒在该装置中一定大量存在的是( )
＋3＋
①NO－3 ②Fe ③H ④NO ⑤NO2
A．① B．①⑤
C．②④⑤ D．①②③⑤
【解析】 12 mol·L－1的HNO3属于浓硝酸，其和金属铁反应时，首先生成NO2、Fe(NO3)3和H2O，故此①⑤一定存在，由于铁粉的量不确定，其他微粒可能存在，也可能不存在，B项正确。
【答案】 B
氨气的实验室制法和性质探究 1.加热固态铵盐和碱的混合物制NH3
2．加热浓氨水制NH3
△
①反应原理：NH3·H2O=====NH3↑＋H2O
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②装置(如图1)：
图1 图2
3．浓氨水中加入固态碱性物质制NH3
①反应原理：浓氨水中存在以下平衡：NH3＋H2O
NH3·H2O
－
NH＋4＋OH，加入固态碱性物质(如
CaO、NaOH、碱石灰等)，使平衡逆向移动，同时反应放热，促进NH3·H2O的分解。
②装置(如图2)
氨气实验室制法的注意事项
(1)实验室用固体铵盐与碱共热制NH3时，不能使用NH4HCO3、NH4NO3及NaOH固体，因为NH4HCO3受热分解产生CO2，使制得的NH3不纯；NH4NO3受热时易发生爆炸；NaOH容易吸水结块，不利于NH3的产生和逸出，且加热条件下NaOH容易腐蚀玻璃。
(2)吸收氨气(或HCl)时要注意防止倒吸。
可用于吸收氨气(或HCl)并能防倒吸的常用装置为：
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某化学课外活动小组在实验室设计了如下图所示的实验装置，
进行“氨的催化氧化”实验。
(1)A处是气体发生装置，A中所用的试剂只能从下列物质中选取： ①硝酸铵 ②碳酸铵 ③碳酸氢铵 ④氯化铵 ⑤熟石灰 ⑥氢氧化钠 若A中制取气体时只用了一种药品，则该药品可以是________(填选项编号)，在只用一种药品制取氨气时，图中空白处所需仪器应为________(选填下列仪器编号，固定装置省略)。
(2)该装置补充完整后，仍然存在一定缺陷，试从安全与环保的角度来考虑，对该装置进行改进：
①_______________________________________________________； ②_______________________________________________________。 (3)按照改进后的装置进行实验，请完成以下问题：
①装置B的作用______________________________________________； ②写出C中发生反应的化学方程式：___________________________。 ③若A、B处试剂足量，则装置D中可以观察到的实验现象有____________。
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【解析】 (1)根据题意，A处只用一种试剂，完成氨的催化氧化，则可选取碳酸铵或碳酸氢铵，加热分解能产生氨气、二氧化碳和水，二氧化碳和水通过足量过氧化钠时，与过氧化钠反应生成氨的催化氧化所需的氧气，装置C中生成的NO与没反应的氧气同时通入水中，生成HNO3，与铜片反应。
(2)从安全角度考虑，在C、D之间加一个防倒吸的安全瓶，从环保角度应连一个尾气处理装置。
(3)A、B处试剂足量，说明O2足量，NH3足量，生成的HNO3能完全溶解Cu片，并且生成的NO被氧气氧化为NO2。
【答案】 (1)②或③ e、f、g、h
(2)①在装置C与D之间增加一个防倒吸装置 ②在D后增加一个尾气吸收装置
(3)①吸收CO2和水蒸气，并生成O2 Pt
②4NH3＋5O2=====4NO＋6H2O
高温
③铜片逐渐减少直至完全溶解，溶液变蓝色，生成无色气体并在广口瓶上方变成红棕色
考向1 NH3的制取与收集装置的选择
3．(2012·上海高考)实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置，其中正确的是( )
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A．①是氨气发生装置 B．③是氨气发生装置 C．②是氨气吸收装置 D．④是氨气收集、检验装置
【解析】 本题通过NH3的制取实验，意在考查考生实验分析、实验评价能力。①装置在管口处又生成NH4Cl，无法制得NH3，A项错误；选用装置③，使用浓氨水与CaO或NaOH作用，可制取NH3，B项正确；②作为NH3的吸收装置，漏斗插入水中，不能防止倒吸，C项错误；利用④收集NH3时，收集气体不纯，D项错误。
【答案】 B
考向2 氨的性质实验探究
4．如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( )
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选项 A B C D 实验现象 解释 NH3与HCl反应生成了NH4Cl固体 NH3与浓硫酸不发生反应 该溶液一定是AlCl3溶液 NH3是一种可溶性碱 浓盐酸附近产生白烟 浓硫酸附近无明显现象 氯化物溶液变浑浊 干燥的红色石蕊试纸不变色，湿润的红色石蕊试纸变蓝 【解析】 挥发出的HCl与NH3反应生成NH4Cl固体，产生白烟，A项正确。NH3与浓H2SO4反应，但因浓H2SO4难挥发故无明显现象，B项错。氨气溶于水，生成NH3·H2O，与NH3·H2O反应生成沉淀的金属阳离子不只有铝离子；干燥的红色石蕊试纸不变色，而湿润的红色石蕊试纸变蓝，可说明NH3溶于水生成的NH3·H2O为碱，但不能说NH3是碱，D项错。
【答案】 A
氨气的实验室制法
高考母题
下列说法是否正确？
①(2012·安徽高考)用NH4Cl固体和Ca(OH)2固体制备并收集NH3，需要的仪器有酒精灯、烧杯、导管、集气瓶。( )
②(2012·福建高考)用湿润的红色石蕊试纸检验氨气。( )
③(2010·广东高考)如图1的实验装置，实验开始后，可以看到烧杯中先出现白色沉淀，后溶解。( )
④(2012·上海高考)如图2是NH3收集检验装置。( )
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图1 图2
【答案】 ①× ②√ ③× ④×
教材溯源
(人教必修1P99图4－29)
加热氯化铵和氢氧化钙的混合物制取氨
命题展望
氨气的实验室制备是八大气体(H2、O2、Cl2、CO2、SO2、NH3、NO、NO2)的典型代表。教材中通过实验室制取NH3的实验，说明了实验室制取NH3的反应原理、装置特点、收集和检验方法，而高考命题则将这些知识点迁移到实验原理和装置的创新中。命题者还可能从下面出题点设计题目
1．实验室制取NH3，能否用NH4Cl直接加热分解制取？ 【提示】 否，NH4Cl分解产生的NH3和HCl又生成NH4Cl。 2．干燥NH3能否用NaOH固体作干燥剂？ 【提示】 可以。
3．浓氨水加热或向浓氨水中加CaO和NaOH能否制取NH3? 【提示】 能。
4．除了用湿润的红色石蕊试纸检验NH3外，还有什么方法？ 【提示】 用蘸有浓盐酸玻璃棒靠近管口，看是否有白烟生成。 5．干燥氨气能否用浓H2SO4、无水CaCl2做干燥剂？ 【提示】 不能；原因：2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4、
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8NH3＋CaCl2===CaCl2·8NH3，应该用碱石灰做干燥剂。
6．实验室制取NH3的装置中，要用稀硫酸浸湿的棉花团堵在收集NH3的试管口，其作用是什么？
【提示】 吸收多余的氨气，防止污染环境，减少氨气与空气的对流，收集到纯净的氨气。
7．收集NH3时，如何进行验满？
【提示】 用湿润的红色石蕊试纸靠近管口，看试纸是否变蓝；或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，看是否产生白烟。
8．吸收氨气制氨水的装置应如何组装？画出简图。
【提示】
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