第4讲 氮及其化合物

第4讲氮及其化合物

【教学目标】

知识与技能：掌握氮气及氮的氧化物化性；掌握硝酸的化性；结合金属与HNO3的反应，掌握守恒法的计算技巧。了解氨气、铵盐的性质及用途；掌握氨气的实验室制法。掌握铵根离子的检验。

过程与方法：学生通过基础知识点的练习和教师的讲解掌握知识内容；

情感态度与价值观：通过对氮及其化合物的归纳与比较，培养学生归纳整合的能力；

【教学重、难点】氮的氧化物和硝酸的化性；

【教学方法】启发、诱导、分析、对比、归纳、自学等方法。

【课时安排】4 课时

【教学过程】

考点一氮气及其氧化物

一、知识梳理

1．氮气

2．氮的氧化物

氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。

特别提醒(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。

习题讲解：3．如何鉴别NO2与溴蒸气？

分析：由于NO2和Br2在性质上有不少相似性：①均具有氧化性；②溶于水均有酸生成；③均可与碱反应；

④均为红棕色等。所以不能用淀粉-KI试纸、pH试纸、NaOH溶液来鉴别，但二者性质又有差别，可以用下列方法鉴别：①AgNO3溶液；②CCl4溶液；③用水洗法。

【小结】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：NO x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：NO x排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。

(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NO x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)。一般适合工业尾气中NO x的处理。

(2)催化转化：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NO x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。

考点二硝酸的性质及应用

一、知识梳理

1．物理性质：

2．化学性质

(1)不稳定性：4HNO3(浓) 2H2O＋4NO2↑＋O2↑。

(2)强氧化性：浓、稀都有强氧化性，且浓度越大氧化性越强。

按要求完成下列反应的方程式：

①与金属反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；

Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。

②与非金属反应：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。

3Fe2＋＋4H＋＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。

(3)与有机物反应①硝化反应(与C6H6反应)：C6H6＋HNO3浓硫酸C6H5NO2＋H2O；

②颜色反应：蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。

讲解习题

【小结】解答氮氧化物溶于水的计算问题首先应明确原理

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，总关系式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。

(2)若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。

2．注意原子守恒和得失电子守恒的运用

有关氮的氧化物的计算，从反应实质看都是氧化还原反应。可以从得失电子数相等或原子守恒的角度分析，简化计算过程。如NO x与O2、H2O转化为硝酸的计算，则反应中O2得到的电子数与NO x失去的电子数相等。

考点三氨和铵盐

一、知识梳理

1．氨的分子结构和性质

(1)物理性质(2)分子结构电子式：，空间结构：三角锥形。

(3)氨的化学性质①与水的反应NH3＋H2O NH3·H2O ＋OH－，

②氨气与酸反应：

a．蘸有浓盐酸或浓硝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。

HCl＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。

b．与CO2反应：NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3或2NH3＋CO2＋H2O===(NH4)2CO3。

③NH3的还原性——氨的催化氧化4NH3＋5O2 4NO＋6H2O。

④与盐溶液反应：将氨水加入FeCl3溶液AlCl3溶液，写出离子方程式

(4)氨气的实验室制法

2．铵盐及的检验

(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) 的检验：湿润的红色石蕊试纸变蓝色，则证明含

3．追根求源——喷泉实验的原理

(1)喷泉实验的原理：压强差

(2)能形成喷泉的条件：气体要易溶于水或易与水反应，形成足够大的压强差；烧瓶内气体要充满，气体

和仪器均要干燥，装置的气密性要好。

(3)可以形成喷泉的组合：液体是水时，NH3、HCl、SO2、NO2＋O2等气体均可；液体是NaOH溶液时，Cl2、CO2、H2S、SO2等气体均可。另外SO2和氯水、CH2===CH2与溴水等组合也可形成喷泉。总之，组合条件是：气体在溶液中的溶解度很大或通过反应，使气体的物质的量迅速减小，产生足够的压强差(负压)。

产生压强差的方法一般有：一是使烧瓶外气压增大，烧瓶内气压不变；二是使烧瓶外气压不变，烧瓶内气压减小。上述形成喷泉的组合选用的是第二种方法。

讲解练习

3解析铜与浓、稀硝酸反应均被氧化为Cu2＋，铜片质量相同时转移电子数相同，①正确；浓硝酸的氧化性强，与铜反应时反应速率快，②错误；浓、稀硝酸足量，铜片全部反应，因此反应后溶液中Cu2＋浓度相同，③正确；根据浓、稀硝酸与铜反应的化学方程式可知，反应后生成气体的物质的量不同，同温同压时体积也不同，④错误。

【小结】1硝酸与金属反应的规律

(1)HNO3与金属反应一般不能产生H2。

(2)还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。

(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。

2．涉及HNO3的离子反应常见的易错问题

(1)忽视NO－3在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下NO－3不能与Fe2＋、I－、SO2－3、S2－等离子大量共存。

(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。

3.金属与硝酸反应计算题的一般方法

思维建模

计算中的守恒思想的应用

(1)原子守恒法

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－3)＝c(H＋)＋nc(M n＋)(M n＋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－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或H＋或NO－3进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。

讲解练习题组2

4.解析根据原子守恒法计算。①被还原的硝酸物质的量即为气体NO2与NO物质的量的总和，n(HNO3)被还原＝0.05 mol，②未被还原的HNO3的物质的量等于Cu(NO3)2中NO－3的物质的量，n(Cu)＝0.03 mol，所以

n[Cu(NO3)2]＝0.03 mol，③消耗的HNO3的物质的量为0.03 mol×2＋0.05 mol＝0.11 mol，故C项正确。

5.解析该题氮元素变化为硝酸―→氮的氧化物―→硝酸，所以题目中的反应可以看成是铜与氧气的反应，其中硝酸为“催化剂”，所以铜的物质的量为0.5 mol，即32 g。

6．解析金属和混酸反应通过离子方程式计算比较简便，3Fe＋8H＋＋2NO－3===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O(铁过量，产物为Fe2＋)，反应中Fe和H＋过量，生成的NO的量以NO－3为准来计算，共得NO 0.448 L，若只考虑到这一步反应，得答案A是错误的，因为过量的铁还可以和溶液中过量的H＋反应产生H2，即有Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，生成的H2为0.224 L，所以气体体积共计0.672 L，应选B。

考点四 氮及其重要化合物的综合应用

一、知识梳理

讲解习题

2.解析 本题考查氮、硫及其化合物的转化关系。由D 的相对分子质量比C 的相对分子质量大16，容易联想D 比C 增加1个氧原子，则D 可能是氧化物，而E 为酸，则应为含氧酸，而Y 是能提供“O ”的物质，A 为正盐，与碱反应放出的物质能连续两次氧化最后得一含氧酸，可推知A 可能是铵盐：A ――→OH －NH 3――→[O]NO ――→[O]NO 2――→H 2O HNO 3，而A 与强酸反应时，生成的物质也会连续氧化两次，最后生成含氧酸，则A 可能为硫化物(含S 2－)：A ――→H ＋H 2S ――→[O]SO 2――→[O]SO 3――→H 2O

H 2SO 4，综上所述可确定A 是(NH 4)2S 。

4解析 本题探究NO 与过氧化钠的反应，实验设计必须考虑如下因素：①产生NO 时，要除尽装置中的空气；②装置必须干燥，防止水与过氧化钠反应；③排尽装置中的二氧化碳，防止二氧化碳与过氧化钠反应；④采取措施，防止空气进入装置。信息挖掘：反应①暗示如果产物中有硝酸钠，受热会产生氧气；信息②暗示若D 中固体呈黄色，一定有硝酸钠、亚硝酸钠以外的物质生成；亚硝酸钠具有还原性，加入强氧化剂如酸性高锰酸钾溶液，会发生反应，高锰酸钾溶液由红色变成无色。信息③暗示亚硝酸钠溶液呈弱碱性，若产物溶于水呈强碱性，说明有强碱生成。若显中性，说明没有亚硝酸钠生成。

6解析 (1)检查装置气密性时要将装置设置成密闭体系(关闭分液漏斗活塞并在G 中加入水)，然后利用热膨胀原理来检验。

(2)NaNO 2中N 元素显＋3价，在反应中将(NH 4)2SO 4中－3价氮氧化，两者发生归中反应生成N 2，根据电子守恒和质量守恒来配平化学方程式。

(3)由于开始装置中含有空气，故利用硫酸亚铁除去空气中的O 2及反应中生成的氮氧化物；浓硫酸的作用是作吸水剂，将生成的N 2干燥。

(4)镁是活泼金属，在加热条件下能与氮气反应生成氮化镁。

(5)Mg 3N 2能与水反应生成NH 3，故只要检验加入水后能否生成氨气即可知是否有Mg 3N 2生成；金属镁的检验可以通过加入酸来检验。

7.依据Fe ＋4HNO 3(稀)===Fe(NO 3)3＋NO ↑＋2H 2O 及Fe ＋6HNO 3(浓)===Fe(NO 3)3＋3NO 2↑＋3H 2O 可知，硝酸浓度越大，消耗的硝酸越多，①错；根据铁原子守恒，最后生成的Fe(NO 3)3的物质的量相同，②正确；③硝酸浓度越大，产生的气体越多，③错；因3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO ，故用排水法收集到的气体均为NO ，且在相同状况下体积相同，④正确。

10.解析 关键看图，铁粉既能与硝酸反应也能与硫酸反应，从题干图中看出(注意只是第二份100 mL)OA 段

产生的是NO ，AB 段的反应为Fe ＋2Fe 3＋===3Fe 2＋，BC 段产生氢气，反应为Fe ＋2H ＋===Fe 2＋＋H 2↑，可知

NO －3反应完了，第二份中NO －3应为 5.6 g 56 g·mol －1

×3÷3＝0.1 mol ，溶液中最终溶质为FeSO 4，此时反应的铁的质量是14 g ，即0.25 mol ，故原混合酸中H 2SO 4浓度为0.25 mol 0.1 L

＝2.5 mol·L －1，NO －3物质的量为0.2 mol 。所以选A 。

12.解析 本框图题的突破口之一是“白烟”，是挥发性酸和氨气相遇后的产物，由此可推知D 是H 2，突破口之二是“红棕色气体”，F 应为NO 2，反推可知E 为NO ，C 为O 2，Z 为H 2O ，Y 为NH 3，X 为HCl ，G 为HNO 3。

(4)两者恰好完全反应时生成NH 4Cl ，铵根离子水解而使溶液显酸性。 14.解析 (1)根据NO 、NO 2的液化温度和性质可知装置D 用于检验NO ，装置E 用于检验NO 2，装置B 为尾气处理装置，NO 2会干扰NO 的检验，所以为了检验装置A 中的气体产物，仪器的连接顺序是A 、

C 、E 、

D 、B 。(2)由于NO 极易氧气氧化为NO 2，所以先通入一段时间氮气，排除装置中的空气，防止可能产生的NO 被氧化成NO 2，造成对A 中反应产物检验的干扰。(3)利用装置D 检验NO 。开始时装置D 中无色，通入氧气后出现红棕色气体即可证明NO 的存在。(4)因为NO 2、O 2和水共同作用可以产生HNO 3，所以装置B 中发生反应的化学方程式为4NO 2＋O 2＋4NaOH===4NaNO 3＋2H 2O 。如果没有装置C ，A 中挥发出的水蒸气能与NO 2反应产生NO ，造成对NO 的来源认识不清。(5)装置A 中发生反应的化学方程式是2NaNO 2＋H 2SO 4===Na 2SO 4＋NO 2↑＋NO ↑＋H 2O 。