备战2024年高考化学精准复习讲义第14讲 氮及其重要化合物（原卷板）.docx

第14讲 氮及其重要化合物（原卷板）知识主线：H32OOO2HO3一、氮气及氮的氧化物1．氮元素存在形态及氮的固定(1)氮元素的位置、结构氮的原子结构示意图为___________，位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族氮原子的最外电子层有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)氮元素的存在既有游离态，又有化合态氮元素在自然界中主要以氮分子的形式存在于空气中(N2约占空气总体积的78%、总质量的75%)，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中(3)氮的固定①概念：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程，叫做氮的固定②氮的固定有三种途径a．自然固氮：自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物b．生物固氮：豆科植物根瘤菌将N2转化成氨 c．人工固氮：人类通过控制条件，将氮气转化为氮的化合物，最重要的人工固氮途径是工业合成氨2．氮气(1)物理性质：无色无味气体，密度比空气略小，难溶于水(2)分子结构：电子式：，结构式：N≡N；氮氮键很难断裂，通常情况下，氮气的化学性很质稳定、不活泼，不易与其他物质反应(3)化学性质：常温下氮气很稳定，N2的化学性质很不活泼，很难与其它物质发生反应，但这种稳定是相对的，在一定条件下(如：高温、放电、点燃)，也能跟某些物质(如：H2、O2、Mg等)发生反应①与氢气反应生成NH3：N2＋3H22NH3 ②与氧气在放电或高温条件下生成NO：N2＋O22NO③与活泼金属(Mg、Li)反应：3Mg＋N2Mg3N2 6Li＋N22Li3N 氮化镁与水的反应：Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2↓＋2NH3↑ (金属氮化物易水解，生成氨气和相应的碱)(4)氮气的制法①实验室制法：加热NH4Cl饱和溶液和NaNO2晶体的混合物：NaNO2＋NH4ClNaCl＋N2↑＋2H2O②工业制法：工业上从液态空气中，利用液态氮的沸点比液态氧的沸点低加以分离而制得氮气 (5)氮气的用途①工业上合成氨，制硝酸 ②在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发③保存粮食、水果等食品，以防止腐烂 ④医学上用液氮作冷冻剂，以便在冷冻麻醉下进行手术⑤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3．氮的氧化物氮元素有+1、+2、+3、+4、+5价，五种正价对应六种氧化物：(N2O)、(NO)、(N2O3)、(NO2、N2O4)、(N2O5)，其中N2O3和N2O5为酸性氧化物，分别是HNO2和HNO3的酸酐(1)一氧化二氮(N2O)：俗称笑气，常作麻醉剂(2)一氧化氮(NO)①物理性质：无色、无味的有毒的气体，密度比空气略大，难溶于水 ②实验室制法：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，只能用排水法收集③化学性质：既有氧化性又有还原性，以还原性为主a．易被O2氧化为NO2而变红棕色：2NO＋O2===2NO2 (收集NO气体必须用排水集气法)b．NO与酸性KMnO4反应：5NO＋3MnO4－＋4H＋===5NO3－＋3Mn2＋＋2H2Oc．NO与酸性K2Cr2O7反应：2NO＋Cr2O7－＋6H＋===2NO3－＋2Cr3＋＋3H2O④对人体、环境的影响：①与血红蛋白结合，使人中毒 ②转化成NO2，形成酸雨、光化学烟雾(3)三氧化二氮(N2O3)：亚硝酸的酸酐，可与水作用生成亚硝酸，N2O3＋H2O===2HNO2(4)二氧化氮(NO2)①物理性质：红棕色有剌激性气味的有毒气体，易溶于水且与水能发生反应②实验室制法：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，只能用排空气法收集③化学性质：既有氧化性又有还原性，以氧化性为主，NO2能氧化SO2、KI等物质a．与SO2的反应：NO2＋SO2===SO3＋NO b．与碘化钾溶液的反应：NO2＋2KI===2KNO2＋I2 (NO2能使湿润的淀粉KI试纸为蓝)c．与水的反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NOd．与氢氧化钠溶液的反应：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2Oe．与N2O4相互转化：2NO2N2O4 ④对人体、环境的影响：形成酸雨、光化学烟雾【注意】a．在实验测定NO2、N2O4的相对分子质量、比较相同条件下相同物质的量的气体体积大小，以及涉及到NO2气体的颜色深浅、压强、密度等方面时要考虑2NO2N2O4反应b．由于NO2气体和溴蒸气都为红棕色气体，都能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，溴蒸气和NO2通入NaOH溶液均形成无色溶液。

故不能用淀粉碘化钾试纸或NaOH溶液来区别NO2气体和溴蒸气，可用水来区别c．验证某无色气体为NO的方法是向该无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色(5)四氧化二氮(N2O4)：无色气体，易液化，与NO2相互转化，N2O42NO2(6)五氧化二氮(N2O5)：硝酸的酸酐，可与水作用生成硝酸，N2O5＋H2O===2HNO34．氮氧化物对环境的污染和防治(1)气态的氮氧化物几乎都是剧毒性物质，都是大气污染物，在太阳辐射下还会与碳氢化物反应形成光化学烟雾(2)空气中氮氧化物的来源：空气中的NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂的废气等(3)常见的污染类型①光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面，就有可能形成酸雨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④水体污染：水体富营养化⑤NO与血红蛋白结合使人中毒(4)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)。

a．氨气吸收法：8NH3＋6NO27N2＋12H2O 4NH3＋6NO5N2＋6H2Ob．汽车尾气转换器：2CO＋2NO2CO2＋N2二、氨和铵盐(一)氨1．氨的分子结构和物理性质(1)分子结构：氨的电子式为，结构式为，氨的结构为三角锥形(2)物理性质：氨是无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小，很容易液化；氨极易溶于水，在常温常压下，1体积水大约可溶解700体积氨氨气溶于水时，需防止倒吸现象的发生2．氨的化学性质(1)与水的反应氨溶于水的水溶液称为氨水，其中大部分NH3与水结合成一水合氨(NH3·H2O)，NH3·H2O为弱电解质，只能部分电离成NH4＋和OH－：NH3＋H2ONH3·H2ONH4＋＋OH― ①NH3是唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，常用此性质检验NH3②液氨与氨水的比较液氨氨水物质成分纯净物(非电解质)混合物(NH3·H2O为弱电解质)粒子种类NH3分子NH3、NH3·H2O、H2O、NH、OH－、H＋主要性质不具有碱性具有碱的通性存在条件常温常压下不能存在在常温常压下可存在③氨水的性质：NH3·H2O为可溶性一元弱碱，能使无色酚酞试液变为浅红色，使红色石蕊试液变为蓝色。

氨水的浓度越大，密度反而越小NH3·H2O易挥发，不稳定，易分解：NH3·H2ONH3↑＋H2O④氨水的保存方法：氨水对许多金属有腐蚀作用，所以不能用金属容器盛装氨水通常把氨水盛装在玻璃容器、橡皮袋、陶瓷坛或内涂沥青的铁桶里⑤有关氨水浓度的计算：氨水虽然大部分以NH3·H2O形式存在，但计算时仍以NH3作溶质(2)氨气与酸(盐酸、硝酸、硫酸等)反应，生成铵盐①蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象是有大量白烟产生，其原因是：浓氨水和浓盐酸均有挥发性，挥发出来的NH3和HCl在空气中相遇，化合生成NH4Cl固体小颗粒，即为白烟反应的化学方程式：HCl＋NH3===NH4Cl (产生白烟，可用于检验NH3)②将浓盐酸改为浓硝酸，也会出现相同的现象反应的化学方程式：NH3＋HNO3===NH4NO3 (产生白烟，可用于检验NH3) ③与硫酸反应：2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4 (浓硫酸没有挥发性，不能形成白烟，不能用浓硫酸干燥氨气)④与CO2、SO2等酸性氧化物反应：NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3或2NH3＋CO2＋H2O===(NH4)2CO3(3)NH3的还原性：NH3分子中氮元素的化合价为－3价，在化学反应中氮元素化合价可能的变化是只能升高，不能降低，因此氨具有还原性。

NH3能与与O2、CuO、Cl2等的反应①氨的催化氧化：氨气在催化剂（如铂等）、加热条件下，被氧气氧化生成NO和H2O此反应是放热反应，叫做氨的催化氧化(或叫接触氧化)，是工业制硝酸的反应原理之一4NH3＋5O24NO＋6H2O (工业制硝酸的基础，也是工业上制NO的方法)②与纯氧反应：4NH3 + 3O2(纯氧) 2N2 + 6H2O (黄绿色火焰)③与CuO反应：2NH3＋3CuON2＋3Cu＋3H2O (氨气还原CuO是实验室制氮气的方法之一)④氨气与氯气反应氨气与少量氯气反应的化学方程式为：8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl 氨气与足量氯气反应的化学方程式为：2NH3 + 3Cl2 ===N2 + 6HCl(4)与盐溶液反应被滴试剂现象离子方程式FeCl3溶液生成红褐色沉淀Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NHAlCl3溶液生成白色沉淀Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH3．氨的用途①氨是氮肥工业及制造硝酸、碳铵、纯碱等的重要原料 ②氨也是有机合成工业中的常用原料 (如：尿素、合成纤维、染料等)③氨还以用作制冷剂。

液氨作制冷剂的原因是氨易液化，液氨汽化时要吸收大量的热，使周围温度急剧降低4．氨气的实验室制法(1)常规方法原理2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O反应原料实验室一般用氯化铵或硫酸铵与Ca(OH)2固体 实验装置发生装置“固＋固气”型，与实验室利用氯酸钾和二氧化锰加热制取氧气的装置相同净化装置通常用碱石灰干燥氨气，不能用五氧化二磷、浓硫酸和无水氯化钙干燥收集装置NH3极易溶于水 密度比空气小，只能用向下排空气法收集，试管口塞一团疏松的棉花团，目的是防止氨气与空气形成对流，以收集到较纯净的氨气尾气处理多余的氨气要吸收掉(可在导管口放一团用水或稀硫酸浸润的棉花球)以避免污染空气在吸收时要防止倒吸，常采用的装置如图所示：验满方法①方法一：用镊子夹住一片湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若试纸变蓝，说明已经收集满②方法二：用蘸取浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟生成，说明已经收集满【注意】①NH4Cl可用(NH4)2S。