2021高考化学一轮复习第4章非金属及其化合物第4节氮及其化合物教学案新人教版

第四节 氮及其化合物

考纲定位 要点网络

1.掌握氮元素单质及其重要化合物的主要性质和应用。

2．掌握氨气的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。

3．了解氮及其重要化合物的制备方法。

氮气及其氧化物

1．自然界中氮的存在和氮的固定

2．N2的性质及应用

(1)物理性质：无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水，熔点、沸点比O2的低。

(2)化学性质

N2的电子式为N⋮⋮N，结构式为N≡N。

①与Mg反应的化学方程式：N2＋3Mg=====点燃Mg3N2，N2表现氧化性。

②与H2反应的化学方程式：N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3，N2表现氧化性。

③与O2反应的化学方程式：N2＋O2==========放电或高温2NO，N2表现还原性。

3．氮的氧化物

(1)氮有多种价态的氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5；NO2与N2O4能相互转化2NO2N2O4(写化学方程式)。

(2)NO、NO2的比较

NO NO2

颜色 无色 红棕色

毒性 有毒 有毒

溶解性 难溶于水 易溶于水

与O2或

与H2O反应 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

收集方法 排水法 向上排空气法

与人体、环境的关系 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 形成酸雨、光化学烟雾

(3)常见NOx的尾气处理方法

①碱液吸收法

2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O；

NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。

注意：NO不能被碱液吸收。

②催化转化：在催化剂、加热条件下，氨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。

[基础判断]

(1)NH3的催化氧化和合成氨均为氮的固定。( )

(2)NO、NO2均可用排空气法收集。( )

(3)NO2与H2O反应可以生成HNO3，故NO2为酸性氧化物。( )

(4)NO2与H2O反应中，H2O为还原剂。( )

(5)密闭容器中2 mol NO与1 mol O2充分反应，产物的分子数为2NA。( )

[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×

[知识应用]

用化学方程式表示“雷雨发庄稼”这句谚语的化学原理。

[答案] N2＋O2=====放电2NO,2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

命题点1 N2及氮的氧化物的基本性质

1．下列说法正确的是( )

A．N2与O2、Mg反应中均体现了N2的氧化性

B．N2很稳定的原因是氮的非金属性较弱

C．N2→NO2与N2→NH3均能一步完成

D．NO不能用排空气法收集的原因是NO易被O2氧化

D [A项，N2与O2反应中，N2体现了还原性；B项，N2稳定的原因是NN的键很牢固，难断键；C项，N2→NO2不能一步完成。]

2．下列化学事实及其解释都正确的是 ( )

A．NO2与水反应，NO2作还原剂，水作氧化剂

B．某溶液中含有大量的NO－3，该溶液中一定不存在大量的 Fe2＋

C．闪电时，空气中的N2和O2可直接化合生成NO2

D．除去NO中混有少量NO2气体时，可以用水洗涤后再干燥

D [A项，NO2既作氧化剂，又作还原剂，错误；B项，在酸性条件下，NO－3与Fe2＋反应，不能共存，错误；C项，N2与O2在放电时只生成NO，错误。]

3．(2018·辽宁铁岭协作体联考)已知Cu(NO3)2受热分解的化学方程式为2Cu(NO3)2=====△2CuO＋4NO2↑＋O2↑，将少量的Cu(NO3)2固体放入试管中加热，然后用带火星的木条放入试管中，木条复燃，则下列说法正确的是( )

A．NO2能支持燃烧

B．NO2不能支持燃烧

C．木条复燃是因为硝酸铜分解产生了氧气的缘故

D．木条复燃是因为硝酸铜分解产生的CuO催化作用的结果

A [氧气具有助燃性，在纯氧气中能使带火星的木条复燃，但空气中由于含有大量不能助燃的N2，而氧气量较少，所以空气不能使带火星的木条复燃；反应2Cu(NO3)2=====△2CuO＋4NO2↑＋O2↑中，产物中NO2、O2的体积比与空气中N2、O2体积比近似相同，即为4∶1，带火星的木条放入Cu(NO3)2受热分解得到的混合气体的试管中，木条复燃，说明NO2能支持燃烧，A项正确。]

命题点2 NOx的污染及其处理方法

4．氮氧化合物(用NOx表示)是大气污染的重要因素，根据NOx的性质特点，开发出多种化学治理氮氧化合物污染的方法。

(1)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知：4NH3＋6NO=====催化剂△5N2＋6H2O,8NH3＋6NO2=====催化剂△7N2＋12H2O。同温同压下，3.5 L NH3恰好将3.0 L NO和NO2的混合气体完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的体积之比是________。

(2)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。

①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：_______________________________________________

_________________________________________________________________。

②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是__________________。

[解析] (1)利用电子守恒可得

3．5 L×3＝V(NO)×2＋[3.0 L－V(NO)]×4 V(NO)＝0.75 L，V(NO2)＝2.25 L，

故V(NO)∶V(NO2)＝1∶3。

[答案] (1)1∶3

(2)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O

②NaNO2

命题点3 氮氧化合物溶于水的定量判断

5．(2018·贵阳模拟)同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NH3和N2。将3支试管均倒置于盛水的水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列的关系正确的是 ( )

A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2

C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2

B [设各种气体的体积都为1体积。①根据3NO2＋H2O=== 2HNO3＋NO，即剩余NO的体积V1＝(1＋13)体积。②根据4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，即剩余O2的体积V2＝(1－14)体积。③剩余N2的体积V3＝1体积。即B项符合题意。]

氮氧化物溶于水的问题分析

无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者的混合气体，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(4∶3)。

(2)若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O=== 4HNO3(4∶1)。 当V(NO2)∶V(O2)>4∶1反应中剩余NO2气体，根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，最后剩余的气体为NO，体积为方程式剩余NO2的三分之一。

硝酸

1．硝酸的物理性质

纯净的硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，与H2O以任意比互溶。

注意：实验室常用浓硝酸质量分数为69%，物质的量浓度约为16 mol·L－1,95%以上的硝酸称为“发烟硝酸”。

2．化学性质

(1)不稳定性

①反应：4HNO3=====△或光照2H2O＋4NO2↑＋O2↑。

②市售浓硝酸呈黄色的原因是HNO3分解生成的NO2溶于硝酸中。

③浓硝酸的保存方法是保存在棕色带有玻璃塞的细口试剂瓶中，置于冷暗处。

(2)强氧化性

①与不活泼金属反应

稀硝酸与铜反应：

3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。

浓硝酸与铜反应：

Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。

②常温下，浓硝酸使Fe、Al钝化。

③与非金属反应

如浓硝酸与C的反应：

C＋4HNO3(浓)=====△CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。

④与还原性化合物反应

硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋、FeO等还原性物质。写出稀硝酸与SO2、Fe2＋反应的离子方程式分别为3SO2＋2NO－3＋2H2O===3SO2－4＋2NO↑＋4H＋、3Fe2＋＋NO－3＋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△C6H5—NO2＋H2O；

②显色反应：含苯环的蛋白质遇到浓硝酸变黄色。 [补短板]

(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。对于Cu与少量浓硝酸反应时，还原产物有NO2、N2O4、NO。

(3)浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红，后褪色，该反应过程中浓硝酸表现出强酸性和强氧化性；常温下，铁、铝遇浓硝酸能发生“钝化”，并非不反应，故浓硝酸可以用铁桶盛放。

[基础判断]

(1)硝酸是一元挥发性强酸，与活泼金属反应生成H2。( )

(2)除去试管内壁的银镜或铜镜，可以选用稀硝酸。( )

(3)浓硫酸、浓硝酸均可用铁制或铝制容器盛的原因是这两种酸与Fe、Al不反应。( )

(4)含4 mol HNO3的浓溶液与足量Cu充分反应，理论上可生成2 mol NO2气体。( )

(5)1 mol Fe与足量的稀硝酸反应，转移2NA个电子(NA表示阿伏加德罗常数的值)。( )

[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)×

[知识应用]

制备Cu(NO3)2有三种方案：

方案1：Cu＋HNO3(浓)―→Cu(NO3)2

方案2：Cu＋HNO3(稀)―→Cu(NO3)2

方案3：Cu＋O2――→△CuO――――→HNO3稀Cu(NO3)2

从利用率和环境污染方面评价，哪种方案最佳？为什么？

[答案] 方案3最佳，因为反应过程中没有污染气体生成，且HNO3的利用率最高。

命题点1 硝酸的主要性质及综合实验探究

1．硝酸被称为“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝