高三化学知识点之氮及其化合物

精品小班课程辅导讲义

讲义编号 2014暑假12HX01

辅导科目： 化学 年级： 新高三

课 题 氮及其化合物

教学目标 NH3、NO、NO2 的性质。

理解硝酸与硝酸盐的性质。

教学重点、难点 NH3、NO、NO2 的性质。

理解硝酸与硝酸盐的性质。

教学内容

一、考纲要求

主题 学习内容 学习水平 说明

一些元素的单质和

化合物 氮 氨 B (1)氨的物理性质和化学性 质

(2)工业合成氨的原理

铵盐 B (1)铵根离子与碱溶液的反 应

(2)铵盐的不稳定性 氮肥 A (1)常见氮肥:铵盐(NH4Cl、

NH4NO3、NH4HCO3)

二、知识梳理

(一)氮气

⑴氮元素在自然界中的存在形式:既有游离态又有化合态.空气中含N2 78%(体积分数)或75%(质量分数)；

化合态氮存在于多种无机物和有机物中，氮元素是构成蛋白质和核酸不可缺少的元素.

(2)氮气的物理性质：纯净的氮气是无色气体，密度比空气略小.氮气在水中的溶解度很小.在常压下，经 降温后，氮气变成无色液体，再变成雪花状固体.

■ ■ ■ I

(3)氮气的分子结构：氮分子(N2)的电子式为,结构式为N三N.由于N2分子中的N三N键很牢固， 所以通常情况下，氮气的化学性质稳定、不活泼.

(4)氮气的化学性质:

高压_

①N2与凡化合生成NH3 N2 +3H2 r催亚》—2NH3

说明该反应是一个可逆反应，是工业合成氨的原理.

②N2与02化合生成NO： N2+ O2 放电＞ 2NO

说明在闪电或行驶的汽车引擎中会发生以上反应.

(5)氮气的用途：

①合成氨，制硝酸；

②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；

⑧在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发；

④保存粮食、水果等食品，以防止腐烂；

⑤医学上用液氮作冷冻剂，以便在冷冻麻醉下进行手术；

⑥利用液氮制造低温环境，使某些超导材料获得超导性能.

(二)一氧化氮和二氧化氮

1、一氧化氮：无色无味气体，难溶于水，有很大毒性，在常温下极易被氧化成二氧化氮。2NO+O2T2NO2

2、二氧化氮：红棕色有刺激性气味气体，溶于水生成硝酸和一氧化氮。

3NO2+H2OHHNO3+NO 2NO2 、N2O4 (无色)

【特别提醒】：通常“纯净”的NO2或N2O4并不纯，因为在常温、常压下能发生2NO2^——-N2O4反应。 由于此可逆反应的发生，通常实验测得NO2的相对分子质量大于它的实际值，或在相同条件下，比相同 物质的量的气体体积要小。此外涉及NO2气体的颜色深浅、压强、密度等要考虑此反应。因而可逆反应 2NO2,—: N2O4在解化学题中有很重要的应用。

【光化学烟雾】NO、NO2有毒，是大气的污染物.空气中的NO、NO2污染物主要来自于石油产品和煤 燃烧的产物、汽车尾气以及制硝酸工厂的废气.NO2在紫外线照射下，发生一系列光化学反应，产生一种 有毒的烟雾一一光化学烟雾.因此，NO2是造成光化学烟雾的主要因素.光化学烟雾刺激呼吸器官，使人 生病甚至死亡.

注意：关于氮的氧化物溶于水的几种情况的计算方法。 ①NO2或NO2与N2 (或非O2)的混合气体溶于水时可依据：3NO2+H2O-2HNO3+NO利用气体体积 变化差值进行计算。

②NO2和O2的混合气体溶于水时，由4NO2+2H2O + O2THNO3可知，当体积比为

「=4： 1,恰好完全反应

V(NO2)： V(O2)j >4： 1, NO2 过量，剩余气体为 NO

1(4： 1, O2过量，乘余气体为O2

③ NO和O2同时通入水中时，其反应是：2NO+O2-2NO2 , 3NO2+H2O-2HNO3+NO，总反应式为： 4NO+2H2O +

3027HNO3 当体积比为

「=4： 3,恰好完全反应

V(NO)： V(02) j >4： 3, NO 过量，剩余气体为 NO

"<4： 3, 02过量，乘余气体为02

④NO、N02、02三种混合气体通入水中，可先按①求出N02与H20反应生成的NO的体积，再加上原混 合气体中的NO的体积即为NO的总体积，再按③方法进行计算。

(三)硝酸

(1)物理性质:

①纯硝酸是无色、易挥发(沸点为83℃)、有刺激性气味的液体.打开盛浓硝酸的试剂瓶盖，有白霎产生.(与

盐酸相同)

②质量分数为98%以上的浓硝酸挥发出来的HN03蒸气遇空气中的水蒸气形成的极微小的硝酸液滴而产生 “发烟现象”.因此，质量分数为98%以上的浓硝酸通常叫做发烟硝酸.

(2)化学性质:

①具有M的通性.例如： CaCO3 + 2HNO3(稀)-Ca(NO3)2 + C02 f + H20

(实验室制C02气体时，若无稀盐酸可用稀硝酸代替)

②不稳定性.HN03见光或受热发生分解，HN03越浓，越易分解.硝酸分解放出的NO2溶于其中而使硝 酸呈黄色.有关反应的化学方程式为： 4HNO3 加热或光照2H2O + 4NO2 f +O2 f 1、HNO3具有酸的通性。

2、HNO3具有强氧化性，表现在能与多数金属、非金属、某些还原性化合物起反应。

③强氧化性：不论是稀HNO3还是浓HNO3,都具有极强的氧化性.HNO&浓度越大，氧化性越强.其氧 化性表现在以下几方面：

a.几乎能与所有金属（除Hg、Au外）反应.当HNO3与金属反应时，HNO3被还原的程度（即氮元素化合价 降低的程度）取决于硝酸的浓度和金属单质还原性的强弱.对于同一金属单质而言，HNO3的浓度越小， HNO3被还原的程度越大，氮元素的化合价降低越多.一般反应规律为:

金属+ HNO3（浓）f 硝酸盐+ NO2 f + H2O

金属+ HNO3（稀）f 硝酸盐+ NO f + H2O

较活泼的金属（如Mg、Zn等）+ HNO3（极稀）f硝酸盐+ H2O + N2O f （或NH3等）

金属与硝酸反应的重要实例为：

3Cu + 8HNO3（稀）f 3Cu（NO3）2 + 2NO f + 4H2O

该反应较缓慢，反应后溶液显蓝色，反应产生的无色气体遇到空气后变为红棕色（无色的NO被空气氧化为

红棕色的NO2）。实验室通常用此反应制取NO气体.

Cu + 4HNO3（浓）f Cu（NO3）2 + 2NO2 f + 2H2O

该反应较剧烈，反应过程中有红棕色气体产生.此外，随着反应的进行，硝酸的浓度渐渐变稀，反应产生 的气体是NO2、NO等的混合气体.

b.常温下，浓HNO3能将金属Fe、A1钝化，使Fe、A1的表面氧化生成一薄层致密的氧化膜.因此，可 用铁或铝制容器盛放浓硝酸，但要注意密封，以防止硝酸挥发变稀后与铁、铝反应.（与浓硫酸相似）

c.浓HNO3与浓盐酸按体积比1 ： 3配制而成的混合液叫王水.王水溶解金属的能力更强，能溶解金属Pt、

Au．

d.能把许多非金属单质（如C、S、P等）氧化，生成最高价含氧酸或最高价非金属氧化物.例如: e.能氧化某些具有还原性的物质，如H2S、SO2、Na2sO3、HI、HBr、Fe2+等.应注意的是，NO3-无氧化 性，而当NO3-在酸性溶液中时，则具有强氧化性.例如，在Fe（NO3）2溶液中加入盐酸或硫酸，因引入了

H+而使Fe2+被氧化为Fe3+；又如，向浓HNO3与足量的Cu反应后形成的Cu（NO3）2中再加入盐酸或硫酸， 则剩余的Cu会与后来新形成的稀HNO3继续反应.

f.能氧化并腐蚀某些有机物，如皮肤、衣服、纸张、橡胶等.因此在使用硝酸（尤其是浓硝酸）时要特别小 心，万一不慎将浓硝酸弄到皮肤上，应立即用大量水冲洗，再用小苏打或肥皂液洗涤.

⑶保存方法.硝酸易挥发，见光或受热易分解，具有强氧化性而腐蚀橡胶，因此，实验室保存硝酸时，应

将硝酸盛放在带玻璃塞的棕色试剂瓶中，并贮存在黑暗且温度较低的地方.

（4）用途.硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料、硝酸盐等. C + 4HNO3（浓）f CO2f+ 4NO2f+ 2H2O ［特别提醒］:有硝酸参与的氧化还原反应的计算：（1）单质与硝酸的反应，分析讨论是金属还是非 金属，若为金属参加的反应硝酸分为两部分，一部分作氧化剂，另一部分起酸性生成硝酸盐，应先确 定未被还原的硝酸，再由电子得失守恒求解。若为非金属单质与硝酸反应时，硝酸全部被还原。（2） Cu与HNO3的反应中随着反应的进行浓度逐渐变小，产物由NO2变成NO,最终为混合气体。可以这 样理解并分析：反应的硝酸在产物中共三部分：

r^NO

fNQ

被还原的硝酸无论生成NO还是NO2均为一个N原子与一个HNO3的比例关系，即：被还原的硝 酸与气体的物质的量相等。而未被还原的硝酸总是生成最高价金属的硝酸盐〔如Cu （NO3）2〕，一个金属 离子与金属离子最高价数个HNO3成比例关系，即未被还原的HNO3与金属离子的最高价态数相等。

（四）氨

（1）氨的物理性质:

①氨是无色、有刺激性气味的气体，比空气轻；②氨易液化.在常压下冷却或常温下加压，气态氨转化为 无色的液态氨，同时放出大量热.液态氨气化时要吸收大量的热，使周围的温度急剧下降；③氨气极易溶 于水.在常温、常压下，1体积水中能溶解约700体积的氨气（因此，氨气可进行喷泉实验）；④氨对人的 眼、鼻、喉等粘膜有刺激作用.若不慎接触过多的氨而出现病症，要及时吸入新鲜空气和水蒸气，并用大 量水冲洗眼睛.

H：ii ：H H-N-H

（2）氨分子结构：NH3的电子式为 正，结构式为 白，氨分子的结构为三角锥形，N原子位于锥顶， 三个H原子位于锥底，键角107.3°,是极性分子.

（3）氨,的化学性质:

①与水反应.氨气溶于水时（氨气的水溶液叫氨水），大部分的NH3分子与H2O分子结合成NH3-H2O（叫一 水合氨）.NH3 - H2O为弱电解质，只能部分电离成NH4+和OH-：

NH3 + H2O 干a NH3 • H2O -= NH4+ + OH-

a.氨水的性质：氨水具有弱碱性，使无色酚欧试液变为浅红色，使红色石蕊试液变为蓝色.氨水的浓度 越大，密度反而越小（是一种特殊情况）.NH3 - H2O不稳定，故加热氨水时有氨气逸出：

b.氨水的组成:氨水是混合物（液氨是纯净物），其中含有3种分子（NH3、NH3・H2O、H2O）和3种离子（NH4 +和OH-、极少量的H+）.

c.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.

d.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与酸反应：NH3 + HCl f NH4C1

a.氨气与挥发性酸（浓盐酸、浓硝酸等）相遇，因反应生成微小的铵盐晶体而冒白烟，这是检验氨气的方法

之一.NH3 + HCl f NH4C1 （当蘸有浓氨水的玻璃棒与蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近时，产生大量白烟.这 种白烟是氨水中挥发出来的NH3与盐酸挥发出来的HCl化合生成的NH4C1晶体小颗粒.）

b.氨气与不挥发性酸（如H2sO4、H3PO4等）反应时，无白烟生成.

③还原性

NH3分子中氮元素呈一3价，具有还原性，能在一定条件下与O2、Cl2、CuO等反应，被它们氧化：