資源簡介

氮及其重要化合物
知識點一、氮氣的性質及應用
1．氮原子結構
（1）原子結構示意圖：
（2）在周期表中位置：第二周期第VA族
2．氮氣的結構
（1）結構式N≡N，電子式
3．氮元素的自然存在
4．氮氣的物理性質
（1）色味態：無色無味氣體
（2）密度：在標準狀況下ρ（N2）＝1.25g L－1，比空氣的小（極為接近）
（3）溶解性：難溶于水
（4）收集方法：只能用排水法（密度與空氣接近，不能用排空氣法）
6．氮氣的化學性質
（1）穩定性：N≡N鍵能很大，通常情況下很難發生反應
（2）氧化性：N2+3H22NH3（工業固氮反應）
（3）還原性
①除去中H2的N2 ：3Mg+N2Mg3N2
氮化鎂電子式：
②高能固氮反應：N2+O22NO
7.氮的固定（氮元素由游離態變為化合態）
合成氨適宜條件的選擇
催化劑：雖不能改變化學平衡，但可以加快反應速率，提高單位時間內的產量。
溫度：升高溫度可加快反應速率，但從平衡移動考慮，此反應溫度不宜太高。使催化劑的活性最大也是選擇溫度的另一個重要因素。
壓強：增大壓強既可以加快反應速率又可以使化學平衡向正反應方向移動。但生產設備能不能承受那么大的壓強，產生壓強所需的動力、能源 又是限制壓強的因素。
濃度：在生產過程中，不斷補充N2和H2，及時分離出NH3，不但可以加快反應速率，還能使平衡右移，提高NH3的產量。
合成氨的適宜條件
壓強：20~50MPa
溫度：500℃左右（此時催化劑的活性最大）
催化器：鐵觸媒（以鐵為主體的多成分催化劑）
自然界中氮的循環
8.氮氣的用途
（1）工業上合成氨，制硝酸
（2）代替稀有氣體作焊接金屬時的保護氣，以防止金屬被空氣氧化
（3）在燈泡中填充氮氣以防止鎢絲被氧化或揮發
（4）保存糧食、水果等食品，以防止腐爛
（5）醫學上用液氮作冷凍劑，以便在冷凍麻醉下進行手術
（6）高科技利用液氮制造低溫環境，使某些超導材料獲得超導性能
知識點二、氮的氧化物
1．氮元素的六種氧化物
化合價 +1 +2 +3 +4 +5
化學式 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5
含氧酸 HNO2 HNO3
2．NO的性質
（1）色味態：無色無味氣體
（2）溶解性：難溶于水
（3）強還原性
①與O2反應：2NO+O22NO2
②與酸性H2O2反應：2NO+3H2O22H++2NO3－+2H2O
③酸性KMnO4溶液：5NO+3MnO4－+4H+5NO3－+3Mn2++2H2O
④除去NO2中的NO：NO+2HNO3（濃）3NO2↑+H2O
3．NO2的性質
（1）色味態：紅棕色有刺激性氣味氣體
（2）溶解性：易溶于水，不溶于四氯化碳
（3）與H2O反應：3NO2+H2O2HNO3+NO
（4）雙聚反應：2NO2N2O4；△H＜0
①加熱：紅棕色變深
②加壓：顏色先變深后變淺，比加壓前深
（5）強氧化性：能夠將某些還原性微粒氧化，自身被還原成NO
還原性微粒
氧化產物 S SO3或SO42－ I2 Fe3+
①2NO2+2KI＝2KNO2+I2（濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍，可用于檢驗NO2）
②NO2+SO2SO3+NO
③H2S+NO2S+NO+H2O
④2Fe2++4H++NO22Fe3++2H2O+NO↑
（6）鑒別NO2和溴蒸氣
方法 現象
二氧化氮 溴蒸汽
水溶解法 氣體由紅棕色變成無色，得到無色溶液 溶液變為橙色
AgNO3沉淀法 氣體由紅棕色變成無色，溶液無明顯變化 產生淺黃色沉淀
CCl4溶解法 無明顯現象 得到橙紅色溶液
密閉加熱法 顏色明顯加深 無明顯現象
密閉冷卻法 顏色明顯變淺 得到深紅棕色液體
濕潤的淀粉 碘化鉀試紙法 變藍 變藍
4．氮氧化物的危害
（1）形成硝酸型酸雨
含氮物質NONO2HNO3
（2）形成光化學煙霧
NO2和O2O3有毒煙霧
（3）破壞臭氧層：NO催化O3分解為O2
NO+O3＝NO2+O，NO2+O＝NO+O2
（4）水體富營養化：水中含氮化合物引起水體污染
5．常見的處理氮氧化物的方法
（1）NaOH溶液吸收法
①2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O
②NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O
（2）純堿溶液吸收法
①2NO2+Na2CO3NaNO3+NaNO2+CO2↑
②NO2+NO+Na2CO32NaNO2+CO2↑
（3）CH4還原法
①2CH4+2NO2N2+2CO2+4H2O
②CH4+4NO2N2+CO2+2H2O
（4）NH3還原法
①6NO2+8NH37N2+12H2O
②6NO+4NH35N2+6H2O
（5）H2還原法
①4H2+2NO2N2+4H2O
②2H2+2NON2+2H2O
（6）CO還原法
①4CO+2NO24CO2+N2
②2CO+2NO2CO2+N2
6. 氮氧化物溶于水的問題分析
（1）相關反應原理
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ①
2NO＋O2===2NO2 ②
由方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ③
由方程式①×2＋②×3得： 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 ④
（2）氮的氧化物溶于水的三種類型
Ⅰ.NO2氣體：NO2氣體溶于水時僅涉及反應①，剩余氣體為NO。
Ⅱ.NO2和O2的混合氣體：NO2和O2的混合氣體溶于水時涉及反應③：
x＝ 0
反應情況 O2過量，剩余氣體為O2 恰好完全反應，無氣體剩余 NO2過量，又發生反應①，只剩余NO
Ⅲ.NO和O2的混合氣體：NO、O2的混合氣體溶于水時涉及反應④：
x＝ 0
反應情況 O2過量，剩余O2 恰好完全反應，無氣體剩余 NO過量，剩余NO
7. 實驗室制一氧化氮和二氧化氮
1)反應原理及裝置
（1）裝置類型：“固體+液體氣體”型
或或
（2）藥品：銅和稀（濃）硝酸
（3）反應
①NO2：Cu+4HNO3（濃）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O
②NO：3Cu+8HNO3（稀）3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O
2)氣體的凈化：一般用無水氯化鈣或P2O5或硅膠除水蒸氣
3)氣體的收集
（1）NO：只能用排水法收集或排“惰性”氣體法
（2）NO2：向上排空氣法或排四氯化碳法
4)氣體的檢驗
（1）NO：通入空氣，無色氣體變成紅棕色氣體
（2）NO2：通過濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍
5)尾氣吸收
（1）NO：一般用酸性的H2O2、酸性高錳酸鉀溶液等強氧化性溶液吸收
（2）NO2：一般用NaOH、Na2CO3等堿性溶液吸收
6)特別提醒：制NO前，先通氮氣、二氧化碳等氣體將裝置內的空氣排盡
知識點三、氨及銨鹽的性質
一、氨氣的性質
1．物理性質
（1）色味態：無色、有刺激性氣味的氣體
（2）密度：比空氣的小
（3）溶解性：極易溶于水，1∶700，難溶于CCl4
（4）物理特性：易液化（沸點－33.5℃）
2．堿性氣體
（1）水：NH3+H2ONH3·H2O
（2）指示劑：能夠使紫色石蕊試液變藍，酚酞試液變紅
（3）與酸化合成銨鹽
①HCl：HClNH4Cl，產生白煙
②HNO3：HNO3NH4NO3，產生白煙，同濃硝酸
③H2SO4：H2SO4（濃）（NH4）2SO4，產生白色沉淀
3．氨氣的還原性：NH3N2或NO
（1）催化氧化：4NH3+5O24NO+6H2O
（2）熱的CuO：2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O
（3）還原氯氣
①少量NH3：2NH3+3Cl26HCl+N2
②過量NH3：8NH3+3Cl26NH4Cl+N2（檢驗輸送氯氣的管道是否泄漏）
4．氧化性：2Na+2NH32NaNH2+H2↑
5．氨氣的用途
（1）制硝酸和硝酸銨：N2NH3NONO2HNO3NH4NO3
（2）致冷劑：液氨氣化吸熱，使環境溫度急劇降低
（3）制化肥：制備硝銨、硫銨、氯銨、碳銨等銨態氮肥
二、氨水的性質
1．氨水的密度
（1）比水小，濃度越大，密度越小
（2）質量分數為a和b的兩種氨水混合
①等質量混合，所得氨水的質量分數c＝
②等體積混合，所得氨水的質量分數c＜
2．氨水的揮發性：易揮發出氨氣，所以氨水應密封保存
3．氨水的組成
（1）三個可逆反應
①氨氣和水的反應：NH3+H2ONH3·H2O
②一水合氨的電離：NH3·H2ONH4++OH－
③水的電離：H2OH++OH－
（2）“三分子”、“三離子”成分
①三分子：NH3、H2O、NH3·H2O
②三離子：NH4+、OH－、H+
4．氨水的化學性質
（1）不穩定性：NH3·H2ONH3↑+H2O
（2）弱堿性
①H2SO4：2NH3·H2O+H2SO4（NH4）2SO4+2H2O
②少量CO2：2NH3·H2O+CO2（NH4）2CO3+H2O
③過量CO2：NH3·H2O+CO2NH4HCO3
④AlCl3：AlCl3+3NH3·H2OAl（OH）3↓+3NH4Cl
三、銨鹽的結構和性質
1. 性質：都是無色，易溶于水的晶體
2．結構：NH4+的電子式
（1）所含化學鍵：離子鍵、共價鍵和配位鍵
（2）化合物類型：離子化合物
3．熱不穩定性
（1）非氧化性酸銨鹽氨氣和相應的酸
①碳酸銨：（NH4）2CO32NH3↑+H2O↑+CO2↑
②碳酸氫銨：NH4HCO3NH3↑+H2O↑+CO2↑
③亞硫酸銨：（NH4）2SO32NH3↑+H2O↑+SO2↑
④亞硫酸氫銨：NH4HSO3NH3↑+H2O↑+SO2↑
⑤氯化銨：NH4ClNH3↑+HCl↑
（2）氧化性酸銨鹽復雜的氧化還原反應，一般不放氨氣
①NH4NO3N2O↑+2H2O
②5NH4NO32HNO3+4N2↑+9H2O
③2NH4NO32N2↑+O2↑+4H2O
④3（NH4）2SO44NH3↑+3SO2↑+N2↑+6H2O
4．銨鹽和堿反應
（1）條件不同，產物不同
①常溫：NH4++OH－NH3·H2O
②加熱：NH4++OH－NH3↑+H2O
（2）注意事項
①銨態氮肥不能與堿性物質混合使用，以免生成氨氣，降低肥效。
②銨鹽固體和堿固體反應時，不能拆寫成離子形式
③酸式銨鹽和堿溶液反應時，注意堿過量時，NH4+和酸式酸根離子都參與反應
5．銨鹽的檢驗
（1）步驟：取樣，加堿，加熱，加濕潤的紅色石蕊試紙
（2）現象：濕潤的紅色石蕊試紙變藍
四、實驗室制取氨氣
1．反應原理及裝置
（1）裝置類型：“固體+固體氣體”型
①方法：氯化銨固體與氫氧化鈣固體混合加熱
②反應：2NH4Cl+Ca（OH）22NH3↑+2H2O+CaCl2
（2）裝置類型：“液體+液體氣體”型
①方法：加熱濃氨水
②反應：NH3·H2ONH3↑+H2O
（3）裝置類型：“固體+液體氣體”型
方法 原理
濃氨水與NaOH固體混合 ①NaOH溶于水放熱，促使氨水分解 ②NaOH固體吸水，使c（OH－）增大，有利于NH3的生成 ③加入NaOH，使c（OH－）增大，有利于NH3的生成
濃氨水與CaO固體混合 ①CaO與水反應放熱，促使氨水分解。 ②CaO與水反應，使水減少，使c（OH－）增大，有利于NH3的生成 ③生成Ca（OH）2，使c（OH－）增大，有利于NH3的生成
2．氣體的凈化：一般用堿石灰吸水
3．氣體的收集
（1）方法：向上排空氣法和排四氯化碳液體法
（2）凈化：試管口堵棉花的作用：防止氨氣和空氣發生對流，提高氨氣的收集速率和純度
4．驗滿方法
（1）最佳方法：用濕潤的紅色石蕊試紙放在集氣瓶口，若試紙變藍，則說明氨氣收集滿了
（2）其他方法：用玻璃棒蘸取濃鹽酸或濃硝酸放在集氣瓶口，若產生白煙，則說明氨氣收集滿了
5．尾氣吸收
（1）吸收劑：棉花最好用稀硫酸浸濕，防止污染空氣
（2）注意防倒吸
6．噴泉實驗的原理及操作
（1）典型實驗裝置及變形設計
（2）操作步驟：先打開止水夾→再擠膠頭滴管
（3）形成條件：容器內外產生較大的壓強差
①氣體完全被液體吸收劑溶解或反應
②氣體和氣體完全反應生成固體或液體
③氣體冷凝成液體使氣壓減小
④液體變成氣體使氣壓增大
⑤外界氣壓壓縮氣體
五、氨的催化氧化實驗
1．反應原理：4NH3+5O24NO+6H2O
2．氨氣的提供
（1）濃氨水
①向濃氨水中通入空氣，使氨揮發出來，從而使氧氣和氨充分混合。
②向濃氨水中加入Na2O2，使濃氨水分解產生氨氣，從而使氧氣和氨充分混合。
（2）銨鹽分解法提供氨氣
3．氧氣的提供
（1）直接通入空氣法
（2）雙氧水在二氧化錳的催化作用下分解：2H2O22H2O+O2↑
（3）過氧化鈉和水反應：2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑
（4）氯酸鉀和二氧化錳混合加熱：2KClO32KCl+3O2↑
（5）高錳酸鉀固體加熱：2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
（6）過氧化鈉和碳酸（氫）銨混合加熱：
①NH4HCO3NH3↑+H2O↑+CO2↑或（NH4）2CO32NH3↑+H2O↑+CO2↑
②2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2
4．典型現象
（1）錐形瓶中氣體呈紅棕色：這是因為NH3被氧化為NO，NO遇到空氣中的O2又迅速被氧化為紅棕色的NO2。
（2）通常瓶內有白煙出現：這是由于錐形瓶里有水蒸氣存在，水蒸氣和NO2反應生成了HNO3：3NO2+H2O＝2HNO3+NO，HNO3再跟NH3反應生成微小的白色NH4NO3晶體：NH3+HNO3＝NH4NO3。
（3）鉑絲呈紅色：這是因為NH3與O2在鉑絲的表面上進行的反應是放熱反應，反應放出的熱量足以使鉑絲繼續保持紅熱狀態。
易錯易混：
請判斷下列說法的正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)NH3易溶于水，可用作制冷劑( )
(2)氨氣使AlCl3溶液產生白色沉淀，反應中氨氣被還原( )
(3)氨溶于水顯弱堿性，因此可使酚酞溶液變為紅色( )
(4)氨極易溶解于水，因此氨水比較穩定(不容易)分解( )
(5)氨可被氯氣氧化生成N2，同時還可能產生白煙現象( )
(6)氨水和液氨不同，氨水是混合物，液氨是純凈物( )
(7)氨水中物質的量濃度最大的粒子是NH3·H2O(水除外) ( )
(8)氨水顯弱堿性，是弱電解質( )
(9)氨水中含氮微粒中最多的微粒是NH( )
(10)銨鹽都易溶于水，其水溶液均呈酸性( )
(11)現有1 mol·L－1的氨水，則該溶液中NH3·H2O的濃度是1 mol·L－1( )
(12)在1 mol·L－1氨水中，NH3·H2O、NH、NH3的物質的量濃度之和為1 mol·L－1( )
(13)某氣體能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，該氣體的水溶液一定顯堿性(　　)
(14)加熱盛有NH4Cl固體的試管，試管底部固體消失，試管口有晶體凝結，說明NH4Cl固體可以升華( )
(15)加熱盛有少量NH4HCO3固體的試管，并在試管口放置濕潤的紅色石蕊試紙，石蕊試紙變藍，說明NH4HCO3顯堿性( )
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√　(7)√　(8)×　(9)×　(10)×　(11)×　(12)√ (13)√　(14)×　(15)×　
知識點四、硝酸的性質
1．物理性質
（1）色味態：純硝酸是一種無色有刺激性氣味的液體
（2）密度：比水的大，密度越大，濃度越越大，常見濃硝酸濃度為68%~70%
（3）溶解性：以任意比和水互溶
①主要原因：硝酸和水之間可以形成氫鍵
②次要原因：硝酸和水都是極性分子
（4）揮發性：易揮發，濃度為95%以上的硝酸稱為發煙硝酸
2．不穩定性
（1）反應：4HNO34NO2↑+O2↑+H2O
（2）通常所見的濃硝酸因含NO2而呈黃色
①除去黃色最簡單的方法：加水，3NO2+H2O2HNO3+NO
②除去黃色最環保的方法：通足量氧氣，4NO2+O2+2H2O4HNO3
3．與金屬單質反應
（1）Al、Fe鈍化；Al、Fe劇烈反應放NO2氣體
（2）Au、Pt：任何情況下都不反應
（3）其他金屬與硝酸反應不生成H2，硝酸的濃度不同，還原產物不同
①濃硝酸與銅反應：Cu+4HNO3（濃）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O
②稀硝酸與銅反應：3Cu+8HNO3（稀）3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O
③3Zn+10HNO3（稀）4Zn（NO3）2+N2O↑+5H2O
④3Mg+10HNO3（極稀）4Mg（NO3）2+NH4NO3+3H2O
（4）FeFe（NO3）3；FeFe（NO3）2
①Fe+4HNO3（稀）Fe（NO3）3+NO↑+2H2O
②3Fe+8HNO3（稀）3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O
4．濃硝酸與非金屬單質加熱反應
（1）碳與濃硝酸加熱反應：C+4HNO3（濃）CO2↑+4NO2↑+2H2O
（2）碳與稀硝酸不反應
5．硝酸與還原性化合物反應：HNO3NO2或NO
（1）－2價硫：3H2S+2HNO3（稀）3S↓+2NO↑+4H2O
（2）+4價硫：3Na2SO3+2HNO3（稀）3Na2SO4+2NO↑+H2O
（3）－2價碘：6I－+8H++2NO3－3I2+2NO↑+4H2O
（4）+2價鐵：3Fe2++4H++NO3－3Fe3++2H2O+NO↑
6．幾種物質和濕潤的藍色石蕊試紙的反應
（1）濕潤的藍色石蕊試紙先變紅，后褪色
（2）濕潤的藍色石蕊試紙只變紅，不褪色
（3）濕潤的藍色石蕊試紙先變紅，后變黑
（4）濕潤的藍色石蕊試紙只變紅，不褪色
（5）濕潤的藍色石蕊試紙先變紅，后褪色
（6）濕潤的藍色石蕊試紙只變紅，不褪色
7．濃硝酸的保存
（1）易揮發：密封保存，敞口放置，質量減小，濃度降低
（2）易分解：棕色細口瓶避光、黑暗而且溫度低的地方
（3）強氧化性：不能用橡膠塞，而用玻璃塞
（4）大量存放：鋁制或鐵制的槽車內
8．硝化反應
（1）苯：+HNO3（濃）NO2+H2O
（2）甲苯：制備黃色的TNT炸藥
（3）顏色反應：含苯環的蛋白質遇到濃硝酸顯黃色
易錯點01 硝酸性質的易錯點
（1）硝酸要保存在棕色試劑瓶中，并置于冷暗處，不能用橡膠塞。
（2）常溫下，鐵、鋁遇濃硝酸能發生“鈍化”，“鈍化”并不是不反應，故常溫下濃硝酸可以用鐵桶盛放。
（3） 稀硝酸使石蕊試液變紅色，濃硝酸使紫色石蕊試液先變紅后褪色(酸性和強氧化性)
易錯點02 涉及HNO3的離子反應常見的易錯問題
（1）忽視NO在酸性條件下的強氧化性。在酸性條件下NO不能與Fe2＋、I－、SO、S2－等還原性較強的離子大量共存。
（2）在書寫離子方程式時，忽視HNO3的強氧化性，將氧化還原反應簡單的寫成復分解反應。

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