文档内容
第 12 讲 氮及其化合物
【化学学科素养】
1.变化观念与平衡思想：分析氮及其化合物的化学反应，预测在一定条件下氮及其化合物可能发生的
化学变化。
2.科学探究与创新意识：发现或提出对氮及其化合物有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并
优化实验方案，完成实验操作，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。
3.科学态度与社会责任：关注氮及其化合物的社会热点问题，认识环境保护的重要性，形成可持续发
展意识和绿色化学观念。
【必备知识解读】
一、氮气及其氧化物
1．氮的固定
（1）自然固氮（2）人工固氮：合成氨工业
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)化学性质
①3Mg＋N=====MgN；
2 3 2
②N ＋3 H 2NH ；
2 2 3
③N＋O===========2NO。
2 2
3．氮的氧化物
(1)氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1～＋5价都有对应的氧化物，如NO、NO、NO、NO (或
2 2 3 2
NO)、NO，其中属于酸性氧化物的是NO、NO。
2 4 2 5 2 3 2 5
(2)NO和NO 的比较
2
性质 NO NO
2
色、态、味 无色、无味气体 红棕色、有刺激性气味气体
溶解性 难溶于水
毒性 有毒，大气污染物之一 有毒，大气污染物之一
与水反应 不反应 3NO ＋HO===2HNO＋NO
2 2 3
与氧气反应 NO＋O===2NO 不反应
2 2
NO与血红蛋白结合使人中毒，NO、NO 导致光化学烟雾、形成酸雨
对环境的影响 2
及破坏臭氧层
二、硝酸
1．物理性质硝酸是无色易挥发的液体，有刺激性气味。
2．化学性质
(1)不稳定性
反应：4HNO(浓) 2HO＋4NO ↑＋O↑。
3 =========== 2 2 2
(2)强氧化性
硝酸无论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。
①与金属反应：
稀硝酸与铜反应：
3Cu＋8HNO(稀)===3Cu(NO )＋2NO↑＋4HO；
3 3 2 2
浓硝酸与铜反应：
Cu＋4HNO(浓)===Cu(NO )＋2NO ↑＋2HO。
3 3 2 2 2
②与非金属反应：
浓硝酸与C的反应：
C＋4HNO(浓) CO↑＋4NO ↑＋2HO。
3 ===== 2 2 2
③与还原性化合物反应：
硝酸可氧化HS、SO 、NaSO 、HI、Fe2＋等还原性物质。
2 2 2 3
稀硝酸与FeSO 溶液反应的离子方程式：
4
3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2HO。
2
(3)与有机物反应
①硝化反应(与苯反应)：
＋HNO(浓)――→ ＋HO；
3 2
②显色反应：含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。
【易错警示】
(1)HNO 与金属反应一般不能产生H。
3 2
(2)还原产物一般为HNO(浓)→NO ，HNO(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为NO、N 或
3 2 3 2 2
NH NO 。
4 3
(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。
(4)涉及HNO 的离子反应常见的易错问题
3
①忽视NO在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下NO不能与Fe2＋、I－、SO、S2－等还原性较强的离
子大量共存。
②在书写离子方程式时，忽视HNO 的强氧化性，将氧化还原反应简单地写成复分解反应。
3(3)硝酸工业制法的反应原理
①NH 在催化剂作用下与O 反应生成NO：
3 2
4NH ＋5O 4NO＋6HO。
3 2 2
②NO进一步氧化生成NO ：2NO＋O===2NO 。
2 2 2
③用水吸收NO 生成HNO：
2 3
3NO ＋HO===2HNO＋NO。
2 2 3
(4)硝酸的保存
①保存硝酸：棕色瓶(避光)、玻璃塞(橡胶塞易被氧化)、阴凉处(防热)。
②存放的浓硝酸中，因分解产生的NO 溶于HNO 而使其呈黄色。与工业盐酸中因含Fe3＋而呈黄色易
2 3
混。
三、氨、铵盐
1．氨的分子结构和物理性质
电子式 密度 气味 水溶性
比空气小 强烈刺激性气味 极易溶于水(1∶700)
2.氨的化学性质
(1)氨与水的反应
NH ＋H O NH ·H O NH＋OH－，氨溶于水得氨水，氨水中含有的粒子有NH ·H O、NH 、
3 2 3 2 3 2 3
HO、NH、OH－、H＋。氨水为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：NH ·H O NH ↑＋HO。
2 3 2 ===== 3 2
(2)氨与酸的反应：蘸有浓盐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，将浓盐酸
改为浓硝酸，也会出现相同的现象。
化学方程式：HCl＋NH ===NH Cl、NH ＋HNO===NH NO 。
3 4 3 3 4 3
(3)与盐溶液的反应
如过量氨水与AlCl 反应的离子方程式：
3
Al3＋＋3NH ·H O===Al(OH) ↓＋3NH。
3 2 3
(4)氨的还原性
a．催化氧化：4NH ＋5O 4NO＋6HO。
3 2 2
b．在纯氧中燃烧：4NH ＋3O=====2N＋6HO。
3 2 2 2
c．与氯气反应：2NH ＋3Cl===N＋6HCl或8NH ＋3Cl===N＋6NH Cl。
3 2 2 3 2 2 4
d．与CuO反应：2NH ＋3CuO N＋3Cu＋3HO。
3 ===== 2 2
3.铵盐及NH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
①不稳定性
a．NH Cl受热分解：NH Cl NH ↑＋HCl↑。
4 4 ===== 3
b．NH HCO 受热分解：NH HCO NH ↑＋CO↑＋HO。
4 3 4 3===== 3 2 2
②与碱反应
a．在稀溶液中不加热：NH＋OH－===NH ·H O。
3 2
b．加热时或浓溶液：NH＋OH－ NH ↑＋HO。
===== 3 2
③铵盐溶于水易水解：NH＋H O NH ·H O＋H＋。
2 3 2
(3)NH的检验
未知液――→呈碱性 湿润的红色石蕊试纸变蓝色，则证明含NH。
――→
【关键能力拓展】
一、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 在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟
x
雾。
②酸雨：NO 排入大气中后，与水反应生成HNO 和HNO，随雨雪降到地面。
x 3 2
③破坏臭氧层：NO 可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。
2
④NO与血红蛋白结合使人中毒。
(2)常见的NO 尾气处理方法
x
①碱液吸收法
2NO ＋2NaOH===NaNO ＋NaNO ＋HO
2 3 2 2
NO ＋NO＋2NaOH===2NaNO ＋HO
2 2 2
NO 、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是 n(NO )≥n(NO)。一般适合工业尾气中NO
2 2 x
的处理。
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(N )，或NO 与CO在一定温度下催化转化
2 x
为无毒气体(N 和CO)。一般适用于汽车尾气的处理。
2 2
二、氨的实验室制法
1.加热固态铵盐和碱的混合物
一般加热NH Cl和Ca(OH) 的混合物，化学方程式：
4 22NH Cl＋Ca(OH) 2NH ↑＋CaCl ＋2HO。
4 2===== 3 2 2
①装置：“固体＋固体 气体”(与用KClO 或KMnO 制O 的装置相同)。
――→ 3 4 2
②收集：只能用向下排空气法。
③验满方法：a.用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色；b.将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管
口，现象是有白烟产生。
④尾气处理：收集时，一般在管口塞一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球，可减小NH 与空气的对流速
3
度，收集到纯净的NH ，同时也可避免污染空气。
3
2.实验室制取氨的其他方法
方法 化学方程式(或原理) 气体发生装置
加热浓氨水 NH ·H O NH ↑＋HO
3 2 ===== 3 2
NaOH溶于水放热，促使氨水分解。且OH
浓氨水＋固体NaOH
－浓度的增大有利于NH 的生成
3
CaO与水反应，使溶剂(水)减少；反应放
浓氨水＋固体CaO 热，促使氨水分解。化学方程式为NH ·H O＋
3 2
CaO===NH ↑＋Ca(OH)
3 2
三、NO和NO 的比较
2
NO NO
2
色、态、 无色、无味 红棕色、刺激性气味
味、毒性 有毒气体
水溶性 不溶 易溶且与水反应
与O 反应 2NO＋O===2NO
2 2 2
与HO反应 3NO ＋HO===2HNO ＋NO
2 2 2 3
与O、HO
2 2
4NO＋3O＋2HO===4HNO 4NO ＋O＋2HO===4HNO
2 2 3 2 2 2 3
共同反应
6NO ＋ 8NH ═══7N ＋ 12HO ， NO ＋
2 3 2 2 2
氧化性 6NO＋4NH ═══5N＋6HO SO ===SO ＋NO，NO 能使湿润的淀粉KI试纸
3 2 2 2 3 2
变蓝
四、含氮化合物的转化1.氮及其化合物的转化关系
部分转化的化学方程式如下：
N +O 2NO
2 2
3Mg+N MgN
2 3 2
2NO+O ===2NO
2 2
3NO +H O===2HNO +NO
2 2 3
N+3H 2NH
2 2 3
NH +H O NH ·H O
3 2 3 2
NH +H+===
3
4NH +5O 4NO+6H O
3 2 2
NH ·H O NH ↑+H O
3 2 3 2
Al3++3NH·H O===Al(OH) ↓+3
3 2 3
NH Cl NH ↑+HCl↑
4 3
NH HCO NH ↑+H O+CO↑
4 3 3 2 2
NaOH+NHNO NH ↑+NaNO +H O
4 3 3 3 2
2．氮元素的“价类二维图”
氮元素有多种可变化合价，物质的种类较多，在复习时要从物质类别和价态变化理解这些物质之间的转化关系。
五、喷泉实验
1．喷泉实验的原理
使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差，利用大气压将烧瓶下面容器中的液体压入烧瓶内，在尖嘴
导管口形成喷泉。
2．形成喷泉的类型
下面是几种常见的能形成喷泉的气体和液体组合。
CO、Cl、 NO、O、 NO 、O
2 2 2 2 2
气体 HCl NH NO
3 2
SO 、HS (4∶3) (4∶1)
2 2
吸收剂 水、NaOH溶液 水 NaOH溶液 水 水 水
3.喷泉实验的发散装置及操作方法
喷泉实验是中学化学的重要实验，其本质是形成压强差而引发液体上喷，以教材中的装置为发散源可
设计如图所示多种不同的装置和采用不同的操作(如使气体溶于水、热敷或冷敷、生成气体、使气体发生反
应等)来形成喷泉。设计说明：装置(Ⅰ)向锥形瓶通入少量空气，将少量水压入烧瓶，导致大量氨溶解，形成喷泉。装置
(Ⅱ)省去了胶头滴管，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨与水接触，即
发生喷泉(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶中，瓶内氨溶于水)。装置(Ⅲ)在水槽中加入能使
水温升高的物质致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气体压强增大产生喷泉。装置(Ⅳ)向导管中通
入一定量的HS和SO ，现象为有淡黄色粉末状物质生成，瓶内壁附有水珠，NaOH溶液上喷形成喷泉。
2 2
装置(Ⅴ)打开①处的止水夹并向烧瓶中缓慢通入等体积的HCl气体后关闭该止水夹，等充分反应后再打开
②处的止水夹，观察到先有白烟产生，后产生喷泉。装置(Ⅵ)中，挤压胶头滴管，然后打开导管上部的两
个活塞，则在右面烧瓶出现喷烟现象，再打开导管下部活塞，则可产生双喷泉。
4．喷泉实验产物的浓度计算
关键是确定所得溶液中溶质的物质的量和溶液的体积，标准状况下的气体进行喷泉实验后所得溶液的
物质的量浓度：
(1)若烧瓶内为HCl、NH 、NO 气体或它们与其他不溶于水且不与之反应的气体混合时，溶质的物质
3 2
的量浓度为 mol·L－1。
(2)若烧瓶内为NO 和O 的混合气体且其体积比为4∶1时，溶质的物质的量浓度即 c(HNO)＝ mol·L－
2 2 3
1。
六、氮氧化物的计算
(1)NO 或NO 与N(非O)的混合气体溶于水
2 2 2 2
根据3NO ＋HO===2HNO ＋NO ①
2 2 3
利用气体体积变化差值进行计算。
(2)NO 和O 的混合气体溶于水
2 2
根据4NO ＋O＋2HO===4HNO ②
2 2 2 3
可知：当体积比
(3)NO和O 的混合气体溶于水
2
根据4NO＋3O＋2HO===4HNO ③
2 2 3
可知：当体积比(4)NO、NO 、O 三种混合气体通入水中
2 2
可先按①式求出NO 和HO反应后生成的NO的体积，再加上原混合气体中NO的体积，即为NO的
2 2
总体积，再按③式进行计算。
(5)无论是4NO ＋O 混合，还是4NO＋3O 混合，均可看成是2NO，这是实质，即利用N、O原子个
2 2 2 2 5
数比进行分析推断。(6)电子守恒法
当NO 或NO转化为HNO 时要失去电子，若上述两种气体与O 混合，O 得电子，且得失电子总数必
2 3 2 2
然相等，这是解题的依据。
七、金属与硫酸、硝酸反应的计算
1．反应通式
M＋HSO (浓)―→M(SO )＋还原产物＋HO
2 4 4 n 2
3M＋4xHNO(稀)===3M(NO )＋xNO↑＋2xHO
3 3 x 2
M＋2xHNO(浓)===M(NO )＋xNO ↑＋xHO
3 3 x 2 2
x为金属的化合价。由以上两通式可以看出，稀硝酸与金属反应时，显示氧化性的硝酸占总量的；浓
硝酸与金属反应时，显示氧化性的硝酸占总量的。
2．还原产物
浓硫酸―→SO
2
浓硝酸―→NO
2
稀硝酸―→NO(HNO 越稀，还原产物的价态越低，如Zn和很稀的HNO 反应，还原产物可能是
3 3
NH NO )。
4 3
3．溶液中的酸
(1)起氧化性作用的酸转化为气体(NO、NO 、SO 等)，起氧化性作用的酸的物质的量等于生成气体的
2 2
物质的量。
(2)起酸性作用的酸转移到生成物的盐中，其物质的量可以由阳离子的物质的量求得。
(3)没参加反应的酸，可根据溶液中H＋的物质的量求得。
4．常用方法
(1)电子守恒法
硝酸与金属的反应属于氧化还原反应，N原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。
(2)原子守恒法
硝酸与金属反应后，一部分以NO的形式存在，一部分转化为还原产物(NO、NO 等)，这两部分中
2
氮原子的物质的量与反应消耗的HNO 中氮原子的物质的量相等。
3
以Cu与硝酸反应为例来说明：
Cu＋4HNO(浓)===Cu(NO)＋2NO ↑＋2HO
3 3 2 2 2反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝n(NO )，消耗的n(HNO)＝2n[Cu(NO )]＋n(NO )。
2 3 3 2 2
3Cu＋8HNO(稀)===3Cu(NO)＋2NO↑＋4HO
3 3 2 2
反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝3n(NO)，消耗的n(HNO)＝2n[Cu(NO )]＋n(NO)。
3 3 2
若还原产物为NO 和NO的混合气体，则反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝n(NO )＋3n(NO)，消耗的
2 2
n(HNO)＝2n[Cu(NO )]＋n(NO )＋n(NO)。
3 3 2 2
5．金属与稀硝酸和稀硫酸的混合酸反应
金属与硝酸和硫酸的混合酸反应时，金属与硝酸反应生成的硝酸盐在酸性条件下，相当于稀硝酸，
金属会继续被NO氧化，故计算有关物质的量时，要按离子方程式进行。
例如，Cu与硝酸和硫酸的混合酸反应时，要按离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋
4HO进行计算。
2
一般有以下几种情况：
3Cu～2NO～8H＋ 被还原的HNO 量 被氧化的Cu量
3
①足量 不足 足量 HNO 总量 ·n(HNO)
3 3
②不足 足量 足量 ·n(Cu) Cu总量
③足量 足量 不足 ·n(H＋) ·n(H＋)
由此看出，在不同的情况，HNO 可部分被还原，也可全部被还原，Cu也是可部分或可全部被氧化。
3
【核心题型例解】
高频考点一 氮的氧化物
例1.（2023·浙江选考1月第5题）下列关于元素及其化合物的性质说法不正确的是（ ）
A. Na和乙醇反应可生成H B. 工业上煅烧黄铁矿(FeS )生产SO
2 2 2
C. 工业上用氨的催化氧化制备NO D. 常温下铁与浓硝酸反应可制备NO
2
【变式探究】（2022·江苏卷）氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是
A. 自然固氮、人工固氮都是将 转化为
B. 侯氏制碱法以 、 、 、 为原料制备 和
C. 工业上通过 催化氧化等反应过程生产
D. 多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”
【变式探究】下列关于NO和NO 的说法正确的是
2
A．NO 是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物
2
B．NO 可由N 和O 直接化合得到
2 2 2C．NO和NO 均能与水反应
2
D．NO和NO 在一定条件下可以相互转化
2
高频考点二 氨气的制取和干燥
例2.（2023·广东卷第4题）1827年，英国科学家法拉第进行了NH 喷泉实验。在此启发下，兴趣小组
3
利用以下装置，进行如下实验。其中，难以达到预期目的的是（ ）
A. 图1：喷泉实验 B. 图2：干燥NH
3
C. 图3：收集NH D. 图4：制备NH
3 3
【变式探究】（2022·海南卷）磷酸氢二铵[ ]常用于干粉灭火剂。某研究小组用磷酸吸收
氢气制备 ，装置如图所示(夹持和搅拌装置已省略)。
回答问题：
（1）实验室用 和 制备氨气的化学方程式为_______。
（2）现有浓 质量分数为85%，密度为1.7g/mL。若实验需100mL1.7mol/L的 溶液，则
需浓 _______mL(保留一位小数)。（3）装置中活塞 的作用为_______。实验过程中，当出现_______现象时，应及时关闭 ，打开
。
（4）当溶液pH为8.0~9.0时，停止通 ，即可制得 溶液。若继续通入 ，当
时，溶液中 、_______和_______(填离子符号)浓度明显增加。
（5）若本实验不选用pH传感器，还可选用_______作指示剂，当溶液颜色由_______变为_______
时，停止通 。
【举一反三】实验室用NH Cl和熟石灰反应生成NH ，按照制备、净化、性质检验、收集及尾气处理
4 3
的顺序进行试验。下列装置不能达到实验目的的是
A． B．
C． D．
高频考点三 铵盐性质
例3．下列描述正确的是（ ）
A．氯化铵和氯化钠的固体混合物可用升华法分离
B．将少量硫酸铵和熟石灰混合在研钵中进行研磨，可以闻到刺激性气味
C．检验某白色固体是铵盐的方法是：加氢氧化钠溶液，加热，用湿润蓝色石蕊试纸在试管口检验，
观察试纸是否变红
D．二氧化硅晶体可以用做装饰品和集成电路的芯片
【变式探究】为探究氨及铵盐性质，将氯化铵晶体装入如图所示T形三通管两端进行微型实验(无水氯
化钙可吸附氨气，形成 )。下列说法错误的是A．装置气密性检查：轻轻挤压乳胶头，观察到蒸馏水中有气泡冒出，松开后观察到形成一段水柱
B．同时点燃两个酒精灯后，两端湿润的pH试纸均有颜色变化
C．实验过程中只能观察到蒸馏水液面上升，未见白烟产生
D．停止加热后可以交替挤压两边乳胶头，使气体更充分吸收，减少污染
高频考点四 喷泉实验原理
例4．（2023·北京卷第8题）完成下述实验，装置或试剂不正确的是（ ）
A. 实验室制Cl B. 实验室收集C H
2 2 4
C. 验证NH 易溶于水且溶液呈碱性 D. 除去CO 中混有的少量HCl
3 2
【变式探究】根据“氨溶于水的喷泉实验”装置，以下说法不正确的是（ ）
A．该实验证明氨气极易溶于水
B．烧瓶充满氯气，胶头滴管和烧杯中加入浓碱液也可能形成喷泉
C．红色喷泉说明氨水呈弱碱性
D．烧杯中换成其他溶液无法形成喷泉【举一反三】常温常压下，某小组同学在实验室收集 后进行如图所示实验。下列分析正确的是
A．瓶内形成喷泉现象，证明 与水发生了反应
B．喷泉停止后，瓶内剩余少量气体，是因为 的溶解已达到饱和
C．烧瓶中的液体呈红色的原因是
D．取瓶内部分液体，测定其物质的量浓度约为
高频考点五 硝酸性质及其计算
例5.（2022·山东卷）下列试剂实验室保存方法错误的是（ ）
A. 浓硝酸保存在棕色细口瓶中 B. 氢氧化钠固体保存在广口塑料瓶中
C. 四氯化碳保存在广口塑料瓶中 D. 高锰酸钾固体保存在棕色广口瓶中
【变式探究】向 某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中逐渐加入铁粉，混合液中
， 随加入铁粉质量的变化如下图所示(假设硝酸只被还原为 气体)。已知：
不考虑溶液混合时体积和温度变化。下列说法错误的是
A．开始阶段反应的离子方程式为
B．从反应开始至反应结束的过程中，产生的气体的总体积为 (标准状况下)C．
D．原溶液中硫酸的浓度为
【方法技巧】金属与硝酸反应的规律
(1)HNO 与金属反应不能产生H。
3 2
(2)还原产物一般为HNO(浓)→NO ，HNO(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为NO、N 或
3 2 3 2 2
NH NO 。
4 3
由铜与硝酸反应的化学方程式知，浓硝酸被还原为NO ，氮元素的化合
2
与Cu反应 价变化为＋5→＋4；稀硝酸被还原为NO，氮元素的化合价变化为＋5→＋
2。一般情况下，硝酸的浓度越小，其还原产物的价态越低
锌与硝酸可发生如下反应
与Zn反应 4Zn＋10HNO(稀)===4Zn(NO)＋NO↑＋5HO，
3 3 2 2 2
4Zn＋10HNO(极稀)===4Zn(NO)＋NH NO ＋3HO
3 3 2 4 3 2
(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。
【变式探究】3.2g铜与30mL8mol•L-1硝酸充分反应，硝酸的还原产物仅为NO和NO ，反应后溶液中
2
含有amolH+，下列说法正确的是(气体均换算成标准状况下，不考虑硝酸的挥发)（ ）
A．所得NO的物质的量为(0.5a-0.02)mol B．反应后的溶液中不存在NO
C．生成NO 的体积为(0.16+1.5a)L D．该反应中Cu作还原剂，被还原
2
