文档内容
第 12 讲 氮及其化合物
【学科核心素养】
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。
【知识点解读】
知识点一 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
【归纳总结】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雾。
x
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
知识点二 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：
43Fe2＋＋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。
知识点三 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 ＋HO 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 3HO、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．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 2
2NH 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 与空气的对流速度，
3
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
4.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＋HO 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。
――→
【典例剖析】
高频考点一 氮及其氧化物
例1.(2018·全国卷Ⅱ)研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关(如下图所示)。
下列叙述错误的是( )
A．雾和霾的分散剂相同
B．雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵
C．NH 是形成无机颗粒物的催化剂
3D．雾霾的形成与过度施用氮肥有关
【举一反三】德国科学家格哈德·埃特尔的成就之一是证实了气体在固体催化剂表面进行的反应，开创
了表面化学的方法论。在汽车尾气净化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。下列
说法正确的是( )
A．NO 是该过程的最终产物
2
B．NO和O 必须在催化剂表面才能反应
2
C．汽车尾气的主要污染成分是CO 和NO
2
D.该催化转化的总化学方程式：2NO＋O＋4CO=====4CO＋N
2 2 2
【变式探究】化学与生产、生活、环境等社会实际密切相关。下列相关叙述正确的是( )
A．SO 、CO、NO 都是可形成酸雨的气体
2 2 2
B．75%酒精消毒原理和“84”消毒液(主要成分NaClO)消毒的原理相同
C．纳米铁粉通过物理吸附去除污水中Hg2＋、Pb2＋等重金属离子
D．汽车尾气中含有的氮氧化物，会加剧酸雨的形成
高频考点二 氮氧化物有关计算
例2. (2018·海南卷)某工业废气所含氮氧化物(NO)的氮氧质量比约为7∶4，该NO 可表示为( )
x x
A．NO B．NO C．NO D．NO
2 2 3 2
【变式探究】如图所示，将相同条件下的m体积NO和n体积O 同时通入倒立于水槽中且盛满水的试
2
管内，充分反应后，试管内残留体积的气体，该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为(
)
A．3∶2 B．2∶3
C．8∶3 D．3∶8
【方法技巧】氮氧化物与O、HO反应的计算
2 2
(1)关系式法
①NO和O 通入水中
2
由2NO＋O===2NO 和3NO ＋HO===2HNO＋NO得总反应为4NO＋3O＋2HO===4HNO
2 2 2 2 3 2 2 3②NO 和O 混合气体通入水中
2 2
由3NO ＋HO===2HNO＋NO和2NO＋O===2NO 得总反应为4NO ＋O＋2HO===4HNO
2 2 3 2 2 2 2 2 3
③NO、NO 和O 三种气体通入水中
2 2
先按3NO ＋HO===2HNO＋NO计算出生成的NO体积，然后加上原来混合气体中NO体积，再按①
2 2 3
计算。
(2)电子守恒法
当NO 转化为硝酸时要失去电子，如果是NO 与O 混合，则反应中O 得到的电子数与NO 失去的电
x x 2 2 x
子数相等。
【变式探究】工业上可采用碱液吸收和氨还原处理含NO 尾气，其中用碱液吸收的化学方程式为NO
x
＋NO ＋2NaOH===2NaNO ＋HO,2NO ＋2NaOH===NaNO ＋NaNO ＋HO。根据上述原理，下列气体中
2 2 2 2 2 3 2
被过量NaOH溶液吸收后有气体剩余的是（ ）
A．1 mol O 和4 mol NO B．1 mol NO和4 mol NO
2 2 2
C．1 mol O 和7 mol NO D．4 mol NO和4 mol NO
2 2
高频考点三 氨气的制取和用途
例3.下列说法错误的是( )
A．（2019江苏）NH HCO 可用作化肥
4 3
B.（2018江苏） NH Cl与Ca(OH) 混合加热可生成NH
4 2 3
C．（2017江苏）NH 易溶于水，可用作制冷剂
3
D．（2017天津）用烧碱处理含高浓度NH +的废水并回收利用氨
4
≜
【举一反三】下列制备NH 并制取氨水的装置正确且能达到实验目的的是( )
3
A.制取NH B.干燥NH C.收集NH D.吸收氨气
3 3 3【变式探究】NH 是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)，下列说法正确的是( )
3
A．NH Cl和NaHCO 都是常用的化肥
4 3
B．NH Cl、HNO 和NaCO 受热时都易分解
4 3 2 3
C．NH 和NO 在一定条件下可发生氧化还原反应
3 2
D．图中所涉及的O 都要用纯氧
2
高频考点四 喷泉实验
例4.．(2020·全国卷Ⅲ)喷泉实验装置如图所示。应用下列各组气体—溶液，能出现喷泉现象的是(
)
选项 气体 溶液
A HS 稀盐酸
2
B HCl 稀氨水
C NO 稀HSO
2 4
D CO 饱和NaHCO 溶液
2 3
【知识拓展】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。
【举一反三】如图是某课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案。下列有关操作不可能引发喷泉
现象的是( )A．挤压装置①的胶头滴管使CCl 全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹
4
B．挤压装置②的胶头滴管使NaOH溶液全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹
C．用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹
D．向装置④的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹
【变式探究】利用如图所示的装置，可以验证NH 和HCl的有关性质。实验前a、b、c活塞均关闭。
3
(1)若要在烧瓶Ⅱ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅰ中不产生“喷泉”现象，其操作方法是
______________________________________________________________________________。
(2)若先打开a、c活塞，再挤压胶头滴管，在烧瓶中可观察到的现象是
______________________________________________________________________________。
(3)通过挤压胶头滴管和控制活塞的开关，在烧瓶Ⅰ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅱ中不产生“喷泉”现
象，其操作方法是___________________________________________________________________________。
若要在该装置中产生双喷泉现象，其操作方法是______________________________________________。
高频考点五 金属与硝酸的反应
例5.如图表示铁与不同浓度硝酸反应时，各种还原产物的相对含量与硝酸溶液浓度的关系，则下列说
法不正确的是( )A．一般来说，硝酸与铁反应的还原产物不是单一的
B．用一定量的铁粉与大量的9.75 mol·L－1 HNO 溶液反应得到标准状况下气体2.24 L，则参加反应的
3
硝酸的物质的量为0.1 mol
C．硝酸的浓度越大，其还原产物中价态越高的成分越多
D．当硝酸浓度为9.75 mol·L－1时还原产物是NO、NO 、NO，且其物质的量之比为5∶3∶1
2 2
【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】将11.2 g的Mg—Cu混合物完全溶解于足量的硝酸中，收集反应产生的气体x(假定产生
的气体全部逸出)。再向所得溶液中加入足量的NaOH溶液，产生21.4 g沉淀。根据题意推断气体x的成分
可能是( )
A．0.3 mol NO 和0.3 mol NO
2
B．0.2 mol NO 和0.1 mol NO
2 2 4
C．0.6 mol NO
D．0.1 mol NO、0.2 mol NO 和0.05 mol NO
2 2 4
高频考点六 硝酸的性质及应用
例6．（2021·河北高考真题）关于非金属含氧酸及其盐的性质，下列说法正确的是
A．浓HSO 具有强吸水性，能吸收糖类化合物中的水分并使其炭化
2 4B．NaClO、KClO 等氯的含氧酸盐的氧化性会随溶液的pH减小而增强
3
C．加热NaI与浓HPO 混合物可制备HI，说明HPO 比HI酸性强
3 4 3 4
D．浓HNO 和稀HNO 与Cu反应的还原产物分别为NO 和NO，故稀HNO 氧化性更强
3 3 2 3
【举一反三】(2017·北京，12)下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是( )
① ② ③
A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体
B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸产生了反应
C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物
D．③的气体产物中检测出CO，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应
2
【变式探究】硝酸是化学实验室中最常用的试剂之一，下列有关硝酸的说法不正确的是( )
A．浓硝酸和氯水用棕色试剂瓶保存，原理相同
B．将分别蘸有浓硝酸和浓氨水的玻璃棒相互靠近时，有白烟生成
C．常温下铁和铂都不溶于浓硝酸，原理相同
D．浓硝酸溅到皮肤上，皮肤会变黄
高频考点七 氮及其重要化合物的相互转化及应用
例7.下列关系图中，a是一种正盐，b是气态氢化物，c是单质，f是强酸。当X无论是强酸还是强碱
时都有如下转化关系(其他产物及反应所需条件均已略去)，当X是强碱时，过量b跟氯气反应除生成c外，
另一产物是盐酸盐。
a――→b――→c――→d――→e――→f
下列说法不正确的是( )
A．当X是强酸时，a、b、c、d、e、f均含有同一种元素，f是硫酸
B．当X是强碱时，a、b、c、d、e、f均含有同一种元素，f是硝酸
C．b和Cl 的反应一定是氧化还原反应
2
D．当X是强酸时，c常温下是气态单质
【变式探究】一定条件下，含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。回答下列问题：
(1)氮原子的结构示意图为______________。
(2)图中属于“氮的固定”的是________(填字母，下同)；转化过程中发生非氧化还原反应的是
________。
(3)若“反应h”是在NO 与HO的作用下实现的，则该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为
2 2
________。
(4)若“反应i”是在酸性条件下由NO与Zn的作用实现的，则该反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
