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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
3Mg
①
＋N2=====Mg3N2；
N
②
2＋3H2
2NH3；
N
③
2＋O2===========2NO。
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N2O、NO、N2O3、NO2(或
N2O4)、N2O5，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。
(2)NO 和NO2的比较
性质
NO
NO2
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
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
与氧气反应
NO＋O2===2NO2
不反应
对环境的影响
NO 与血红蛋白结合使人中毒，NO、NO2导致光化学烟雾、形成酸雨
及破坏臭氧层
二、硝酸
1．物理性质
1
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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：4HNO3(浓) ===========2H2O＋4NO2↑＋O2↑。
(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＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；
浓硝酸与铜反应：
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
②与非金属反应：
浓硝酸与C 的反应：
C＋4HNO3(浓)=====CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
③与还原性化合物反应：
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等还原性物质。
稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：
3Fe2＋＋4H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
(3)与有机物反应
①硝化反应(与苯反应)：
＋HNO3(浓)――→
＋H2O；
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)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。
(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。
(4)涉及HNO3的离子反应常见的易错问题
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HNO3的强氧化性，将氧化还原反应简单地写成复分解反应。
2
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(3)硝酸工业制法的反应原理
NH
①
3在催化剂作用下与O2反应生成NO：
4NH3＋5O2
4NO＋6H2O。
NO
②
进一步氧化生成NO2：2NO＋O2===2NO2。
③用水吸收NO2生成HNO3：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
(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NO2溶于HNO3而使其呈黄色。与工业盐酸中因含Fe3＋而呈黄色易
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
NH3＋H2O
NH3·H2O
NH＋OH－，氨溶于水得氨水，氨水中含有的粒子有NH3·H2O、NH3、
H2O、NH、OH－、H＋。氨水为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：NH3·H2O=====NH3↑＋H2O。
(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＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。
(3)与盐溶液的反应
如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式：
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
(4)氨的还原性
a．催化氧化：4NH3＋5O2
4NO＋6H2O。
b．在纯氧中燃烧：4NH3＋3O2=====2N2＋6H2O。
c．与氯气反应：2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl 或8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl。
d．与CuO 反应：2NH3＋3CuO=====N2＋3Cu＋3H2O。
3.铵盐及NH 的检验
(1)铵盐的物理性质
3
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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．NH4Cl 受热分解：NH4Cl=====NH3↑＋HCl↑。
b．NH4HCO3受热分解：NH4HCO3=====NH3↑＋CO2↑＋H2O。
②与碱反应
a．在稀溶液中不加热：NH＋OH－===NH3·H2O。
b．加热时或浓溶液：NH＋OH－=====NH3↑＋H2O。
③铵盐溶于水易水解：NH＋H2O
NH3·H2O＋H＋。
(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：NOx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。
②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。
③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。
NO
④
与血红蛋白结合使人中毒。
(2)常见的NOx尾气处理方法
①碱液吸收法
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
NO2、NO 的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是 n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx
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(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。
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NH4Cl 和Ca(OH)2的混合物，化学方程式：
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2NH4Cl＋Ca(OH)2=====2NH3↑＋CaCl2＋2H2O。
①装置：“固体＋固体――→气体”(与用KClO3或KMnO4制O2的装置相同)。
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NH3与空气的对流速
度，收集到纯净的NH3，同时也可避免污染空气。
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
NH3·H2O=====NH3↑＋H2O
浓氨水＋固体NaOH
NaOH 溶于水放热，促使氨水分解。且OH
－浓度的增大有利于NH3的生成
浓氨水＋固体CaO
CaO 与水反应，使溶剂(水)减少；反应放
热，促使氨水分解。化学方程式为NH3·H2O＋
CaO===NH3↑＋Ca(OH)2
三、NO 和NO2的比较
NO
NO2
色、态、
味、毒性
无色、无味
红棕色、刺激性气味
有毒气体
水溶性
不溶
易溶且与水反应
与O2反应
2NO＋O2===2NO2
与H2O 反应
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
与O2、H2O
共同反应
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
氧化性
6NO＋4NH3═══5N2＋6H2O
6NO2 ＋8NH3═══7N2 ＋12H2O ，NO2 ＋
SO2===SO3＋NO，NO2 能使湿润的淀粉KI 试纸
变蓝
四、含氮化合物的转化
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1.氮及其化合物的转化关系
部分转化的化学方程式如下：
N2 +O2
2NO
3Mg+N2
Mg3N2
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
N2+3H2
2NH3
NH3+H2O
NH3·H2O
NH3+H+===
4NH3+5O2
4NO+6H2O
NH3·H2O
NH3↑+H2O
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3
NH4Cl
NH3↑+HCl↑
NH4HCO3
NH3↑+H2O+CO2↑
NaOH+NH4NO3
NH3↑+NaNO3+H2O
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
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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。
气体
HCl
NH3
CO2、Cl2、
SO2、H2S
NO2
NO、O2、
(4 3)
∶
NO2、O2
(4 1)
∶
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。
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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H2S 和SO2，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。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、NH3、NO2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
的量浓度为 mol·L－1。
(2)若烧瓶内为NO2和O2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(HNO3)＝ mol·L－
1。
六、氮氧化物的计算
(1)NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水
根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ①
利用气体体积变化差值进行计算。
(2)NO2和O2的混合气体溶于水
根据4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ②
可知：当体积比
(3)NO 和O2的混合气体溶于水
根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 ③
可知：当体积比
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(4)NO、NO2、O2三种混合气体通入水中
可先按①式求出NO2和H2O 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
总体积，再按③式进行计算。
(5)无论是4NO2＋O2混合，还是4NO＋3O2混合，均可看成是2N2O5，这是实质，即利用N、O 原子个
数比进行分析推断。
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(6)电子守恒法
当NO2或NO 转化为HNO3时要失去电子，若上述两种气体与O2混合，O2得电子，且得失电子总数必
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＋H2SO4(浓)―→M(SO4)n＋还原产物＋H2O
3M＋4xHNO3(稀)===3M(NO3)x＋xNO↑＋2xH2O
M＋2xHNO3(浓)===M(NO3)x＋xNO2↑＋xH2O
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―→SO2
浓硝酸―→NO2
稀硝酸―→NO(HNO3越稀，还原产物的价态越低，如Zn 和很稀的HNO3反应，还原产物可能是
NH4NO3)。
3．溶液中的酸
(1)起氧化性作用的酸转化为气体(NO、NO2、SO2等)，起氧化性作用的酸的物质的量等于生成气体的
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、NO2等)，这两部分中
氮原子的物质的量与反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量相等。
以Cu 与硝酸反应为例来说明：
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
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反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝n(NO2)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)。
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝3n(NO)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO)。
若还原产物为NO2和NO 的混合气体，则反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)，消耗的
n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)＋n(NO)。
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↑＋
4H2O 进行计算。
一般有以下几种情况：
3Cu～2NO～8H＋ 被还原的HNO3量 被氧化的Cu 量
①足量 不足 足量 HNO3总量 ·n(HNO3)
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，HNO3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。
【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H2
B. 工业上煅烧黄铁矿(FeS2)生产SO2
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NO2
【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NO2的说法正确的是
A．NO2是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物
B．NO2可由N2和O2直接化合得到
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C．NO 和NO2均能与水反应
D．NO 和NO2在一定条件下可以相互转化
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NH3喷泉实验。在此启发下，兴趣小组
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NH3
C. 图3：收集NH3
D. 图4：制备NH3
【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)。
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（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NH4Cl 和熟石灰反应生成NH3，按照制备、净化、性质检验、收集及尾气处理
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
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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Cl2
B. 实验室收集C2H4
C. 验证NH3易溶于水且溶液呈碱性
D. 除去CO2中混有的少量HCl
【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
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【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)
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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)HNO3与金属反应不能产生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。
与Cu 反应
由铜与硝酸反应的化学方程式知，浓硝酸被还原为NO2，氮元素的化合
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
与Zn 反应
锌与硝酸可发生如下反应
4Zn＋10HNO3(稀)===4Zn(NO3)2＋N2O↑＋5H2O，
4Zn＋10HNO3(极稀)===4Zn(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O
(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NO2，反应后溶液中
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NO2的体积为(0.16+1.5a)L
D．该反应中Cu 作还原剂，被还原
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