第17讲 氮及其氧化物、氢化物和铵盐-【高效备考】2024年高考化学一轮复习讲义+分层练习

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1.了解氮及其氧化物的主要性质及应用。
2.了解NH3、N2H4、铵盐的性质及应用。
3.了解含氮化合物对环境的影响。
必备知识
考点一 氮气及氮的氧化物的性质
1．氮的固定
2．氮气
(1)物理性质：无色无味气体，密度比空气略小，不溶于水。熔点、沸点很低。
(2)化学性质
①与O2反应。
N2＋O2eq \(=====,\s\up7(放电))2NO
②工业合成氨。
N2＋3H2eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(高温、高压))2NH3
③与Mg反应。
3Mg＋N2eq \(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2
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。氮的氧化物都有毒，都是大气污染物。
(2)NO和NO2性质的比较。
4.氮氧化物对环境的污染及防治
(1)常见的污染类型
a．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，产生的一种有毒的烟雾。
b．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。
(2)常见的NOx尾气处理方法
a．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。
b．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。
要点突破
1．下列关于氮及其化合物的说法错误的是 ( )
A．所有的铵盐都能与烧碱共热生成氨气
B．浓硝酸不论与铜反应还是与碳反应，均体现其酸性和强氧化性
C．一氧化氮结合血红蛋白的能力比一氧化碳还强，更容易造成人体缺氧
D．把带火星的木条伸入充满NO2和O2混合气体(NO2和O2的物质的量之比为4∶1)的集气瓶中，木条复燃，说明NO2支持燃烧
【答案】B
【解析】本题考查氮及其化合物知识。铵盐与烧碱共热时均能生成氨气，A项说法正确；浓硝酸与碳的反应中，浓硝酸只体现强氧化性，B项说法错误；NO结合血红蛋白的能力比CO的强，更容易造成人体缺氧，C项说法正确；带火星的木条在空气中不能复燃，但伸入NO2和O2的混合气体中复燃，说明NO2支持燃烧，D项说法正确。
2．下列说法中正确的是 ( )
A．密闭容器中2 ml NO与1 ml O2充分反应，产物的分子数为2NA
B．制取二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气
C．用湿润的碘化钾淀粉试纸鉴别Br2(g)和NO2
D．标准状况下，6.72 L NO2与水充分反应转移的电子数目为0.2NA
【答案】D
【解析】NO与氧气反应生成二氧化氮，但常温下，二氧化氮与四氧化二氮之间存在平衡，所以产物的分子数小于2NA，故A错误；不能用水吸收NO2尾气，因为NO2与水反应生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮会造成污染，故B错误；Br2和NO2都能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，故C错误；标准状况下，6.72 L NO2为0.3 ml，发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，转移电子数目为0.2NA，故D正确。
3．相同条件下，等体积的NO2、NO分别与一定体积的氧气混合，恰好能被水完全吸收转化成硝酸。消耗氧气的体积比为( )
A．1∶1B．1∶2
C．1∶3D．3∶1
【答案】C
【解析】根据电子守恒知，最终生成硝酸；1 ml NO2失去1 ml电子，1 ml NO失去3 ml电子，则消耗氧气的体积之比为eq \f(1,4)∶eq \f(3,4)＝1∶3。
必备知识
考点二 氮的氢化物(NH3和N2H4)和铵盐
(一)氨
1．氨的分子结构和物理性质
2.氨的化学性质
提醒 ①NH3是中学化学中唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，可在推断题中作为解题突破口。
②氨水呈碱性，NH3·H2O属于一元弱碱，计算氨水的浓度时，溶质按NH3进行计算。
3．氨的实验室制法
(1)加热固态铵盐和碱的混合物
eq \x(反应装置)→
↓
eq \x(净化装置)→用碱石灰干燥
↓
eq \x(收集装置)→用向下排空气法。收集时，一般在试管口塞一团棉花球，可减小NH3与空气的
对流速率，收集到纯净的NH3
↓
eq \x(验满方法)→①将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝；
②将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生
(2)实验室制取氨的其他方法
(二)铵盐及NHeq \\al(＋,4)的检验
1．铵盐的物理性质
铵盐大多数是白色固体，绝大多数易溶于水。
2．铵盐的化学性质
3．NHeq \\al(＋,4)的检验步骤
未知液eq \(――→,\s\up7(OH－))呈碱性eq \(――→,\s\up7(△))使湿润的红色石蕊试纸变蓝色，则证明含NHeq \\al(＋,4)。
(三)N2H4的结构与性质
1．无水N2H4为无色发烟液体，并有微弱氨的气味。它的稳定性比NH3小，受热即发生爆炸性分解，生成N2、NH3和H2。
2．燃烧
N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－622 kJ·ml－1
N2H4的主要用途是作导弹、宇宙飞船飞行的火箭燃料。
3．N2H4的水溶液呈弱碱性，其强度比氨水弱。
N2H4＋H2ON2Heq \\al(＋,5)＋OH－
N2Heq \\al(＋,5)＋H2ON2Heq \\al(2＋,6)＋OH－
要点突破
1．某同学探究氨和铵盐的性质，相关实验操作及现象描述正确的是( )
A．室温下测定等浓度氨水和NaOH溶液的pH，比较氨水和NaOH碱性强弱
B．将氨水缓慢滴入AlCl3溶液中，研究Al(OH)3的两性
C．将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近，观察到白烟
D．加热除去NH4Cl中的少量NaHCO3
【答案】A
【解析】氨水中的主要成分一水合氨是弱电解质，氢氧化钠是强电解质，前者部分电离，后者完全电离，故通过室温下测定等浓度氨水和NaOH溶液的pH，可以比较氨水和NaOH碱性强弱；Al(OH)3只能溶于强碱溶液，不能溶于氨水中；浓硫酸无挥发性，无法观察到白烟；NH4Cl受热也会分解，故不可采用加热法。
2．下列装置适用于实验室制氨气并验证氨气的某化学性质，其中能达到实验目的的是 ( )
A．用装置甲制取氨气B．用装置乙除去氨气中的水蒸气
C．用装置丙验证氨气具有还原性D．用装置丁吸收尾气
【答案】C
【解析】 本题考查NH3的实验室制备与性质探究。A项，用装置甲制取氨气需要加热，不能达到实验目的。B项，氨气与浓硫酸反应生成硫酸铵，不能达到实验目的。C项，氨气与氧化铜在加热条件下反应生成NO、水和铜，可以验证氨气具有还原性，能达到实验目的。D项，用装置丁吸收尾气容易引起倒吸，不能达到实验目的。
3．铵盐受热易分解，但硝酸铵在不同条件下分解所得产物不同。下列各组物质中可能是硝酸铵分解产物的是( )
A．O2＋HNO3＋H2OB．N2＋NH3＋H2O
C．NH3＋HNO3 D．NH3＋NO＋H2
【答案】C
【解析】NH4NO3―→O2＋HNO3＋H2O中，化合价只有升高没有降低，A错误；观察反应物NH4NO3，其化学式中N原子数小于O原子数，若生成物是NH3＋NO＋H2，无论如何配置化学计量数，N原子数总是大于O原子数，所以该方程式不能配平，实际上不能发生，D错误；B项，表面上看可以发生，但实际上由于铵根中的N由－3价升高到0价，硝酸根中的氮由＋5价降低到0价，变价的两种氮原子的物质的量之比为5∶3，因此－3价的氮原子不可能剩余，即不可能有NH3产生(但＋5价的氮原子有可能剩余，所以可能有HNO3生成，即NH4NO3→N2＋HNO3＋H2O有可能发生)，错误。
必备知识
考点三 喷泉实验及拓展应用
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烧杯中的液体压入烧瓶内，在导管尖嘴口形成喷泉。
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吸收剂。
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(发散源)可设计如图所示的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而产生喷泉。装置(Ⅳ)向烧瓶中通入一定量的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)HCl、NH3、NO2气体或它们与其他不溶于水的气体混合时：所得溶液的物质的量浓度为eq \f(1,22.4) ml·
L－1。
(2)当是NO2和O2的混合气体且体积比为4∶1时，c(HNO3)＝eq \f(1,28) ml·L－1。
要点突破
1.在如图所示的装置中，干燥烧瓶内盛有某种气体，烧杯和胶头滴管内盛放某种液体。挤压胶头滴管，下列与实验事实不相符的是（ ）
A.NH3(H2O含酚酞)/红色喷泉
B.NO(H2O含石蕊)/红色喷泉
C.HCl(AgNO3溶液)/白色喷泉
D.SO2(NaOH溶液)无色喷泉
【答案】B
【解析】因氨气极易溶于水，挤压胶头滴管，烧瓶中的气压减小，且小于外界大气
压，则形成喷泉，又因氨水溶液显碱性，酚酞遇碱变红，故形成红色喷泉，A正确。
因NO与水不发生反应，也不溶于水，挤压胶头滴管，烧瓶内压强不变化，则不会形成喷泉，B错误。因HC1与AgNO3溶液反应生成白色AgCl沉淀且HC极易溶于水，挤压胶头滴管，烧瓶中的气压减小，且小于外界大气压，则形成喷泉，又因溶液中有白色的AgC1,形成白色浑浊，故形成白色喷泉，C正确。二氧化硫能和氢氧化钠反应生成亚硫酸钠和水，烧瓶中的压强减小，能够形成无色喷泉，D正确。
2.能用如图装置进行喷泉实验的一组气体是( )
A.HCl和CO2B.NH3和CO
C.O2和CO2D.NO2和NO
【答案】A
【解析】要利用该装置进行喷泉实验,所选气体必须易溶于NaOH溶液或易与NaOH反应,B项中的CO、C项中的O2、D项中的NO都不溶于NaOH溶液,也不与NaOH反应。
3.如下图为化学教学中所用的喷泉实验装置。某同学用烧瓶中盛不同成分的气体进行喷泉实验，请帮助分析实验后烧瓶中所得溶液的浓度(假设是在标准状况下完成实验，且溶质不扩散)。
(1)若用HCl气体，则c(HCl)＝____________________________。
(2)若用NO2气体，则c(HNO3)＝___________________________________________。
(3)若用n(NO2)∶n(O2)＝2∶1的混合气体，则c(HNO3)＝____________。
【答案】 (1)eq \f(1,22.4) ml·L－1 (2)eq \f(1,22.4) ml·L－1 (3)eq \f(1,28) ml·L－1
【解析】 设烧瓶的容积为V L，则气体(混合气体)的物质的量均为eq \f(V,22.4) ml。
(1)若是HCl气体，喷泉后，溶液充满烧瓶，则溶液的体积为V L，c(HCl)＝eq \f(\f(V,22.4) ml,V L)＝eq \f(1,22.4) ml·
L－1。
(2)若为NO2，喷泉后，溶质为HNO3，
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
eq \f(V,22.4) ml eq \f(2,3)×eq \f(V,22.4) ml
则喷泉后溶液的体积为eq \f(2,3)V L，
c(HNO3)＝eq \f(\f(2,3)×\f(V,22.4) ml,\f(2,3)V L)＝eq \f(1,22.4) ml·L－1。
性质
NO
NO2
颜色状态气味
无色无味气体
红棕色、有刺激性气味的气体
溶解性
难溶于水
与水反应
毒性
有毒
有毒
与水反应
不反应
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
与氧气反应
2NO＋O2===2NO2
不反应
对人体和环境的影响
①与血红蛋白结合，使人中毒
②转化成NO2，形成酸雨、光化学烟雾
形成酸雨、光化学烟雾、破坏臭氧层
电子式
密度
气味
水溶性
比空气小
刺激性气味
极易溶于水(1∶700)
方法
化学方程式(或原理)
气体发生装置
加热浓氨水
NH3·H2Oeq \(=====,\s\up7(△))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
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