高中化学 考点过关（下）考点13 非金属氮及其化合物（必修1）（通用）

考点过关（下）考点13 非金属氮及其化合物非金属及其化合物知识像金属及其化合物知识一样在中学化学中占有重要的地位，它也是基本理论、基本概念、化学实验、化学计算等知识的载体，非金属及其化合物知识主要包括碳、硅、氯、硫、氮等非金属及其重要化合物的主要性质。氮元素及其化合物是中学化学中元素化合物中的重要部分,在元素及其化合物中起着举足轻重的作用，其单质及化合物用途广泛,可作实验药品、燃料、工农业生产的原料等,其氧化物是大气污染物,这部分内容知识点多,又是化学实验、无机推断的基础,因此是命题的热点和难点之一。试题主要考查硝酸的强氧化性、氨气的性质、氨气的实验室制法及相关探究性实验、铵盐的性质、铵根离子的检验、硝酸与金属反应的相关计算、大气污染等，可以与氧化还原反应、离子反应、化学计算、化学实验等知识结合来命题，试题知识跨度大，难度较高。氮元素是作物体内蛋白质、核酸和叶绿素的重要成分，氮肥能促使作物的茎叶生长茂盛，叶色浓绿。蚕豆、大豆等豆科植物和苜蓿等的根部有根瘤菌，能把空气中的氮气转变成氨作为养料吸收，是植物生长发育的基本条件之一，推动着自然界周而复始的氮循环，保持着生态平衡，使生命得以延续。氮气是无色无味气体，难溶于水，与空气密度相近。氮气属于双原子分子，两个氮原子之间的作用非常强。因此，氮气分子稳定，化学性质不活泼，但要注意，N2一旦吸收能量变为N原子则性质较活泼。在高温或放电时可与某些物质反应，N表现为既有氧化性，又有还原性。在放电条件下，氮气跟氧气能直接化合生成无色的一氧化氮（NO），反应的化学方程式是N2+O2 2NO。N2与H2反应是工业上合成氨的反应原理，具有非常重要的现实意义。在该反应中，N2表现出氧化性，反应的化学方程式是N23H22NH3。将空气中游离的氮转变成氮的化合物的方法叫做氮的固定。【例1】下列关于氮气的说法中错误的是()A通常情况下N2性质很稳定，所以N2可以在电焊时作保护气BN2O22NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一CN2在空气中约占的质量比为D在反应3MgN2Mg3N2中，N2作氧化剂氮氧化物指的是只由氮、氧两种元素组成的化合物。常见的氮氧化物有一氧化氮（NO，无色）、二氧化氮（NO2，红棕色）、一氧化二氮（N2O）、五氧化二氮（N2O5）等，其中除五氧化二氮常态下呈固体外，其他氮氧化物常态下都呈气态,作为空气污染物的氮氧化物（NOx）常指NO和NO2。NO为无色无味气体，密度比空气略大，难溶于水，有毒。常温下，NO不稳定，易与O2化合，反应的化学方程式是2NOO2=2NO2。实验室里收集NO气体是用排水集气法而不能用排空气法，检验NO气体的方法是向气体中通入O2(或空气)，气体由无色变为红棕色。NO分子因污染空气而臭名昭著。近年来发现少量的NO在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、免疫，增强记忆的功能，而成为当前生命科学的研究热点，NO亦称为“明星分子”。NO2为红棕色刺激性气味气体，密度比空气大，难溶于水，有毒。NO2溶于水时与水发生反应，反应的化学方程式是3NO2H2O=2HNO3NO，氧化剂与还原剂的物质的量比是12。将充满NO2气体的试管倒立于水槽中,3体积的NO2变成1体积的NO,所以液面会上升到试管的23处，若向试管中充入O2,会发生反应，反应的化学方程式是2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO，所以会管到液面不断上升，通入14体积的O2时，试管内充满液体。俗语“雷雨发庄稼”的原因是打雷时，在闪电的作用下，空气中的N2和O2反应生成NO，NO和O2生成NO2，NO2和雨水生成的硝酸，随雨水流入土壤，与土壤中的矿物质反应生成硝酸盐，硝酸盐可作为农作物庄稼所需的肥料。光化学烟雾主要是NOx引起的，“酸雨”的形成主要是SO2及NOx引起的。光化学烟雾形成的化学过程是，当汽车尾气产生的NO2在日光照射下分解成NO和O原子,即开始光化学烟雾的循环,不断的产生臭氧。 酸雨是指pH低于5.6的大气降水，包括雨、雪、雾、露、霜。由于空气中含有二氧化碳，而二氧化碳溶于水后使水变成弱酸性，因此大气降水通情况下就具有一定的酸性，但是正常降水的pH不会低于5.6，因为二氧化碳饱和溶液的pH为5.6，降水的酸度来源于大气降水对大气中的二氧化碳和其他酸性物质的吸收，形成降水的不正常酸性的物质主要是含硫化合物，含氮化合物。【例2】以下是氮循环的一部分：(1)通常状况下，NO2的颜色是_。(2)反应的化学方程式是_。(3)NO2易溶于水，并和水发生化学反应。该反应中，氧化剂是_。(4)化合物A的化学式是_。(5)治理汽车尾气的一种方法是用催化剂使NO与CO发生反应：2NO2CO2CO2N2。当生成2 mol N2时，被还原的NO为_ mol。【答案】(1)红棕色(2)N2O22NO(3)NO2(4)HNO3(5)4氨气是无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，易液化，极易溶于水，1体积水可以溶解700体积的氨气。因氨气易液化，所以液氨汽化过程中会吸收热量，使得周围环境温度降低，因此液氨可以作制冷剂。氨气(NH3)和氯化氢(HCl)气体均极易溶于水，1体积的水常温下大约分别能溶解700体积的氨气和500体积的氯化氢气体，因此氨气和氯化氢气体溶于水的实验可设计成喷泉实验。做喷泉实验需要满足以下条件：盛气体的烧瓶必须干燥,否则甁中有液体,会使瓶口留下空气,形成的喷泉压力不大（喷泉“无力”）；气体要充满烧瓶；烧瓶不能漏气（实验前应先检查装置的气密性）；所用气体能大量溶于所用液体或气体与液体快速反应。实验制取氨气一般用NH4Cl和Ca(OH)2作为原料,NH4Cl和Ca(OH)2共热的化学方程式是2NH4ClCa(OH)2CaCl22NH32H2O，反应装置与O2的制备装置相似，是典型的固体与固体热反应制备气体的装置。氨气收集用向下排空气法，在试管口塞有一团湿的棉花其作用有两个：一是减小氨气与空气的对流，方便收集氨气；二是吸收多余的氨气，防止污染空气。氨气验满用湿润的红色石蕊试纸（NH能使湿润的红色石蕊试纸变蓝）或沾有浓盐酸的玻璃棒（有白烟产生）。氨气干燥用碱石灰（NaOH与CaO的混合物）或生石灰在干燥管或U型管中干燥。加热浓氨水、氧化钙与浓氨水反应等可以快速制备氨气。氨气溶于水，大部分与水结合成一水合氨（NH3H2O），一水合氨少部分电离，因此氨水显弱碱性，而NH3H2O不稳定，受热极易生成NH3和H2O，反应的化学方程式是NH3H2ONH3H2ONH4+OH，氨气是中学阶段唯一的一种碱性气体，利用这一点，可以检验NH3。氨水的主要成分是一水合氨，但是不能认为一水合氨就是氨水。而且氨水成碱性的原因就是一水合氨在水中电离出氢氧根离子。氨气与氯化氢气体相遇时产生白烟，氨气与盐酸反应的化学方程式是NH3HCl=NH4Cl。氨的催化氧化反应是工业上生产硝酸的一个基础反应，NH3中的氮元素的价态为-3价，因此NH3不仅能被催化氧化生成NO，在纯氧中燃烧能生成N2，在一定条件下NH3还能被Cl2、CuO等氧化，氨的催化氧化反应的化学方程式是4NH35O24NO6H2O。氨气用于制造氨水、氮肥（尿素、碳铵等）、复合肥料、硝酸、铵盐、纯碱等，广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维等领域。含氮无机盐及有机物中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。此外液氨常用作制冷剂，氨还可以作为生物燃料来提供能源。【例3】某化学实验小组同学利用以下装置制备氨气，并探究氨气的性质(部分仪器已略去)。请回答：(1)实验室制备氨气的化学方程式为_。(2)用装置B收集氨气时，应选择氨气的进气口是_(填“a”或“b”)，并说明选择的理由是_。在制取后，如果要干燥氨气，应选用的干燥剂是_。A浓硫酸B固体氢氧化钠C五氧化二磷(3)打开装置B中的止水夹c，若观察到烧瓶内产生了红色喷泉，则说明氨气具有的性质是_，_。(4)为防止污染环境，以下装置(盛放的液体均为水)可用于吸收多余氨气的是_(填序号)。(5)向浓CaCl2溶液中通入NH3和CO2气体制纳米级碳酸钙时，应先通入的气体是_，试写出制纳米级碳酸钙的化学方程式：_。试设计简单的实验方案，判断所得碳酸钙样品颗粒是否为纳米级： _。（6）用生石灰和浓氨水反应制氨的化学方程式_，释放出NH3的原因_。会发生倒吸。(5)因为在氯化钙中二氧化碳溶解度很小，所以先通入溶解度大的氨气，再通入二氧化碳；反应生成碳酸钙和氯化铵，CaCl2CO22NH3H2O=CaCO32NH4Cl。纳米材料形成的分散系是胶体，具有丁达尔现象，所以取少许样品与水混合形成分散系，用一束光照射，若出现一条光亮的通路，则是纳米级碳酸钙，否则不是。（6）CaO与氨水中的水反应生成Ca(OH)2，同时放出大量的热，促使NH3H2O受热分解生成NH3，又由于温度升高NH3的溶解度减小，从而挥发出NH3。【答案】(1)2NH4ClCa(OH)2CaCl22NH32H2O(2)a氨气密度比空气密度小 B(3)极易溶于水与水反应生成碱(4)(5)NH3CaCl2CO22NH3H2O=CaCO3(胶体)2NH4Cl取少许样品与水混合形成分散系，用一束光照射，若出现一条光亮的通路，则是纳米级碳酸钙，否则不是（6）NH3H2OCaO=Ca(OH)2NH3生石灰与水反应放出大量热，促使NH3H2O受热分解生成NH3，又由于温度升高，NH3的溶解度减小，使NH3从水中逸出由铵离子和酸根离子构成的化合物叫铵盐，所有的铵盐都是无色晶体，都能溶于水，受热均易发生分解，分解产物一般为NH3和相应的酸（或酸的分解产物）。将氯化铵固体在试管中加热，在试管上端内壁上有白色固体附着，原因是受热时氯化铵分解生成氨气和氯化氢，冷却时两者又重新结合生成氯化铵，氯化铵受热分解的化学方程式是NH4ClNH3HCl。(NH4)2SO4与NaOH反应的化学方程式是 (NH4)2SO42NaOHNa2SO42H2O2NH3，铵盐与碱反应的实质是NH4与OH反应生成NH3H2O，而NH3H2O不稳定，在受热或浓溶液反应的情况下，就写成NH3和H2O的形式，而稀溶液反应就写成NH3H2O的形式。NH的检验时，必须先加碱溶液，将NH转化为NH3，而不能直接加热，因为有的铵盐受热分解不一定产生NH3，如NH4NO3分解产物较复杂，其中不含有氨气。而且必须加热且用浓碱溶液，因为碱液浓度较小和不加热时生成NH3H2O。【例4】下列说法中正确的是()A.所有铵盐受热均可以分解，产物均有NH3B.所有铵盐都易溶于水，所有铵盐中的N均呈3价C.NH4Cl溶液中加入NaOH浓溶液共热时反应的离子方程式为NH4OHNH3H2OD.NH4Cl和NaCl的固体混合物可用升华法分离硝酸是一种具有强氧化性、腐蚀性的强酸，属于一元无机强酸，自然界中的硝酸主要由雷雨天生成的一氧化氮或微生物生命活动放出二氧化氮形成。纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，打开瓶盖瓶口有白雾。密度为1.5027g/cm3，沸点是83，常用浓硝酸质量分数为69%，98%以上的硝酸叫发烟硝酸。浓硝酸不稳定，遇光或热会分解而放出二氧化氮，分解产生的二氧化氮溶于硝酸，从而使外观带有浅黄色，但稀硝酸相对稳定。硝酸越浓越易分解，浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，置于冷暗处，不能用橡胶塞。硝酸分子中氮元素为最高价态（+5）因此硝酸具有强氧化性，其还原产物因硝酸浓度的不同而有变化，从总体上说，硝酸浓度越高，平均每分子硝酸得到的电子数越少，浓硝酸的还原产物主要为二氧化氮，稀硝酸主要为一氧化氮，更稀的硝酸可以被还原为一氧化二氮、氮气、硝酸铵等。常温下，浓硝酸使铁、铝等金属钝化，Au和Pt不能被浓HNO3溶解，却可以溶解在王水中（王水是浓硝酸和浓盐酸按1：3的体积比配制成的的混和溶液），硝酸与金属反应不放出氢气。浓硝酸和Cu反应剧烈，生成红棕色气体，溶液变成蓝色，而稀硝酸和Cu反应较慢，需加热加快反应速率，生成无色气体，当松开气球后，瓶口处变红棕色，溶液变成蓝色。浓硝酸和Cu反应的化学方程式是Cu + 4HNO3 (浓) =Cu(NO3)2 +2NO2+2H2O ，稀硝酸和Cu反应的化学方程式是3Cu +8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 +2NO +4H2O，浓硝酸与铜反应N原子只得到1个电子，而稀硝酸与铜反应N原子得到3个电子，不能说明稀硝酸氧化性比浓硝酸强，因为浓硝酸和铜反应比稀硝酸剧烈，氧化性强弱取决于得电子的难易而不是多少。HNO3不仅可以氧化金属，还可以氧化非金属，它可以和C、P、S等多种非金属及某些还原性物质发生氧化还原反应。浓HNO3与非金属反应时，还原产物一般是NO2，而非金属一般被氧化成最高价氧化物。碳与浓硝酸共热反应的化学方程式是C + 4HNO3 (浓) 2H2O +4NO2+CO2。浓、稀HNO3都可将含I、S2、SO32、Fe2等还原性物质发生氧化还原反应。稀硝酸氧化氢碘酸的化学方程式是6HI+2HNO3 (稀) = 3I2 +2NO+4H2O。硝酸是一种重要的化工原料，在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等。【例5】为了证明稀硝酸与铜反应的气体产物是NO，某同学设计了如下实验装置和实验方案。(1)关闭K1，打开K2，向试管中加石灰石，通过分液漏斗向其中加入一定的稀硝酸，则加入石灰石的作用是_，反应的化学方程式是_。(2)将铜丝插入稀硝酸中，微热大试管。该步反应的离子方程式是_。(3)充分反应后，打开开关K1，通过气囊鼓入空气，可以观察到烧瓶中_，证明稀硝酸与铜反应的气体产物是NO。(4)NaOH溶液的作用_。【解析】(1)关闭K1，打开K2，向试管中加石灰石，通过分液漏斗向其中加入一定量的稀硝酸，则加入石灰中无色气体变成红棕色，证明稀硝酸与铜反应的气体产物是NO。(4)NO、NO2是大气污染物，由于它们可以与NaOH溶液反应产生盐，因此可以防止大气污染。【答案】(1)石灰石与稀硝酸生成CO2，把装置中的氧气排尽CaCO32HNO3=Ca(NO3)2CO2H2O(2)3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O(3)无色气体变成红棕色气体(4)尾气处理，以免气体污染环境【考点练习】1.有a、b、c、d、e五种气体，进行下列实验：(1)a和b混合气体变红棕色(2)c和d混合产生白烟(3)c和e分别通入少量溴水中溴水都变成无色透明的液体(4)b和e分别通入氢硫酸中都产生淡黄色浑浊a、b、c、d、e依次可能是()A.O2、NO、HCl、NH3、CO2B.O2、NO、NH3、HCl、SO2C.NO、O2、NH3、HCl、SO2D.HCl、CO2、NH3、H2S、CH42一定质量的铜分别与足量的稀硝酸和浓硝酸完全反应，在相同条件下用排水法收集反应产生的气体，下列叙述正确的是()A硝酸浓度越大，硝酸被还原之后的生成物的价态越低，对应的硝酸的氧化性越弱B硝酸浓度不同，生成Cu(NO3)2的物质的量不同C硝酸浓度越大，产生的气体越少D两者用排水法收集到的气体体积相等3.在实验室里可按如图所示装置干燥并收集气体R，且吸收多余的R气，则R是()ACH4 BHCl CNO DNH34同温同压下，两个等体积的干燥圆底烧瓶中分别充满NH3、NO2，进行喷泉实验，如图所示，经充分反应后，瓶内溶液的物质的量浓度为()A B C D不能确定5往2支分别装有浅绿色的Fe(NO3)2和FeSO4溶液的试管中分别逐滴加入稀盐酸时，溶液的颜色变化应该是()A前者基本没有改变、后者变棕黄色B前者变棕黄色、后者也变棕黄色C前者变棕黄色、后者基本没有改变D前者、后者都基本没有改变6氨在人类的生产和生活中有着广泛的应用。某化学兴趣小组利用图1装置探究氨气的有关性质。(1)装置A中烧瓶内试剂可选用_(填序号)，B的作用是_。a碱石灰B生石灰c浓硫酸d烧碱溶液(2)连接好装置并检验装置的气密性后，装入试剂，然后应先_(填或)。.打开旋塞逐滴向圆底烧瓶中加入氨水.加热装置C(3)实验中观察到C中CuO粉末变红，D中无水硫酸铜变蓝，并收集到一种单质气体，则该反应相关化学方程式为_。该反应证明氨气具有_性。(4)该实验缺少尾气吸收装置，图2中能用来吸收尾气的装置是_(填装置序号)。(5)氨气极易溶于水，若标准状况下，将2.24 L的氨气溶于水配成1 L溶液，所得溶液的物质的量浓度为_ molL1。7某化学学习小组采用下图所示装置，对浓硝酸与木炭的反应进行探究(已知：4HNO34NO2O22H2O)。请回答下列问题： (1)检查装置气密性后，将燃烧匙中的木炭在酒精灯上加热至红热状态，伸入三口烧瓶中，并塞紧瓶塞，滴加浓硝酸，可观察到三口烧瓶中气体的颜色为_，产生该气体的化学方程式是_。(2)装置C中盛有足量Ba(OH)2溶液，炽热的木炭与浓硝酸反应后可观察到C中出现白色沉淀，该白色沉淀为_(填化学式)。(3)装置B的作用是_。(4)装置D中收集到了无色气体，部分同学认为是NO，还有部分同学认为是O2。下列对该气体的检验方法合适的是_。A敞口观察装置D中集气瓶内气体的颜色变化B将湿润的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内，观察蓝色石蕊试纸是否变红C将带火星的木条伸入集气瓶中，观察木条是否复燃如果D中集气瓶中收集的无色气体是氧气，则氧气的来源是_。8.某兴趣小组设计出如图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”的实验，以探究化学实验的绿色化。(1)实验前，关闭活塞b，试管d中加水至浸没长导管口，塞紧试管c和d的胶塞，加热c，其目的是_。(2)在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分液漏斗a向c中加入2mL浓硝酸，c中反应的化学方程式是_，再由a向c中加2mL蒸馏水，c中的实验现象是_。(3)下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是_，理由是_。方案反应物甲Cu、浓HNO3乙Cu、稀HNO3丙Cu、O2、稀HNO3(4)该小组还用上述装置进行实验证明氧化性KMnO4Cl2Br2，操作步骤为_，实验现象为_；但此实验的不足之处是_。参考答案1.【解析】a和b混合后气体变成红棕色，可知a和b分别为NO、O2中的一种；b通入氢硫酸中产生淡黄色浑浊，则b为O2，a为NO；c和d混合产生白烟，则c和d分别为NH3、HCl中的一种；c通入少量溴水中使溴水变成无色透明液体，则c为NH3，d为HCl；e通入少量溴水中，溴水变成无色透明的液体，e通入氢硫酸中产生淡黄色浑浊，则e为SO2。【答案】C2.【解析】硝酸的浓度越大氧化性越强，故A错误；等量的Cu与酸反应，生成Cu(NO3)2的物质的量相同，故B错误；等量的Cu与酸反应，浓硝酸反应生成气体多，故C错误；因3NO2H2O=2HNO3NO，最终收集气体均为NO，由电子守恒可知，收集NO的体积相等，故D正确。【答案】D4.【解析】设烧瓶的容积为VL，VL NH3全部溶于水，形成溶液的体积VL，VL的NO2完全反应后，生成了VL的NO气体，形成的溶液的体积为VL，从N原子守恒角度分析，也有VL的NO2转化生成溶质HNO3。所以两溶液的物质的量浓度相等。【答案】C5.【解析】Fe2和NO、SO在溶液中可以大量共存，但加入盐酸后，NO在酸性条件下表现出强氧化性，把Fe2氧化成Fe3，溶液由浅绿色变成棕黄色；而SO在溶液中与H不能把Fe2氧化成Fe3，溶液颜色没有改变。【答案】C6.【解析】(1)装置A是制备氨气的发生装置，浓氨水滴入固体碱石灰或氧化钙或固体氢氧化钠都可以生成氨气，浓硫酸和氨气发生反应，氨气易溶于烧碱溶液，不能选择浓硫酸、氢氧化钠溶液制备氨气，所以A装置中试剂为：a.碱石灰，b.生石灰；B