2023版高三一轮总复习化学鲁科版教案：第3章 第18讲 氮的循环(基础课)

1、PAGE PAGE 20第18讲氮的循环(基础课)1.掌握氮元素单质及其重要化合物的主要性质和应用。2.掌握氨气的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。3.了解铵盐(NHeq oal(,4)的检验方法。氮及其氧化物硝酸1氮及其氧化物(1)自然界中氮的存在和氮的固定(2)N2的性质及应用N2是一种无色、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水，熔点、沸点比O2的低。N2的电子式为，结构式为NN。分子结构稳定，化学性质稳定，可用作保护气。与Mg反应的化学方程式：N23Mgeq o(=,sup9(点燃)Mg3N2，N2表现氧化性。与H2反应的化学方程式：N23H2eq o(,sup9(高

2、温、高压),sdo9(催化剂)2NH3，N2表现氧化性。与O2反应的化学方程式：N2O2eq o(=,sup9(放电或高温)2NO，N2表现还原性。(3)氮的氧化物氮有多种价态氧化物，氮元素从1价至5价都有相应的氧化物，依次为N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中属于酸性氧化物的有N2O3和N2O5。NO、NO2的性质比较NONO2颜色无色红棕色毒性有毒有毒溶解性不溶于水易溶于水与O2或与H2O反应2NOO2=2NO23NO2H2O=2HNO3NO收集方法排水法向上排空气法对环境的影响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(1)NO2

3、可以被NaOH溶液吸收，其反应为2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O。(2)NO2与NO按物质的量比11混合与NaOH反应：NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O。(3)在催化剂、加热条件下，NOx与NH3反应生成N2与H2O，此方法可用于处理汽车尾气中的NOx。2硝酸的性质纯净的硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，与H2O以任意比互溶。(1)不稳定性反应：4HNO3eq o(=,sup9(),sdo9(或光照)2H2O4NO2O2。市售浓硝酸呈黄色的原因是HNO3分解生成的NO2溶于硝酸中。浓硝酸的保存方法是保存在棕色带有玻璃塞的试剂瓶中，置于阴凉处。(2)强氧化性与不活泼金

4、属反应稀硝酸与铜反应：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O。浓硝酸与铜反应：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O。常温下，浓硝酸使Fe、Al钝化，金属表面形成一层致密的氧化物保护膜，加热时浓硝酸与Fe、Al发生持续反应。与非金属反应浓硝酸与C的反应：C4HNO3(浓)eq o(=,sup9()CO24NO22H2O。与还原性化合物反应硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2、FeO等还原性物质。写出稀硝酸与SO2、Fe2反应的离子方程式分别为3SO22NOeq oal(,3)2H2O=3SOeq oal(2,4)2NO4H、3Fe2NOeq o

5、al(,3)4H=3Fe3NO2H2O。(1)硝酸与金属反应时，HNO3的还原产物一般为HNO3(浓)NO2，HNO3(稀)NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。对于Cu与少量浓硝酸反应时，还原产物有NO2、N2O4、NO。(2)王水：浓硝酸和浓盐酸按体积比为13混合而成，可溶解Au、Pt等。N2、NOx、HNO3的性质及应用1判一判(正确的打“”，错误的打“”)。(1)N2NONO2两步转化均为氮的固定。()(2)NO不能用排空气法收集的原因是NO的密度接近空气的密度。()(3)NO2与H2O反应生成HNO3，故NO2为酸性氧化物。()(4)Zn与浓硝酸反应生成NO2，

6、Zn与稀硝酸反应生成H2。()(5)含4 mol HNO3的浓硝酸与足量Cu充分反应，生成2 mol NO2。()(6)铁制容器可以盛浓硝酸的理由是Fe与浓硝酸不反应。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2如图所示，相同条件下，两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体，分别倒置于水槽中，然后通过导管缓慢通入氧气，边通边慢慢摇动试管，直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散，则两个试管内溶液物质的量浓度之比为 ()A11B57C75D43ANO2、NO装满试管，则体积相同，根据阿伏加德罗常数定律：n(NO2)n(NO)，根据氮原子守恒所得硝酸的物质的量相同，溶液的体积相同

7、，所以两个试管中溶液物质的量浓度之比为11。3下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是()实验操作现象解释或结论过量的铁粉中加入稀硝酸，充分反应后，滴入KSCN溶液溶液不呈红色稀硝酸不能将Fe氧化为Fe3浓硝酸久置或光照变黄色HNO3不稳定易分解Al箔插入稀硝酸中无现象Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜用玻璃棒蘸取浓硝酸点到蓝色石蕊试纸上试纸先变红色后褪色浓硝酸具有酸性和强氧化性A B C DD中，过量的Fe又把Fe3还原为Fe2，错误；中，Al与稀硝酸可以反应，不发生钝化，错误。含氮化合物的实验探究和计算4一定温度下，探究铜与稀硝酸反应，过程如图所示，下列说法不正确的是()A过程

8、中生成无色气体的离子方程式是3Cu2NOeq oal(,3)8H=3Cu22NO4H2OB过程反应速率比快的原因是NO2溶于水，使c(HNO3)增大C由实验可知，NO2对该反应具有催化作用D当活塞不再移动时，再抽入空气，铜可以继续溶解B过程中铜与稀硝酸反应生成NO气体，离子方程式为3Cu8H2NOeq oal(,3)=3Cu22NO4H2O，A项正确；随着反应的进行，溶液中生成硝酸铜，根据氮原子守恒，过程中硝酸的浓度没有中的大，因此反应速率增大的原因不是硝酸浓度增大，B项错误；过程反应速率比快，结合B项分析及实验过程可知，NO2对反应具有催化作用，C项正确；当活塞不再移动时，再抽入空气，NO与

9、氧气、水反应生成硝酸，能与铜继续反应，D项正确。5对比分析下列实验所得结论正确的是 () A由中收集的气体能使带火星的木条复燃可推断NO2能助燃B中产生红棕色气体可以证明浓硝酸具有不稳定性C中气体产物中有CO2能证明C能将硝酸还原D、中产生的气体通入足量水中后都无污染性气体产生A中发生反应4HNO3(浓)eq o(=,sup9()4NO2O22H2O，收集的气体中O2的体积分数为20%，与空气中O2的体积分数(约21%)接近，而空气不能使带火星的木条复燃，由此可推断NO2能助燃，A项正确；浓硝酸能与红热的木炭反应生成NO2，不能证明浓硝酸具有不稳定性，B项错误；红热的木炭与试管中的氧气反应也能

10、生成二氧化碳，C项错误；、中生成的NO2溶于水后生成HNO3和NO，NO属于污染性气体，D项错误。6将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2 L。请回答下列问题：(1)NO的体积为_ L，NO2的体积为_ L。(2)参加反应的HNO3的物质的量是_。(3)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a molL1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为_molL1。解析(1)根据得失电子守恒可知eq blcrc (avs4alco1(f(32.64,64)2 mol3nNOnNO2,

11、nNOnNO2f(11.2,22.4) mol)可求n(NO)0.26 mol，n(NO2)0.24 mol。(2)根据原子(N)守恒可知：n(HNO3)n(NO)n(NO2)2n(Cu2)1.52 mol。(3)根据电荷守恒可知：反应后剩余的HNO3n(HNO3)n(H)aV103 mol0.512 mol可求原有HNO3：n(1.52aV1030.512)mol(aV1030.5)mol。答案(1)5.8245.376(2)1.52 mol(3)eq f(aV1030.5,0.14) 守恒思想突破HNO3与金属反应的计算(1)原子守恒法HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO

12、eq oal(,3)的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。(2)得失电子守恒法HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。(3)电荷守恒法HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH)有：c(NOeq oal(,3)c(H)nc(Mn)(Mn代表金属离子)。氨和铵盐1氨的性质(1)氨的物理性质无色、有刺激性气味的气体，在标准状况下，密度比空气的小，易液化，液氨常作制冷剂，极易溶于水(常温常压下，体积比约为1700)，可由喷泉实验证明。(2)氨的化学性质与水的反应氨水

13、氨溶于水呈碱性原因的方程式为NH3H2ONH3H2ONHeq oal(,4)OH。氨气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，其现象为产生白烟，将浓盐酸改为浓硝酸，也会出现相同的现象。化学方程式分别为HClNH3=NH4Cl，HNO3NH3=NH4NO3。NH3的还原性氨的催化氧化化学方程式为4NH35O2eq o(=,sup9(催化剂),sdo9()4NO6H2O。该反应是工业制HNO3的基础反应。(1)NH3与酸反应的实质是NH3H=NHeq oal(,4)，形成配位键。(2)浓氨水与浓硫酸反应时没有白烟，NH3通入硫酸中反应为2NH3H2SO4=(NH4)2SO4。2氨水的

14、组成与性质(1)组成：氨水的粒子成分：H2O、NH3H2O、OH、NHeq oal(,4)、NH3、H，以溶解的NH3总量为溶质进行浓度计算。(2)性质不稳定性：NH3H2Oeq o(=,sup9()NH3H2O。碱的通性a氨水使酚酞试剂变红，使紫色石蕊试液变蓝。b中和反应：与盐酸反应的离子方程式为NH3H2OH=NHeq oal(,4)H2O。c与盐反应：与AlCl3反应的离子方程式为3NH3H2OAl3=Al(OH)33NHeq oal(,4)。3铵盐的性质铵盐是农业上常用的化肥，如(NH4)2SO4、NH4HCO3等，均属于离子化合物，绝大多数铵盐易溶于水。(1)不稳定性受热易分解NH4

15、Cl受热分解：NH4Cleq o(=,sup9()NH3HCl。NH4HCO3受热分解：NH4HCO3eq o(=,sup9()NH3H2OCO2。(2)与碱反应：铵盐都可与碱溶液反应生成NH3H2O(弱碱)，加热生成NH3和H2O。写出铵盐与强碱溶液反应的离子方程式：稀溶液不加热：NHeq oal(,4)OH=NH3H2O。浓溶液或稀溶液加热：NHeq oal(,4)OHeq o(=,sup9()NH3H2O。(3)“水解”铵盐溶于水易水解，离子方程式：NHeq oal(,4)H2ONH3H2OH，溶液水解呈酸性。铵盐受热易分解，但受热分解不一定生成NH3，如(NH4)2SO4、NH4NO3

16、分解不生成NH3，因为加热分解生成H2SO4或HNO3氧化NH3。4铵盐与碱反应的两个应用(1)铵盐(NHeq oal(,4)的检验原理：NHeq oal(,4)OHeq o(=,sup9()NH3H2O操作：待测物(溶液或固体)eq o(,sup9(强碱溶液),sdo9()产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，则证明含NHeq oal(,4)。(2)NH3的实验室制备原理：2NH4ClCa(OH)2eq o(=,sup9()CaCl22NH32H2O。(1)不能用NH4NO3，因为NH4NO3受热爆炸。(2)Ca(OH)2不能用KOH或NaOH代替，因两者易吸湿，易结块，不利于产生NH3，且

17、高温下腐蚀试管。(3)不能只用NH4Cl固体加热制取NH3，因为NH4Cl受热分解生成的NH3和HCl遇冷又化合成NH4Cl。实验装置5NH3与HNO3的联合工业生产过程N2eq o(,sup9(H2),sdo9(催化剂)NH3eq o(,sup9(O2),sdo9(催化剂)NOeq o(,sup9(O2)NO2eq o(,sup9(H2O)HNO3氨、铵盐的性质及应用1(2021福建模考)钠在液氨中溶剂化速度极快，生成蓝色的溶剂合电子，如图为钠投入液氨中的溶剂化示意图。钠沉入液氨中，快速得到深蓝色溶液，并慢慢产生气泡。下列说法错误的是()A钠的密度比液氨大B溶液的导电性增强C0.1 mol

18、钠投入液氨生成0.01 mol H2时，Na共失去0.02 mol电子D钠和液氨可发生以下反应：2NH32Na=2NaNH2H2CA.钠沉入液氨中，说明钠的密度比液氨大，正确；B.液氨中没有能导电的离子，而钠投入液氨中生成蓝色的溶剂合电子，能导电，说明溶液的导电性增强，正确；C.0.1 mol金属钠完全反应，则失去0.1 mol电子，错误；D.反应中钠失去电子，只能是氢元素得到电子，所以钠和液氨可发生以下反应：2NH32Na=2NaNH2H2，正确。2(2021滨州模拟)探究氨气及铵盐性质的过程中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是()A将集满氨气的试管倒扣于水槽中，液体迅速充满试管，说明氨

19、气极易溶于水B将pH11的氨水稀释1 000倍，测得pH8，说明NH3H2O为弱碱C加热NH4HCO3固体，观察到固体逐渐减少，试管口有液滴产生，说明NH4HCO3受热不稳定D将红热的铂丝伸入如图所示的锥形瓶中，瓶口出现少量红棕色气体，说明氨气的氧化产物为NO2D氨气极易溶于水生成氨水，所以将集满氨气的试管倒扣于水槽中，液体迅速充满试管，故A正确；常温下，pH11的氨水中c(OH)103 molL1，稀释1 000倍，测得pH8，c(OH)106 molL1，说明稀释时电离平衡正向移动，所以NH3H2O为弱碱，故B正确；碳酸氢铵加热分解为氨气、二氧化碳和水，故C正确；氨气的氧化产物为NO，NO

20、在锥形瓶口与氧气反应生成NO2，所以瓶口出现少量红棕色气体，故D错误。3如图，利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所做的解释正确的是 ()选项实验现象解释A浓盐酸附近产生白烟NH3与浓盐酸反应产生了NH4Cl固体B浓硫酸附近无明显现象NH3与浓硫酸不发生反应C氯化物溶液变浑浊该溶液一定是AlCl3溶液D干燥红色石蕊试纸不变色，湿润红色石蕊试纸变蓝NH3是一种可溶性碱答案ANH3的实验室制法4实验室制取氨气的常见方法如下：序号方法装置氯化铵与熟石灰固体混合加热_浓氨水加热_浓氨水滴加到固体烧碱上_(1)方法的化学方程式为_。(2

21、)依据表中所列方法，从下列图中选择合适的发生装置并将其序号填入表中装置栏中。 a b c(3)气体的性质是气体收集方法选择的主要依据，下列性质与收集方法无关的是_。密度颜色溶解性热稳定性与氧气反应(4)下图是甲同学设计收集氨气的几种装置，其中可行的是_，集气的原理是_。abc d答案(1)2NH4ClCa(OH)2eq o(=,sup9()CaCl22NH32H2O(2)bac(3)(4)d利用NH3的密度小于空气，采用短管进NH3长管出空气实验制取NH3时的注意事项(1)制取NH3还可以用以下方法制取浓氨水加热法：NH3H2Oeq o(=,sup9()NH3H2O；浓氨水中加固体碱性物质浓氨

22、水中存在以下平衡：NH3H2ONH3H2ONHeq oal(,4)OH，加入固态碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等)，使平衡逆向移动，同时反应放热，促进NH3H2O的分解。加CaO的化学方程式为NH3H2OCaO=NH3Ca(OH)2。(2)干燥NH3不能选用CaCl2作干燥剂，因为CaCl28NH3=CaCl28NH3。(3)NH3被水或溶液吸收时常使用以下防倒吸装置：喷泉实验1喷泉实验的原理与装置(1)喷泉实验的原理因为烧瓶内气体易溶于水或易与水反应，使瓶内压强减小，形成压强差，大气压将烧杯中的水压入烧瓶而形成喷泉。(2)常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂如表：气体HClNH3CO2、

23、SO2、Cl2、H2SNO2O2吸收剂水或NaOH溶液水或盐酸浓NaOH溶液水(3)常见装置 ABC DE装置B中最好采用顶部有孔的烧瓶。装置C引发喷泉的方法是打开止水夹，用热毛巾或双手捂热烧瓶，松开后片刻即形成喷泉现象。2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) molL1。(2)当是NO2和O2的混合气体且体积比为41时，c(HNO3)eq f(1,28) molL1。1如图是课外活动小组的同学

24、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挤压装置的胶头滴管使CCl4全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹B挤压装置的胶头滴管使NaOH溶液全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹 C用鼓气装置从装置的a处不断鼓入空气并打开止水夹D向装置的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹BH2难溶于NaOH溶液，不能形成喷泉，B项符合题意。2根据下列实验装置回答问题图 图 图图(1)按图引发喷泉实验的操作为_。(2)图、图(同温同压下)喷泉实验后，烧瓶内溶液物质的量浓度的关系为_(填“相等”或“不相等”)。(3)如用图、图做喷泉实验，操作为_。(4)图中NH3中有空气，喷泉实验完成后，所得溶液的物

25、质的量浓度为_(假设为标准状况)。答案(1)打开止水夹，挤压胶头滴管(2)相等(3)图：打开止水夹后用热毛巾捂住烧瓶，一段时间后松开即可；图：打开止水夹后向水槽中慢慢加入浓硫酸或碱石灰等(4)eq f(1,22.4) molL11下列叙述正确的是_(填序号)。(1)(2021湖南选择性考试)2 mol NO与1 mol O2在密闭容器中充分反应后的分子数为2NA(NA为阿伏加德罗常数的值)(2)(2021广东选择性考试)将铜丝插入浓硝酸中制备NO(3)(2020全国卷)N2中混有O2，可通过灼热的铜丝网除去O2(4)(2017全国卷)加热盛有少量NH4HCO3固体的试管，并在试管口放置湿润的红

26、色石蕊试纸，若石蕊试纸变蓝可得出NH4HCO3显碱性(5)(2016全国卷)用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO答案(3)2(2021海南选择性考试，T3)用如图装置制取干燥的气体(a、b表示加入的试剂)，能实现的是()选项气体abAH2S稀H2SO4FeSBO2H2O2溶液MnO2CNO2浓HNO3铁片DNH3浓氨水CaOBA项，H2S不能用浓硫酸干燥：H2SH2SO4=SSO22H2O，不符合题意；C项，铁遇浓硝酸发生钝化，不符合题意；D项，NH3不能用浓硫酸干燥：2NH3H2SO4=(NH4)2SO4，不符合题意。3(2020全国卷，T10)喷泉实验装置如图所示。应用下列各组气体

27、溶液，能出现喷泉现象的是()气体溶液AH2S稀盐酸BHCl稀氨水CNO稀H2SO4DCO2饱和NaHCO3溶液BH2S与稀盐酸不反应，且在稀盐酸中的溶解度较小，向圆底烧瓶中挤入少量稀盐酸，不能造成圆底烧瓶内气压明显减小，不能形成喷泉，A项错误；HCl能与稀氨水反应，向圆底烧瓶中挤入少量稀氨水会造成圆底烧瓶内气压明显减小，能形成喷泉，B项正确；NO与稀硫酸不反应，且在稀硫酸中溶解度非常小，向圆底烧瓶中挤入稀硫酸，不能造成圆底烧瓶内气压明显减小，不能形成喷泉，C项错误；CO2在饱和NaHCO3溶液中的溶解度较小，向圆底烧瓶中挤入饱和NaHCO3溶液，不能造成圆底烧瓶内气压明显减小，不能形成喷泉，D

28、项错误。4(2021海南选择性考试，T17)亚硝酰氯(NOCl)可作为有机合成试剂。已知：2NOCl2eq o(=,sup9(催化剂),sdo9(一定温度)2NOCl沸点：NOCl为6 ，Cl2为34 ，NO为152 。NOCl易水解，能与O2反应。某研究小组用NO和Cl2在如图所示装置中制备NOCl，并分离回收未反应的原料。回答问题：(1)通入Cl2和NO前先通入氩气，作用是_；仪器D的名称是_。(2)将催化剂负载在玻璃棉上而不是直接平铺在玻璃管中，目的是_。(3)实验所需的NO可用NaNO2和FeSO4溶液在稀H2SO4中反应制得，离子反应方程式为_。(4)为分离产物和未反应的原料，低温浴

29、槽A的温度区间应控制在_，仪器C收集的物质是_。(5)无色的尾气若遇到空气会变为红棕色，原因是_。解析(1)由于2NOO2=2NO2，故先通入氩气排净装置中的空气。(2)若催化剂平铺在玻璃管中，反应物气流不能充分接触，从而导致反应速率减慢。(3)先根据得失电子守恒确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的系数，再根据电荷守恒找出反应物H并确定其系数，最后根据质量守恒找出反应产物H2O并且确定其系数。(4)低温浴槽A用于收集沸点最高的亚硝酰氯，低温浴槽B用于收集沸点较高的氯气，故低温浴槽A的温度区间应控制在亚硝酰氯液化的温度范围且防止氯气液化。答案(1)排净装置中的空气干燥管(2)增大催化剂与反应

30、物的接触面积，加快反应速率(3)NOeq oal(,2)Fe22H=NOFe3H2O(4)34 6 Cl2(5)NO遇到空气中的氧气被氧化为红棕色的NO25(2016全国卷)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：(1)氨气的制备氨气的发生装置可以选择上图中的_，反应的化学方程式为_。欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为发生装置_(按气流方向，用小写字母表示)。(2)氨气与二氧化氮的反应将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。操作步骤实验现象解释原因打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢充入Y管中Y管中_反应的化学方程式为_将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温Y管中有少量水珠生成的气态水凝聚打开K2_解析(1)图中给出了两种气体制备装置，一种是固固加热制气装置，一种