初高中化学暑假衔接材料：第15讲　氮循环　氮气与氮氧化物 氨的转化与生成（暑假预习讲义）（原卷版）

2/14第15讲氮循环氮气与氮氧化物氨的转化与生成内容导航01预习航标→析目标·明方向：预习导航精准定向02教材全解→析教材·学新知：情境概念深度构情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣深研精炼：聚焦常考要点，学会解题思路即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容03过关检测→练考点·强落实：过关检测分层提预习目标1.通过了解自然界中氮循环的基本过程，认识氮循环过程中的重要物质。2.通过实验探究和真实情境，了解氮气、一氧化氮和二氧化氮的性质。3.能从物质的类别、氮元素价态的角度，掌握氨气、铵盐的物理性质和化学性质。4.能够根据氨气、铵盐的性质，并会设计实验探究氨气的制法、铵根离子的检验。预习重点氮气、一氧化氮和二氧化氮的性质氨气、铵盐的性质预习难点氨气的制法、铵根离子的检验情情｜境｜启｜思请同学们分组讨论自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？深｜研深｜研｜精｜炼知识点01自然界中的氮循环氮气1．自然界中的氮循环(1)氮元素的存在在自然界中的存在形式有和。(2)自然界中的氮循环①自然循环②人类活动的影响a．氮气eq\o(→,\s\up7(化学方法))NH3→含氮化合物(如铵盐、硝酸等)。b．化石燃料、农作物的秸秆燃烧等所产生的参与氮的循环。2.氮的固定eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(概念：将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程,分类\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(自然固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(高能固氮如雷雨天气将N2转化为NO,生物固氮如豆科植物的根瘤菌固氮)),人工固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(合成氨工业合成氨,仿生固氮某些金属有机化合物可起到根瘤菌的,作用，并以这些金属有机化合物为催化剂实,现常温、常压固氮))))))3．氮气(1)物理性质无色、无味的气体，难溶于水。(2)化学性质在通常状况下，氮气的化学性质，很难与其他物质发生反应。【思考】从元素化合价、物质分类的角度预测N2的化学性质。①还原性a．实验探究实验装置实验操作现象硬质玻璃管内充入N2和O2，然后给硬质玻璃管两端的电极上通电，在硬质玻璃管内能产生火花气体颜色由无色变为红棕色b.结论：在放电条件下，N2与O2反应生成NO，NO立即被氧化为NO2，化学方程式为N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NO、2NO＋O2=2NO2。【特别提醒】N2和O2反应后的最初产物是NO，而不是NO2。②氧化性N2和H2反应生成NH3，化学方程式：N2＋3H2eq\o(\s\up7(高温、高压),,\s\do7(催化剂))2NH3。Mg在N2中燃烧生成Mg3N2，化学方程式：N2＋3Mgeq\o(=,\s\up7(点燃))Mg3N2。(3)氮气的主要用途①氮气常用作，用于焊接金属、填充灯泡、保存食品等。②氮气是合成氨、制硝酸的主要原料。③液氮可用作，用于医学、科技等领域。【例1】下列过程不属于氮的固定的是()A．雷电时生成氮的氧化物B．工业上用氢气与氮气合成氨C．植物的根从土壤中吸收铵根离子和硝酸盐D．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为硝酸盐【即练1】自然界中的氮循环如图所示。下列说法不正确的是()A．工业合成氨属于人工固氮B．雷电作用下N2与O2发生化学反应C．在氮循环过程中不涉及氧化还原反应D．含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化知识点02氮的氧化物1．氮的氧化物种类化合价＋1＋2＋3＋4＋5对应氧化物N2ONON2O3NO2(或N2O4)N2O5注意：N2O3与N2O5属于。2．NO和NO2(1)物理性质氧化物颜色状态气味水溶性NO－NO2有刺激性气味(2)化学性质①实验探究实验装置实验操作现象向充满NO气体的试管中通入O2气体颜色由无色逐渐变为向充满NO2气体的试管中注入水气体逐渐减少，颜色由变为无色，得到无色溶液②结论：在一定条件下，NO和NO2可以相互转化a．NO→NO2：2NO＋O2=2NO2(NO表现还原性)。b．NO2→NO：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO(NO2既表现氧化性，又表现还原性)。(3)NO、NO2的其他性质及应用【思考1】俗话说“雷雨发庄稼”，试说出其中的原理，写出反应的化学方程式。【思考2】工业上用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中，常需要不断地补充一些空气，其目的是什么？【归纳总结】(1)NO和O2反应，故NO不能用排空气法收集，可以用排水法收集；NO2和水反应，故NO2不能用排水法收集，可用向上排空气法收集。(2)NO不能和碱反应，NO2可以和碱反应生成硝酸盐、亚硝酸盐和水，但NO2不是酸性氧化物。(3)NO2、溴蒸气均可以使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，不能用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2气体和溴蒸气。【例2】下列关于氮及其化合物的说法正确的是()A．N2的化学性质稳定，但在一定条件下，可与O2、H2等发生反应B．NO、NO2均为大气污染气体，在大气中可稳定存在C．NO、NO2均易溶于水D．NO、NO2均能与水发生反应【即练1】最新的病毒学研究证实，一氧化氮对病毒都有直接抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是()A．一氧化氮是一种红棕色气体B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集知识点03氨的转化1.氨的物理性质颜色气味密度溶解性沸点无色有刺激性气味小于空气极易溶于水(1∶700)较低，易液化2.氨的化学性质(1)实验探究预期转化NH3→NH3·H2ONH3→NH4Cl实验试剂及装置操作打开止水夹，挤压滴管的胶头撤去玻璃片现象烧杯中的溶液由玻璃管进入烧瓶，形成红色喷泉，瓶内液体呈红色集气瓶中产生大量白烟结论NH3极易溶于水，水溶液呈碱性NH3和HCl反应生成白色NH4Cl小颗粒实验总结：【思考1】图A装置中形成喷泉的原理是什么？【思考2】运用所学知识归纳：哪些气体和吸收剂通过A装置可以形成喷泉？【思考3】若利用均充满气体的装置A分别进行NH3和HCl的喷泉实验，所得溶液的物质的量浓度是否相等？(2)从氮元素化合价预测NH3的性质①NH3中N元素化合价为－3价，处于最低价态，因此NH3具有还原性。②写出下列转化的化学方程式。a．氨气与氧气在催化剂作用下生成NO：。b．氨气和氧化铜在加热条件下生成N2和Cu：。c．氨气和氯气的反应：2NH3(少量)＋3Cl2=、8NH3(过量)＋3Cl2=(用于检验输送Cl2的管道是否漏气)。(3)氨水的性质3．氨的用途(1)工业上：主要应用于氮肥工业和硝酸工业。(2)生活中：NH3易液化，常用作制冷剂。【例3】如图是实验室进行氨溶于水的“喷泉实验”的装置，下列叙述正确的是()A．该实验说明氨气具有吸水性B．实验前不需要检查装置气密性C．进入烧瓶中的液体颜色由无色变为红色，说明氨水呈碱性D．其他条件不变，仅将装置中氨气换成一氧化氮也可以形成“喷泉”【即练1】下列叙述错误的是()A．液氨常用作制冷剂B．氨气能使湿润的红色石蕊试纸变为蓝色C．氨气具有还原性D．可以用五氧化二磷干燥氨气知识点04氨的生成1．铵盐(1)物理性质颜色溶解性状态多为白色多易溶于水晶体(2)化学性质①实验探究实验装置及操作现象结论试管中固体逐渐减少，产生无色、有刺激性气味的气体，试纸变蓝NH4HCO3分解产生NH3试管中有无色、有刺激性气味的气体产生，试纸变蓝NH4Cl和NaOH溶液反应生成NH3②铵盐的化学性质【特别提醒】①铵盐受热易分解，多数放出NH3，但也有的铵盐受热分解不放出NH3。例如NH4NO3受热分解：NH4NO3eq\o(=,\s\up7(△))N2O↑＋2H2O、2NH4NO3eq\o(=,\s\up7(△))2N2↑＋O2↑＋4H2O。②碳酸氢铵在常温下就有明显的分解。在储存碳酸氢铵化肥时，应密封包装并放置在阴凉通风处，施肥时，应将其埋在土中以保持肥效。【思考1】氯化铵受热分解成气体，该气体又能生成固体氯化铵，该过程属于升华吗？【思考2】铵态氮肥为什么不能与草木灰混用？2．铵盐性质的应用(1)NHeq\o\al(＋,4)的检验①原理：NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋H2O②操作方法：取少量固体样品(或溶液)于试管中，加入浓氢氧化钠溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸靠近试管口(或将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口)，试纸变蓝(或产生白烟)，则证明固体样品(或溶液中)含有NHeq\o\al(＋,4)。(2)氨的实验室制法【思考3】根据氨气的制备装置，回答下列问题。(1)干燥管中的碱石灰是干燥氨气的，能用无水CaCl2、P2O5代替碱石灰做干燥剂吗？(2)装置中试管口塞一小团棉花的作用是什么？【思考4】实验室能否用如图所示的装置分别加热分解①NH4Cl，②NH4HCO3制取少量纯净、干燥的NH3？简述判断的理由。3．氨气的简易制法方法及装置原理及化学方程式氨水具有不稳定性和挥发性，受热易分解。化学方程式为NH3·H2Oeq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋H2ONaOH固体具有吸水性，溶于水放出大量的热，促使一水合氨分解。CaO与水反应，使溶剂(水)减少；反应放热，促使一水合氨分解。化学方程式为NH3·H2O＋CaO=NH3↑＋Ca(OH)2【例4】下列能达到实验目的的是()A．用图1装置制备氨气B．用图2装置验证氨气溶于水后溶液呈碱性C．用图3装置进行喷泉实验，观察到红色喷泉，说明氨气极易溶于水且氨气的水溶液显碱性D．用图4装置干燥、收集氨气，并吸收多余氨气【即练1】下列装置能达到实验目的的是()A．用装置甲制备NH3B．用装置乙干燥NH3C．用装置丙收集NH3D．用装置丁吸收多余的氨气知识点05氮氧化物与氧气和水反应的计算一、体积差量法NO2、NO(或N2)的混合气体通入水中，一般考虑3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，可利用气体体积变化差值进行计算，V剩＝V原(NO或N2)＋eq\f(1,3)V(NO2)。例1.将装有40mLNO2、H2混合气体的量筒倒立在水槽中，反应后气体体积缩小为20mL，则原混合气体中NO2和H2的体积比是()A．5∶3 B．3∶5C．3∶1 D．1∶3二、循环反应叠加法1．NO2、O2的混合气体通入水中，由3NO2＋H2O=2HNO3＋NO和2NO＋O2=2NO2可得总反应4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，由此可知：V(NO2)∶V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝4∶1，恰好完全反应，无气体剩余,<4∶1，O2过量，剩余气体为O2,>4∶1，NO2过量，剩余气体为NO))2．NO、O2的混合气体通入水中，根据总反应4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3可得出：V(NO)∶V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝4∶3，恰好完全反应，无气体剩余,<4∶3，剩余气体为O2,>4∶3，剩余气体为NO))3．NO、NO2、O2的混合气体通入水中(1)可先求出NO2和H2O反应生成的NO的体积，然后按2进行分析计算。(2)也可认为NO与O2先反应生成NO2，NO2再与水反应。若O2过量，则按1计算；若转化后无O2，则按体积差量法计算。mL(同温同压下)，则原混合气体中O2的体积可能为()①1.2mL②2.4mL③3mL④4mLA．①② B．②③C．③④ D．①④例3.一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的()A.eq\f(1,4)B.eq\f(3,4)C.eq\f(1,8)D.eq\f(3,8)三、电子守恒法当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子，若NO2或NO与O2混合，O得到电子，N失去电子，且得失电子数相等，这是利用得失电子守恒法解答此类题目的依据。例4.NO、NO2、O2按照一定比例通入水中，能被完全吸收，无剩余气体。若NO、NO2、O2的气体体积分别为x、y、z，则x∶y∶z可能为()A．2∶6∶3 B．5∶1∶2C．1∶2∶5 D．3∶6∶2【例5】将充有20mLN2和NO2的混合气体的试管倒立在水槽中，充分反应后，试管残留10mL气体，则原混合气体中N2和NO2的体积之比是()A．1∶1 B．1∶2C．1∶3 D．2∶3【即练1】有一倒置于水槽且装满水的容器，向其中依次通入一定体积的NO2、NO和O2，充分反应后，若容器中仍充满溶液，则通入的NO2、NO和O2的体积比可能是()A．1∶1∶2 B．4∶3∶2C．4∶16∶13 D．4∶3∶4【即练2】标准状况下，将盛满二氧化氮的大试管倒扣在盛水的水槽中，充分吸收后，试管内溶液的物质的量浓度约是()A．0.045mol·L－1 B．0.036mol·L－1C．0.033mol·L－1 D．0.018mol·L－11.（25-26高一下·河北邢台·阶段检测）氮元素在自然界中的循环如图，下列说法正确的是A．①属于人工固氮 B．②过程中N2和OC．③属于自然固氮 D．自然界中N仅以游离态的形式存在2.（25-26高一下·湖南·期中）下列有关铵盐的说法，不正确的是A．绝大多数铵盐易溶于水 B．铵盐受热不易分解C．绝大多数铵盐能与碱反应放出氨气 D．铵盐是农业上常用的化肥3.（25-26高一下·河北邯郸·期中）氮元素在地球上含量丰富，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。下列叙述与氮的循环无关的是A．豆科植物根部的根瘤菌能把空气中的氮气转变为硝酸盐B．自然界中，氨是动植物遗体中的蛋白质腐败后的产物C．为防止粮食、罐头、水果等食品腐烂，常用氮气作为保护气D．在电闪雷鸣的雨天，N2与O2发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收4.（25-26高一下·江苏无锡·阶段检测）下列有关氨和铵盐的叙述正确的是A．NH4Cl中含有少量的B．NH3C．检验NH4D．常见铵盐受热易分解生成NH5.（25-26高一下·江西新余·阶段检测）下列关于氮气的说法错误的是A．氮的固定能够将氮气转化为可被人类利用的形式，比如将氮气液化或固化B．氮气分子因存在氮氮三键而具有很稳定的化学性质C．汽车尾气中的氮氧化物来自反应ND．氮气在化学反应中既可以作氧化剂又可以作还原剂6.（24-25高一下·安徽·期中）下列含氮物质的转化图中，含有“氮的固定”的是A．酸雨的形成B．氨化作用C．雷雨肥庄稼D．硝化作用与反硝化作用A．A B．B C．C D．D7.（25-26高一下·北京房山·期中）2024年1月，我国开启了中国第一艘氨/柴油双燃料动力拖船的建造。下列关于氨(NH3)的说法中不合理的是A．氨属于单质 B．氨具有还原性C．氨易液化便于存储 D．用氨作燃料可降低碳排放8.（24-25高一下·山东·学业考试真题）下列关于氮及其化合物的说法错误的是A．氨水中只含NH3和H2OC．氨可与酸反应生成铵盐 D．工业合成氨是重要的人工固氮途径9.（24-25高一下·福建福州·期中）下列关于氮及其化合物的说法错误的是A．豆科植物的根瘤菌吸收空气中氮气的过程是物理变化B．侯氏制碱法的副产物可以作为氮肥C．氮氧化物是形成光化学烟雾、酸雨和臭氧层空洞的一个重要原因D．氮易液化，汽化时要吸收大量的热，因此可用作制冷剂10.（24-25高一下·河北·期中）下列关于氮及其化合物的说法，错误的是A．用氨水吸收CO2B．液氨汽化时会吸收大量的热，所以液氨可用作制冷剂C．N2D．可用浓硫酸干燥氨气11.（25-26高一下·北京·期中）用充有NH3的烧瓶进行“喷泉实验”，装置及现象如下图。下列关于该实验的分析正确的是A．产生“喷泉”证明NH3与H2O发生了反应B．无色溶液变红证明NH3极易溶于水C．溶解前含氮物质的物质的量n0、溶解后含氮物质的物质的量n存在：n0(NH3)=n(NH3•H2O)+n(NH3)D．加热红色溶液可观察到红色变浅或褪去12.（25-26高一下·安徽蚌埠·阶段检测）下列关于氮及其化合物的说法错误的是A．氨气的喷泉实验证明氨气极易溶于水，且水溶液呈碱性B．工业上利用氮气和氢气合成氨，属于人工固氮C．实验室制取氨气时，多余氨气可通过盛有稀硫酸的洗气瓶吸收D．NO2与NaOH溶液反应生成盐和水，说明NO13.（25-26高一下·广东揭阳·期中）某学习小组利用如图所示装置制备NH3A．装置A中可加热氯化铵固体制备氨气B．装置B中试剂为碱石灰，可用于干燥NHC．装置C中黑色固体变为红色，装置D中白色固体变蓝，说明NH3D．反应结束后，将收集到的气体单质通入紫色石蕊溶液，溶液变红14.（24-25高一下