氮及其化合物-高中化学沪科版（2020）必修第一册

学科化学课题名称氮及其化合物

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氮及其化合物

一、知识梳理

"**^—

1.固氮的途径

（1）氮元素存在形态

空气中含大量N2,是工业生产中N2的主要来源。

（2）N2的物理性质

氮气难溶于水，难液化，密度比空气略小（与空气密度相近），只能用排水法收集N2。

（3）用的化学性质

由于氮分子的键能很大，所以氮气的性质很稳定，只有在高温条件下才能发生一些化学变化。

卓'高压、

1）与H2的反应：N?+3H，丁2NHl

2）与O2的反应：N2+O2—姆12N0

3）与Mg的反应：3Mg+N2—丝4Mg3N2

（4）氮的固定

1）定义：把大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程称为固氮。

2）氮的同定的途径

①生物固氮

豆科植物的根部常附有小根瘤，其中含有固氮菌，能把空气中游离的氮变成氨（镀态氮肥）作为养分吸收，所以

这些植物可以少施肥，甚至不施肥。

②大气同氮

闪电时，大气中的氮转化为氮的氧化物，经降水生成极稀的硝酸（硝态氮肥），渗入土壤被植物根系吸收。

N2+O2—^-^-2NO

2NO+O2f2NCh

3NCh+H20f2HNO3+NO

【注意】生物固氮和大气固氮统称自然固氮。

③工业固氮

氮气和氢气在高温、高压并有催化剂存在的条件下，可以直接化合生成氨

（NH3）O

N,+3H,高正、2NH3

工业上就是利用这个原理来合成氨的。

【例1】下列用途中，应用了氮气性质的不活泼性的是（D）

①金属焊接时用氮气作保护气，氮气和筑气的混合气体填充灯泡

②用于合成氨

③工业上以氮气作为原料之•制硝酸

④用作粮食和水果贮存的保护气

A.①②B.①③C.②④D.①④

【例2】将燃着的镁条插入下列气体中，镁条不能继续燃烧的是（D）

A.02B.Cl2C.N2D.Ar

2.氨气

（1）物理性质

氨气是一种无色有刺激性气味的气体。密度比空气小，极易溶于水，易液化，液氨汽化时吸收大量的热，因此液

氨可作制冷剂。

（2）分子结构

HH

电子式：结构式：H-i-H,分子空间构型：三角锥型，键和键之间的夹角为107°18,，为极性分

子。

（3）化学性质

1）与水反应

+

NH3+H2O-NH3•H2O-NH4+OH

NH3是中学化学中唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，常用此性质检验NH3的存在。

2）喷泉实验（回顾HC1的喷泉实验）

①实验原理：如右图所示，圆底烧瓶中充满NH3,由于氨极易溶于水，挤压胶头滴管，少

量的水即可溶解大量的氨（1:700）,导致烧瓶内压强减小，在外界大气压作用下使烧杯中滴有

酚酷的水压入烧瓶，形成美丽的红色喷泉。

②实验现象：产生红色喷泉，这是因为氨溶于水后形成碱性溶液，遇酚猷显红色。

③喷泉实验成败的关键：

a.烧瓶、预先吸液的滴管及长直玻璃管的外部都要干燥；

b.气体要充满圆底烧瓶；

c.瓶塞要严密，不漏气，止水夹要夹紧。

④说明问题：a.氨极易溶于水.b.氨气的水溶液显碱性。

⑤实验拓展：a.从喷泉实验的实验原理可知，只要烧瓶内的气体能被胶头滴管中挤出的少量液体快速吸收，使烧

瓶内气体压强远远低于外界大气压，就可形成喷泉。因此理论上大多数气体都可做喷泉实验，关键是胶头滴管中的少

量液体要选得合适。如：

12345

烧瓶中的气体C12CO2H2SNO2+NOHC1

滴管中的液体浓NaOH浓NaOH浓NaOH浓NaOHH2O

b.止匕外，若改变喷泉实验装置，也可以使某些本来不能形成喷泉的气体形成喷泉，因此要从产生喷泉的条件认识

形成喷泉的本质。

3）与酸反应

NH3+HC1-NH4cl（生成白烟）

2NH3+H3so4-（NH4）2HSC）4（俗称硫镂）

NH3+HNO3^NH4NO3（俗称硝镂）

NH3+CO2+H2O-NH4HCO3（俗称碳镂）

4）与。2反应

4NH+5O―>4NO+6HO（该反应放热）

32A2

【注意】①通常状况下，氨在氧气中不反应。

②反应条件：催化剂（如伯）、加热。

③该反应放热。

④该反应是工业上制硝酸的基础。

（4）N%的实验室制法及工业制法

1）工业制法

N,+3H。高压、2NH3

【注意】

①该反应为可逆反应，所以所得产品是NH3、N2、H2的混合物，利用NH3易液化的特点将NH3分离以后，N2>H2

可循环使用。

②原料N2可通过蒸储液态空气获得，而原料H2一般通过焦炭与高温水蒸气反应获得，有关反应方程式为：

C+H2O—邈TCO+H2,CO+H2O一邈TCO2+H2,除去C02即得H2。

2）实验室制法（此处归纳气体制备装置的选择。）

①原理：固态镂盐与碱加热反应。

2NH4Cl+Ca（OH）2—>CaCl2+2NH3f+2H2O

②发生装置：加热固体制取气体的装置，与制氧气类同。

③干燥：在干燥管中盛放碱石灰（CaO、NaOH的混合物）作干燥剂。不能用浓硫酸、无水氯化钙作干燥剂，因

CaCL吸收氨气生成CaCh•8NH3。

④收集：向下排空气法。

⑤验满：a.用湿润的红色石蕊试纸放在瓶口，若变蓝，则满；b.用蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口，若产生白

烟，则满。

5.氨的用途

⑴作制冷剂；⑵制氮肥；（3）制硝酸；（4）制纯碱；（5）在有机合成工业中作原料。

【例3】农作物生长发育需要大量的氮养分，除了可用人工同氮方法（合成氨）获得氨态氮外，自然界雷电现象也是一

种固氮途径，经由雷电固定的氮是硝态氮（硝酸或硝酸盐形式），其相关的化学方程式为

,,O

【答案］N2+O2—2NO2NO+O2f2NO23NO2+H20f2HNO3+NO

【例4】【双选】有关氨的性质的叙述正确的是（AB）

A.氨不能在空气中燃烧B.氨水呈碱性

C.氨气和酸相遇都能产生白色烟雾D.在反应NH3+H+-NH4+中，氨失去电子被氧化

【例5】氨气可以做喷泉实验，这是利用氨气（C）

A.很易液化B.密度比空气小

C.极易溶于水D.能跟水反应

3.钱盐与化学肥料

(1)钱根离子的结构与钱盐的定义

H¥

[H!N5H[+[—H]+r

电子式为，结构式为只，空间构型为正四面体型，键和键之间的夹角为109。28'。

钱盐是由钱根离子和酸根离子构成的盐。在NH4+才中存在着共价键和配位键，形成镂盐的离子都是非金属元素，但镂

盐属于离子晶体,在镂盐中存在的化学键有：离子键、共价键和配位键。镂盐都是晶体，都能溶于

水。

(2)钱盐的化学性质

1)钱盐受热分解

如：NH4C1—f+HC1tNH4HCO3—^-»NH3t+H2Of+CO2t

【注意】①并不是所有的铁盐受热分解都产生N%。

②NH4cl在试管中受热分解的现象与碘的升华相似。但二者有本质的差别，前者是NH4cl分解后又化合成

NH4CL属于化学变化过程。而后者是物理变化过程。

(2)镂盐与碱的反应

如：(NH4)2SO4+2NaOH―^->Na2SO4+2NH3t+2H2O.

NH4NO3+NaOH->NaNO3+NH3t+H2O。

【注意】钱盐与碱共热都能产生N%,这是铁盐的共同性质。实验室利用铁盐的这一性质来制取氨气和验根离子

的存在。

(3)钱盐的用途及贮存

1)用途：镂盐可作氮肥。常用的氮肥有硝酸镂(NH4NO3)、硫酸镂KNH4)2SO4]、碳酸氢镂(NH4HCO3)和尿素

[(NH2)2CO]等。

2)贮存：密封包装并放在阴凉通风处。

因为镂盐受热易分解。所以施肥时应将肥料埋在土下并及时灌水，以保证肥效。

【例7】【双选】下列说法不正确的是(CD)

A.凡是钱盐均能与苛性钠共热产生NH3

B.NH4HCO3受热分解产生的气体经碱石灰干燥后可得到纯净的氨气

C.NH3溶于水后，水溶液中存在大量NH4

D.NH3在空气中燃烧可产生NO

【例8】将碳酸氢镂在试管中加热，使放出的气体依次通过盛有足量过氧化钠和水的容器，最后得到的气体是(A)

A.氧气B.二氧化碳C.氨气D.水

【例9】下列各组混合物中，可用加热方法分离的是（D）

A.碘和氯化镂B.硝酸钾与二氧化锌

C.硫酸钾和氯酸钾D.氯化镂和氯化钾

5.建立人与自然的和谐关系

（1）氮在自然界中的循环

（2）硫在自然界中的循环

陆地中的含硫矿石被风化进入土壤，土壤中的硫可被植物吸收，或随水流进入海洋。陆地中的硫可随水流进入大

海，或随火山爆发进入大气。

海洋中的硫可沉积成矿物，也可被生物体吸收。生物体中的硫在生物体死亡、腐败过程中进入土壤、大气或海

洋。大气中的硫可被生物体吸收进入土壤或海洋。

1.【双选】如图所示装置，烧瓶中充满干燥气体a,将滴管中的液体b挤入烧瓶内，轻轻振荡烧瓶，然后打开弹簧夹f,

烧杯中的液体b呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶，则a和b分别是（）

a（干燥气体）b（液体）

'ANO2H2O

BC()2NaOH溶液

CCl2饱和NaCl溶液

DNH31mol•盐酸

2.制取氨气并完成喷泉实验（下图中夹持装置均已略去）。

（1）写出实验室制取氨气的化学方程式：

(2)收集氨气应使用法，要得到干燥的氨气可选用作干燥剂。

⑶图甲装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥的氨气，引发水上喷的操作是,该实验的原理是

_____________________________O

(4)如果只提供如图乙所示的装置，请说明引发喷泉的方法：o

3.实验室常用NH4C1和Ca(0H)2加热制取氨。

(1)写出反应的化学方程式:

(2)指出右图装置中的错误之处:

4.设计一个不用任何试剂的实验方案，将NaHCCh、Na2so4、NH4HCO3、NH4cl四种白色固体____________区分。

5.下列关于浓HNOs与浓H£04的叙述正确的是

A.常温下都可用铁制容器贮存

B.常温下都能与铜较快反应

C.露置于空气中，溶液质量均减轻

D.露置于空气中，溶液浓度均降低

6.有关硝酸化学性质的叙述中，正确的是

A.稀硝酸使蓝色石蕊试纸变红

B.硝酸能与NazCOs反应，但不生成CO?

C.硝酸可与Na2s反应制得H2s气体

D.浓硝酸因分解放出的N0?又溶解于硝酸而呈黄色

7.某单质能与浓硝酸反应，若参加反应的单质与硝酸的物质的量之比为1：4,则该元素在反应中所显示的化合价可能

是

A+1B+2C+3D+4

8.下列反应中HNOs即表现出酸性，又表现出强氧化性的是

A.Fe2O3+HNO3B.Ca(OH)2+HNO3C.C+HNO3D.FeO+HNO3

9.已知镁和稀硝酸反应时，每有ImolHNOs反应，就有0.8mol电子转移，此时硝酸的还原产物可能是

A.N0=B.N2OC.NH4NO3D.NO

10.有一瓶Na2sO3溶液，由于它可能部分被氧化，某同学进行如下实验进行分析。取少量溶液，滴入Ba(N03溶液，产

生白色沉淀，再加入足量稀硝酸，充分振荡后，仍有白色沉淀。对此实验下列结论正确的是()

A.Na2s已部分被氧化

B.加入Ba(N03)2溶液后，生成的沉淀中一定有BaS04

C.加硝酸后，不溶性的沉淀可能是BaSO”或者是BaS03

D.此实验不能确定该Na2s是否已部分被氧化

1.【答案】BD

2.【答案】(l)2NH4Cl+Ca(OH)2—^CaCl2+2NH3t+2H2O

⑵向下排空气碱石灰(或固体NaOH)

(3)打开止水夹，挤出胶头滴管中的水氨极易溶于水，致使烧瓶内气体压强迅速减小，在外界大气压作用下，把烧杯中的

水压入烧瓶中，从而形成喷泉

(4)打开止水夹，用手(或热毛巾等)热敷烧瓶，氨受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨与水接触，即形成喷泉(开放

性问题，其他合理答案均可)

3.【答案】(l)2NH4Cl+Ca(OH)2—JCaCL+2NH3t+2H2。⑵发生反应的试管口向上倾斜，并夹持在离试管底较近处；

在发生反应的试管中导管伸入太长；用向上排空气法收集气体且用塞子；收集气体的试管中导管伸入太短

4.【答案】用热分解法区别。不能分解的是Na2s04,分解后又化合的是NH4cl.分解产生刺激性气味的是NH4HCO3,

分解生成无色无味气体的是NaHCO3o

四、课后作业

1.工业上用来制取肥料和炸药的原料是()

A.碳B.硫C.氧气D.氮气

2.下列选项属于氮的同定的是()

A.植物从土壤中吸收含氮养料B.豆科植物把含氮化合物转变为蛋白质

C.将氨转变为硝酸，再转变为其他含氮化合物D.将空气中的氮气转变为含氮化合物

3.检验NH4+时，采用加入氢氧化钠溶液并加热后用试纸检验的方法，正确的操作为()

A.用湿润的蓝色石蕊试纸放在试管口外B.用干燥的红色石蕊试纸置于管口内GJ-a

C.用湿润的蓝色石蕊试纸置于管口内D.用湿润的红色石蕊试纸放在试管口外.=不

4.如右图所示，装置a中充满干燥的氯气，将b中浓氨水挤入a中，开始时，a中发生的反斗二应中有

氧化还原反应：2NH3+3C12-N2+6HC1,同时生成白烟并发红光。请回答以下问题：UE

(1)反应中生成的白烟是。.卜二L

(2)反应完成后，将a瓶的导管插入水槽的水面下，并打开止水夹c,观察到有水吸入a瓶中形成喷泉，当喷泉停止

后，升入a中的水约占a瓶容积的。

(3)标志a瓶中反应全部完成的化学方程式为：。

5.雷雨中常含有微量HNO3,这对农作物生长有利，用化学方程式解释HNCh的形成过程。

6.某种常见的白色晶体A,与盐酸反应产生无刺激性气味的气体B；将B通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊。若在A

的水溶液中加氢氧化领溶液，则析出白色沉淀C和无色气体D;D可以使湿润的红色石蕊试纸变蓝。加热同体A,可生

成水、B和D,而且B和D的物质的量之比为1:1。根据以上事实，可以判断出A是，B是,C是0

加热同体A生成水、B和D的化学方程式是。

7.现有下列五种化肥：硫铁、碳钱、硝镂、氯化钾和氯化镂，为了鉴别这五