2024年高考化学一轮复习专题4.4氮及其化合物讲含解析

PAGEPAGE1专题4.4氮及其化合物1.了解氮元素单质及其重要化合物的制备方法，驾驭其主要性质及其应用。2.了解氮的化合物对环境的影响。学问点一氮气及其氧化物1．氮的固定（1）自然固氮（2）人工固氮：合成氨工业2．氮气(1)物理性质：无色无味气体，密度比空气略小，难溶于水。(2)化学性质①3Mg＋N2eq\o(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2；②N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3；③N2＋O2eq\o(===========,\s\up7(放电或高温))2NO。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。(2)NO和NO2的比较性质NONO2色、态、味无色、无味气体红棕色、有刺激性气味气体溶解性难溶于水毒性有毒，大气污染物之一有毒，大气污染物之一与水反应不反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO与氧气反应NO＋O2===2NO2不反应对环境的影响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【归纳总结】氮氧化物对环境的污染及防治(1)常见的污染类型①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，产生了一种有毒的烟雾。②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。③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧削减，导致地面紫外线辐射量增加。④NO与血红蛋白结合使人中毒。(2)常见的NOx尾气处理方法①碱液汲取法2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2ONO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2ONO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全汲取的条件是n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。②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在肯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。【典例1】（安徽蚌埠二中2025届模拟）随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是()A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2C．NO和O2必需在催化剂表面才能反应D．催化转化总化学方程式为2NO＋O2＋4COeq\o(=====,\s\up7(催化剂))4CO2＋N2【答案】D【解析】反应过程中NO、O2为氧化剂，N2为还原产物；汽车尾气中的N2不是污染物；NO和O2的反应不须要催化剂；依据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：2NO＋O2===2NO2，2NO2＋4CO===N2＋4CO2，将两步反应式合并可得总化学方程式为2NO＋O2＋4COeq\o(=====,\s\up7(催化剂))4CO2＋N2。【变式1】（河北衡水中学2025届调研）SCR法(选择性催化还原技术)是一种以NH3作为还原剂，将烟气中NOx分解成无害的N2和H2O的干法脱硝技术，反应原理为①6NO＋4NH3===5N2＋6H2O；②6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O；③NO＋NO2＋2NH3===2N2＋3H2O，下列说法正确的是()A．NO2为酸性氧化物B．氮气性质不活泼，其缘由是氮元素的非金属性较弱C．反应③中每生成22.4LN2，转移电子数1.5NAD．HNO3→NO→NO2，以上各步改变均能通过一步完成【答案】D【解析】A项，NO2不是酸性氧化物，错误；B项，氮气性质不活泼是因为N2分子中存在N≡N，键能大、破坏难，错误；C项，22.4LN2状态未指明为标准状况，故不肯定为1mol，错误。学问点二硝酸1．物理性质硝酸是无色易挥发的液体，有刺激性气味。2．化学性质(1)不稳定性反应：4HNO3(浓)eq\o(=====,\s\up7(△或光照))2H2O＋4NO2↑＋O2↑。(2)强氧化性硝酸无论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。①与金属反应：稀硝酸与铜反应：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；浓硝酸与铜反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。②与非金属反应：浓硝酸与C的反应：C＋4HNO3(浓)eq\o(=====,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。③与还原性化合物反应：硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等还原性物质。稀硝酸与FeSO4溶液反应的离子方程式：3Fe2＋＋4H＋＋NOeq\o\al(－,3)===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。(3)与有机物反应①硝化反应(与苯反应)：＋HNO3(浓)eq\o(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\do5(△))＋H2O；②显色反应：含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。【易错警示】(1)HNO3与金属反应一般不能产生H2。(2)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。(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。(4)涉及HNO3的离子反应常见的易错问题①忽视NOeq\o\al(－,3)在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下NOeq\o\al(－,3)不能与Fe2＋、I－、SOeq\o\al(2－,3)、S2－等还原性较强的离子大量共存。②在书写离子方程式时，忽视HNO3的强氧化性，将氧化还原反应简洁地写成复分解反应。(3)硝酸工业制法的反应原理①NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO：4NH3＋5O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))4NO＋6H2O。②NO进一步氧化生成NO2：2NO＋O2===2NO2。③用水汲取NO2生成HNO3：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。(4)硝酸的保存①保存硝酸：棕色瓶(避光)、玻璃塞(橡胶塞易被氧化)、阴凉处(防热)。②存放的浓硝酸中，因分解产生的NO2溶于HNO3而使其呈黄色。与工业盐酸中因含Fe3＋而呈黄色易混。【典例2】（山东青岛二中2025届调研）下列有关试验操作、现象和说明或结论都正确的是()试验操作现象说明或结论①过量的Fe粉中加入稀硝酸，充分反应后，滴入KSCN溶液溶液呈红色稀硝酸将Fe氧化为Fe3＋②浓硝酸久置或光照变黄色HNO3不稳定易分解③Al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④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．①② B．③④ C．②③④ D．②④【答案】D【解析】①中过量的Fe与HNO3反应生成Fe2＋，滴入KSCN溶液不呈红色；③中Al在常温下遇浓硝酸钝化，而遇稀硝酸反应。【变式2】（广东广雅中学2025届模拟）木炭屑与浓HNO3共热，产生的气体X等分为①和②两份，将两份气体分别按下图试验：则石灰水的改变可能是()A．①不变浑浊②变乳白色B．①变为乳白色浑浊②不变浑浊C．①、②均变为乳白色浑浊D．①、②都不变浑浊【答案】B【解析】①中X先通过水，NO2转变为NO，故澄清石灰水只与CO2反应变浑浊，②中X通入澄清石灰水，依次发生3NO2＋H2O===2HNO3＋NO2HNO3＋Ca(OH)2===Ca(NO3)2＋2H2O，CO2未参与反应，故不变浑浊。学问点三氨、铵盐1．氨的分子结构和物理性质电子式密度气味水溶性比空气小剧烈刺激性气味极易溶于水(1∶700)2.氨的化学性质(1)氨与水的反应NH3＋H2ONH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－，氨溶于水得氨水，氨水中含有的粒子有NH3·H2O、NH3、H2O、NHeq\o\al(＋,4)、OH－、H＋。氨水为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：NH3·H2Oeq\o(=====,\s\up7(△))NH3↑＋H2O。(2)氨与酸的反应：蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为有白烟生成，将浓盐酸改为浓硝酸，也会出现相同的现象。化学方程式：HCl＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。(3)与盐溶液的反应如过量氨水与AlCl3反应的离子方程式：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)。(4)氨的还原性a．催化氧化：4NH3＋5O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))4NO＋6H2O。b．在纯氧中燃烧：4NH3＋3O2eq\o(=====,\s\up7(点燃))2N2＋6H2O。c．与氯气反应：2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl或8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl。d．与CuO反应：2NH3＋3CuOeq\o(=====,\s\up7(△))N2＋3Cu＋3H2O。3．氨的试验室制法(1)加热固态铵盐和碱的混合物一般加热NH4Cl和Ca(OH)2的混合物，化学方程式：2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=====,\s\up7(△))2NH3↑＋CaCl2＋2H2O。①装置：“固体＋固体eq\o(――→,\s\up7(△))气体”(与用KClO3或KMnO4制O2的装置相同)。②收集：只能用向下排空气法。③验满方法：a.用潮湿的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色；b.将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，现象是有白烟产生。④尾气处理：收集时，一般在管口塞一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球，可减小NH3与空气的对流速度，收集到纯净的NH3，同时也可避开污染空气。(2)试验室制取氨的其他方法方法化学方程式(或原理)气体发生装置加热浓氨水NH3·H2Oeq\o(=====,\s\up7(△))NH3↑＋H2O浓氨水＋固体NaOHNaOH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CaOCaO与水反应，使溶剂(水)削减；反应放热，促使氨水分解。化学方程式为NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)24.铵盐及NHeq\o\al(＋,4)的检验(1)铵盐的物理性质铵盐都是白色固体，均易溶于水。(2)铵盐的化学性质①不稳定性a．NH4Cl受热分解：NH4Cleq\o(=====,\s\up7(△))NH3↑＋HCl↑。b．NH4HCO3受热分解：NH4HCO3eq\o(=====,\s\up7(△))NH3↑＋CO2↑＋H2O。②与碱反应a．在稀溶液中不加热：NHeq\o\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O。b．加热时或浓溶液：NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=====,\s\up7(△))NH3↑＋H2O。③铵盐溶于水易水解：NHeq\o\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋。(3)NHeq\o\al(＋,4)的检验未知液eq\o(――→,\s\up7(OH－))呈碱性eq\o(――→,\s\up7(△))潮湿的红色石蕊试纸变蓝色，则证明含NHeq\o\al(＋,4)。【典例3】（重庆巴蜀中学2025届模拟）中学试验中，通常利用如图所示的装置进行喷泉试验，来验证气体的“溶解性”，下列有关说法不正确的是()A．用滴管加入液体后，由于气体的“溶解”，使瓶内压强减小，导致瓶内压强小于外界压强，从而形成喷泉B．选用合适的溶液，CO2也能用于做喷泉试验C．HCl、NH3和SO2均能用该装置做喷泉试验D．用NO2和N2O4的混合气体做喷泉试验，烧瓶中将充溢稀硝酸【答案】D【解析】本题综合考查了喷泉试验的原理，即由于气体溶于水或某种溶液，导致烧瓶中的压强快速减小，与外界产生足够的压强差，从而形成喷泉，A正确；CO2能与NaOH等强碱溶液反应，从而被汲取，也能与外界产生很大的压强差，故能形成喷泉，B正确；NH3和HCl属于极易溶于水的气体，SO2可以与NaOH溶液等反应，故均能形成喷泉，C正确；NO2和N2O4与水反应后有NO生成，故液体不能充溢烧瓶，D错误。【归纳提高】喷泉试验(1)喷泉试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，在尖嘴导管口形成喷泉。(2)形成喷泉的两大类型①极易溶于水的气体(如NH3、HCl等)与水可形成喷泉。②能与NaOH溶液反应的气体能形成喷泉。③常见的能形成喷泉的气体和液体组合。气体HClNH3CO2、Cl2、SO2、H2SNO2NO、O2、(4∶3)NO2、O2(4∶1)汲取剂水、NaOH溶液水NaOH溶液水水水【变式3】（四川绵阳中学2025届模拟）下图是课外活动小组的同学设计的4个喷泉试验方案，下列有关操作不行能引发喷泉的是()A．挤压装置①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②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③的a处不断鼓入空气并打开止水夹D．在装置④的水槽中渐渐加入足量浓硫酸并打开止水夹【答案】B【解析】H2难溶于NaOH溶液，不能使烧瓶内外形成较大压强差，故不能引发喷泉。考点一氮氧化物【典例4】(2024·全国卷Ⅱ，8)探讨表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关(如下图所示)。下列叙述错误的是()A．雾和霾的分散剂相同B．雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵C．NH3是形成无机颗粒物的催化剂D．雾霾的形成与过度施用氮肥有关【答案】C【解析】NH3参与反应生成铵盐，是反应物，不是催化剂，C项错误；雾和霾的分散剂都是空气，A项正确；雾霾中的无机颗粒物含有硝酸铵和硫酸铵，B项正确；过度施用氮肥会增加大气中氨的含量，D项正确。【变式4】(2024·海南，2)某工业废气所含氮氧化物(NOx)的氮氧质量比约为7∶4，该NOx可表示为()A．N2OB．NOC．N2O3D．NO2【答案】A【解析】eq\f(nN,nO)＝eq\f(\f(7,14),\f(4,16))＝eq\f(2,1)，故NOx可表示为N2O。考点二氮氧化物有关计算【典例5】（昆明第三中学2025届模拟）如图所示，将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内，充分反应后，试管内残留eq\f(m,2)体积的气体，该气体与空气接触后马上变为红棕色。则m与n的比值为()A．3∶2 B．2∶3C．8∶3 D．3∶8【答案】C【解析】该过程中涉及的反应有2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，可将两个方程式“合并”为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。剩余气体与空气接触马上变为红棕色，说明剩余气体为NO。则可知eq\f(m,2)体积的NO气体与n体积的O2恰好完全反应。4NO＋3O2＋2H2O===4HNO343eq\f(m,2)n4∶eq\f(m,2)＝3∶n，解得m∶n＝8∶3。【方法技巧】氮氧化物与O2、H2O反应的计算(1)关系式法①NO和O2通入水中由2NO＋O2===2NO2和3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3②NO2和O2混合气体通入水中由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO和2NO＋O2===2NO2得总反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③NO、NO2和O2三种气体通入水中先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算诞生成的NO体积，然后加上原来混合气体中NO体积，再按①计算。(2)电子守恒法当NOx转化为硝酸时要失去电子，假如是NOx与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。【变式5】（西安工业高校附中2025届模拟）工业上可采纳碱液汲取和氨还原处理含NOx尾气，其中用碱液汲取的化学方程式为NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O,2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。依据上述原理，下列气体中被过量NaOH溶液汲取后有气体剩余的是（）A．1molO2和4molNO2 B．1molNO和4molNO2C．1molO2和7molNO D．4molNO和4molNO2【答案】C【解析】1molO2和4molNO2会恰好完全转化为硝酸，能被氢氧化钠汲取，A错误；依据反应：NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，NO被汲取完毕，二氧化氮剩余，但是二氧化氮能干脆被NaOH溶液汲取，B错误；1molO2和7molNO混合后反应生成二氧化氮，同时会有NO剩余，剩余的NO没法被NaOH完全汲取，C正确；4molNO和4molNO2的体积比是1∶1，依据反应NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O知道，能被完全汲取，D错误。考点三氨气的制取和用途【典例6】（湖北荆州中学2025届模拟）下列说法错误的是()A．（2024江苏）NH4HCO3可用作化肥B.（2024江苏）NH4Cl与Ca(OH)2混合加热可生成NH3C．（2024江苏）NH3易溶于水，可用作制冷剂D．（2024天津）用烧碱处理含高浓度NH4+的废水并回收利用氨【答案】C【解析】NH4HCO3可以用作化肥是因为含有氮元素，A正确；试验室可用NH4Cl和Ca（OH）2混合共热制NH3，反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca（OH）2CaCl2+2NH3↑+2H2O，B正确；液氨气化时汲取大量热，所以氨可用作制冷剂，C错误；烧碱可与铵根离子反应产生氨气，D正确。【变式6】（杭州十四中2025届期末）NH3及其盐都是重要的化工原料。Ⅰ.试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②浓氨水加热③浓氨水滴加到固体烧碱上(1)方法①的化学方程式为___________________________________________________。(2)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。Ⅱ.甲同学设计了如图所示试验装置(部分夹持仪器未画出)，探究氨气的还原性并检验产物。试验现象为：黑色CuO变为红色，白色无水CuSO4粉末变为蓝色，同时生成一种无色、无污染的气体。(3)写出氨气与CuO反应的化学方程式：____________________________________________________。(4)碱石灰的作用是________________________________________________________。(5)该装置存在明显缺陷，应在上述装置最终连接一个尾气汲取装置，你认为可选用________(填字母)。【解析】Ⅰ.(1)氯化铵与熟石灰固体混合加热生成氨气、氯化钙和水，反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=====,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。(2)氯化铵与熟石灰固体混合加热制备气体是固体＋固体===气体的反应，选择b装置；浓氨水加热是液体干脆加热得到氨气，选择装置a；浓氨水滴加到固体烧碱上不须要加热，利用固体烧碱溶解放热使一水合氨分解生成氨气，选择装置c。Ⅱ.发生装置是氯化铵和氢氧化钙固体混合加热反应生成氨气、氯化钙和水蒸气，通过干燥管中碱石灰汲取水蒸气，得到干燥氨气，通过玻璃管与氧化铜加热反应生成铜、氮气和水，最终通过无水硫酸铜检验生成的水蒸气。(3)氨气具有还原性，CuO具有氧化性，二者发生氧化还原反应生成氮气、铜和水，反应的化学方程式为3CuO＋2NH3eq\o(=====,\s\up7(△))3Cu＋N2＋3H2O。(4)碱石灰的作用是汲取氨气中的水蒸气，防止干扰产物水的检验。(5)氨气极易溶于水，汲取须要防止倒吸，故选a或b或d。【答案】(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=====,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O(2)①b②a③c(3)3CuO＋2NH3eq\o(=====,\s\up7(△))3Cu＋N2＋3H2O(4)汲取氨气中的水蒸气，防止干扰产物水的检验(5)a或b或d考点四金属与硝酸的反应【典例7】（山东潍坊二中2024模拟）如图表示铁与不同浓度硝酸反应时，各种还原产物的相对含量与硝酸溶液浓度的关系，则下列说法不正确的是()A．一般来说，硝酸与铁反应的还原产物不是单一的B．用肯定量的铁粉与大量的9.75mol·L－1HNO3溶液反应得到标准状况下气体2.24L，则参与反应的硝酸的物质的量为0.1molC．硝酸的浓度越大，其还原产物中价态越高的成分越多D．当硝酸浓度为9.75mol·L－1时还原产物是NO、NO2、N2O，且其物质的量之比为5∶3∶1【答案】B【解析】依据图像可知硝酸的还原产物有多种，因此一般来说，硝酸与铁反应的还原产物不是单一的，A正确；参与反应的硝酸包括被还原的，以及没有被还原的(转化为硝酸铁)，因此参与反应的硝酸的物质的量大于0.1mol，B错误；依据图像可知随着硝酸浓度的上升，NO2的含量增大，这说明硝酸的浓度越大，其还原产物中价态越高的成分越多，C正确；依据图像可知当硝酸浓度为9.75mol·L－1时还原产物是NO、NO2、N2O，且其物质的量之比为10∶6∶2＝5∶3∶1，D正确。【方法技巧】金属与硝酸反应的规律(1)H