氮及其化合物教学案
第四节氮及其化合物(教、学案)
考纲要求
1.了解氮单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2.了解氮单质及其重要化合物对环境质量的影响。
命题热点
1.以不同价态的氮考查氧化还原反应.
2.以NO、NO2的制备考查HNO3的性质。
3.以氨和铵盐的相互转化考查NH3、NH 4+的检验及NH3的实验室制法等。
全局性掌控
本节重要知识有N2、NO、NO2、NH3、HNO3、铵盐的性质及用途，NH3的制法，NH的检验等，主要考查硝酸的强氧化性，如离子共存，氨气的性质、实验室制法及相关探究性实验，硝酸与金属反应的相关计算，大气污染等．硝酸的强氧化性一直是高考的热点，硝酸与金属的反应也经常出现，预测2013年的高考中氮及其化合物知识仍会与理论知识结合起来综合考查.
氮元素及其化合物之间的转化关系
判断正误，启迪思维
1.向氢氧化亚铁中加入足量的稀硝酸：Fe(OH)2＋2H＋==Fe2＋＋2H2O(2010·四川卷T9－B项)
2.CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在(2010·山东卷T13－C项)
3.pH＝1的溶液中能大量共存的离子组：Fe2＋、NO 、SO42+、Na＋(2010·江苏卷T6－A项)
4.NO可用于某些疾病的治疗(2010·上海卷T4－D项)
5.将NH3通入热的CuSO4溶液中能使Cu2＋还原成Cu(2010·全国卷ⅠT7－D项)
氮族元素概述
氮族元素包括五种元素，位于元素周期表的族。
一、氮的单质及其氧化物
（一）氮气
氮元素在自然界中以和两种形态存在，游离态的氮均以形式存在，N2占空气体积的左右。
1.物理性质：。
2.分子结构：电子式为。结构式为。由于氮气分子中的N≡N键很牢固，断裂需很多能量，所以通常状况下，氮气的化学性质不活泼。
3.氮的固定
（1）氮的固定的定义
（2）氮的固定种类
氮的固定分和两种。自然固氮又有和两种。
雷电固氮的化学方程式为（汽车引擎中也有此反应发生，因此汽车尾气中含有氮的氧化物会污染大气）。
目前工业上人工固氮的方法主要是合成氨，其反应的化学方程为
N2加热时可以和镁反应：
（二）氮的氧化物
1.氮的氧化物有多种：，其中和分别为和的酸酐，而中学化学重点研究的是NO和NO2两种氧化物。
2.NO和NO2的性质
二、氨
1.物理性质
氨气是无色有气味的气体，易液化（液态氨称为液氨，常用做制冷剂）。极易溶于水，常温常压下，1体积水能溶解约700体积的NH3，其水溶液称为氨水。
2.分子结构
电子式为结构式分子空间构型
3.化学性质
（1）与水反应化学方程式水溶液显
性，原因是（用电离方程式表示）（2）液氨和氨水的区别
NH3＋H2O NH3·H2O NH4＋＋OH－，氨水呈碱性。
液氨氨水物质成分
（3）与酸反应
①实质：
②NH3与HCl、H2SO4反应的化学方程式分别为
③与CO2等酸性氧化物反应：
(5)还原性
①氨与氧气反应：。此反应叫氨的催化氧化，是工业上制取硝酸的基础。
②与其他氧化剂反应(O2 NO CuO Cl2适当条件反应）
(6)制法
①实验室制法：
②工业制法：____________________.
(7)用途：制HNO3、铵盐、纯碱、尿素、制冷剂等。
三、铵盐——氮肥
农业上常用铵盐作为氮肥。
1.物理性质：
2.结构（1）NH4＋电子式（2）铵盐中存在键和键。
3.化学性质
（1）受热分解（以NH4HCO3和NH4Cl为例）
（2）铵盐与碱反应［以NH4Cl和NaOH为例］
（3）铵盐的水解
4 、NH4+的检验
四、硝酸
1.硝酸的物理性质
纯硝酸是无色，易挥发，有刺激性气味的液体能与水以任意比混溶常用的浓HNO3的质量分数大约为69%，98%以上的浓HNO3在空气中由于挥发出HNO3而产生“发烟”现象，通常叫做发烟硝酸。
2.硝酸的化学性质
（1）强酸性：，具有酸的通性。
（2）不稳定性：。浓硝酸常呈黄色是因为
硝酸的存放存
（3）强氧化性
①与金属反应
a.除金、铂外，几乎所有金属都能与HNO3发生反应，被氧化成最高价硝酸盐。
b.Cu分别与浓HNO3、稀HNO3发生反应的化学方程式为：
c.铁、铝遇冷的浓HNO3或浓H2SO4会发生钝化，故可用铁、铝容器贮存冷的浓HNO3、浓H2SO4。叫做王水，能溶解金、铂等不溶于硝酸的金属。
②与非金属反应（如浓硝酸和碳反应）
③与其他还原性化合物或离子（如HBr、HI、S2-、SO2、SO32-、Fe2+等）反应，
3、硝酸的制法：
工业制法：
实验室制法：
NO3-的检验方法
练习:
1．如图所示，试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物)，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，原来试管中盛装的可能是什么气体() A．可能是N2与NO2的混合气体B．只能是O2与NO2的混合气体
C．可能是NO与NO2的混合气体D．只能是NO2一种气体
2．如图所示，当向试管内通入21 mL O2时，最后试管中的液面仍在原来的位置，则原试管中NO为()
A．6 mL B．12 mL C．16 mL D．18 mL
3.容量为10 mL的试管，充满NO2和O2的混合气体，把试管倒立在水槽中，充分反应后，试管中尚有1 mL气体，则原混合气体中各成分的体积各为多少？
考点二：氨气的实验室制法及性质
1．喷泉实验
(1)喷泉实验成功的关键
①盛气体的烧瓶必须干燥；
②气体要充满烧瓶；
③烧瓶不能漏气(实验前应先检查
装置的气密性)；
④所用气体能大量溶于所用液体或
气体与液体快速反应。
(2)常见的喷泉实验装置
喷泉实验的本质是形成压强差而引
发液体上喷，为此可设计多种不同的装
置和采用不同的操作(如使气体溶于水、热敷、生成气体、发生气体体积减小的
反应等)来使喷泉产生。
练习
4
5．有关氨气的实验较多，下列对这些实验或实验原理的 分析中，正确的是 ( )
A ．某同学将收集到的一大试管氨气倒扣在盛满水的 烧杯中，充分吸收后试管中还有少量气体，该同学用红色石蕊试纸检验该气体中可能含有氨气
B ．氨水中滴入酚酞变红，是因为氨气能电离出氢氧 根离子
C ．因氨水中的氨主要以NH 3·H 2O 的形式存在，故25%的氨水是指每100 g 氨水中含NH 3·H 2O 25 g
D ．NH 3·H 2O 的热不稳定性可以解释实验室中用加热氨 水的方法制取氨气
例3利用如图13－7所示的装置，可以验证NH 3和HCl 的有关性质。实验前a 、b 、c 活塞均关闭。
图13－7 (1)若要在烧瓶Ⅱ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅰ中不产生“喷泉”现象，其操作方法是________________。 (2)若先打开a 、c 活塞，再挤压胶头滴管，在烧瓶中可观察到的现象是_____________。
(3)通过挤压胶头滴管和控制活塞的开关，在烧瓶Ⅰ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅱ中不产生“喷泉”现象，其操作方法是____________。
2实验室制法
（1）原理
（2）装置:
（3）收集方法;
（4）干燥:
（5）验满方法：①用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸
变蓝色；②将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生．
（6）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，同时也可避免污染空气．
练习
6、氨气的三种实验室制法常见装置
1. 若用固体NH4Cl和消石灰制取氨气，则采用哪种装置？反应原理是什么？如何制得干燥的氨气？如何验满？
2.若采用加热浓氨水的方式制取NH3，则采用哪种装置？
3. 若图2的分液漏斗中盛有浓氨水，则烧瓶中的固体可选用何种物质？反应原理是什么？
7、(2011·汕头龙湖第四次联考)某研究性学习小组对实验室制取NH3进行了如下设计：(1)甲同学拟用浓氨水和固体NaOH制取NH3，并用图Ⅰ装置作为NH3的发生装置．
写出固体NaOH的作用为___________________________．
(2)乙同学建议，把教材中实验室制取氨气的收集装置由大试管改为集气瓶且瓶口向上来收
集氨气，并确保不污染环境．请你根据其设想回答：
①若用排空气法收集NH3，请在图Ⅱ的方框内画出其气体收集装置和尾气吸收装置，标出
所用的试剂(自选)名称．
②若用排液取气法收集NH3，可选用的试剂是________(填序号)．
A．H2O B．浓H2SO4
C．CCl4D．饱和NaCl溶液
8、变式题某课外小组在实验室制
备氨气，并进行有关氨气的性质探究。
(1)该小组同学加热生石灰与氯化
铵的混合物制取干燥的氨气。
①应该选用的仪器及装置有
________(填字母)。
②生石灰与氯化铵反应生成氨气的化学方程式为____________________________。
(2)该小组同学设计如图13－9所示装置探究氨气的还原性。
9、某研究小组进行NH3有关的实验。(药品：浓氨水、氯化铵固体、氢氧化钙固体、氢氧
化钠固体、蒸馏水、碱石灰)
(1)写出实验室制取NH3的化学反应方程式：____________________。
将NH3通入溴水中，有N2生成，反应的化学方程式为_________________
(2)从下图中挑选所需仪器，装配成快速制取干燥NH3的装置简图(只写编号，必要的塞子、
玻璃导管、胶皮管、固定装置和尾气处理装置略去)，仪器是。
(3)实验小组关于用上述药品快速制取氨气的原理分析，有道理的是(填序号)。
①在NH3·H2O中有平衡NH3＋H2O NH3·H2O NH4+＋OH－，NaOH使平衡向左移动。
②在NH3·H2O中有平衡NH3＋H2O NH3·H2O NH4+＋OH－，
NH4NO3使平衡向左移动。
③NaOH溶于水时放热，使体系温度升高，NH3的溶解度减小，会使部分NH3逸出。
④NH4Cl会分解释放出NH3。
⑤在快速制取NH3时可以加入NaNO3固体，以便加快产生NH3。
①氨催化氧化的化学方程式为
______________________。
②若实验时通入氨气的速率过快，
在烧瓶中会出现白烟，该物质的化学式
为__________________。
(3)该小组同学以氨气和二氧化碳为
原料制备碳酸氢铵。
①甲同学先将二氧化碳通入水中，
充分溶解后，再通入氨气；乙同学先将
氨气通入水中，充分溶解后，再通入二
氧化碳。请选择合适的方案并说明原因。
②写出检验产物中有NH＋
4
的方法。
规律技巧
硝酸主要有四大性质，即挥发性、不稳定性、强酸性、强氧化性，学习时应明确各性质的注意点，同时要注意与相似物质的对比。
1.硫酸和硝酸的对比
①HNO3、H2SO4、HCl在化学反应过程中，其浓度的变化往往引起反应实质的变化，解题时应充分重视。
②因浓H2SO4具有脱水性，浓HNO3具有漂白性，在pH试纸上分别滴加稀H2SO4、浓H2SO4、稀HNO3、浓HNO3，看到的现象分别是：
2.硝酸的氧化性强弱不是由HNO3还原产物中氮元素化合价改变的多少决定的，而是由HNO3中氮原子得电子的难易程度决定的。
3．反应规律
4．计算方法
(1)原子守恒法
(2)电子守恒法
（3）离子方程式计算法
练习
(4)用如图甲所示装置收集NH3，如何判断烧瓶中已收集满NH3：。
(5)图乙中胶头滴管中的水挤入烧瓶后，观察到的现象是。
10、(2009·全国卷Ⅱ)物质的量之比为2∶5的锌与稀硝酸反应，若硝酸被还原的产物为N2O，反应结束后锌没有剩余，则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是()
A．1∶4B．1∶5 C．2∶3 D．2∶5
11、(2011·青岛三中月考)足量铜与一定量浓硝酸反应，得到
硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸．若向所得硝酸铜溶液中加入5 mol/L NaOH 溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是() A．60 mL B．45 mL C．30 mL D．15 mL
12将Mg、Cu组成的m g混合物投入适量稀HNO3中恰好
完全反应，固体完全溶解时收集到的还原产物NO气体为0.896 L(标准状况)，向反应后溶液中加入2 mol/L NaOH溶液60 mL时金属离子恰好沉淀完全，则形成沉淀的质量为()
A．2.04 g B．(m＋2.04) g C．(m＋20.4) g D．20.4 g 13．中学化学中常见的几种物质存在如下关系，其中甲是
黑色非金属单质，乙是生活中常见的金属单质，D是红棕色气体．(图中部分产物和反应条件已略去)
回答下列问题：
(1)写出甲与A的浓溶液反应的化学方程式___________．
(2)C的电子式是__________________________________．
(3)除去G固体中含有的H杂质采用的方法是__________．
(4)A溶液与一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体反应，生成一种盐，该盐的溶液呈酸性，其原因是(用离子方程式表示)_____________________________________．
(5)写出由F转化为E的离子方程式___________________；将溶液F加热蒸干、灼烧到质量不再减少时所得固体物质的化学式为______________________________________．
14如图是用浓硝酸、铜片、水等试剂探究浓、稀硝酸的强氧化性并观察还原产物的实验装置．
Ⅰ.浓硝酸的强氧化性实验
将铜片置于具支试管的底部，在分液漏斗中加入约5 mL浓硝酸，往具支试管中放入约2 mL 浓硝酸，用排水法收集产生的气体．
(1)具支试管中发生反应的化学方程式
___________________________________________________________________.
(2)实验中观察到能证明浓硝酸具有强氧化性的现象
__________________________________________________.
Ⅱ.稀硝酸的强氧化性实验
(3)上述反应完成后，欲进一步证明稀硝酸也具有强氧化性，紧接的简便、合理的实验操作是_______________．
(4)能证明稀硝酸与铜反应产生NO的实验现象是_______(填写代号)．
A．c中收集到无色气味
B．c中收集到的无色气体接触空气后变为红棕色
C．b中产生的无色气体接触空气后变为红棕色
Ⅲ.实验反思
(5)利用该装置先进行铜与浓硝酸反应，再进行铜与稀硝酸反应的实验，其好处是
________________________________________________________________________．
Ⅳ.问题讨论
用等质量的铜片与等体积的浓硝酸、稀硝酸(硝酸均过量)反应时，发现反应后所得溶液前者呈绿色，后者呈蓝色．
对此有两种看法：
①两者颜色不同的原因是因为Cu2＋浓度差异引起的．
②前者溶液呈绿色，是因为生成的红棕色NO2溶解于溶液中引起的．
(6)你认为上述看法__________(填“①”或“②”)合理．若是①合理，说明理由，若是②合理，设计一个简单实验证明．_____________________________________________.
高考题赏析
1、(2011·高考重庆卷)固态化合物A由两种短周期元素组成，可与水发生复分解反应。甲组同学用如图装置(夹持装置略)对其进行探究实验。
(1)仪器B的名称是______________。
(2)实验中，Ⅱ中的试纸变蓝，Ⅳ中黑色粉末逐渐变为红色并有M生成，
则Ⅲ中的试剂为________；Ⅳ中发生反应的化学方程式为________________________；Ⅴ中的试剂为________。
(3)乙组同学进行同样实验，但装置连接顺序为ⅠⅢⅣⅡⅤⅥ，此时Ⅱ中现象为
____________________，原因是
(4)经上述反应，2.5 g化合物A理论上可得0.56 L(标准状况)M；则A的化学式为
______________。
3、（2009年北京理综，27）某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验（夹持仪器已略去）。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。
可选药品：浓硝酸、3 mol·L－1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、
氢氧化钠溶液及二氧化碳
已知：氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应。
2NO2＋2NaOH══NaNO3＋NaNO2＋H2O
（1）实验应避免有害气体排放到空气中。装置③、④、⑥中盛放的药品依次是
______________________。
（2）滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后______。
（3）装置①中发生反应的化学方程式是__________。
（4）装置②的作用是____________，发生反应的化学方程式是____________________。
（5）该小组得出的结论所依据的实验现象是_______。
（6）实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个实验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是（选填序号字母）________。
a.加热该绿色溶液，观察颜色变化
b.加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化
c.向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化
d.向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化