2019年高考化学一轮复习第3章自然界中的元素第2节氮的循环学案鲁

第2节 氮的循环

考纲定位 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.了解氮及其重要化合物的制备方法。 考点1| 氮气及其氧化物的性质及应用

(对应学生用书第52页)

[考纲知识整合]

1．自然界中氮的存在和氮的固定

全国卷5年考情 2017年：Ⅰ卷T26；Ⅱ卷T8(C)、T13(C) 2016年：Ⅰ卷T8(B)、T10(B)、T26；Ⅱ卷T26(4)(5)；Ⅲ卷T27 2015年：Ⅰ卷T7、T8(D)、T10(A)；Ⅱ卷T13(B) 2014年：Ⅰ卷T8(C)、T27；Ⅱ卷T28 2013年：Ⅰ卷T7(B)

2．N2的性质及应用

(1)物理性质：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。 (2)化学性质

N2的电子式为:N??N:，结构式为N≡N。

高温、高压

①与H2反应的化学方程式：N2＋3H2

催化剂

点燃

②与Mg反应的化学方程式：N2＋3Mg=====Mg3N2，N2表现氧化性。 放电或

③与O2反应的化学方程式：N2＋O2=====2NO，N2表现还原性。

高温

提醒：氮元素是一种活泼非金属，但N2稳定的原因是N2分子中氮氮叁键很稳定，不易断裂，难发生化学反应。

3．氮的氧化物

(1)氮有多种价态的氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5；NO2与N2O4能相互转化2NO2

2NH3，N2表现氧化性。

N2O4(写方程式)。

1

(2)NO、NO2的比较

颜色 毒性 溶解性 与O2或与H2O反应 收集方法 与人体、环境的关系 NO 无色 有毒 难溶于水 2NO＋O2===2NO2 排水法 ①与血红蛋白结合，使人中毒 ②转化成NO2，形成酸雨、光化学烟雾 形成酸雨、光化学烟雾 NO2 红棕色 有毒 易溶于水 3NO2＋H2O=== 2HNO3＋NO 向上排空气法 [实验探究]在进行NO2溶于水的实验时有如图所示操作。

(1)将充满NO2的试管倒扣在盛有水的水槽中，可观察到的现象是：红棕色气体逐渐变2

为无色，水位上升，最后水充满整个试管的。化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

3

(2)当向试管中通入O2，现象是无色气体又变为红棕色气体，试管内液面上升至充满，继续通O2试管内液面又下降。

[高考命题点突破]

命题点1 N2和NOx的主要性质及应用 1．下列说法正确的是________(填序号) (1)食品袋中充氮气可用来防腐

(2)(2016·全国Ⅰ卷)用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO (3)制二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气 (4)工业上利用合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应

(5)NO2与溴蒸气的鉴别可以用水，AgNO3溶液或CCl4，但不能用湿润的淀粉KI试纸 (6)NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象 (7)在实验室里，NO和NO2均可用排水法收集

(8)NO能够与人体里血红蛋白结合，造成人体缺氧中毒

2

(9)1 mol NO与0.5 mol O2恰好反应生成1 mol NO2

(10)除去NO中的NO2气体的方法是将气体依次通入盛有水和浓H2SO4的洗气瓶中 (11)NO2与H2O反应中氧化剂与还原剂的质量比为2∶1 【答案】 (1)(4)(5)(8)(10)

命题点2 NOx与H2O或碱液反应的问题分析

2.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，可以观察到试管内水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，原来试管中盛装的气体是( )

【导学号：95160054】

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

C [根据题意①3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，②2NO＋O2===2NO2。将①②反应合并可得4NO2

＋O2＋2H2O===4HNO3。最后试管充满水的条件是NO2或NO2和NO混合或NO2和O2混合。]

3．(2017·辽宁抚顺期末)将NO2、CO2的混合气体通过装有足量Na2O2的容器后，再用干燥烧瓶收集得到混合气体2.5 mol，然后倒立于水槽中，最后水充满整个烧瓶，则混合气体中NO2的物质的量是( )

A．4 mol C．2 mol

B．3 mol D．1 mol

4

C [由于水能充满整个烧瓶，由反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知n(NO2)＝×2.5 mol

5＝2 mol。]

4．工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。

(1)NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比1∶1，写出该反应的化学方程式：_________________________________________________

_____________________________________________________________

(2)NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是________。

【答案】 (1)2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O (2)NaNO2

[方法技巧] NOx的有关计算分析方法

氮氧化物溶于水的问题分析,无论是单一气体

2

，还是NO、NO2、O2中的两者

3

或三者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，2NO＋O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。

①若NO和O2通入水中，总关系式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3②若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3

溶液反应问题分析

①NO2能被NaOH溶液吸收生成2种盐。 ②NO不能被NaOH溶液吸收。 ③n2

。 。

x与NaOH

n时能完全被NaOH溶液吸收。 考点2| 硝酸的性质及其应用 (对应学生用书第53页)

[考纲知识整合]

硝酸的主要性质

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

△

(1)反应：4HNO3=====2H2O＋4NO2↑＋O2↑。

或光照

(2)市售浓硝酸呈黄色的原因是HNO3分解生成的NO2溶于硝酸中。

(3)浓HNO3的保存方法是保存在棕色带有玻璃塞的细口试剂瓶中，置于冷暗处。 2．强氧化性 (1)与不活泼金属反应

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)常温下，浓HNO3使Fe、Al钝化。常温下浓HNO3可用铁桶盛装。 (3)与非金属反应

△

如浓硝酸与C的反应：C＋4HNO3(浓)=====CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。 (4)与还原性化合物反应

硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe、FeO等还原性物质。

如稀HNO3与SO2、Na2SO3、FeO反应的离子方程式分别为3SO2＋2NO3＋2H2O===3SO4＋2NO↑＋4H，3SO3＋2NO3＋2H===3SO4＋2NO↑＋H2O，3FeO＋NO3＋10H===3Fe＋NO↑＋5H2O。

＋

2－

－

＋

2-－

＋

3＋

－

2-2＋

提醒：(1)Fe与稀HNO3反应时，当Fe少量时生成Fe(NO3)3，当Fe过量时生成Fe(NO3)2，当Fe一定量反应完全时，可能生成Fe(NO3)2和Fe(NO3)3。

(2)硝酸与金属反应的规律

①HNO3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、

4

N2或NH4NO3。

③硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。 3．与有机物反应

(1)硝化反应(与反应)：

；

(2)颜色反应：含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。 [应用体验]

正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)常温下，铁、铝在浓硝酸中的钝化为化学变化。( ) (2)可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S。( ) (3)过量的铜与浓硝酸反应，产物中一定有NO。( ) (4)浓硝酸在光照下久置，会变黄，通入O2会消除黄色。( ) (5)浓硝酸中滴加紫色石蕊试液，最终变为红色。( )

(6)(2016·全国Ⅰ卷)1 mol Fe溶于过量硝酸，电子转移数为2NA。( ) (7)金属与硝酸反应的还原产物只可能是NO2与NO。( )

(8)与浓HNO3的硝化反应为取代反应。( )

(9)浓HNO3遇蛋白质的颜色变化为化学变化。( ) (10)C、S与浓HNO3反应时，浓HNO3只表现氧化性。( )

(11)浓HNO3与过量Cu反应结束后，再加稀H2SO4，反应仍能发生生成H2。( ) (12)浓HNO3应保存在带有橡胶塞的棕色玻璃瓶中。( )

【答案】 (1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)√ (9)√ (10)√ (11)× (12)×

[高考命题点突破]

命题点1 硝酸与金属反应的定性和定量分析

5

1．如图所示，向一定量的铁粉中加入一定体积12 mol·L束时，下列微粒在体系中一定大量存在的是 ( )

①NO3 ②Fe ③H ④NO ⑤NO2 ⑥H2 A．①⑥ C．②④⑤

B．①⑤ D．①②③⑤

－

3＋

＋

－1

的硝酸并加热，待反应结

B [Fe与浓HNO3反应时，开始生成的还原产物是NO2，并且若铁少量时，还原产物只有NO2；当铁过量时，氧化产物是Fe，当HNO3过量时，氧化产物是Fe。因产物有硝酸盐，故溶液中一定还有NO3。]

2．将相同质量的铜分别与足量的浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是( ) A．硝酸浓度越大消耗的硝酸越少，产生的有毒气体也越少 B．反应中转移的电子总数稀硝酸少

C．试管内壁上的铜用浓硝酸除较好，因反应速率快 D．两者用排水法收集的气体的体积相同

D [铜完全反应，在进行相关计算时以铜为标准，等质量的铜在反应中失去的电子数相同，生成的Cu(NO3)2的量相同，浓硝酸被还原为NO2，价态由＋5降到＋4，每个氮原子只得1个电子，稀HNO3被还原时每个氮原子得到3个电子，故被还原的浓硝酸多、稀硝酸少，生成的NO2也比NO多。 用排水法收集气体时，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故两种情况收集到的气体一样多。]

锌与某浓度的硝酸以物质的量之比为1∶3发生反应，若硝酸被还原的产物为N2O，反应结束后锌没有剩余，下列说法正确的是( )

A．在此反应中硝酸体现强氧化性，全部被还原 B．向反应后的溶液中再加入金属铁，不再发生化学反应 C．该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸之比为1∶4 D．该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸之比为1∶5

D [设锌的物质的量为a，则稀硝酸中HNO3的物质的量为3a，发生还原反应的HNO3与

－

2＋

3＋

6

锌的关系为HNO3～2Zn，由于锌不足，被还原的HNO3为，未被还原的HNO3为?3a－?，二者

2?2?之比为∶?3a－?＝1∶5，D项正确。]

2?2?

3．38.4 g Cu跟一定量浓HNO3反应，Cu全部溶解，共收集NO、NO2的总体积为22.4 L(标准状况)，所得溶液中H的物质的量为0.02 mol，请回答：

(1)反应中被还原的硝酸为________mol。

(2)参加反应的硝酸为________mol，反应过程中转移电子数为________ mol。 (3)生成的NO与NO2的物质的量之比为________。 (4)溶液中NO3的物质的量为________mol。

【解析】 (1)被还原的HNO3物质的量为NO、NO2的总物质的量。 (2)参加反应的HNO3包括与Cu结合的NO3和NO、NO2。 即?

－

－

＋

a?

a?a?a?

?38.4×2＋22.4?mol＝2.2 mol。 22.4??64?

38.4

转移的电子数为×2 mol＝1.2 mol。

64

??n(3)?

?3n?

＋n＋n22

＝1 mol

＝1.2 mol

解之n(NO)＝0.1 mol，n(NO2)＝0.9 mol。

38.4－2＋＋

(4)n(NO3)＝2n(Cu)＋n(H)＝2× mol＋0.02 mol＝1.22 mol。

64【答案】 (1)1 (2)2.2 1.2 (3)1∶9 (4)1.22 [方法技巧] 硝酸与金属反应的计算技巧

原子守恒法,HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO3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。

得失电子守恒法,HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，

电荷守恒法,HNO3过量

n＋

n＋－

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。时反应后溶液中不考虑OH。

命题点2 硝酸的氧化性实验探究

－

则有：,c－

3＝c＋

＋nc代表金属离子

4．(2017·北京高考)下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是( )

7

① ② ③ A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体 B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应 C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物 D．③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应

△

D [A对：浓HNO3具有不稳定性，①中浓HNO3受热发生分解反应：4HNO3=====4NO2↑＋O2↑＋2H2O，故①中所得红棕色气体是NO2和O2的混合气体。

B对：②中红热木炭加入浓HNO3中，有红棕色气体产生，该气体为NO2，但不能说明浓HNO3与木炭发生了反应，可能是浓HNO3在红热木炭作用下发生分解产生了NO2。

C对：③中红热木炭未插入浓HNO3中，有红棕色气体产生，说明浓HNO3具有挥发性，且挥发产生的HNO3被还原生成NO2，故红棕色气体为还原产物。

D错：③的气体产物中检测出CO2，不能说明木炭一定与浓HNO3发生了反应，可能是浓HNO3分解产生NO2、O2和H2O，红热木炭与分解产生的O2反应生成CO2。]

5．(2018·河北保定调研)铜与硝酸的反应是高中化学学习中较为重要的内容，铜与浓硝酸反应和铜与稀硝酸反应，产物不同，现象也不同。

请回答下列问题：

【导学号：95160055】

(1)某课外小组为了证明并观察到铜与稀硝酸反应的产物为NO，设计如图所示的实验装置，请你根据他们的思路，选择下列某些药品(锌粒和碳酸钙固体必选其一)完成实验，在下表中填写②～⑤实验操作。

药品：稀硝酸、稀盐酸，锌粒、碳酸钙固体。

8

实验步骤 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 实验操作 检验装置的气密性 用注射器向试管中推入氧气或空气 (2)上述能证明稀硝酸与铜反应的还原产物为NO的实验现象是____________。 (3)问题讨论：

①用如图装置在铜与浓硝酸反应的实验过程中如果操作不慎，易出现倒吸现象，对该实验装置进行改进的方案是在A与B装置之间连接________(填装置的名称)。

②在用等质量的铜丝与等体积的浓硝酸、稀硝酸(硝酸均过量)分别反应时，发现反应后试管中的溶液前者呈绿色，后者呈蓝色。前者溶液呈绿色的原因是

_____________________________________________________________， 设计一个简单的实验进行验证(简述实验方案)________________________ _ _____________________________________________________________。

【解析】 (1)根据题意，为验证铜与稀硝酸反应生成NO，应先排除空气中氧气的干扰，根据所给药品，应选用稀硝酸与碳酸钙固体反应，以生成CO2，将反应装置中的氧气排出，所以需要补充的实验步骤是：②向试管中加入一定量的碳酸钙固体；③向试管中加入一定量的稀硝酸，并迅速盖上带铜丝和导管的橡皮塞；④待反应完全后，将右边导气管插入集气瓶内接近液面；⑤将铜丝插入到溶液中。(2)用注射器向试管中推入氧气或空气，试管内有红棕色气体产生，说明稀硝酸与铜反应的还原产物为NO。(3)①为防止倒吸，可以在A与B装置之间连接安全瓶。②由于两个试管中铜离子浓度相同，所以铜丝与浓硝酸反应溶液呈绿色的原因可能是生成的红棕色二氧化氮溶解于溶液中，可以通过加热试管中的绿色溶液(或向绿色溶液中通入氧气或向绿色溶液中加水)，观察试管中溶液是否变蓝来验证该结论。

【答案】 (1) ② ③ ④ ⑤ 向试管中加入一定量的碳酸钙固体 向试管中加入一定量的稀硝酸，并迅速盖上带铜丝和导管的橡皮塞 待反应完全后，将右边导气管插入集气瓶内接近液面 将铜丝插入到溶液中 (2)用注射器向试管中推入氧气或空气，试管内有红棕色气体产生 (3)①安全瓶

②生成的红棕色二氧化氮溶解于溶液中 加热试管中的绿色溶液(或通氧气或加水)，观察溶液的颜色变化

9

考点3| 氨和铵盐的性质及应用

(对应学生用书第55页)

[考纲知识整合]

1．氨的性质 (1)氨的物理性质

无色、有刺激性气味的气体，密度比空气的小，易液化，液氨常作制冷剂，极易溶于水(1∶700)，可由喷泉实验证明。

(2)氨的化学性质 ①与水的反应

氨气溶于水呈碱性原因的方程式为NH3＋H2O②氨气与酸反应

a．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HNO3，也会出现相同的现象。化学方程式分别为HCl＋NH3===NH4Cl，HNO3＋NH3===NH4NO3。

b．氨气通入酸的本质反应为NH3＋H===NH4。 ③NH3的还原性——氨的催化氧化

催化剂

化学方程式为4NH3＋5O2=====4NO＋6H2O。该反应是工业制HNO3的基础反应。

△提醒：氨水的组成和性质

(1)粒子成分：H2O、NH3·H2O、OH、NH4、NH3、H，以溶解的NH3总量为溶质进行浓度计算。

(2)性质：氨水中NH3·H2O为一元弱碱，其电离方程式为NH3·H2△

①不稳定性：NH3·H2O=====NH3↑＋H2O。 ②碱的通性

a．氨水使酚酞试剂变红

b．中和反应：NH3·H2O＋H===NH4＋H2O(注意NH3与酸反应的差异)。 c．沉淀反应：3NH3·H2O＋Al===Al(OH)3↓＋3NH4。 2．铵盐的性质与检验 (1)铵盐的性质

铵盐均为离子化合物，无色晶体，易溶于水 ①不稳定性——受热易分解

△

a．NH4Cl受热分解：NH4Cl=====NH3↑＋HCl↑。 △

b．NH4HCO3受热分解：NH4HCO3=====NH3↑＋H2O＋CO2↑。

②与碱反应：铵盐都可与碱反应生成NH3·H2O(弱碱)，但加热生成NH3和H2O。写出铵盐

3＋

＋

＋

＋

＋4

－

＋

＋

＋

＋

NH3·H2ONH4＋OH。

＋－

＋OH。

－

10

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/f183.html