第2节 氮的循环
考纲定位 考情播报 1.掌握氮元素单质及其重要化合物的主要性质和应用。 2.了解氮元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。 3.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)。 4.了解氮及其重要化合物的制备方法。 2016·全国甲卷T26(4)(5)/全国乙卷T8(B)、T10(B)、T26/全国丙卷T27 2015·全国卷ⅠT7、T8(D)、T10(A)/全国卷ⅡT13(B) 2014·全国卷ⅠT8(C)、T27/全国卷ⅡT28 2013·全国卷ⅠT7(B) 2012·全国卷T9(C) 考点1| 氮气及其氧化物的性质
[基础知识自查]
1．自然界中氮的存在和氮的固定
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＋3H22NH3，N2表现氧化性。
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
③与O2反应的化学方程式：N2＋O2=====2NO，N2表现还原性。 3．NO、NO2的比较
颜色 毒性 溶解性 与O2或与 H2O反应 收集方法
NO 无色 有毒 难溶于水 2NO＋O2===2NO2 排水法 红棕色 有毒 易溶于水 NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 向上排空气法 1
①与血红蛋白结合，使人与人体、环 中毒 形成酸雨、光化学烟雾 境的关系 ②转化成NO2，形成酸雨、光化学烟雾 注：氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5。 其中①N2O3、N2O5分别为HNO2、HNO3相应的酸性氧化物(酸酐)。 ②NO2与N2O4可相互转化2NO2[应用体验]
1．(1)氮元素的非金属性很强，但N2的化学性质特别稳定，其原因是什么？ (2)溴蒸气和NO2都为红棕色气体，如何区分？用湿润的淀粉－KI试纸或NaOH溶液可以吗？
[提示] (1)N2的结构式为N≡N，N原子间以叁键结合，键稳定，难破坏，所以N2的化学性质非常稳定。
(2)①用AgNO3溶液，Br2可与AgNO3溶液反应生成浅黄色沉淀AgBr；②用水，溶于水后有颜色的是Br2，无颜色的是NO2。不能用湿润的淀粉－KI试纸或NaOH溶液区分，因为这两种气体都有氧化性，都可以把KI中的I氧化成I2，使试纸变蓝色。NaOH溶液可以吸收Br2蒸气和NO2而形成无色溶液。
2．实验探究：在进行NO2溶于水的实验时有如图所示操作。
－24
O。
(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为2
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。
[考点多维探究]
角度1 N2和NOx的主要性质及对环境的影响
1．将空气中的氮气转化成氮的化合物的过程称为固氮。能实现人工固氮的是( )
【导学号：99682092】
A．雷雨天闪电 C．豆科植物根瘤菌 [答案] D
2．烧瓶中放入铜片和稀硝酸，来制取较纯净的一氧化氮，反应开始后发现烧瓶中充满红棕色气体，这时的操作应是( )
2
B．NH3催化氧化制NO D．工业合成氨
A．立即接上收集容器，用向上排空气法收集 B．待烧瓶中红棕色气体消失后，用向上排空气法收集 C．待烧瓶中红棕色气体消失后，用排水法收集 D．立即用排水法收集
D [红棕色气体为NO2，NO2与水反应生成NO。]
3．(2017·大连模拟)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。汽车尾气装置中，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( )
【导学号：99682093】
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N2 C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应
催化剂
D．催化转化总化学方程式为2NO＋O2＋4CO=====4CO2＋N2
D [A项，反应中NO、O2均为氧化剂，N2为还原产物；B项，N2不是污染成分；C项，NO与O2常温下就可以发生反应。]
NOx对环境的3种污染类型
(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，产生的一种有毒的烟雾。
(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减少，导致地面紫外线辐射量增加。 角度2 NOx与H2O或碱液反应的问题分析
4. 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( )
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
3
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。]
5．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
(1)氮氧化物溶于水的问题分析
无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，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===4HNO3(4∶3)。 ②若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3(4∶1)。 (2)NOx与NaOH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。
③n(NO2)∶n(NO)≥1时能完全被NaOH溶液吸收。
考点2| 硝酸 [基础知识自查]
1．物理性质
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。 2．化学性质 (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。 (2)强氧化性 ①与不活泼金属反应
4
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。
(3)与有机物反应 ①硝化反应(与C6H6反应) 浓H2SO4C6H6＋HNO3――→C6H5NO2＋H2O。
△
②颜色反应：蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。 [应用体验]
1．(1)浓HNO3如何保存？
(2)硝酸具有强氧化性，硝酸与Fe反应一定生成Fe吗？为什么？ [提示] (1)保存在棕色带有玻璃塞的细口试剂瓶中，置于阴凉处。 (2)不一定，当Fe少量时生成Fe，当Fe过量时生成Fe。
2．向一定量的浓HNO3中投入过量的Cu充分反应，生成的气体成分有哪些？反应结束后，再加入稀H2SO4写出发生反应的离子方程式。
[提示] NO2、NO、N2O4。3Cu＋8H＋2NO3===3Cu＋2NO↑＋4H2O。
[考点多维探究]
角度1 硝酸的主要性质及其应用
1．有关硝酸性质的叙述中，正确的是( ) A．浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色 B．足量Zn与浓HNO3反应最终产生的气体成分中含有H2 C．稀HNO3溶液中Fe、SO3、I、Cl、Fe可以共存 D．稀HNO3与FeO反应时HNO3既表现氧化性又表现酸性
D [A项，浓HNO3具有强氧化性，能使红色退去；B项，HNO3与金属反应不可能生成H2；C项，SO3、I、Fe与HNO3均反应，不能共存；D项，生成Fe(NO3)3表现酸性，生成NO表现氧化性。]
2－
－
2＋
3＋
2－
－
－
2＋
＋
－
2＋
3＋
2＋
3＋
＋
2－
－
＋
2－
－
＋
3＋
－
2－
2＋
5
2．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。]
硝酸与金属反应的规律
(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、NH3、NH4。
(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。
(4)浓硝酸与铜反应时，若铜过量，反应开始时浓硝酸被还原为NO2，但随着反应的进行，硝酸变稀，其还原产物变为NO。
(5)铁与稀硝酸反应时，铁过量，氧化产物为Fe；铁不足，氧化产物为Fe；二者的量在一定范围内，可能生成Fe和Fe的混合物。
(6)NO3(H)不能与Fe、I、SO3、S等还原性较强的离子大量共存。 角度2 硝酸与金属反应的有关定量分析
3．(2016·武汉调研)一定质量的铁和足量的稀硝酸或浓硝酸完全反应，在相同条件下，用排水集气法收集产生的气体。下列叙述一定正确的是( )
①硝酸浓度越大，消耗的硝酸越少
②硝酸浓度不同，生成的Fe(NO3)3的物质的量相同 ③硝酸浓度越大，产生的气体越少
④用排水集气法收集到的气体在相同状况下体积相同 A．只有② C．③④
B．②④ D．①②③
－
＋
2＋
－
2－
2－
2＋
3＋
2＋
3＋
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－
2＋
3＋
B [依据Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O及Fe＋6HNO3(浓)===Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O可知，硝酸浓度越大，消耗的硝酸越多，①错；根据铁元素守恒，最后生成的Fe(NO3)3
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