氮及其化合物的性质

［说明］

1、氮的固定是指将游离态的氮转化为化合态的氮的过程。可以通过生物固氮和人工固氮两种方法。

2、Mg在空气中燃烧，除与O2反应外，还可与N2、CO2气体反应生成Mg3N2、MgO和C。可将产物溶于水，产生无色、有刺激性气味气体，则证明生成了Mg3N2；若将产物溶于酸，若有黑色不溶物生成，则证明有C产生。

3、浓硝酸和浓盐酸均为无色，但常用的浓盐酸和浓硝酸均呈黄色。浓盐酸是由于其中溶解了FeCl3而显黄色；而浓硝酸则是由于硝酸分解产生的NO2溶解在其中显黄色，此时，可向硝酸溶液中通入空气（氧气），除去溶解在其中的NO2：4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3。

4、NO不与水反应，NO2遇水反应产生NO气体，不能完全被水吸收。但在有氧气存在的情况下，两者都可以完全被水吸收生成硝酸：

4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3；4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3

5、铁和铝遇浓的浓硝酸钝化，并不是指两者不反应，而是反应生成一薄层致密的氧化膜，阻止反应的继续进行。但在加热条件下，铁和铝也能与浓硝酸反应。硝酸与金属反应时既起氧化剂的作用，同时还起酸的作用。随着反应的进行，硝酸的浓度逐渐降低，氧化性逐渐减弱，还原产物的价态逐渐降低。

6、NO3－在中性和碱性溶液中不具有强氧化性，但在酸性介质中，NO3－具有强氧化性，能氧化许多还原性物质。故还原性离子与NO3－在中性和碱性介质中可以共存，而在酸性介质中不能共存。

7、硝酸与有机物所发生的反应大部分都是取代反应，此时硝酸（HO－NO2）提供－OH，－NO2（硝基）取代有机物中的H，形成硝基化合物或硝酸酯。

8、NO3－的检验，是将溶液蒸馏浓缩，再向溶液中加入铜片和浓硫酸，若产生红棕色气体，则证明有NO3－，反之没有NO3－。

9、金属和硝酸反应时，随反应情况不同产物不同，有时甚至出现多种产物混合现象（如NO、NO2混合，NO、NO2、N2O4混合，Fe2＋、Fe3＋混合等）。如果采用一般的解题方法，依据化学方程式分步计算，计算步骤十分繁琐，甚至造成简单问题复杂化。但若采用守恒法来解，常常可以使问题得到简化。此类题目的守恒通常依据两个方面：

⑴原子守恒：硝酸的总物质的量＝和金属阳离子结合的NO3－的物质的量＋还原产物中N原子的物质的量＋剩余HNO3的物质的量；

⑵电子守恒：金属失去电子的总物质的量＝氧化剂（HNO3）转化为还原产物（氮的氧化物）时所得到的电子的物质的量。

例1. 将1.92gCu粉与一定量的浓硝酸反应，当Cu粉完全作用时，收集到气体1.12L（标况），则所消耗硝酸的物质的量是：

A. 0.12mol B. 0.11mol C. 0.09mol D. 0.08mol

答案：B

例2. 用以下三种途径来制取相等质量的硝酸铜：（1）铜跟浓硝酸反应；（2）铜跟稀硝酸反应；（3）铜先跟氧气反应生成氧化铜，氧化铜再跟硝酸反应。以下叙述中正确的是

A. 三种途径所消耗的铜的物质的量相等

B. 三种途径所消耗的硝酸的物质的量相等

C. 所消耗的铜的物质的量是：途径（3）＞途径（1）＞途径（2）

D. 所消耗的硝酸的物质的量是：途径（1）＞途径（2）＞途径（3）

解析：本题是评价制备方案的优劣。从绿色化学角度看（1）要节约原料；（2）是副产品，对环境污染小。（1）Cu＋4HNO3（浓）＝Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O，

（2）3Cu＋8HNO3（稀）＝3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，

（3）2Cu＋O2＝2CuO，CuO＋2HNO3＝Cu（NO3）2＋H2O。

若生成3molCu（NO3）2，可得消耗原料量及生成污染物NOx的量（见下表）：

Cu（NO3）2

Cu

HNO3

NOx

（1）

3mol

3mol

12mol

6mol

（2）

3mol

3mol

8mol

2mol

（3）

3mol

3mol

6mol

0mol

由上表知：（1）耗HNO3最多，生成污染物最多；（3）耗HNO3最少，没有污染物。

答案：AD

例3. 某试剂厂有银（含杂质铜）和硝酸（含杂质Fe3＋）反应制取硝酸银。步骤如下　

例4. 1898年，曾有人发明了固氮的一种方法，该法以石灰石、焦炭、空气为原料。第一步反应是石灰石分解；第二步是使第一步反应产物和焦炭反应，在电炉中的高温下制得第三步反应起始物；第三步反应中另一反应物是空气，该反应也是在电炉中完成的，生成一种固体；第四步是使该固体和水蒸气反应制得氨气。又知该固体中有与N3－互为等电子体的离子。

（1）试写出四步反应的化学方程式；

（2）试简评该固氮方法。

解析：前二步反应分别是石灰石的分解和制造电石的反应：

CaCO3 CaO＋CO2↑；CaO＋3C CaC2＋CO↑

第三步反应是CaC2在高温下与空气中的氮气反应，以取得固氮的效果。由于生成物与N3－互为等电子体的离子，氮元素在此生成物中应为－3价，后者与水反应才更有可能生成NH3。N3－的等电子体有CN22－、C2N3－。如果N为－3价，在CN22－中C为＋4价，

在C2N3－中C为0价，不合理，因此生成物中的该离子只能为CN22－。其化学方程式为：

CaC2＋N2 CaCN2＋C；CaCN2＋3H2O＝CaCO3＋2NH3↑。

这种方法较之现在的合成氨工业，需要消耗大量电能，原料众多，生产成本高，因此，很快被合成氨的催化法代替。

答案：（1）CaCO3 CaO＋CO2↑；CaO＋3C CaC2＋CO↑；CaC2＋N2 CaCN2＋C；CaCN2＋3H2O（g）＝CaCO3＋2NH3↑。

（2）这种方法，需要消耗大量电能，原料众多，设备重，生产成本高。

例5. 为了测定某铜银合金的成分。将30.0g合金完全溶于80mL13.5mol/L的浓HNO3中，待合金完全溶解后，收集到气体6.72L（标准状况），并测得溶液中氢离子浓度为1mol/L。假设反应后溶液的体积仍为80mL。试计算：

（1）被还原的硝酸的物质的量。

（2）合金中银的质量分数。

解析：（1）本题考查的是有关硝酸的综合计算。Cu、Ag合金溶于过量的硝酸后，分别生成Cu（NO3）2和AgNO3，而硝酸的还原产物则为：NOx。则根据元素守恒：被还原的硝酸的物质的量等于NOx的物质的量＝6.72L/22.4L/mol＝0.3mol；

（2）再根据元素守恒，我们假设原合金中含铜的物质的量为x，银的物质的量为y，则有：

2x＋y＝80mL×10－3L/mL×13.5mol/L－0.3mol－80mL×10－3L/mL×1mol/L＝0.7mol

64g/mol×x＋108g/mol×y＝30.0g

解得：x＝0.3mol，y＝0.1mol

则混合物中银的质量分数为：（108g/mol×0.1mol）/30.0g＝36%

答案：被还原的硝酸的物质的量为0.3mol，合金中银的质量分数为36%。

【模拟试题

1、关于氮族元素（用R代表）的下列叙述正确的是：

A. 最高化合价是＋5 B. 氢化物的通式为RH5

C. 非金属性由上到下递增 D. 其含氧酸均为一元强酸

2、上世纪80年代后期人们逐渐认识到，NO在人体内起着多方面的重要生理作用。下列关于NO的说法不正确的是：

A. NO分子中有极性共价键 B. NO为造成光化学烟雾的因素之一

C. NO为汽车尾气的有害成分之一 D. NO分子所含电子总数为偶数

3、将12LCO2和NO的混合气体通过足量的Na2O2固体，充分反应后，气体体积减少到8L（相同状况），则原混合气体中CO2和NO的体积比可能为：①1：2；②2：1；③2：3；④3：2。

A. ① B. ②④ C. ①③ D. ②

4、将amLNO、bmLNO2、xmLO2混合于同一试管里，将试管口倒插入水中，充分反应后试管内气体可全部消失，则x对a、b的函数关系式 是：

A. B. C. D.

5、大气污染是环境污染的一个重要方面，常见的大气污染分一次污染和二次污染，二次污染是排入环境中的一次污染物在物理化学因素或生物作用下发生变化，或与环境中其他物质发生反应生成新的污染物，如2NO＋O2＝2NO2就是二次污染物，由NO2导致的污染就是NO的二次污染。下列物质：①SO2；②NO；③NO2；④HCl；⑤CO2不易导致二次污染的是：

A. ①②③④⑤ B. ①③⑤

C. ④和⑤ D. 只有④

6、汽车尾气（含烃类、一氧化碳、无色气体与二氧化硫等）是城市主要污染源之一，治理的一种方法是在汽车排气管上装催化转化器，它使一氧化氮与一氧化碳反应生成参与大气循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及二氧化硫的转化，下列说法中错误的是：

A. 一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式为2CO＋2NO＝N2＋2CO2

B. 此方法的缺点是：由于二氧化碳的增多，会大大提高空气的酸度

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