知识点一 氮气与氮的固定
1. 氮元素在自然界中的存在
氮元素在自然界中主要以游离态（N₂，占空气体积的 78%）和化合态（硝酸盐、铵盐、蛋白质等）形式存在。
💡 说明：氮是动植物体内蛋白质的重要组成部分，是生命必需元素。
2. 氮气的物理性质
| 性质 | 描述 |
|---|---|
| 颜色、状态 | 无色无味气体 |
| 密度 | 比空气略小 |
| 溶解性 | 难溶于水 |
| 熔、沸点 | 很低（沸点 -196°C） |
3. 氮气的化学性质——稳定性
N₂ 分子中存在 N≡N 三键，键能很大（946 kJ/mol），因此 N₂ 的化学性质非常稳定，通常情况下很难与其他物质发生化学反应。
（1）与 H₂ 反应（工业合成氨）
（该反应可逆，是工业合成氨的核心反应，催化剂为铁触媒）
（2）与 O₂ 反应（放电条件下）
（雷雨天气时，空气中的 N₂ 和 O₂ 在放电条件下反应生成 NO）
💡 说明：雷雨天气中 N₂ → NO → NO₂ → HNO₃ → 硝酸盐（随雨水进入土壤），这是自然界中氮的固定的重要途径。
（3）与活泼金属反应
（镁在氮气中燃烧生成氮化镁）
4. 氮的固定
氮的固定：将空气中游离态的氮转变为化合态氮的方法。
| 类别 | 方式 | 实例 |
|---|---|---|
| 自然固氮 | 雷电固氮 | N₂ + O₂ → 2NO（放电） |
| 生物固氮 | 豆科植物根瘤菌将 N₂ 转化为含氮化合物 | |
| 人工固氮 | 工业合成氨 | N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ |
| 仿生固氮 | 模拟生物固氮的化学过程 |
知识点二 一氧化氮和二氧化氮
1. NO 和 NO₂ 的性质对比
| 性质 | NO（一氧化氮） | NO₂（二氧化氮） |
|---|---|---|
| 颜色、状态 | 无色气体 | 红棕色、有刺激性气味气体 |
| 毒性 | 有毒 | 有毒 |
| 溶解性 | 难溶于水 | 与水反应 |
| 与 O₂ 反应 | 2NO + O₂ → 2NO₂ | 不反应 |
| 与水反应 | 不反应 | 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO |
| 收集方法 | 排水法 | 向上排空气法 |
| 是否为酸性氧化物 | 不是 | 不是 |
⚠️ 注意：NO 和 NO₂ 都不是酸性氧化物（它们与碱反应不能直接生成盐和水，或不按酸性氧化物通式反应）。
2. NO 和 NO₂ 的相互转化
| 实验现象 | 化学方程式 |
|---|---|
| NO 在空气中迅速变为红棕色 | 2NO + O₂ → 2NO₂ |
| NO₂ 溶于水，红棕色褪去 | 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO |
将这两个反应合并：
💡 归纳：NO₂ 与水反应制 HNO₃ 的过程中，总有部分 NO 生成，需要通入过量 O₂ 充分氧化吸收。工业制硝酸就是利用这一原理。
知识点三 氨与铵盐
1. 氨的物理性质
| 性质 | 描述 |
|---|---|
| 颜色、状态 | 无色气体 |
| 气味 | 有强烈刺激性气味 |
| 密度 | 比空气小 |
| 溶解性 | 极易溶于水（1 体积水约溶解 700 体积 NH₃） |
| 是否易液化 | 易液化（液氨汽化时吸收大量热，可用作制冷剂） |
2. 氨的化学性质
（1）与水反应
氨溶于水，大部分与水结合成一水合氨（NH₃·H₂O），NH₃·H₂O 部分电离出 OH⁻，使氨水呈弱碱性：
⚠️ 注意： - NH₃·H₂O 是弱碱，不稳定，受热易分解：NH₃·H₂O →Δ NH₃↑ + H₂O - 氨水的溶质是 NH₃，不是 NH₃·H₂O
（2）与酸反应
氨与酸反应生成铵盐：
（产生大量白烟——NH₄Cl 固体小颗粒，可用于检验 NH₃ 或 HCl）
（3）还原性——氨的催化氧化
氨中 N 为 -3 价（最低价态），能被氧化：
（工业制硝酸的基础反应，催化剂为铂铑合金）
氨还能在纯氧中燃烧：
3. 氨的实验室制法
| 项目 | 说明 |
|---|---|
| 原理 | 铵盐与碱加热反应 |
| 装置 | 固 + 固 → 气体（与制 O₂ 的装置类似） |
| 收集 | 向下排空气法（NH₃ 密度比空气小，且极易溶于水，不能用排水法） |
| 验满 | 用湿润的红色石蕊试纸靠近管口，变蓝证明已满；或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近，产生白烟 |
| 干燥 | 用碱石灰（NaOH 和 CaO 的混合物）干燥，不能用浓硫酸或 CaCl₂（CaCl₂ 与 NH₃ 反应） |
4. 铵盐的性质
铵盐是由 NH₄⁺ 和酸根离子组成的盐，均为离子化合物。
（1）受热易分解
（冷却后 NH₃ 与 HCl 重新化合为 NH₄Cl，类似于"升华"但不是升华）
（2）与碱反应
铵盐与碱共热放出 NH₃：
💡 NH₄⁺ 的检验：取少量待测物与 NaOH 溶液共热，用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体，若变蓝，则证明含有 NH₄⁺。
知识点四 硝酸的性质
1. 硝酸的物理性质
| 性质 | 描述 |
|---|---|
| 颜色、状态 | 纯硝酸为无色液体，有刺激性气味 |
| 挥发性 | 易挥发（在空气中产生白雾——酸雾） |
| 浓硝酸 | 质量分数约 69%，常因溶有 NO₂ 而呈黄色 |
2. 硝酸的化学性质
硝酸是强酸，除具有酸的通性外，还具有不稳定性和强氧化性。
（1）不稳定性
硝酸见光或受热易分解，故硝酸应保存在棕色试剂瓶中，置于冷暗处。
💡 说明：浓硝酸呈黄色正是因为溶有分解产生的 NO₂。
（2）强氧化性
硝酸中 N 为 +5 价（最高价），HNO₃ 具有强氧化性，几乎能与除 Au、Pt 外的所有金属反应。
与 Cu 反应：
规律：浓硝酸的还原产物一般是 NO₂，稀硝酸的还原产物一般是 NO。
常温下，浓硝酸使 Fe、Al 钝化（化学变化，表面生成致密氧化膜，阻止反应继续进行）。
与非金属反应：
3. 王水
王水是浓硝酸和浓盐酸按体积比 1∶3 混合而成的混合物，氧化性极强，能溶解 Au、Pt 等不与硝酸反应的金属。
知识点五 硝酸与金属反应的计算
1. 电子守恒法
硝酸与金属反应时，金属失去的电子总数 = 硝酸中 N 元素得到的电子总数。
2. 原子守恒法
参加反应的 HNO₃ 一部分起酸性作用（生成硝酸盐，N 元素化合价不变），一部分起氧化剂作用（生成 NO₂、NO 等还原产物，N 元素化合价降低）：
其中：n(HNO₃, 酸性) = n(金属) × 金属化合价
3. 离子方程式法
硝酸与金属反应的本质是 NO₃⁻ 在酸性条件下氧化金属：
💡 应用：当反应后溶液中还存在 H⁺ 和 NO₃⁻ 时，继续加入金属，反应会继续进行。
知识点六 酸雨及防治
1. 酸雨的形成
正常雨水 pH 约为 5.6（因溶有 CO₂），pH 小于 5.6 的降水称为酸雨。
酸雨的形成主要是由含硫燃料和汽车尾气排放的 SO₂ 和 NOₓ（氮氧化物）引起的：
| 类型 | 形成过程 |
|---|---|
| 硫酸型酸雨 | SO₂ → H₂SO₃ →（O₂ 氧化）→ H₂SO₄；或 SO₂ →（粉尘催化氧化）→ SO₃ → H₂SO₄ |
| 硝酸型酸雨 | NO →（O₂ 氧化）→ NO₂ →（与水反应）→ HNO₃ |
2. 酸雨的危害
- 使土壤酸化，破坏农作物和森林
- 使湖泊酸化，导致鱼类死亡
- 腐蚀建筑物、桥梁、工业设备和文物古迹
- 危害人体健康
3. 酸雨的防治
- 减少化石燃料的使用，开发新能源
- 对煤进行脱硫处理
- 对汽车尾气进行净化处理（安装催化转化器）
- 对工业废气中的 SO₂ 进行回收处理（如用氨水吸收、石灰石-石膏法）
重点例题
例题1 氨的性质
题目：下列有关氨的叙述不正确的是（ ）
A. 氨气极易溶于水，可做喷泉实验
B. 氨水显弱碱性，能使酚酞溶液变红
C. 氨气与氯化氢气体相遇会产生白烟
D. 实验室可用排水法收集氨气
解析： - A 正确，NH₃ 极易溶于水，喷泉实验是其典型验证 - B 正确，NH₃·H₂O 部分电离出 OH⁻ - C 正确，NH₃ + HCl → NH₄Cl（白烟） - D 错误，NH₃ 极易溶于水，不能用排水法收集，应用向下排空气法
答案：D
例题2 硝酸与金属反应的计算
题目：将 1.92g Cu 与一定量浓硝酸反应，Cu 完全溶解后，收集到标准状况下 NO₂ 和 NO 的混合气体 1.12L，则参加反应的硝酸的物质的量为（ ）
A. 0.05 mol
B. 0.11 mol
C. 0.12 mol
D. 0.08 mol
解析： n(Cu) = 1.92/64 = 0.03 mol
n(气体) = 1.12/22.4 = 0.05 mol
硝酸起两个作用： - 酸性作用：n(HNO₃, 酸性) = 2n(Cu) = 2 × 0.03 = 0.06 mol（生成 Cu(NO₃)₂，每个 Cu²⁺ 对应 2 个 NO₃⁻） - 氧化性作用：n(HNO₃, 氧化性) = n(气体) = 0.05 mol（每个 NO₂ 或 NO 分子含 1 个 N 原子）
n(HNO₃, 总) = 0.06 + 0.05 = 0.11 mol
答案：B
例题3 NO₂ 与水的反应
题目：将充满 NO₂ 的试管倒扣在水槽中，足够长时间后，试管中水面上升的高度约为试管高度的（ ）
A. 1/3
B. 2/3
C. 1/2
D. 全部
解析： 反应：3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO
3 体积 NO₂ 反应后生成 1 体积 NO，体积减少 2/3，水进入试管占据减少的体积，故水面上升约 2/3。
答案：B
易错点提醒
- ⚠️ N₂ 的稳定性：N₂ 稳定是因为 N≡N 三键键能很大，不是因为没有化学活性；高温、高压或放电条件下可发生反应
- ⚠️ NO 和 NO₂ 不是酸性氧化物：它们与水和碱的反应不遵循酸性氧化物的通式
- ⚠️ NH₃ 的干燥：不能用浓 H₂SO₄（会反应生成铵盐），也不能用无水 CaCl₂（CaCl₂ 与 NH₃ 形成 CaCl₂·8NH₃）
- ⚠️ NH₃ 的收集：用向下排空气法，不能用排水法（极易溶于水）
- ⚠️ 浓硝酸的黄色：是由于浓硝酸分解产生的 NO₂ 溶于其中，不是硝酸本身有颜色
- ⚠️ 铵盐分解不一定生成 NH₃：NH₄NO₃ 在不同温度下分解产物复杂（高温可能生成 N₂O 甚至 N₂），不是简单地放出 NH₃
- ⚠️ 硝酸与金属反应不放出 H₂：因为 HNO₃ 的氧化性来源于 +5 价的 N，而非 H⁺
方法技巧
1. 氮氧化物溶于水的计算
NO₂（或 NO 和 NO₂ 的混合气体）溶于水的计算，要抓住两个核心反应：
通过差量法计算气体体积变化。
2. 喷泉实验原理
气体在液体中溶解度很大时，少量液体进入容器后溶解大量气体，使容器内压强急剧减小，外界大气压将液体压入容器形成喷泉。NH₃、HCl 等在水中溶解度极大的气体都可用于喷泉实验。
3. 硝酸与金属反应的守恒计算
始终把握两条守恒： - 电子守恒：n(金属失电子) = n(N 得电子) - N 原子守恒：n(HNO₃, 总) = n(HNO₃, 酸性) + n(HNO₃, 氧化性)
本章知识框架
第5章（必修二第2章） 氮及其化合物
├── 氮气（N₂）
│ ├── 结构与稳定性（N≡N，键能大）
│ ├── 化学性质
│ │ ├── 与H₂反应——合成氨
│ │ ├── 与O₂反应——放电生成NO
│ │ └── 与活泼金属反应（Mg₃N₂）
│ └── 氮的固定（自然固氮、人工固氮）
├── 氮的氧化物（NO、NO₂）
│ ├── NO：无色、有毒、与O₂迅速反应变红棕色
│ ├── NO₂：红棕色、有毒、与水反应生成HNO₃和NO
│ └── 互相转化：2NO + O₂ ⇌ 2NO₂；3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO
├── 氨（NH₃）和铵盐
│ ├── NH₃的物理性质（无色、刺激性气味、极易溶于水）
│ ├── NH₃的化学性质
│ │ ├── 与水反应（弱碱性）
│ │ ├── 与酸反应（生成铵盐）
│ │ └── 催化氧化（4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O）
│ ├── NH₃的实验室制法
│ └── 铵盐的性质（受热分解、与碱反应→NH₄⁺检验）
├── 硝酸（HNO₃）
│ ├── 物理性质（无色、挥发性、浓硝酸因NO₂呈黄色）
│ ├── 化学性质
│ │ ├── 不稳定性（见光/受热分解）
│ │ ├── 强氧化性（与Cu反应、使Fe/Al钝化）
│ │ └── 与非金属反应
│ └── 王水（浓HNO₃∶浓HCl = 1∶3）
├── 硝酸与金属反应的计算
│ ├── 电子守恒法
│ └── 原子守恒法
└── 酸雨及防治
├── 形成（硫酸型、硝酸型）
├── 危害
└── 防治措施
📌 笔记区
本文档由 AI 辅助生成，仅供参考学习使用