氮及其化合物性质知识点总结

氮及其化合物性质知识点总结

氮及其化合物在化学领域具有重要地位，它们不仅在工业生产中有着广泛应用，也是化学学习中的重点内容。本文将从氮气、氮的氧化物、氨气、铵盐和硝酸等多个方面，全面总结氮及其化合物的性质、应用及实验操作，帮助读者系统掌握相关知识点。

一、氮气

（一）氮气的性质和应用

1. 原子结构

• 原子结构示意图：
• 在周期表中位置：第二周期第Va族
• 原子的轨道表示式：
  ，
  单电子数：3
• 第一电离能：

2. 氮气的结构

• 结构式N≡N，
• 电子式
• 分子极性：非极性分子

3. 氮元素的自然存在

4. 自然界中氮的循环

5. 氮气的用途

• 合成氨；
• 制硝酸；
• 用作保护气；
• 保存农副产品；
• 液氮可作冷冻剂。

（二）氮气的性质

1. 物理性质

• 色味态：无色无味气体
• 密度：在标准状况下
  比空气的小(极为接近)
• 溶解性：难溶于水
• 收集方法：只能用排水法(密度与空气接近，不能用排空气法)

2. 化学性质

• 稳定性：N≡n(键能很大)，通常情况下很难发生反应
• 氧化性：
  (工业固氮反应)
• 还原性
  ① 除去中H2的N2：
  ② 高能固氮反应：

3. 氮化镁

二、氮的氧化物

（一）氮的氧化物的性质及应用

1. 氮元素的六种氧化物

• N2O俗称笑气。
• N2O3、N2O5是HNO2、HNO3相应的酸性氧化物(或酸酐)。
• NO2与N2O4可相互转化2NO2⇆N2O4。

2. NO的性质

• 色味态：无色无味气体
• 溶解性：难溶于水
• 强还原性

3. NO2的性质

• 色味态：红棕色有刺激性气味气体
• 溶解性：易溶于水，不溶于四氯化碳
• 与H2O反应：
• 双聚反应：
  ① 加热：红棕色变深
  ② 加压：颜色先变深后变浅，比加压前深
• 强氧化性：能够将某些还原性微粒氧化，自身被还原成NO
• 鉴别NO2和溴蒸气

4. 氮氧化物的危害

• 形成硝酸型酸雨
  含氮物质
• 形成光化学烟雾
  有毒烟雾
• 破坏臭氧层：NO催化O3分解为O2
• 水体富营养化：水中含氮化合物引起水体污染

5. 常见的处理氮氧化物的方法

• NaOH溶液吸收法
• 纯碱溶液吸收法
• CH4还原法
• NH3还原法
• H2还原法
• CO还原法

（二）实验室制一氧化氮和二氧化氮

1. 反应原理及装置

• 装置类型：“固体＋液体气体”型
• 药品：铜和稀(浓)硝酸
• 反应

2. 气体的净化

• 一般用无水氯化钙或P2O5或硅胶除水蒸气

3. 气体的收集

• NO：只能用排水法收集或排“惰性”气体法
• NO2：向上排空气法或排四氯化碳法

4. 气体的检验

• NO：通入空气，无色气体变成红棕色气体
• NO2：通过湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝

5. 尾气吸收

• NO：一般用酸性的H2O2、酸性高锰酸钾溶液等强氧化性溶液吸收
• NO2：一般用NaOH、Na2CO3等碱性溶液吸收

6. 制NO前，先通氮气、二氧化碳等气体将装置内的空气排尽

三、氨气

（一）氨气的性质

1. 物理性质

• 色味态：无色、有刺激性气味的气体
• 密度：比空气的小
• 溶解性：极易溶于水，1∶700，难溶于CCl4
• 物理特性：易液化(沸点－33.5℃)

2. 碱性气体

• 水：
• 指示剂：能够使紫色石蕊试液变蓝，酚酞试液变红
• 与酸化合成铵盐

3. 氨气的还原性

• 催化氧化：
• 热的CuO：
• 还原氯气
  ① 少量NH3：
  ② 过量NH3：
  (检验输送氯气的管道是否泄漏)

4. 氧化性：

5. 氨气的用途

• 制硝酸和硝酸铵：
• 致冷剂：液氨气化吸热，使环境温度急剧降低
• 制化肥：制备硝铵、硫铵、氯铵、碳铵等铵态氮肥

（二）实验室制取氨气

1. 反应原理及装置

• 装置类型：
  
  ① 方法：氯化铵固体与氢氧化钙固体混合加热
  ② 反应：
• 装置类型：
  ① 方法：加热浓氨水
  ② 反应：
• 装置类型：
  

2. 气体的净化

• 一般用碱石灰吸水

3. 气体的收集

• 方法：向上排空气法和排四氯化碳液体法
• 净化：试管口堵棉花的作用：防止氨气和空气发生对流，提高氨气的收集速率和纯度

4. 验满方法

• 最佳方法：用湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶口，若试纸变蓝，则说明氨气收集满了
• 其他方法：用玻璃棒蘸取浓盐酸或浓硝酸放在集气瓶口，若产生白烟，则说明氨气收集满了

5. 尾气吸收

• 吸收剂：棉花最好用稀硫酸浸湿，防止污染空气
• 注意防倒吸

6. 氨气的工业制法：

• 工业上从液态空气中，利用液态氮的沸点比液态氧的沸点低加以分离而制得氮气

7. 喷泉实验的原理及操作

• 喷泉实验的原理
  因为烧瓶内气体易溶于水或易与水反应，使瓶内压强减小，形成压强差，大气压将烧杯中的水压入烧瓶而形成喷泉。
• 能形成喷泉的条件
  从原理上讲，气体要易溶于水或易与水反应，以形成足够大的压强差；从实验条件上讲，烧瓶内气体要充满，气体和仪器均要干燥，装置的气密性要好。
• 形成喷泉的气体与液体组合
  ① 极易溶于水的气体(NH3、HCl等)与水可形成喷泉；
  ② 酸性气体与NaOH溶液组合能形成喷泉。
• 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 装置不能漏气(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能快速反应。
• 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)来产生喷泉。
  
  装置Ⅰ：打开止水夹，挤压胶头滴管的胶头，使少量水进入烧瓶，导致大量的NH3溶解。烧瓶内形成负压而产生喷泉。
  装置Ⅱ：挤压气球，即可使少量的溶液沿导管进入烧瓶，导致大量的NH3溶解，烧瓶内形成负压而产生喷泉。
  装置Ⅲ：去掉了胶头滴管。打开止水夹，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨气受热膨胀，使氨气通过导管与水接触，即产生喷泉。(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶，烧瓶内氨气溶于水)
  装置Ⅳ：在锥形瓶中加入能产生气体的物质，使锥形瓶内气体的压强明显增大，将液体压入烧瓶而产生喷泉。
  装置Ⅴ：在水槽中加入使水温度升高的物质，致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气体压强增大而产生喷泉。
  装置Ⅵ：向烧瓶中通入H2S(或SO2)，然后通入SO2(或H2S)，有淡黄色粉末状物质生成，瓶内壁附有水珠，NaOH溶液
  喷到烧瓶内。

（三）氨的催化氧化实验

1. 反应原理：

2. 氨气的提供

• 浓氨水
  ① 向浓氨水中通入空气，使氨挥发出来，从而使氧气和氨充分混合。
  ② 向浓氨水中加入Na2O2，使浓氨水分解产生氨气，从而使氧气和氨充分混合。
• 铵盐分解法提供氨气

3. 氧气的提供

• 直接通入空气法
• 双氧水在二氧化锰的催化作用下分解：
• 过氧化钠和水反应：
• 氯酸钾和二氧化锰混合加热：
• 高锰酸钾固体加热：
• 过氧化钠和碳酸(氢)铵混合加热：

4. 实验现象

• 锥形瓶中气体呈红棕色：这是因为NH3被氧化为NO，NO遇到空气中的O2又迅速被氧化为红棕色的NO2。
• 通常瓶内有白烟出现：这是由于锥形瓶里有水蒸气存在，水蒸气和NO2反应生成了HNO3：3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO，HNO3再跟NH3反应生成微小的白色NH4NO3晶体：NH3＋HNO3＝NH4NO3。
• 铂丝呈红色：这是因为NH3与O2在铂丝的表面上进行的反应是放热反应，反应放出的热量足以使铂丝继续保持红热状态。

（四）氨水的性质

1. 氨水的密度

• 比水小，浓度越大，密度越小
• 质量分数为a和b的两种氨水混合
  ① 等质量混合，所得氨水的质量分数
  ② 等体积混合，所得氨水的质量分数

2. 氨水的挥发性：易挥发出氨气，所以氨水应密封保存

3. 氨水的组成

• 三个可逆反应
• “三分子”、“三离子”成分

4. 氨水的化学性质

五、铵盐的结构和性质

1. 物理性质：都是无色，易溶于水的晶体

2. 结构：NH4＋的电子式

• 所含化学键：离子键、共价键和配位键
• 化合物类型：离子化合物

3. 热不稳定性

• 非氧化性酸铵盐氨气和相应的酸
• 氧化性酸铵盐复杂的氧化还原反应，一般不放氨气

4. 铵盐和碱反应

• 条件不同，产物不同
• 注意事项
  ① 铵态氮肥不能与碱性物质混合使用，以免生成氨气，降低肥效。
  ② 铵盐固体和碱固体反应时，不能拆写成离子形式
  ③ 酸式铵盐和碱溶液反应时，注意碱过量时，NH4＋和酸式酸根离子都参与反应

5. 铵盐的检验

• 步骤：取样，加碱，加热，加湿润的红色石蕊试纸
• 现象：湿润的红色石蕊试纸变蓝

六、硝酸的性质

1. 物理性质

• 色味态：纯硝酸是一种无色有刺激性气味的液体
• 密度：比水的大，密度越大，浓度越越大，常见浓硝酸浓度为68%~70%
• 溶解性：以任意比和水互溶
  ① 主要原因：硝酸和水之间可以形成氢键
  ② 次要原因：硝酸和水都是极性分子
• 挥发性：易挥发，浓度为95%以上的硝酸称为发烟硝酸

2. 不稳定性

• 反应：
• 通常所见的浓硝酸因含NO2而呈黄色
  ① 除去黄色最简单的方法：加水
  ② 除去黄色最环保的方法：通足量氧气

3. 与金属单质反应

• Au、Pt：任何情况下都不反应
• 其他金属与硝酸反应不生成H2，硝酸的浓度不同，还原产物不同

4. 浓硝酸与非金属单质加热反应

• 碳与浓硝酸加热反应：
• 碳与稀硝酸不反应

5. 几种物质和湿润的蓝色石蕊试纸的反应

6. 浓硝酸的保存

• 易挥发：密封保存，敞口放置，质量减小，浓度降低
• 易分解：棕色细口瓶避光、黑暗而且温度低的地方
• 强氧化性：不能用橡胶塞，而用玻璃塞
• 大量存放：铝制或铁制的槽车内

7. 硝化反应

• 苯：
• 甲苯：制备黄色的TNT炸药
• 颜色反应：含苯环的蛋白质遇到浓硝酸显黄色