从空气里最"懒"的 N₂,到会变色的 NO/NO₂、极易溶的 NH₃、强氧化的 HNO₃——一条完整的"氮价态链"。把每种物质讲成人话、动手拨一拨颜色与产物,喷泉、铜与硝酸、铵盐检验这些高频题就再也不慌。
空气里约 4/5 是 N₂。它无色无味、化学性质极稳定——因为一个 N≡N 叁键把两个氮原子锁得死死的,常温下几乎"油盐不进"。
| 类型 | 方式 | 把 N₂ 变成 |
|---|---|---|
| 自然固氮 | 雷电放电 / 豆科植物根瘤菌 | NO(再到硝酸盐)/ 含氮化合物 |
| 人工固氮 | 合成氨 N₂+3H₂⇌2NH₃ | NH₃(再制化肥、硝酸) |
📌 氮的固定 = 把游离态的 N₂ 转化为化合态的氮化合物。这是氮循环的入口。
⚠ N₂ 与 O₂ 生成的是 NO(不是 NO₂!),因为放电条件只能爬到 +2 价。NO 再遇空气中的 O₂ 才变 NO₂。
| 性质 | NO(+2 价) | NO₂(+4 价) |
|---|---|---|
| 颜色气味 | 无色、无味 | 红棕色、有刺激性气味 |
| 毒性 | 有毒(与血红蛋白结合) | 有毒 |
| 溶于水 | 不溶于水 | 与水反应 |
| 收集方法 | 排水法(不能排空气,会被 O₂ 氧化) | 向上排空气法(不能排水,会与水反应) |
📌 工业尾气吸收常"通入 O₂ 循环",让 NO 反复被氧化、再溶水,直到全部变 HNO₃:总反应 4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃、4NO + 3O₂ + 2H₂O → 4HNO₃。
⚠ NO 只能用排水法!把 NO 排空气收集,它一出瓶口就遇 O₂ 变红棕的 NO₂,收不到纯 NO。这是选择题的经典坑。
瓶里装的气体。点『通 O₂』看无色 NO 变红棕 NO₂;点『通水』看 NO₂ 溶水又吐回一部分 NO(颜色变浅)。观察气体颜色随价态的变化。
物理性质: 无色、有刺激性气味、密度比空气小、极易溶于水(1 体积水溶约 700 体积氨)。正是"极易溶"造就了喷泉实验。
📌 装置:固+固加热型(与制 O₂ 类似,试管口略向下防倒流)。向下排空气法收集(氨比空气轻)。干燥用碱石灰,不能用浓硫酸/无水 CaCl₂(会吸收氨)。
⚠ 检验氨用湿润的红色石蕊试纸——变蓝。也可用蘸浓盐酸的玻璃棒靠近冒白烟。别用蓝色石蕊(碱性看不出变化)。
圆底烧瓶里充满 NH₃。点『挤入水滴』:少量水进瓶,NH₃ 极易溶被"吸掉",瓶内压强骤降,外面大气压把烧杯里的水压着喷上来形成喷泉(滴入酚酞会显红,证明碱性)。
铵盐通性: 都是易溶于水的白色晶体;受热易分解;与碱反应放出氨气。
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| ① 取样 | 取少量待测固体或溶液于试管 |
| ② 加碱 | 加入 NaOH 溶液(强碱) |
| ③ 加热 | 微微加热,放出气体 |
| ④ 检气 | 用湿润的红色石蕊试纸靠近管口,试纸变蓝 → 证明含 NH₄⁺ |
⚠ 三个关键词缺一不可:加碱、加热、湿润红色石蕊变蓝。不加热氨放得慢难观察;试纸不湿润氨没法溶解显碱;红色石蕊才能"变蓝"给出正结果。
按顺序点亮四步。到最后一步,湿润的红色石蕊试纸遇到逸出的 NH₃ 变蓝——这就是阳性结果。
📌 与非金属:C + 4HNO₃(浓) →(Δ) CO₂↑ + 4NO₂↑ + 2H₂O(浓硝酸能氧化碳)。
📌 常温钝化: 冷的浓硝酸(或浓硫酸)使 Fe、Al 表面生成致密氧化膜而"钝化",反应停住。所以可用铁罐/铝罐运输浓硝酸。
📌 王水(浓硝酸 : 浓盐酸 = 1 : 3 体积比)氧化性极强,能溶解金、铂。
⚠ 硝酸与金属反应永远不放 H₂!产物是 NO(稀)或 NO₂(浓)。稀出 NO 无色、浓出 NO₂ 红棕——记牢"稀弱浓强、稀低浓高"。
左瓶稀硝酸、右瓶浓硝酸,都放铜片。点『反应』:稀瓶冒无色 NO(升到瓶口遇空气才变红棕)、浓瓶直接冒红棕 NO₂;两边溶液都变蓝(生成 Cu²⁺)。
工业制硝酸(氨氧化法)三步走,把 −3 价的 N 一路氧化到 +5 价:
📌 总账(把循环并进去):4NH₃ + 8O₂ → 4HNO₃ + 4H₂O(尾气 NO 补氧循环吸收)。原料是氨、空气(O₂)、水。
⚠ 第①步生成的是 NO 不是 NO₂;催化氧化的氮从 −3 升到 +2,是关键"起跳"。别把催化氧化产物写成 N₂ 或 NO₂。
点『开始流水线』,看 NH₃ 沿三步反应器一路走:催化氧化→氧化→水吸收,价态从 −3 爬到 +5,最终流出 HNO₃。NO 会循环回收。
把含氮物按化合价从低到高排成一条链,任何"某物→某物"的转化题都能在链上定位:
| 污染 | 元凶 | 成因 |
|---|---|---|
| 酸雨(硝酸型) | NOx | NO/NO₂ 溶水生成硝酸,随雨落下 |
| 光化学烟雾 | NOx + 碳氢化合物 | 汽车尾气在阳光下发生光化学反应,生成刺激性物质 |
| 富营养化 | 硝酸盐/铵盐 | 过量氮肥入水体,藻类疯长 |
📌 治理思路:汽车尾气用催化转化器把 NO 还原成 N₂;工厂尾气用碱液(或氨)吸收 NOx。
⚠ 别混:硫酸型酸雨来自 SO₂,硝酸型酸雨来自 NOx。光化学烟雾是 NOx 的"招牌罪状"。
点任一价态节点,高亮它是谁、能往哪条边转化、对应什么反应。理解"氧化=价升、还原=价降",氧化还原方程就有了方向。
1. NO 用排水法收集,不能用排空气法——NO 一遇 O₂ 立即变红棕 NO₂,收不到纯品。NO₂ 反过来只能向上排空气(遇水会反应)。
2. 稀硝酸与铜产物是 NO(无色),浓硝酸是 NO₂(红棕)。搞反是送分题变送命题。
3. 硝酸(以及浓硫酸)与金属反应不放 H₂,是 +5 价 N(或 +6 价 S)起氧化作用,产物 NO/NO₂。
4. 常温下浓硝酸/浓硫酸使 Fe、Al 钝化(不是不反应,是生成致密膜阻止继续反应),故可用铁/铝制容器盛运浓硝酸;但加热或稀酸就会剧烈反应。
5. NH₄⁺ 检验必须"加碱 + 加热 + 湿润红色石蕊变蓝"三要素齐全,红色石蕊而非蓝色。
6. N₂ + O₂ 放电生成的是 NO(+2),不是 NO₂;氨催化氧化 4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O 产物也是 NO,不是 N₂/NO₂。
7. 3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO 里 NO₂ 既是氧化剂又是还原剂(歧化),生成的 NO 不能再直接溶水,要补 O₂ 循环。
8. 氨极易溶于水做喷泉,原理是"瓶内压强骤降";凡是极易溶(或极易反应)的气体+吸收液都能做喷泉(如 HCl+水、CO₂+浓 NaOH)。
▸ 用价态链统一记反应方向: 一切含氮反应无非在 −3 → 0 → +2 → +4 → +5 这条链上"升"或"降"。氧化剂让 N 升价、还原剂让 N 降价,配平先定这两端。
▸ 电子守恒秒杀含氮计算: Cu 失电子总数 = N 得电子总数。稀硝酸每个 N(+5→+2)得 3e⁻,浓硝酸每个 N(+5→+4)得 1e⁻;混合气体先设 NO、NO₂ 物质的量,再列"电子守恒 + 原子守恒"两方程。
▸ 硝酸的双重角色: 与金属反应时,一部分 HNO₃ 起酸性(变成 NO₃⁻ 进盐),一部分起氧化性(变成 NO/NO₂)。算消耗硝酸别只算气体那部分。
▸ "喷泉"本质是压强差: 判断某气体能否做喷泉,只看它在吸收液里"溶得/反应得够不够快够不够多",让瓶内压强瞬间显著下降即可,不限于 NH₃。
▸ 尾气循环观: NO/NO₂ + O₂ + H₂O 最终都能写成生成 HNO₃ 的守恒式(4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃、4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃),混合气吸收题用守恒一步到位。
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