专题04氮气和氮氧化物

1.氮——重要的非金属元素(1)氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族，氮元素的非金属性比氧元素弱，比碳元素强，硝酸的酸性比磷酸强。(2)氮元素原子最外层有5个电子，氮原子很难得失电子形成离子键，一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。(3)氮元素在自然界中的存在①游离态：主要以氮分子的形式存在于空气中。②化合态：部分存在于动植物体内的蛋白质中；部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。2.氮气(1)氮分子内两个氮原子间以共价三键(N≡N)结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下很难与其他物质发生化学反应。(2)氮气与一些物质反应的化学方程式①金属镁：N2＋3Mgeq\o(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2，氮气表现氧化性；②氢气：N2＋3H22NH3，氮气表现氧化性；③氧气：N2＋O22NO，氮气表现还原性。3.氮的固定氮的固定—eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(概念：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程,分类\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(自然固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(高能固氮(如雷雨天气N2转化为NO),生物固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮))),人工固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(合成氨(工业上合成氨),仿生固氮(某些金属有机化合物,可起到根瘤菌的作用)))))))1．（2023春·全国·高一期中）化学性质1)通常状况下很难与其它物质发生化学反应2)在一定条件下，能与一些物质发生化学反应①与H2反应：___________；②与某些金属反应：3Mg+N2Mg3N2Mg3N2离子化合物，在水中强烈水解___________【答案】N2+3H22NH3Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3↑【详解】氮气中氮元素的化合价为0，既能失电子化合价升高体现还原性也能得电子化合价降低体现氧化性。氮气在高温高压催化剂条件下可合成氨气：N2+3H22NH3；金属镁能在氮气中燃烧生成氮化镁：3Mg+N2Mg3N2；Mg3N2离子化合物，在水中强烈水解Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3↑。1．（2023春·广东广州·高一广州市真光中学校考期中）不能实现下列物质间直接转化的元素是单质氧化物酸(或碱)盐A．N B．S C．C D．P【答案】A【详解】A．氮气与氧气反应生成NO，NO不溶于水也不与水反应，故A错误；B．硫燃烧生成二氧化硫，溶于水形成亚硫酸，亚硫酸与氢氧化钠反应生成亚硫酸钠，故B正确；C．碳燃烧生成二氧化碳，溶于水形成碳酸，碳酸和氢氧化钠反应生成碳酸钠，故C正确；D．单质磷燃烧生成五氧化二磷，五氧化二磷和水反应生成磷酸，NaOH与磷酸反应生成盐，可实现转化，故D正确；故选A。2．（2023春·云南曲靖·高一曲靖市民族中学校考期中）下列关于氮气的说法正确的是A．氮分子中有一个氮氮双键B．氮气不能与其他物质发生反应C．氮气中的共价键为极性共价键D．豆科植物的根瘤菌可以将氮气转化为含氮化合物，实现自然固氮【答案】D【详解】A．氮气的电子式为，氮分子中有一个氮氮三键，A错误；B．氮气和氧气放电条件下生成一氧化氮，镁可在氮气中燃烧……高温或放电下氮气能和某些物质反应，B错误；C．氮气中的共价键为非极性共价键，C错误；D．氮的固定是游离态氮元素变化为化合态氮元素，豆科植物的根瘤菌可以将氮气转化为含氮化合物，实现自然固氮，D正确；答案选D。3．（2023春·江苏盐城·高一统考期中）最近科学家研究了一种在酸性介质中利用电解原理进行电化学固氮的方法，反应机理示意图如图，氨气在催化剂电极表面产生。下列说法正确的是A．过程中存在H+发生氧化反应转化为H原子B．在该过程中，氮气分子中N≡N断裂产生N原子C．在催化剂作用下，N2与H原子反应可能生成N2H4和NH3两种产物D．与传统工业合成氨法比较，电化学固氮法会消耗大量电能，没有研究价值【答案】C【详解】A．由图可知H+转化为H化合价降低，发生还原反应，A错误；B．由图可知，N2生成了NH3，但是不存在N原子，B错误；C．由图可知，在反应过程存在N2H4和NH3，C正确；D．与传统工业合成氨法比较，电化学固氮法不需要高温高压，条件比较温和，具有研究价值，D错误；故选C。1.不同价态的氮的氧化物氮的氧化物N2O(笑气)NON2O3NO2N2O4N2O5氮元素化合价＋1＋2＋3＋4＋4＋5酸性氧化物酸性氧化物2.一氧化氮、二氧化氮性质比较氮氧化物NONO2色、味、态无色无味气体红棕色、有刺激性气味气体溶解性不溶于水易溶于水且与水反应氧化物类别非酸性氧化物(不成盐氧化物)非酸性氧化物(不成盐氧化物)氧化性或还原性具有氧化性、还原性，主要表现强还原性具有氧化性、还原性，主要表现强氧化性，能氧化SO2、KI等物质毒性有毒(易结合血红蛋白使人中毒)有毒(刺激腐蚀呼吸道黏膜)相互转化NONO2①NO→NO2：2NO＋O2=2NO2②NO2→NO：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。3.二氧化氮的性质(1)红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气的大。(2)易溶于水且与水反应：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。(3)具有强氧化性：能与SO2、KI等反应。(4)自身二聚：2NO2N2O4(无色气体)。1．（2023春·江苏连云港·高一连云港高中校考期中）在高温或放电条件下，N2和O2反应生成NO，NO进一步氧化生成NO2。通过催化还原的方法，可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2，也可将水体中的NO转化为N2。在指定条件下，下列选项所示的物质能一步转化实现的是A．NO(g)HNO3(aq) B．N2(g)NO2(g)C．NO(g)N2(g) D．NH3NO2(g)【答案】C【详解】A．NO不溶于水也不与水反应，故A不符合题意；B．氮气和氧气高温生成一氧化氮，不能一步得到NO2，故B不符合题意；C．NO有氧化性，CO有还原性，在高温、催化剂条件下二者可发生氧化还原反应转化为无毒的N2和CO2，能一步实现，故C符合题意；D．氨气和氧气高温生成一氧化氮，不能一步得到NO2，故D不符合题意。故选C。1．（2023·山东烟台·统考二模）实验室通过反应：制备。下列实验装置不能达到实验目的的是A．用装置甲制备NO B．用装置乙干燥NOC．用装置丙制备 D．用装置丁处理尾气【答案】D【详解】A．甲中利用稀硝酸和碳酸钙反应生成的二氧化碳先排尽装置中的空气，然后用Cu与稀硝酸反应制备NO，故A正确；B．装置乙中碱石灰可干燥NO，故B正确；C．丙中发生2NO+Na2O2＝2NaNO2，故C正确；D．丁中吸收尾气的导气管需深入液面以下，而且NO与氧气反应的用量不好控制与操作，多余的NO可能会从支管口溢出，不能达到尾气处理的目的，故D错误；故选D。2．（2023春·江苏连云港·高一统考期中）合成17tNH3，放出QkJ热量。利用浓氨水吸收氯气工业的尾气，同时得到副产品NH4Cl；也可以用FeCl2溶液吸收氯气制得FeCl3溶液，然后制备Fe(OH)3胶体；经实验发现，溶液几乎都有丁达尔效应(粒子对光的散射现象)，且丁达尔现象随其浓度升高逐渐增强，胶体的丁达尔现象比溶液的强。下列物质的性质与用途具有对应关系的是A．NH3具有还原性，可用作制冷剂B．NO有氧化性，可用于CO去除C．FeCl3溶液呈酸性，可用于腐蚀印刷电路板上的CuD．NH4Cl易溶于水，可用作化肥【答案】B【详解】A．液氨气化时吸收大量的热，因此氨气常用作制冷剂，故A不符合题意；B．NO有氧化性，CO和NO发生氧化还原反应生成氮气和二氧化碳，因此可用于CO去除，故B符合题意；C．FeCl3溶液中铁离子具有氧化性，铁离子和铜反应生成亚铁离子和铜离子，因此可用于腐蚀印刷电路板上的Cu，故C不符合题意；D．NH4Cl易溶于水，与可用作化肥无关，用作化肥主要与含有植物生长需要的氮元素，故D不符合题意。综上所述，答案为B。3．（2023春·河北唐山·高一校联考期中）下列关于氮及其化合物说法错误的是A．NO为无色气体，为红棕色气体B．工业上，氮气常用作焊接金属的保护气C．该转化过程通过一步反应就能完成，且必须加入还原剂D．氮氧化物()不仅会形成酸雨，还可能形成光化学烟雾【答案】C【详解】A．NO为无色气体，为红棕色气体，故A正确；B．氮气性质稳定，故可做焊接金属的保护气，故B正确；C．NO2和水反应生成NO，方程式为，此反应中NO2既作氧化剂又做还原剂，故C错误；D．氮氧化物()不仅会形成酸雨，还可能形成光化学烟雾，故D正确；故选C。1．（2023春·江苏扬州·高一扬州市广陵区红桥高级中学校考期中）下列含氮物质的性质与用途具有对应关系的是A．氮气性质稳定，可用于合成氨B．液氨汽化时吸收大量的热，可用作制冷剂C．氨水显弱碱性，可用作化肥D．浓硝酸有强氧化性，可用于制各硝酸铵【答案】B【详解】A．氮气性质稳定与可用于合成氨无对应关系，故A不符合题意B．液氨汽化时吸收大量的热，致使温度降低，因此可用作制冷剂，故B符合题意；C．植物需要生成元素氮元素，而氨水显弱碱性与可用作化肥无对应关系，故C不符合题意；D．硝酸与氨气反应生成硝酸铵，因此浓硝酸有强氧化性与可用于制各硝酸铵无对应关系，故D不符合题意。综上所述，答案为B。2．（2023春·江苏扬州·高一统考期中）下列有关氮及其化合物的性质与用途的对应关系正确的是A．N2密度小，可用作保护气 B．氨气易液化，液氨可用作制冷剂C．硝酸见光易分解，可用于制氮肥 D．NH4Cl受热易分解，可用作实验室制备氨气【答案】B【详解】A．N2可用作保护气是由于氮气化学性质不活泼，故A错误；B．液氨可用作制冷剂是由于氨气也易液化，液氨气化时吸收大量热，故B正确；C．硝酸可用于制氮肥是由于硝酸与其他物质反应生成硝酸盐，故C错误；D．NH4Cl受热易分解，但生成的氨气、HCl反应又生成氯化铵，实验室制备氨气常用氯化铵和氢氧化钙加热反应生成，故D错误。综上所述，答案为B。3．（2023春·江苏无锡·高一江苏省梅村高级中学校考期中）下列氮及其化合物的性质与用途具有对应关系的是A．不溶于水，可用作保护气B．极易溶于水，可用作制冷剂C．易挥发，可用来制备硝酸盐D．具有氧化性，可作火箭燃料推进剂【答案】D【详解】A．含有氮氮三键，键能大，不易反应，化学性质稳定，因此常用作保护气，故A不符合题意；B．液氨气化时吸收大量的热，可用作制冷剂，故B不符合题意；C．硝酸可用来制备硝酸盐与易挥发性质无关，故C不符合题意；D．具有氧化性，可被压缩为，与还原性物质联氨混合在一起发生氧化还原反应，放出大量的热，并产生大量的气体，可为火箭提供强大的推进力，故D符合题意。综上所述，答案为D。4．（2023春·广东深圳·高一深圳市龙岗区龙城高级中学校联考期中）海洋生物参与氮循环的过程如图所示。下列说法正确的是A．反应①中发生了电子转移 B．反应③、⑤属于氮的固定C．反应③可能有氧气参与 D．生物死亡后，氮不再参与海洋中的氮循环【答案】C【详解】A．反应①中化合价未发生变化，则没有发生电子转移，故A错误；B．氮的固定是游离态的氮变为化合态的氮，因此反应③、⑤不属于氮的固定，故B错误；C．反应③N2H4中N化合价升高，失去电子，作还原剂，需要氧化剂参与反应，因此可能有氧气参与，故C正确；D．根据图中信息得到生物死亡后，氮也参与海洋中的氮循环，故D错误。综上所述，答案为C。5．（2023春·安徽滁州·高一滁州市第二中学校联考期中）自然界中氮的循环如图所示。下列说法错误的是A．工业合成氨属于人工固氮B．雷电作用下与发生化学反应C．含氮无机物与含氮有机物不能相互转化D．在氮的循环过程中涉及氧化还原反应【答案】C【详解】A．氮气与氢气反应生成氨气属于人工固氮，A正确；B．闪电时，N2转化为NO，属于化学反应，B正确；C．氮循环中铵盐和蛋白质可相互转化，铵盐属于无机物，蛋白质属于有机物，含氮无机物和含氮有机物可相互转化，故C错误；D．氮气与氧气反应生成一氧化氮，一氧化氮与氧气生成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸，均属于氧化还原，D正确；故答案为：C。6．（2023·福建三明·统考模拟预测）实验室制取NO和固体，下列装置能达到实验目的的是A．用装置甲制取NO气体 B．用装置乙除去NO中少量的C．用装置丙收集NO气体 D．用装置丁灼烧得到【答案】B【详解】A．浓硝酸和铜片反应生产二氧化氮，故A错误;B．二氧化氮和水反应生成一氧化氮和硝酸，可以除去二氧化氮，故B正确；C．二氧化氮和氧气反应生成二氧化氮，不可以用排空气法收集一氧化氮，故C错误；D．灼烧会水解生产氢氧化铜，氢氧化铜又会受热生产氧化铜，灼烧得不到，故D错误；故选：B。7．（2023春·江苏连云港·高一统考期中）在一定条件下，下列选项所示的物质间转化能实现的是A． B．C． D．【答案】B【详解】A．NO不溶于水，无法直接与水反应生成硝酸，故A错误；B．在催化剂催化作用下，可以将汽车尾气中的NO与CO反应，转化为NO和CO2，故B正确；C．S单质在氧气中点燃生成SO2，故C错误；D．和NaOH溶液反应生成Na2SO3，故D错误；故选B。8．（2023春·天津·高一统考期中）有a、b、c、d、e五种气体，现进行下列实验：实验操作实验现象a和b混合气体变成红棕色c和d混合产生白烟d和e分别通入紫色石蕊溶液中溶液都变成红色b和e分别通入H2S溶液中都产生淡黄色沉淀则a、b、c、d、e分别是A．NO、O2、HCl、NH3、CO2 B．O2、NO、NH3、HCl、SO2C．HCl、CO2、NH3、H2S、CH4 D．NO、O2、NH3、HCl、SO2【答案】D【详解】a和b混合，气体变成红棕色，说明是氧气和一氧化氮；c和d混合，产生白烟，说明是氨气和氯化氢；b和e分别通入H2S溶液中，都产生淡黄色沉淀，说明b为氧气，则a为NO，e为二氧化硫；d和e分别通入紫色石蕊溶液中，溶液都变成红色，说明是氯化氢和二氧化硫，则d为氯化氢，c为氨气，因此a、b、c、d、e五种气体分别为NO、O2、NH3、HCl、SO2，故D符合题意。综上所述，答案为D。9．（2023春·广东惠州·高一惠州市惠阳高级中学实验学校校考阶段练习）硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、染料等。工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如图所示：下列说法中正确的是A．反应①②③都属于氮的固定B．反应③可用于NO的检验C．反应①②③④中，氮元素均发生氧化反应D．从氮元素的化合价看，NH3只有还原性，NO2、HNO3只有氧化性【答案】B【分析】N2与H2在高温、高压、催化剂条件下合成NH3，N2+3H22NH3；NH3与O2在催化剂存在时加热发生氧化反应产生NO、H2O，4NH3+5O24NO+6H2O；NO被O2氧化产生NO2，2NO+O2=2NO2；NO2与H2O反应产生HNO3、NO，3NO2+H2O=2HNO3+NO。【详解】A．氮的固定是游离态的氮转化为化合态，因此只有反应①是氮的固定，A错误；B．NO为无色气体，和O2反应生成红棕色的NO2气体，反应③可用于NO的检验，B正确；C．反应④中，NO2中+4价的N歧化为+2和+5价，因此N既发生氧化反应，又发生还原反应，C错误；D．NO2中N为+4价，既有氧化性又有还原性，D错误；故选B。10．（2023春·宁夏银川·高一银川一中校考期中）将盛有12mL和的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2mL无色气体，则原混合气体中的体积可能是A．6mL B．9.6mL C．10.8mL D．4mL【答案】C【详解】如氧气过量，则剩余2ml无色气体为氧气，设参加反应的氧气的体积为xmL，则根据方程式4NO2+O2+2H2O=4HNO3可知消耗二氧化氮是4xmL，所以有4x+x=12mL2mL=10mL，x=2，所以原混合气体中的体积为8mL；如NO2过量，则剩余2mL无色气体为NO，根据3NO2+H2O=2HNO3+NO可判断剩余的体积为6mL；根据4NO2+O2+2H2O=4HNO3可知参加该反应的氧气和的体积之和为12mL－6mL＝6mL，其中的体积为，所以原混合气体中的体积为10.8mL。答案选C。11．（2021·江苏·高考真题）N2是合成氨工业的重要原料，NH3不仅可制造化肥，还能通过催化氧化生产HNO3；HNO3能溶解Cu、Ag等金属，也能与许多有机化合物发生反应；在高温或放电条件下，N2与O2反应生成NO，NO进一步氧化生成NO2。2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)

ΔH=116.4kJ·mol1。大气中过量的NOx和水体中过量的NH、NO均是污染物。通过催化还原的方法，可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2，也可将水体中的NO转化为N2。在指定条件下，下列选项所示的物质间转化能实现的是A．NO(g)HNO3(aq)B．稀HNO3(aq)NO2(g)C．NO(g)N2(g)D．NO(aq)N2(g)【答案】C【详解】A．NO不溶于水也不与水反应，A错误；B．稀HNO3与Cu反应得到硝酸铜、水和NO，得不到NO2，B错误；C．NO有氧化性，CO有还原性，在高温、催化剂条件下二者可发生氧化还原反应转化为无毒的N2和CO2，C正确；D．O3有强氧化性，不能作还原剂将硝酸根离子还原，D错误；答案选C。12．（2023春·福建厦门·高一厦门市湖滨中学校考期中）氮是生命体的重要组成元素。氮在自然界中的循环示意图如下。回答下列问题：(1)图中属于自然固氮的过程是_______(填序号)。(2)过程②中合成氨的化学方程式为_______。(3)自然界中产生硝酸的过程③涉及多种含氮物质的转化，其中的化学方程式为_______。(4)在图中找出一条氮循环的完整路径：_______(用序号表示)。(5)过程⑦在硝化细菌的作用下实现转化，在碱性条件下，被氧化为的总反应的离子方程式为_______。(6)用化学方法检验：_______(写出简要的操作步骤、试剂、现象和结论)。【答案】(1)①③(2)(3)3NO2＋2H2O=2HNO3＋NO(4)②④⑥⑧或②④⑤⑦⑧(5)(6)取少许溶液于试管中，滴加浓NaOH溶液，加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，证明含有【详解】（1）自然固氮是指氮气在自然条件下转化成氮的化合物的过程，由氮的循环图可知①③属于自然固氮；（2）过程②为用氮气和氢气反应生成氨气，反应的方程式为：，（3）二氧化氮与水反应生成硝酸，反应方程式为：；（4）由氮气作为起点，最终转化成氮气，均能体现氮在自然界中循环过程，则由图示可知氮循环的完整路径为②④⑥⑧或②④⑤⑦⑧；（5）被氧化为，1mol转化成失去8mol电子，1mol得4mol电子，根据得失电子守恒以及元素守恒可得反应方程式为：；（6）铵盐和强碱共热产生氨气，氨气是碱性气体，则检验的化学方法为：取少许溶液于试管中，滴加浓NaOH溶液，加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，证明含有。13．（2023春·福建厦门·高一福建省同安第一中学校考阶段练习）自然界中的氮循环部分过程如图所示，回答下列问题：(1)①自然界中实现路径Ⅰ的固氮方式可能是___________(任写一种)。②在哈伯等科学家的努力下，路径Ⅱ已实现工业大规模合成氨，反应方程式为___________。(2)①实验室制的化学方程式为___________；②干燥氨气不可以选用的试剂是___________(填字母)。a．浓硫酸

b．碱石灰

c．NaOH固体(3)除反硝化作用外，铵态氮()与亚硝态氮()也可以在细菌的作用下转化为氮气。请写出所涉及的离子反应方程式___________。该反应中，当产生0.02mol氮气时，转移电子的物质的量为___________。(4)工业制硝酸时尾气中含有NO、，可用以两种下方法吸收：①水吸收法。请用化学方程式说明用水吸收的缺陷___________。②NaOH溶液吸收法。发生的反应有：、。用不同浓度NaOH溶液吸收含量不同的尾气，氮氧化物吸收率与NaOH浓度间的关系如图所示(α表示尾气里的含量)：ⅰ.根据图中得知___________(填字母)。a．NaOH溶液浓度越大，氮氧化物的吸收率越大b．含量越大，氮氧化物的吸收率越大ⅱ.当α小于50%时，加入能提升氮氧化物的吸收率，原因是___________【答案】(1)生物固氮2N2+3H22NH3(2)2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2Oa(3)+=N2+2H2O0.06mol(4)3+H2O=NO+2HNO3b当混合气体中NO2含量小于50%时，具有氧化性的H2O2的存在，会使NO氧化成NO2，NO2的含量增大，从而使氮氧化物的吸收率增大【详解】（1）①路径Ⅰ中N2转化为NO和NO，自然界中实现该过程的固氮方式可能是：生物固氮；②路径Ⅱ中N2转化为NH3，在哈伯等科学家的努力下，路径Ⅱ已实现工业大规模合成氨，反应方程式为2N2+3H22NH3。（2）①实验室用氯化铵和氢氧化钙加热制取氨气，该反应是复分解反应，反应为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O；②氨气是碱性气体，不能用浓硫酸干燥，故选a。（3）铵态氮()与亚硝态氮()也可以在细菌的作用下转化为氮气，根据得失电子守恒和电荷守恒配平离子方程式为：+=N2+2H2O，该反应中，中N元素由3价上升到0价，当产生0.02mol氮气时，转移电子的物质的量为0.06mol。（4）①和H2O反应的化学方程式为：3+H2O=NO+2HNO3，该过程中生成有毒气体NO；②ⅰ.根据图中得知NaOH溶液浓度越大，氮氧化物的吸收率先增大后减小，含量越大，氮氧化物的吸收率越大，故选b；ⅱ.当混合气体中NO2含量小于50%时，具有氧化性的H2O2的存在，会使NO氧化成NO2，NO2的含量增大，从而使氮氧化物的吸收率增大。14．（2023春·福建·高一校联考期中）研究氮及其化合物的性质具有极为重要的意义。(1)能形成酸雨，写出转化为的化学方程式：______________________(2)将38.4g铜与一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2L，则NO2的体积为____________L。(3)取一定量的于试管中。滴加溶液，反应的离子方程式是_______。(4)野外焊接钢轨常采用铝热反应，发生的反应为。a．该反应所属基本反应类型是_______。b．该反应中，氧化剂是_______；现有0.5mol铝参加反应，则电子转移_______mol。【答案】(1)(2)