5.2.1氮气和氮的氧化物-高一化学讲与练（人教版2019）（原卷版）

第五章化工生产中的重要非金属元素第二节氮及其化合物第1课时氮气和氮的氧化物[学习目标]1.能从分子结构的角度认识氮气的化学稳定性，熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件，了解氮的固定和自然界中氮的循环。2.能从物质类别和氮元素的化合价认识氮氧化物的性质与转化。[核心知识梳理]一、氮气与氮的固定1．氮元素的位置、结构与存在（1）氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族。氮原子的最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此，氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。（2）氮元素在自然界中主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。2．氮气的物理性质N2是一种无色、无味的气体，ρ(N2)＜ρ(空气)，难溶于水。3．氮气的结构与化学性质（1）N2的结构：N2的结构式为N≡N，氮氮键很难断裂，化学性质很稳定。（2）化学性质N2在高温、放电等条件下，N2获得足够的能量，使N≡N断裂。写出N2与Mg、H2、O2反应的化学方程式。①3Mg＋N2eq\o(=,\s\up9(点燃))Mg3N2；②N2＋3H2eq\o(,\s\up10(高温、高压),\s\do4(催化剂))2NH3；③N2＋O2eq\o(=,\s\up9(高温或放电))2NO。4．氮的固定：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。（1）自然固氮：大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨。（2）人工固氮：人类通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，最重要的人工固氮途径就是工业合成氨。二、一氧化氮与二氧化氮1．一氧化氮是无色、不溶于水的有毒气体，常温下很容易与氧气化合，化学方程式为2NO＋O2=2NO2。2．二氧化氮是红棕色、有刺激性气味的有毒气体，易液化，易溶于水，与水反应的化学方程式为3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，工业上利用这一原理生产硝酸。【知识拓展】(1)实验室里收集NO气体是用排水集气法而不能用排空气法。(2)检验NO气体的方法是向气体中通入O2(或空气)，气体由无色变为红棕色。(3)氮的氧化物都是大气污染物，NO2是造成光化学烟雾的主要物质，实验中产生的NO2尾气可用NaOH溶液吸收，发生反应：2NaOH＋2NO2=NaNO2＋NaNO3＋H2O。(4)氮的氧化物中属于酸性氧化物的只有N2O3、N2O5；N2O、NO、NO2、N2O4都是不成盐氧化物，不是酸性氧化物。(5)NO2和N2O4是两种不同的氧化物，通常情况下，NO2能进行自身二聚：2NO2(红棕色)N2O4(无色)，故NO2中总混有N2O4。三、氮的氧化物与水反应的计算规律1．NO2单独溶于水(按反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO计算)剩余气体是NO，V(NO)＝eq\f(1,3)V(NO2)。2．NO2与O2的混合气体溶于水(按反应4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3计算)eq\f(VNO2,VO2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(<4∶1O2过量，剩余O2，,V余＝VO2－\f(1,4)VNO2,＝4∶1恰好完全反应，无剩余气体,>4∶1NO2过量，剩余NO，V余＝,\f(1,3)[VNO2－4VO2]))3．NO与O2的混合气体溶于水(按反应4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3计算)eq\f(VNO,VO2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(<\f(4,3)O2过量，剩余O2，,V余＝VO2－\f(3,4)VNO,＝\f(4,3)恰好完全反应，无剩余气体,>\f(4,3)NO过量，剩余NO，,V余＝VNO－\f(4,3)VO2))[典例分析][典例1]下列关于氮元素说法中，不正确的是A．工业上氢气和氮气合成氨属于人工固氮B．非金属单质氮气在化学反应中只能作氧化剂C．氮元素在自然界有游离态和化合态D．闪电时，大气中氮的氧化物的生成属于氮的固定[典例2]下列对NO和NO2的描述正确的是A．NO2与水的反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂B．NO是无色气体，可用向上排空气法收集C．NO2可由N2和O2直接化合得到D．从元素化合价角度看，NO只有还原性[典例3]下图是自然界中的氮循环过程，下列有关叙述错误的是A．反应①、②及工业合成氨均属于氮的固定B．反应③的反应方程式为C．反应④中，生成，至少需要提供D．过程中参与循环的元素有氮元素，还有氢和氧元素[典例4]某化学研究小组设计利用硝酸工业尾气(只含NO、NO2)制备亚硝酸钠(NaNO2)的工艺流程如下。已知：。下列说法错误的是A．NO2为非电解质B．用硝酸尾气制备的NaNO2中可能含有NaNO3C．尾气中NO2的含量越高，NaNO2的纯度越高D．标准状态下，aL的硝酸尾气用NaOH溶液完全吸收，至少消耗a/22.4molNaOH[典例5]有一倒置于水槽且装满水的容器，向其中依次通入一定体积的NO2、NO和O2，充分反应后，若容器中仍充满溶液，则通入的NO2、NO和O2的体积比可能是A．1∶1∶2 B．4∶3∶2C．4∶16∶13 D．4∶3∶4[同步练习]一、单选题1．下列变化过程属于氮的固定的是A．由NH3制碳酸氢铵B．生物从土壤中吸收含氮养料C．将含氮化合物转变为植物蛋白质D．雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO2．下列关于NO2的说法中，正确的是A．常温常压下为无色气体B．NO可与O2反应生成NO2C．密度比空气小D．能用排水法收集3．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4．下列关于N2的说法中错误的是A．豆科植物的根瘤菌将N2转换为氮的化合物不属于氮的固定B．N2+O2=2NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一C．N2在空气中约占空气总体积的78%D．在反应：3Mg+N2=Mg3N2中N2作氧化剂5．下图是氮元素的转化示意图：下列说法错误的是A．反应①是自然界中的氮的固定B．反应②的现象是气体由无色变红棕色C．反应③中氧化剂与还原剂的物质的量之比是1∶2D．X的浓溶液与铁不能发生反应6．氮氧化物是很重要的一类化合物，在生产生活中有重要应用，但排放时会对环境产生危害。下列有关氮氧化物的描述中错误的是A．可利用反应除去汽车尾气中的氮氧化物B．可与水反应，是酸性氧化物；不溶于水，不是酸性氧化物C．的排放会形成硝酸型酸雨，对环境产生危害D．将、或液化收集的过程都不属于氮的固定7．下列关于氮及其化合物的说法正确的是A．化学性质稳定，可用作保护气B．、均为大气污染气体，在大气中可稳定存在C．、均无色气体D．、均能与水发生反应8．在标准状况下，将O2与NO按3∶4的体积比充满一个干燥烧瓶倒置于水中，瓶内液面逐渐上升后，最后烧瓶内溶液的物质的量浓度最接近于A．0.045mol/L B．0.036mol/L C．0.026mol/L D．0.02mol/L9．下列有关氮气的说法正确的是A．氮气是由氮原子构成的双原子分子，所以化学性质不活泼B．医学上常用液氮作冷冻剂，在冷冻麻醉条件下做手术，是利用氮气化学性质的不活泼性C．H2与N2在一定条件下反应生成NH3，反应中H2体现还原性D．电闪雷鸣的雨天，雨水中会含有一定量的硝酸，其中可能发生的反应有N2+2O22NO210．将盛有NO2和N2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体体积缩小为原体积的一半，原混合气体中N2与NO2的体积比为A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．3：111．在NO2与水的反应中，下列说法错误的是A．H2O中各元素的化合价不发生变化B．反应生成的气体在空气中能稳定存在C．3molNO2完全反应转移电子的物质的量为2molD．NO2既是氧化剂，又是还原剂12．NO分子会污染空气。近年来，科学家发现少量的NO在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、提高免疫、增强记忆力的功能，而成为当前生命科学的研究热点。下列关于一氧化氮的叙述正确的是A．一氧化氮是酸性氧化物，会形成酸雨B．常温、常压下，一氧化氮只能通过人工合成C．一氧化氮为无色气体，在与O2反应中体现还原性D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集13．用NaOH溶液吸收处理氮氧化物，主要反应为：、，下列说法正确的是A．NO和均属于电解质B．和既有氧化性又有还原性C．和中N的化合价相同D．时，NO和能被NaOH溶液完全吸收二、填空题14．氮是大气中含量最多的一种元素，氮及其化合物在生产、生活中有着重要作用。请回答：(1)下列变化属于“氮的固定”的是(填字母)。a．植物从土壤中吸收氮肥

b．硝酸和氨气反应生成氮肥c．将空气中的氮气转变为氮的化合物

d．大豆的根瘤菌将含氮的化合物转变为植物蛋白质(2)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式：。(3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：。②NO与NO2按物质的量之比为1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是。15．为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如图实验。按图组装好实验装置，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。(1