高一化学新人教版同步精讲必修2第04讲氮与氮的氧化物

第04讲氮和氮的氧化物模块一氮气学问精讲一、氮元素的“位——构——性”元素位置原子结构元素性质其次周期第VA族不简单得失电子，一般通过共用电子对与其他原子结合主要化合价：_______________________【答案】-3、0、+2、+4、+5二、氮元素的存在形式三、自然界中氮的循环四、氮气的物理性质和化学性质物理性质氮气是一种无色无味的气体，难溶于水，密度与空气相近。化学性质【答案】N2+O2eq\o(=,\s\up7(放电或高温))2NON2+3H22NH3N2+3Mgeq\o(=,\s\up7(点燃))Mg3N2五、氮的固定1．概念：把空气中游离态的氮转变为氮的化合物的过程。2．分类：（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，或豆科植物根瘤菌将氮气转化为氨。（2）人工固氮：如工业合成氨。模块二一氧化氮、二氧化氮一、NO、NO2的性质NONO2物理性质无色、有毒气体、不溶于水________色、有刺激性气味、有毒气体、易溶于水化学性质常温下易与O2反应：_________________________①与水反应，制硝酸：_____________________________②自身化合：2NO2N2O4【答案】红棕2NO+O22NO23NO2+H2O2HNO3+NO思索与沟通（（1）NO、NO2是酸性氧化物吗？（2）如何收集NO、NO2气体？（3）氮氧化物可造成什么环境污染问题？【答案】（1）不是。N2O3和N2O5才是酸性氧化物。（2）NO用排水法，NO2用向上排空气法（3）酸雨、光化学烟雾试验探究——NO2溶于水试验试验操作试验现象试验结论在一支50mL的注射器里充入20mLNO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器无明显现象NO不溶于水打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹无色气体变为红棕色，注射器活塞向左移动NO与O2反应生成红棕色的NO2振荡注射器红棕色气体变为无色，注射器活塞接着向左移动NO2溶于水生成无色的NO题型一：氮的固定【例1】起固定氮作用的化学反应是A．氮气与氢气在确定条件下反应生成氨气B．一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮C．氨气经催化氧化生成一氧化氮D．由氨气制碳酸氢铵和硫酸铵【答案】A【分析】氮的固定是指将游离态的氮转变为化合态的氮。【详解】A.氮元素由游离态转化为化合态，故A正确；B.氮元素始终是化合态，故B错误；C.氮元素始终是化合态，故C错误；D.氮元素始终是化合态，故D错误；答案选A。题型二：氮的循环【变2-2】氮在自然界中的转化是一个困难的过程，如图所示的氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分。（1）循环图中能够说明含氮有机物可以转化为无机物的是___________(填转化序号)。（2）循环图中转化④的反应之一可表示为N+2O2X+2H++H2O，写出X的化学式：_______。（3）下列有关氮循环说法正确的是___________。a．图中转化②③④都属于氮的固定b．雷雨天气简单发生转化②的过程c．动植物蛋白质中确定含有氮元素（4）氨气与二氧化氮在确定条件下可以发生反应，生成参与大气循环的物质，写出反应的化学方程式：______。【答案】（1）⑥（2）N（3）bc（4）8NH3+6NO27N2+12H2O【解析】（1）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，含氮有机物可以转化为无机物的是转化⑥；（2）由质量守恒定律可知，生成物和反应物的原子差1个N和3个O原子，结合电荷守恒，可知X的化学式为：N；（3）a．氮的固定是将氮元素的单质转化为化合物的过程，转化④是化合态转为另一个化合态，不属于氮的固定，a错误；b．雷雨天气下氮气与氧气在闪电作用下反应生成NO，再经氧化等系列反应发生转化②的过程，b正确；c．蛋白质的组成元素中确定含氮元素，则动植物蛋白质中确定含有氮元素，c正确；故选：bc；（4）氨气和二氧化氮反应生成无污染的物质，则生成氮气与水，反应方程式为：8NH3+6NO27N2+12H2O。题型三：氮气的性质【例3】下列关于氮气的说法错误的是A．氮气在通常状况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供应呼吸B．液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境C．利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的爱护气D．在高温高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂【答案】D【详解】A．氮气的化学性质很稳定，在通常状况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供应呼吸，A项正确；B．液氨汽化吸热，可用于制造低温环境，B项正确；C．氮气的化学性质很稳定，可用作焊接金属的爱护气，C项正确；D．氮气与氢气生成氨气的反应中，N的化合价从0降低到，作氧化剂，D项错误；答案选D。题型四：一氧化氮和二氧化氮的性质【变4-1】下列关于和的说法正确的是A．是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物B．可由和干脆化合得到C．和均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集D．和在确定条件下可以相互转化【答案】D【详解】A．不是酸性氧化物，A项错误；B．在高温或放电条件下，和干脆化合生成，与反应生成，B项错误；C．易与空气中的氧气反应生成，只能用排水法收集，能与水反应，只能用排空气法收集，C项错误；D．和反应生成，与反应生成和，D项正确；答案选D。【变4-3】工业制HNO3的过程中排放的NO2和NO常用NaOH溶液汲取，反应的化学方程式为NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O、2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O，NO不能被NaOH溶液汲取。若同温同压下NO2与NO的体积之比如下，其中不能被NaOH溶液完全汲取的是（）A．1：1 B．1：3 C．2：1 D．3：1【答案】B【解析】【详解】A.依据可知，当NO2与NO的体积之比为1：1时，恰好被完全汲取，故A项不符合题意；B.当NO2与NO的体积之比为1：3时，一氧化氮过量，多余的一氧化氮不能被氢氧化钠溶液汲取，故B项符合题意；C、D.当NO2与NO的体积之比为2：1或3：1时，反应后二氧化氮有剩余，由可知，多余的二氧化氮可以干脆被氢氧化钠溶液完全汲取，故C、D项不符合题意；故答案为B。【例5】某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将此无色透亮的混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色。对于原混合气体成分的推断中，正确的是A．确定有SO2和NO B．可能有O2和NO2C．可能有Cl2和O2 D．确定只有NO【答案】A【详解】由于气体呈无色，所以其中确定没有Cl2、NO2，气体通过品红，品红褪色，说明混合气体中含有SO2，剩余气体排入空气中呈红棕色，说明其中含有NO，结合原混合气体无色，说明混合气体中没有O2，故该气体中确定含有NO、SO2，确定不含NO2、O2和Cl2，故答案为：A。题型五：二氧化氮溶于水的试验与计算【变6】现有等体积混合而成的4组气体：①NO2＋NO、②NO2＋O2、③HCl＋N2、④Cl2＋SO2。现将其分别通入体积相同的试管中并马上倒立在足量水中，试管内水面上升的高度分别为h1、h2、h3、h4，则高度关系是A．h4>h2>h3>h1 B．h4>h3>h2>h1 C．h2>h3>h1>h4 D．h3>h2>h1>h4【答案】A【解析】【详解】设试管的高度都是h，则依据3NO2＋H2O=2HNO3＋NO、4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3、Cl2＋SO2＋2H2O=2HCl＋H2SO4可知，①中水的高度是h/3、②中是5h/8、④水充溢试管，氯化氢极易溶于水，而氮气不溶于水，所以水的高度是h/2，则答案选A。【变7-2】将体积为(已换算成标准状况)的充溢体积为的试管后倒扣在水中，如图所示。(1)溶于水的化学方程式是______。(2)使试管中恰好完全被水汲取须要缓慢通入氧气，标准状况下通入氧气的体积为______。最终试管中所得硝酸的物质的量浓度为______(假设溶质不扩散)。(3)为了消退的污染，可将它与氨气在催化剂作用下反应，生成水和一种无污染的物质，该物质是空气的主要成分之一，该反应的化学方程式是______。【答案】【详解】(1)溶于水生成和，反应的化学方程式是。故答案为：；(2)由化学方程式可推出，使试管中恰好完全被水汲取，须要通入标准状况下氧气的体积为，依据化学方程式可知最终试管中所含的硝酸的物质的量浓度为。故答案为：；；(3)为了消退的污染，可将它与氨气在催化剂作用下反应，生成水和一种无污染的物质，该物质是空气的主要成分之一，该物质是氮气，反应的化学方程式是。故答案为：。（2）①NaOH溶液②汲取NO2避开污染环境收集N2③badc题型六：氮及其氧化物的性质【例8】下列物质的转化必需加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是①N2→NO2②NO2→NO③NO2→HNO3④N2→NO⑤N2→NH3A．① B．②⑤C．④ D．③④【答案】C【详解】(1)必需加入氧化剂；(2)通过一步反应就能完成。反应①、③、④从化合价角度来看都是上升，但反应①N2→NO2不能通过一步反应完成；而反应③NO2→HNO3虽然氮的化合价上升，但不加氧化剂也能完成，如3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应④N2→NO必需加入氧化剂且通过一步反应就能完成。答案选C。题型七：尾气处理（氮氧化物）【例9】氮氧化物会严峻污染大气，所以试验室必需对含有氮氧化物的废气进行处理。用NaOH溶液可以汲取废气中的氮氧化物，反应方程式如下：①NO+NO2+2NaOH＝2NaNO2+H2O②2NO2+2NaOH＝NaNO2+NaNO3+H2O（1）在反应①中，参与反应的氧化剂和还原剂的质量之比为_____。（2）在反应②中，氧化产物是_____，还原产物是_____。（填化学式）（3）在反应①②中，参与反应的NaOH均为2mol时，两个反应转移电子数的关系是①______②（填“﹥”、“=”或“﹤”）。【答案】23:15NaNO3NaNO2=【分析】反应①中NO2是氧化剂，NO是还原剂，NaNO2即是氧化产物也是还原产物，2molNaOH参与反应，转移1mol电子；反应②中只有氮元素的化合价发生改变，所以NO2既是氧化剂也是还原剂，氧化产物为NaNO3，还原产物为NaNO2，2molNaOH参与反应，转移1mol电子。【详解】（1）依据反应①可知，产物NaNO2中N元素的化合价为＋3价，其中NO2中氮元素的化合价从＋4价降低到＋3价，NO中氮元素的化合价显从＋2价上升到＋3价，因此氧化剂和还原剂的物质的量之比是1:1，质量之比为23:15，故答案为23:15；（2）在反应②中只有氮元素的化合价发生改变，所以NO2既是氧化剂也是还原剂，氧化产物为NaNO3，还原产物为NaNO2，故答案为NaNO3；NaNO2；（3）反应①中2molNaOH参与反应，转移1mol电子，反应②中2molNaOH参与反应，转移1mol电子，故答案为=。【点睛】本题考查氧化还原反应，留意从元素化合价改变的角度相识氧化还原反应的相关概念和物质的性质是解答关键。【题1】有关氮元素的说法不正确的是A．氮元素是一种活泼的非金属元素，但N2性质稳定B．人类从动植物中获得氮元素C．植物能干脆从空气中合成获得氮元素D．氮元素能促进植物的生长【答案】C【解析】【详解】A．氮元素是一种活泼的非金属元素，氮气分子的结构式为N≡N，破坏氮氮三键须要很大的能量，所以氮气分子的性质稳定，故A正确；B．氮元素是动植物生长不行缺少的元素，动植物中都含有蛋白质，蛋白质中含有的氮元素能被人类摄取，故B正确；C．氮元素是构成蛋白质的主要成分，对茎叶的生长和果实的发育有重要作用，但植物不能干脆从空气中合成获得氮元素，故C错误；D．氮元素对茎叶的生长和果实的发育有重要作用，增施氮肥可加快植物的生长、延缓和防止植物器官苍老、延长蔬果保鲜期，故D正确；故选C。【题3】试验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示（夹持和加热装置略去）：下列说法正确的是A．装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液B．若去掉装置C，对产品纯度无影响C．试验时应先加热C，通入一段时间空气后再加热DD．E中碱石灰的作用是汲取尾气【答案】C【解析】【详解】A.要制备氮化镁，须要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气，则装置A.B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸，选项A错误；B.若去掉装置C,镁与氧气反应生成氧化镁,对产品纯度有影响,选项B错误；C.试验时，应先加热C，通入一段时间空气除去氧气，然后再加热D,选项C正确；D.装置E中碱石灰的作用是汲取空气中的水蒸气和二氧化碳，避开进入D中干扰试验，选项D错误；答案选C。【题4】把少量NO2体通入过量小苏打溶液中,再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管,最终收集到的气体是(

)A．氧气 B．二氧化氮 C．二氧化氮和氧气 D．二氧化氮和一氧化氮【答案】C【解析】【详解】假设3mol二氧化氮和水反应生成2mol硝酸和1mol一氧化氮，2mol硝酸和小苏打反应生成2mol二氧化碳，2mol二氧化碳和过氧化钠反应生成1mol氧气，1mol一氧化氮和0.5mol氧气反应生成1mol二氧化氮，所以剩余气体有二氧化氮和氧气，选C。【题5】如图所示，将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内，充分反应后，试管内残留m/2体积的气体，该气体与空气接触后马上变为红棕色。则m与n的比值为（）A．3∶2 B．2∶3 C．8∶3 D．3∶8【答案】C【解析】【详解】在确定条件下，将m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水中且盛满水的容器中内，充分反应，NO和O2全部溶于水时依据下列反应进行，化学方程式为：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，由于气体与空气接触后马上变为红棕色，所以容器内残留气体为NO，那么与O2反应的NO气体为m-=，NO和O2依据4：3混合溶于水恰好全部溶解所以=4：3，所以m：n=8：3；故选C。【题7】如图所示：在B水槽中装有500mL水，容积为amL的试管A充溢了NO2和NO的混合气体(标准状况)，将试管A倒插入B水槽的水中。充分反应后，试管A中余下气体的体积为0.5amL。（1）将A倒插入B槽中发生反应的化学方程式为_______________________________________，该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________，原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为________。（2）通过导气管C向余下0.5amL气体的试管A中持续通入氧气，A中可能视察到的现象是_______________________________________________________________________。（3）当试管A中充溢气体时停止通入氧气，然后将试管取出水槽，水槽B中溶液的物质的量浓度为________mol·L−1(设溶液的体积仍为500mL)。【答案】3NO2+H2O===2HNO3+NO1∶23∶1无色气体变为红棕色，试管中液面不断上升至全充溢。接着通入氧气后，试管中液面下降，最终充溢无色气体【解析】【分析】（1）将A倒插入B水槽中发生反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，依据化合价改变推断氧化剂、还原剂及其质量之比；依据气体体积减小量，利用差量法计算二氧化氮的体积，进而计算NO的体积，体积之比等于物质的量之比；（2）剩余NO，持续通入氧气，会发生4NO+3O2+2H2O=4HNO3，据此分析试验现象；（3）依据氮元素守恒可知n（HNO3）=n（NO2）+n（NO），再依据c=n/V计算所得硝酸的浓度。【详解】（1）将A倒插入B水槽中，二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮气体，反应的化学方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO，该反应中,二氧化氮中+4价N元素被氧化成+5价的硝酸，同时被还原成+2价的一氧化氮，则3mol二氧化氮参与反应，作氧化剂被还原的二氧化氮为1mol，作还原剂被氧化的有2mol，因此氧化剂与还原剂的质量之比为1:2；充溢了NO2和NO的混合气体(标准状况)试管A倒插入B水槽中，充分反应后试管A中余下气体的体积为0.5amL，设NO为ymL，NO2为xmL，则3NO2+H2O=2HNO3+NO31xx/3因此y+x/3=0.5a，又因为x+y=a，解x=0.75a，y=0.25a，相同条件下体积之比是物质的量之比，因此原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为3：1；（2）剩余NO，持续通入氧气会发生4NO+3O2+2H2O=4HNO3，无色气体变为红棕色气体，试管中液面不断上升至全充溢，接着通入氧气后，试管中液面下降，最终充溢无色气体，因此本题正确答案是：无色气体变为红棕色，试管中液面不断上升至全充溢。接着通入氧气后，试管中液面下降，最终充溢无色气体；（3）依据氮元素守恒可知水槽中生成硝酸的物质的量为n（HNO3）=n（NO2）+n（NO）=a/22400mol，故硝酸的浓度为c(HNO3)=a/22400mol÷0.5L=a/11200mol/L。【点睛】本题考查混合物有关计算、氮的氧化物性质等学问，明确反应原理为解答关键，留意质量守恒定律在化学计算中的应用。【练1】下列过程不属于氮的固定的是A．闪电时大气中氮的氧化物的生成B．由制备C．用N2和H2合成氨D．豆科植物的根瘤菌把大气中的氮转化成氨【答案】B【分析】将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫氮的固定，据此推断。【详解】A．闪电时大气中的氮气放电条件下与氧气反应生成一氧化氮，空气中游离态的氮转化为含氮化合物，属于固氮，故A不选；B．由NH3制备NH4Cl是氮的化合物之间的转化，不属于固氮，故B选；C．用N2和H2合成氨，空气中游离态的氮转化为含氮化合物，属于固氮，故C不选；D．豆科植物的根瘤菌把大气中的氮转化成氨，游离态的氮转化为化合态，属于固氮，故D不选；故答案选B。【练2】下列关于氮的循环，叙述错误的是A．氮气转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定B．氮的固定可以通过自然固氮和人工固氮的方式实现C．人类的生产活动参与了氮的循环过程D．氮的循环过程中只有氮元素被氧化的过程【答案】D【详解】A．氮气转化为氮的化合物的过程即游离态的氮变为化合态的氮叫做氮的固定，故A正确；B．氮的固定可以通过自然固氮和人工固氮的方式实现，雷雨生庄稼是自然固氮，合成氨是人工固氮，故B正确；C．人类的生产活动参与了氮的循环过程，如人工合成氨，氮肥的运用等，故C正确；D．氮的循环过程中可以是氮元素被氧化，也可以是氮元素被还原，故D错误。综上所述，答案为D。【练3】下列物质的转化必需加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是①N2→NO2②NO2→NO③NO2→HNO3④N2→NO⑤N2→NH3A．① B．②⑤C．④ D．③④【答案】C【解析】【详解】(1)必需加入氧化剂；(2)通过一步反应就能完成。反应①、③、④从化合价角度来看都是上升，但反应①N2→NO2不能通过一步反应完成；而反应③NO2→HNO3虽然氮的化合价上升，但不加氧化剂也能完成，如3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应④N2→NO必需加入氧化剂且通过一步反应就能完成。答案选C。【练4】下列关于NO的说法正确的是A．NO是一种红棕色且难溶于水的气体B．等物质的量的NO和CO所含电子数相等C．NO只有氧化性，无还原性D．NO易与人体血红蛋白结合，使人中毒【答案】D【详解】A．一氧化氮是一种无色且难溶于水的气体，故A错误；B．1个一氧化氮分子所含电子数为15，1个一氧化碳分子所含电子数为14，则等物质的量的一氧化氮和一氧化碳所含电子数不相等，故B错误；C．一氧化氮中氮元素的化合价为，氮元素的最高化合价为，则氮元素处于中间价态的一氧化氮既具有还原性也具有氧化性，故C错误；D．一氧化氮易与人体血红蛋白结合，使人中毒，故D正确；故选D。【练5】已知：3NO2+H2O=2HNO3+NO。盛满NO2气体的试管，倒置在水槽中，反应后，液面上升的高度是试管的A． B． C． D．【答案】C【详解】依据反应可知，反应生成的硝酸干脆溶于水中，造成试管内压力减小，3体积的二氧化氮变为1体积的一氧化氮，水槽内的水会压入试管，随着反应的进行，最终试管内存留三分之一试管容量的气体，液体上升的高度是试管的三分之二；答案选C。【练6】如图所示的转化关系中，不能一步实现的是（）A．① B．② C．③ D．④【答案】D【练7】将40mLNO2和NO的混合气体通入倒立于水槽且盛满水的试管中，充分反应后试管中剩余20mL气体，则原混合气体中与NO的体积比为

A． B． C． D．【答案】C【解析】【详解】40mlNO2和NO的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的试管中发生反应为3NO2+

H2O=2HNO3+NO，剩余20ml气体，反应前后气体体积削减20ml，依据化学反应3NO2+

H2O=2HNO3+NO△V

(气体体积削减)计算V

(NO2)=30mL，原气体中V

(

NO)

=10mL，所以原混合气体的体积比为：V

(NO2)：V

(NO)=3:1，故C符合题意；故答案：C。【练8】以下是氮循环的一部分：（1）通常状况下，NO2的颜色是__________；（2）反应①的化学方程式是_