考点3-氮及氮的氧化物(核心考点归纳)(解析版)

考点2氮气及氮的氧化物【核心考点梳理】一、氮气的结构与物理性质1．氮元素及其存在(1)原子结构：氮元素位于元素周期表的第_二_周期第VA族氮气分子是由两个氮原子通过共用三对电子结合而成的，氮气分子的电子式：∶N⋮⋮N∶，结构式为N≡N。破坏氮气分子中氮原子之间的共价键需要很大的能量，所以氮气分子很稳定。但在高温或放电等特殊条件下，也能与一些金属或非金属单质发生反应，生成含氮化合物。(2)自然界中的存在形态①游离态：以氮分子的形式存在于空气中。②化合态：存在于动植物体内的蛋白质中，土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。(3)物理性质色态气味密度溶解性毒性无色气体无味比空气的略小难溶无毒2．氮的固定：将空气中游离态的氮转化成含氮化合物，简称固氮。自然固氮生物固氮：自然界中的一些微生物种群将空气中的氮气通过生物化学过程转化为含氮化合物，约占自然固氮的90%高能固氮：通过闪电、火山爆发等途径产生含氮化合物，约占自然固氮的10%2.高能固氮的实例——“雷雨发庄稼”(1)利用化学方程式解释“雷雨发庄稼”的原理：N2＋O2eq\o(=,\s\up10(放电))2NO、2NO＋O2=2NO2、3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。雨水中的硝酸渗入土壤后与矿物质作用生成硝酸盐，其中的硝酸根离子被植物的根系吸收，转化为植物生长所需的养料。【核心归纳】氮气的结构与性质【典型例题】例1．氮气能大量存在于空气中的根本原因是()A．氮气性质稳定，即使在高温下也不与其他物质发生反应B．氮气比空气轻且不溶于水C．氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定D．氮气既无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应【答案】C【解析】N2性质稳定，但放电、高温等条件下可与O2等物质发生反应，在反应中表现出还原性或氧化性；氮气比空气轻且不溶于水并不是N2能大量存在于空气中的根本原因；N2能大量存在于空气中的根本原因是氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定。例2．下列关于氮气的说法中错误的是()A．通常情况下N2性质很稳定，所以N2可以在电焊时作保护气B．N2＋O2eq\o(=,\s\up10(高温))2NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一C．N2在空气中约占的质量比为eq\f(4,5)D．在反应3Mg＋N2eq\o(=,\s\up10(高温))Mg3N2中，N2作氧化剂【答案】C【解析】N2很稳定，常用作保护气；但在高温下N2与O2产生的NO易被氧化为NO2，故汽车尾气会造成环境污染；N2在空气中的体积含量约为4/5；N2与金属、H2反应时作氧化剂。例3．下列反应属于氮的固定的是()①N2和H2在一定条件下合成NH3②NO2和H2O反应生成HNO3和NO③Mg在N2中燃烧生成Mg3N2④NO被空气氧化为NO2A．①② B．②③C．①③ D．①④【答案】C【解析】氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮。二、一氧化氮和二氧化氮的性质1．物理性质：颜色状态气味毒性水溶性NO无色气态无味有毒微溶NO2红棕色气态刺激性气味有毒易溶2．危害：大气中NO和NO2达到一定浓度时都会对人体造成伤害，引发“光化学烟雾”事故，能引发上呼吸道及肺部疾病。3．应用：一氧化氮在调节心脑血管、神经和免疫系统等方面有着十分重要的生物学作用和医学前景，受到人们的普遍重视。二氧化氮在火箭燃料中用作氧化剂，在工业上可以用来制造硝酸。【核心归纳】1．相互转化的反应原理3NO2＋H2O=2HNO3＋NO ①2NO＋O2=2NO2 ②由方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3 ③由方程式①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3 ④2．计算类型(1)NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①，剩余气体为NO。(2)NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③。x＝eq\f(VNO2,VO2)0＜x＜eq\f(4,1)x＝eq\f(4,1)x＞eq\f(4,1)反应情况O2过量并剩余恰好完全反应NO2过量又发生反应①，剩余NO(3)NO和O2的混合气体：NO和O2的混合气体溶于水时涉及反应④。x＝eq\f(VNO,VO2)0＜x＜eq\f(4,3)x＝eq\f(4,3)x＞eq\f(4,3)反应情况O2过量并剩余恰好完全反应NO过量并剩余3.利用原子个数比分析氮氧化物与氧气的混合气体溶于水方程式：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3和4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3中的“4NO2＋O2”和“4NO＋3O2”从组成上均相当于“N2O5”的组成，也就是N、O的原子个数比符合2∶5时，氮的氧化物和氧气均无剩余，这两种情况均可利用混合气体中N、O的原子个数比来分析：N(N)∶N(O)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＜2∶5，O2剩余,＝2∶5，恰好完全反应,＞2∶5，NO剩余))【典型例题】例1．如图所示，试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物)，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管完全被水充满。原来试管中盛装的()A．可能是N2与NO2的混合气体B．可能是O2与NO2的混合气体C．不可能是NO与NO2的混合气体D．只能是NO2一种气体【答案】B【解析】若是N2与NO2的混合气体，无论鼓入多少氧气，最后都有N2剩余，试管内不可能完全被水充满；若是O2与NO2的混合气体，由4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，可知，当eq\f(nNO2,nO2)＞4时，NO2有剩余，剩余的NO2和水反应产生NO，故试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内不断鼓入氧气后，4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，故试管能被水充满；若是NO与NO2的混合气体，开始时，3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，气体体积减小，但有NO剩余，当向试管内不断鼓入适量的氧气后，4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，试管内的气体完全被水吸收。例2．在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12mL通入足量水中，充分反应后剩余2mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为()①1.2mL②2.4mL③3mL④4mLA．①② B．②③C．③④ D．①④【答案】D【解析】首先分析剩余的2mL气体有两种可能。若剩余的2mL气体是O2，则V(NO2)＝eq\f(4,5)×(12－2)mL＝8mL，则混合气中的V(O2)＝12mL－8mL＝4mL。若剩余的2mL气体是NO，则混合气中的V(O2)＝(12mL－2mL×3)×eq\f(1,5)＝1.2mL，D项正确。【考点达标随堂练】1．（2021·福建宁德市·高一期末）油炸虾条、薯片等容易挤碎的食品，一般用充气袋包装。充气袋中适宜填充的气体是()A． B． C． D．【答案】A【详解】A．氮气化学性质稳定，常温下不易与其它物质发生反应，可以做食品的保护气，用在食品包装袋中起保鲜作用，A选；B．二氧化硫有毒，不适宜食品包装充气，B不选；C．氢气是可燃性气体，不适宜食品包装充气，C不选；D．氨气为碱性气体，对人体健康有害，不适宜食品包装充气，D不选。故选A。2．（2021·甘肃白银市·高一期末）下列关于NO的说法一定正确的是()A．NO是一种红棕色且难溶于水的气体B．NO易与人体血红蛋白结合，使人中毒C．NO只有氧化性，无还原性D．等物质的量的NO和CO所含电子数相等【答案】B【详解】A．NO是一种无色色且难溶于水的气体，故A错误；B．NO有毒，易与人体血液中的血红蛋白结合，使人中毒，故B正确；C．NO中氮元素的化合价为+2价，价态即可升高又可降低，既有还原性又有氧化性，故C错误；D．1个NO含有电子数为15，1个CO含有电子数为14，所以等物质的量的NO和CO所含电子数不相等，故D错误；故选B。3．下列用途中应用了氮气的稳定性的是：（）A．以氮气为原料之一制造硝酸 B．合成氨气后，制氮肥C．金属焊接时的保护气 D．镁可以和氮气反应【答案】C【详解】A、利用N2制备硝酸，发生的反应为N2＋3H22NH3、4NH3＋5O24NO＋6H2O、2NO＋O2=2NO2、3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，与N2的稳定性无关，故A不符合题意；B、根据A选项分析，合成氨气，制备氮肥，与N2的稳定性无关，故B不符合题意；C、单质氮的化学性质相对稳定，因此氮气常作金属焊接时的保护气，与氮气的稳定性有关，故C符合题意；D、Mg能与N2反应生成Mg3N2，与N2的稳定性无关，故D不符合题意。4．下列反应属于氮的固定的是①N2和H2在一定条件下反应生成NH3②NH3和HNO3反应生成NH4NO3③NO经过反应生成HNO3④雷雨闪电时空气中的N2和O2化合生成NOA．①② B．②③ C．③④ D．①④【答案】D【分析】将游离态的氮转化为化合态的氮的过程叫做氮的固定，据此解答。【详解】①N2和H2在一定条件下反应生成NH3，是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程，属于氮的固定，故①正确；②NH3和HNO3反应生成NH4NO3是氮的化合态之间的转化，不属于氮的固定，故②错误；③NO经过反应生成HNO3是氮的化合态之间的转化，不属于氮的固定，故③错误；④雷雨闪电时空气中的N2和O2化合生成NO，是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程，属于氮的固定，故④正确；上述分析可知①④属于氮的固定，D选项正确；故选D。5．实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．实验时应先加热C，通入一段时间空气后再加热DD．装置E中碱石灰的作用是吸收尾气【答案】C【详解】要制备氮化镁，需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，A错误；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，B错误；实验时应先加热C，通入一段时间空气除去氧气，然后再加热D，C正确；装置E中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，D错误。6．某化学反应在催化剂条件下的转化过程的微观示意图如图所示。下列有关说法不正确的是

A．该反应中，氧化性：NO＞CO2B．该反应可表示为2NO+2CON2+2CO2C．该反应中，被氧化与被还原的元素的质量之比为7：6D．每生成标准状况下2.24LN2，转移的电子数为0.4NA【答案】C【分析】根据图像可知，该反应为2NO+2CON2+2CO2。【详解】A．该反应中，NO为氧化剂，CO2为氧化产物，则氧化性：NO＞CO2，A说法正确；B．分析可知，该反应可表示为2NO+2CON2+2CO2，B说法正确；C．该反应中，被氧化的元素是碳元素，被还原的元素是氮元素，则被氧化与被还原的元素的质量之比为6：7，C说法错误；D．每生成标准状况下2.24LN2，转移的电子0.4mol，即电子数为0.4NA，D说法正确；答案为C。7．在标准状况下，将50mlNO2和O2的混合气体通入水中，最终得到10ml无色气体，则NO2和O2的体积之比可能是()A．4：1 B．4：3 C．16：9 D．16：19【答案】C【详解】若氧气过量，则剩余10mL无色气体为氧气，设参加反应的氧气的体积为x，根据题意有：则4x+x=50mL-10mL=40mL，解得x=8mL；原混合气体中氧气的体积为：8mL+10mL=18mL，二氧化氮的体积为32mL，NO2和O2的体积比为：32:18=16:9；若NO2过量，则剩10mL无色气体为NO，设氧气的体积为y，

根据题意得：50mL-y-4y=10mL×3，得y=4mL，则原混合物中含有4mL氧气，二氧化氮的体积为46mL，NO2和O2的体积比为：46:4=23:2；故原混合气体中NO2和O2的体积比为16:9或23:2，故C正确；答案选C8．氮元素是生命的基础。自然界中氨的循环过程如下图所示，请分析此图并回答问题：(1)大气中的氮以___________(填化学式)形式存在，图中共表示了___________种固氮的途径。(2)由图可知，动植物体内的氮主要存在于蛋白质中，当动植物尸体发生了腐败时，往往会产生一种含氮的气体，其电子式为___________。(3)土壤中的硝酸盐会被细菌分解。有一种脱氧硫杆菌能够利用土壤中的硫化物来分解硝酸盐，其主要化学原理如下：，配平上述反应方程式，并标出电子转移的方向和数目。___________(4)某同学写出下面三个不同价态的氮的化合物相互转换的关系(未配平)：a．NO+HNO3→N2O3+H2Ob．NH3+NO→HNO2+H2Oc．N2O4+H2O→HNO3+HNO2其中你认为一定不可能实现的是___________(填编号)。【答案】N23b【分析】(1)大气中的氮以单质形式存在，可根据图示判断固氮的途径；(2)动植物尸体发生腐败时，往往会产生一种含氮的气体是NH3，根据原子结构分析判断；(3)根据元素化合价升高，失去电子，被氧化，作还原剂；元素化合价降低，获得电子，被还原，作