5-2-1-氮气与氮的固定(精讲)高一化学(人教版2019必修第二册)(解析版)

5.2.1氮气与氮的固定（精讲）思维导图思维导图常见考点常见考点考点一氮气【例1-1】（2022四川南充）液氮能长时间保存活体组织和生物样品，主要利用氮气的性质是A．密度小 B．沸点低 C．难溶于水 D．无色无味【答案】B【解析】液氮能长时间保存活体组织和生物样品说明氮气的沸点低，故选B。【例1-2】（2022山东济）N2是空气的重要组成部分，因此有科学家根据蒸汽机的原理，设计制造出液氮蒸汽机，即利用液态氮的蒸发来驱动机车，从而达到环境保护的目的。其主要依据是A．液态氮的沸点为-195.8℃，远低于常温B．N2在空气中燃烧放热C．N2与H2反应放热D．N2在空气中约占78%(体积分数)【答案】A【解析】氮气化学性质稳定，不容易参加化学反应；液氮的沸点很低，极易汽化，汽化时吸收热量，体积膨胀而驱动机车转动，此过程中不产生污染物，保护了环境，跟氮气的化学性质及在空气中的体积分数无关；故选A。【一隅三反】1.（2022秋·海南儋州·高一校考阶段练习）下列叙述错误的是A．氮元素位于元素周期表的第二周期，第VA族B．氮元素主要以氮分子的形式存在自然界中C．氮元素最外层有5个电子D．氮分子中的两个氮原子通过离子键结合【答案】D【解析】A．氮原子核外电子数为7，核外K、L层依次排有2、5个电子，氮元素位于元素周期表的第二周期、第VA族，A项正确；B．在自然界里，氮元素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，B项正确；C．氮原子核外电子数为7，核外K、L层依次排有2、5个电子，即最外层有5个电子，C项正确；D．氮分子中两个氮原子间以共价三键(N≡N)结合，D项错误；答案选D。2．（2022秋·黑龙江佳木斯·高一校考期末）下列关于氮气性质的说法中正确的是A．点燃条件下，N2在氧气中燃烧生成NOB．点燃时，N2与金属Mg反应生成Mg3N2，N2作还原剂C．合成氨反应中，N2发生氧化反应D．氮气的化学性质稳定，其原因是两个氮原子之间以共价三键结合【答案】D【解析】A．氮气在放电或高温条件下生成一氧化氮，A错误；B．点燃时，N2与金属Mg反应生成Mg3N2，N2得电子化合价降低作氧化剂，B错误；C．合成氨反应中，N2得电子化合价降低发生还原反应，C错误；D．氮气的化学性质稳定，其原因是两个氮原子之间以共价三键结合，键能大，不易断裂，物质化学性质温度，D正确；故选D。3．（2022春·江苏·高二江苏省包场高级中学校考开学考试）是空气的主要成分之一，作为原料广泛用于合成氨工业、硝酸工业等。工业上用氨催化氧化生产硝酸，发生的反应为，，；生产硝酸的尾气中主要含有、等大气污染物，可将其与石灰乳反应转化成、等而除去。下列物质的性质与对应用途不正确的是A．氮气性质稳定，可作保护气 B．氧气具有助燃性，可作燃料C．氨气易液化，可作制冷剂 D．氢氧化钙能吸水，可作常干燥剂【答案】B【解析】A．氮气化学性质稳定，一般不参加化学反应，可以用作保护气，A正确；B．氧气具有助燃性、没有可燃性，所以不能作燃料，B错误；C．氨气易液化，液氨汽化吸收大量的热，所以液氨常用作制冷剂，C正确；D．氢氧化钙可以吸收水蒸气，可以用作干燥剂，D正确；故选B。考点二氮的固定【例2-1】（2022秋·高一单元测试）下列反应属于氮的固定作用的是A．NH3与氯化氢反应 B．硝酸工厂用NH3氧化制取NOC．雷雨时空气中的N2转化为NO D．由NH3制碳酸氢铵和硫酸铵【答案】C【解析】A．NH3与氯化氢反应时，NH3分子中含有化合态的氮，A不符合题意；B．硝酸工厂用NH3氧化制取NO时，NH3分子中含有化合态的氮元素，B不符合题意；C．雷雨时空气中的N2转化为NO时，N2中含有游离态的氮元素，C符合题意；D．由NH3制碳酸氢铵和硫酸铵时，反应物NH3中含有化合态的氮元素，D不符合题意；故选C。【例2-2】（2022·上海·高一专题练习）下列反应属于氮的固定的是A．2NO+O2=2NO2 B．3NO2+H2O=2HNO3+NOC．NH3+HCl=NH4Cl D．N2+3H22NH3【答案】D【解析】氮的固定是将空气中的游离态的氮转化为含氮化合物的过程，NO、NO2、NH3、N2中只有N2为游离态的氮，综上所述N2+3H22NH3反应属于氮的固定，故选D。【一隅三反】1．（2022·上海·高一专题练习）下列属于氮的固定的是A．植物从土壤中吸收氮肥B．大豆的根瘤菌将含氮的化合物转变为植物蛋白质C．将空气中的氮气转变为含氮化合物D．NO和反应生成【答案】C【解析】A．氮的固定是指由游离态的氮元素转化为氮的化合物，植物从土壤中吸收的氮元素，是含氮化合物，不属于氮的固定，A错误；B．含氮的化合物转变为植物蛋白质是含氮化合物之间的相互转化，不属于单的固定，B错误；C．空气中的氮气转变为含氮化合物，是从单质到化合物，属于单的固定，C正确；D．NO和反应生成是含氮化合物之间的转化，不是氮的固定，D错误；故选C。2．（2022·上海闵行·统考一模）下列转化属于工业固氮的是A． B．C． D．【答案】A【解析】工业固氮是人为将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。A．，游离态的氮转化为化合态氮，符合氮的固定定义，属于工业固氮，故A选；B．，是同种价态的氮的化合物之间转化，不属于固氮，故B不选；C．，为不同化合态氮之间转化，不属于固氮，故C不选；D．，氮元素由游离态变为化合态，属于自然固氮，故D不选；故选A。3．（2022秋·黑龙江·高二统考学业考试）下图为自然界氮循环的示意图，其中哪一过程属于人工固氮A．① B．② C．③ D．④【答案】B【解析】过程①氮气和氧气在闪电作用下反应生成NO，是自然固氮，过程②氮气和氢气在催化剂、高温下反应生成氨气，属于人工固氮，过程③为含氮部分转化为尿素，不是氮的固定，过程④是细菌分解生成氨气，则属于人工固氮的是过程②，故选：B。4．（2022春·辽宁）自然界中的氮循环部分转化关系如图所示。下列说法错误的是A．氮气分子结构稳定，常温很难和其他物质发生反应B．Ⅰ过程属于氮的固定C．工业上也是利用图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个转化来生产硝酸的D．图中Ⅱ、Ⅲ为硝化过程，均可通过加入氧化剂实现【答案】C【解析】A．氮气分子中含有氮氮三键结构稳定，常温很难和其他物质发生反应，故A正确；B．氮的固定是指游离态的氮转化为化合态的氮，Ⅰ过程从N2到，属于氮的固定，故B正确；C．工业上是通过氨的催化氧化生成NO、NO被氧化为NO2、NO2和水反应三个转化来生产硝酸的，故C错误；D．图中Ⅱ中氮从-3价升高到+3价、Ⅲ中氮从+3价升高到+5价，都为硝化过程，均可通过加入氧化剂实现，故D正确；故答案为：C。考点三一氧化氮与二氧化氮【例3-1】（2022秋·黑龙江绥化·高一校考期中）病毒学研究证实，一氧化氮对病毒有直接控制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是A．一氧化氮是一种红棕色气体B．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到D．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合【答案】C【解析】A．一氧化氮是一种无色气体，A错误；B．一氧化氮难溶于水，可以用排水法收集，B错误；C．氮气和氧气在放电条件下生成一氧化氮，C正确；D．常温常压下，一氧化氮与空气中的氧气直接反应生成二氧化氮，D错误；故选C。【例3-2】（2022辽宁·）铜与浓硝酸反应能生成NO2。下列关于NO2叙述正确的是A．NO2是无色气体 B．NO2是红棕色气体C．NO2可用排水法收集 D．NO2可用向下排空气法收集【答案】B【解析】NO为无色气体，而NO2为红棕色气体，NO2与水反应，不能用排水法收集，NO2的密度比空气大，可用向上排空气法收集，综上所述故选B。【例3-3】（2022秋·广西南宁·高一校考阶段练习）为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验：按图组装好实验装置，并检验装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。(1)打开止水夹a，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关闭止水夹，首先观察到烧瓶中的现象：_______，产生此现象的化学方程式为_______。(2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为①烧瓶中的气体从_______色变成_______色；②烧杯中导管的水位_______(填上升、下降或不变)。产生此现象的化学方程式为_______。【答案】(1)

烧瓶内，无色气体变为红棕色

2NO+O2=2NO2(2)

红棕

无色

上升

3NO2+H2O=2HNO3+NO【解析】（1）无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2，发生反应的化学方程式为2NO+O2=2NO2，故观察到烧瓶中气体由无色变为红棕色；（2）①轻轻摇动平底烧瓶，使得NO2与水发生反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，所以烧杯中红棕色气体又变为无色，烧瓶中液面上升；②烧瓶中发生反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，气体压强减小，故烧杯中导管水位上升。【一隅三反】1．（2022吉林白山）1998年，三位科学家因发现NO在心血管系统中起信号分子的作用而获得诺贝尔医学奖，使得NO成为保健药物的"明屋"分子。下列关于NO的说法正确的是A．NO是酸性氧化物 B．NO具有还原性，在空气中极易被氧化C．NO的大量排放导致雾霾 D．人工合成是产生NO的唯一途径【答案】B【解析】A．NO不能与碱反应生成盐和水，属于不成盐氧化物，故A错误；B．NO具有还原性，在空气中极易被氧化为二氧化氮，故B正确；C．固体颗粒的大量排放导致雾霾，NO是气体，故C错误；D．自然界中的雷电也会使氮气和氧气反应生成NO，故D错误。故选B。2．（2022秋·新疆塔城·高一乌苏市第一中学校考阶段练习）汽车尾气的处理反应为：。下列有关说法正确的是A．NO为红棕色气体B．NO易溶于水C．反应中NO是还原剂D．NO在大气中可转化为【答案】D【解析】A．二氧化氮为红棕色气体，一氧化氮为无色气体，故A错误；B．一氧化氮不溶于水，故B错误；C．N元素化合价降低，则NO做氧化剂，故C错误；D．一氧化氮和氧气反应转化成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸，故D正确；故选：D。3．（2022·四川·凉山）下列关于NO和NO2的叙述正确的是A．一氧化氮是一种红棕色的气体B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到D．NO2被水吸收的反应中，发生还原反应和氧化反应的物质的量之比为2∶1【答案】C【解析】A．NO为无色气体，二氧化氮为红棕色气体，故A错误；B．常温常压下，NO能与空气中的氧气反应生成二氧化氮，故B错误；C．氮气和氧气在放电条件下直接化合物成NO，故C正确；D．NO2与H2O发生反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，氧化反应为化合价升高的反应，还原反应为化合价降低的反应，根据反应方程式以及氮原子守恒，氧化反应：2NO2～2HNO3，还原反应：NO2～NO，即发生还原反应和氧化反应的物质的量之比为1∶2，故D错误；答案为C。考点四氮的氧化物溶于水的计算【例4-1】（2022春·河南安阳·高二林州一中校考开学考试）在容积为672mL的烧瓶里充满NO、的混合气体，将其倒立在水槽里，去塞后再通入280mL氧气，恰好完全反应，且水充满烧瓶(气体体积都折合成标准状况下)。下列有关叙述中，正确的是A．总反应为B．总反应为C．生成的物质的量浓度接近D．生成的物质的量浓度约为【答案】B【解析】无论是还是都能在水中与氧气按一定比例反应生成，同温同压下气体物质的量之比等于体积之比，。所以由电子守恒可知恰好反应时总反应为。280mL氧气的物质的量为=0.0125mol，可以生成=，容器容积为，所以硝酸溶液浓度为。故选B。【例4-2】（2022秋·湖北襄阳·高一校考阶段练习）有一充有10mLNO和NO2混合气体的试管，倒置于盛有水的水槽中，充分反应后，仍有6mL无色气体，则原混合气体中NO和NO2体积比为A．3：2 B．2：3 C．1：4 D．4：1【答案】B【解析】二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮和水不反应，所以，剩余的气体为一氧化氮，设混合气体中二氧化氮的体积为V，则所以V=6mL，即二氧化氮的体积为6mL，则混合气体中一氧化氮的体积为4mL，所以原混合气体中NO和NO2体积比为4mL：6mL=2：3。故选B。【例4-3】（2022秋·新疆塔城·高一乌苏市第一中学校考阶段练习）将盛有8mLO2、NO混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积剩余1mL，则原气体中NO的体积是A．5mL或3mL B．4mL或3mL C．5mL或2mL D．4mL或5mL【答案】D【解析】设原混合气体中NO和O2的体积分别是aml和bml，（1）如果NO过量，NO和氧气反应之后，得到NO和NO2的混合气体，则根据方程式2NO+O2=2NO2，NO2的体积为2bml，消耗掉的NO的体积为2b，再根据方程式3NO2+H2O=NO+2HNO3，可知生成的NO的体积为，根据所剩余1mlNO，可知，又因为，解之得a=5ml，b=3ml。（2）如果O2过量，则NO与氧气反应之后，得到NO2和O2的混合气体，则根据方程式2NO+O2=2NO2，NO2的体积为aml，消耗掉的氧气体积为，再根据方程式4NO2+O2+2H2O=4HNO3，消耗掉的氧气的体积为，根据所剩余1mlO2，可知，又因为，解之得a=4ml，b=4ml。综上所述，原混合气体中NO的体积为5ml或4ml，故选D。【一隅三反】1．（2022春·云南玉溪·高一校考期末）将10mLNO和NO2的混合气体通入装满水的倒立在水槽中的量筒，充分反应后，最后剩余4mL气体，(已知一氧化氮与水不反应，二氧化氮与水反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO)则原混合气体中NO的体积为A．1mL B．3mL C．5mL D．7mL【答案】A【解析】NO、NO2混合气体通入装满水的倒立在水槽中的量筒中，NO2气体发生反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，根据方程式可知：每反应消耗3体积NO2，反应产生1体积NO，反应后气体体积减少2体积。现在气体体积减少了10mL-4mL=6mL，则混合气体中NO2的体积V(NO2)=，则混合气体中含有NO的体积V(NO)=10mL-9mL=1mL，故合理选项是A。2．（2022秋·广西南宁·高一校考阶段练习）某集气瓶中的气体呈红棕色，加入足量水，盖上玻璃片振荡，得橙色溶液，气体颜色消失。再拿走玻璃片后，瓶中气体又变为红棕色，则该气体可能是下列混合气体中的A．H2、NO2、NO B．NO2、NO、N2 C．NO2、NO、O2 D．NO2、CO2、Br2【答案】D【解析】某集气瓶中的气体呈红棕色，其中可能含有NO2和Br2中的至少一种；加入足量水，盖上玻璃片振荡，得橙色溶液，说明气体中一定含有Br2蒸气；同时气体颜色消失，再拿走玻璃片后，瓶中气体又变为红棕色，说明该无色气体中含有NO，NO遇空气中的O2反应产生红棕色的NO2气体，反应方程式为：2NO+O2=2NO2，由于NO2溶于水时生成HNO3和NO，发生反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，则该NO是NO2与水反应产生，因此原气体中一定含有Br2、NO2，根据各个选项的气体成分分析可知合理选项是D。3．（2022·全国·高一假期作业）在一定温度和压强下，将装有NO和NO2混合气体的试管倒立在水中，经充分反应后，试管内气体的体积变为原来的4/5，则原混合气体中NO与NO2气体的体积比是。A．3∶