第03讲 氮气及氮的氧化物-2022-2023学年高一化学精讲精练（人教版2019必修第二册）（原卷版）

氮气及氮的氧化物考点精讲一、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周期、第族。氮原子的最外电子层有电子，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的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的和中。2．氮气的物理性质N2是一种、的气体，ρ(N2)＜ρ(空气)，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，氮氮键很难断裂，化学性质很稳定。（2）化学性质N2在等条件下，N2获得足够的能量，使断裂。写出N2与Mg、H2、O2反应的化学方程式。①3Mg＋N2Mg3N2；②N2＋3H22NH3；③N2＋O22NO。4．氮的固定：将大气中的氮转化为的过程。（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，将氮气或为氮的化合物，最重要的人工固氮途径就是。二、一氧化氮和二氧化氮1．物理性质颜色状态气味毒性水溶性 NO色气态溶NO2色气态气味溶2．化学性质（1）NO在空气中易转化为色的NO2，反应方程式为：。（2）NO2与H2O反应生成HNO3和NO，反应方程式为：。考点1：氮气和氮的固定【例1】（氮的固定）下列过程不属于固氮的是(　　)A．雷电时生成氮的氧化物B．工业上用氢气与氮气合成氨C．植物的根从土壤中吸收铵根离子和硝酸盐D．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为硝酸盐【例2】（性质）关于氮气的性质说法中，错误的是(　　)A．氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在B．通常情况下，氮气性质很不活泼C．可在氧气中燃烧生成一氧化氮D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环【例3】（用途）下列有关氮气用途的说法不正确的是(　　)A．作焊接金属的保护气B．制硝酸和化肥的原料C．食品袋中充氮气来防腐D．与氧气反应制NO从而制硝酸【例4】（氮气循环）氮在自然界中的转化是一个复杂的过程，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．雷雨天气容易发生转化②的过程c．动植物蛋白质中一定含有氮元素（4）氨气与二氧化氮在一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：______。1．氮元素在自然界中主要以N2的形式存在于大气中，在空气中占体积分数约为0.78，N2的相对分子质量与空气接近，故N2的密度与空气接近，实验室只能用排水法收集。2．N2化学性质不活泼，在一般条件下不与氧气反应，经常作为食品包装袋的填充剂隔绝空气，避免食品被氧化变质。在一定条件下能与部分活泼金属、非金属反应，表现出氧化性或还原性。3．氮的固定是指氮元素由游离态变为化合态，如NH3转化为NO就不是氮的固定。1．下列关于氮气的说法错误的是（）A．氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸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保护气D．在高温高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂2．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．植物能直接从空气中合成获得氮元素D．氮元素能促进植物的生长3．下列关于自然界中氮的循环(如图)的说法不正确的是(　　)A．氮元素均被氧化B．工业合成氨属于人工固氮C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化D．碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环 4．下列关于N2的说法错误的是(　　)A．通常情况下N2性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气B．反应N2＋O22NO是汽车尾气造成污染的主要原因之一C．N2的质量约占空气总质量的D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中，N2作氧化剂5．电闪雷鸣的雨天，空气中的N2会发生一系列反应，生成氮的化合物。雷雨时，一般不可能生成的氮的化合物是(　　)①NH3　②NO　③NO2　④N2O3　⑤N2O5　⑥HNO3A．②④⑥B．②③⑤⑥C．①④⑤D．①③⑤6.氮气是大气中含量最多的气体，下列有关氮气的说法正确的是(　　)①氮元素的非金属性较强，所以氮气是一种活泼的非金属单质②常温下，N2既能与O2反应，又能与H2反应③通过灼热的镁粉除去N2中的O2④“雷雨发庄稼”是指雷雨时可增加土壤中氮肥的含量，此变化属于氮的固定⑤3molH2与1molN2混合反应生成NH3，转移电子的数目小于6×6.02×1023A．①②③④⑤B．②③④⑤C．②④⑤D．④⑤考点2：氮的氧化物【例5】下列关于NO和NO2的叙述正确的是(　　)A．NO是一种红棕色气体B．常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合C．含等质量的氧元素的NO和CO的物质的量相等D．NO2可用排水法收集【例6】某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将此无色透明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判断中，正确的是（）A．肯定有SO2和NOB．可能有O2和NO2C．可能有Cl2和O2D．肯定只有NO【例7】（尾气处理）氮氧化物会严重污染大气，所以实验室必须对含有氮氧化物的废气进行处理。用NaOH溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应方程式如下：①NO+NO2+2NaOH＝2NaNO2+H2O ②2NO2+2NaOH＝NaNO2+NaNO3+H2O（1）在反应①中，参加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，参加反应的NaOH均为2mol时，两个反应转移电子数的关系是①______②（填“﹥”、“=”或“﹤”）。1．正确理解NO和NO2所属物质的类别NO和NO2都不是酸性氧化物，NO与碱、酸都不能反应生成盐和水，属于不成盐氧化物；NO2与碱溶液发生氧化还原反应生成两种盐，也不属于酸性氧化物。2．NO和NO2的尾气处理（1）NO与酸碱都不反应，进行尾气处理时一般用充袋法，或通入氧气的同时用碱液吸收。（2）NO2与碱溶液能直接反应，可用碱液直接吸收：2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。1．为除去混入NO中的少量NO2，应将气体通过(　　)A．Na2CO3溶液　　　　　　B．NaHCO3溶液C．H2OD．浓硫酸2．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,最后收集到的气体是( )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3．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4．汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是(　　)A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应D．催化转化的总反应为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2 考点3：氮的氧化物溶于水的计算（1）相关反应原理3NO2＋H2O===2HNO3＋NO①2NO＋O2===2NO2②由方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③由方程式①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④（2）氮的氧化物溶于水的三种类型Ⅰ.NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①，剩余气体为NO。Ⅱ.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＝0<x<x＝x>反应情况O2过量，剩余气体为O2恰好完全反应，无气体剩余NO2过量，又发生反应①，只剩余NOⅢ.NO和O2的混合气体：NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④：x＝0<x<x＝x>反应情况O2过量，剩余O2恰好完全反应，无气体剩余NO过量，剩余NO【特别提醒】（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。【例8】按图进行实验。试管中装有12mLNO，然后间歇而又缓慢地通入8mLO2，下列是有关最终状态的描述：①试管内气体呈棕色　②试管内气体呈无色　③试管内液面不变　④试管内液面上升　⑤试管内气体是O2　⑥试管内气体是NO，其中正确的是(　　)A．①③　　　　　　　　B．②④⑤C．②④⑥D．②③⑤【例9】将体积为(已换算成标准状况)的充满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吸收需要缓慢通入氧气，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）为了消除的污染，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______。1．将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积缩小为原来的一半，则原混合气体中N2和NO2的体积比是(　　)A．1∶1　　　　　　　　B．1∶2C．1∶3D．3∶12．一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的(　　)A.B.C.D.3.如图所示，相同条件下，两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体，分别倒置于水槽中，然后通过导管缓慢通入氧气，边通边慢慢摇动试管，直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散，则两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度之比为(　　)A．1∶1B．5∶7C．7∶5D．4∶34．将VmLNO和NO2的混合气体通过水吸收后，得到amL无色气体A，将此无色气体A与等体积O2混合，再通过水充分吸收后，收集到5mL无色气体B。试回答：（1）A气体是________，B气体是________。（2）A气体的体积是________。5．如图所示，向盛有3.0mLNO的试管中缓缓通入1.5mLO2(所有气体体积均在标准状况下测定)。 试回答下列问题。（1）写出观察到的现象(可不写满，也可补充)：①_______________________________________________________________________。②_______________________________________________________________________。③_______________________________________________________________________。（2）最终试管中剩余的气体是______________，其体积为________。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3．下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是（）①N2→NO2②NO2→NO③NO2→HNO3④N2→NO⑤N2→NH3A．①B．②⑤C．④D．③④4．下列关于氮的氧化物的说法中，正确的是(　　)A．氮的氧化物都是酸性氧化物B．氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性C．NO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物D．NO和NO2均有毒5．氮元素在海洋中的循环是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用下图表示。下列关于海洋氮循环的说法正确的是(　　)A．海洋中的氮循环起始于氮的氧化B．海洋中的氮循环属于固氮作用的是③C．海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与D．向海洋中排放含NO的废水会影响海洋中NH的含量6．如图所示，两个连通容器用活塞分开，左右两室各充入一定量NO和O2，且恰好使两容器内气体密度相同，打开活塞，使NO与O2充分反应，最终容器内混合气体密度比原来(　　)A．增大　　　　　　　　B．减小C．不变D．无法确定7.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，试管内残留体积的气体，该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为(　　)A．3∶2B．2∶3C．8∶3D．3∶88．将充有mmLNO和nmLNO2气体的试管倒立于水槽中，然后通入mmLO2，若已知m<n，则充分反应后，试管中的气体在同温同压下的体积为(　　)A.mLB.mLC.mLD．3(n－m)mL 9．汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是(　　)A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应D．催化转化的总反应为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N210．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_________________________________________________。（3）NO2易溶于水，并和水发生化学反应。该反应中，氧化剂是________。（4）化合物A的化学式是________。（5）治理汽车尾气的一种方法是用催化剂使NO与CO发生反应：2NO＋2CO2CO2＋N2。当生成2molN2时，被还原的NO为________mol。11．利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如图。已知：4NO2＋2Ca(OH)2===Ca(NO3)2＋Ca(NO2)2＋2H2ONO＋NO2＋Ca(OH)2===Ca(NO2)2＋H2O（1）用化学方程式表示工业生产硝酸产生NO尾气的原因________________________。（2）上述工艺中采用气—液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入，石灰乳从吸收塔顶喷淋)，其目的是______________________；滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是________(填化学式)。（3）该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，则会导致___________________________________________；若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，则会导致________________________________________。 （4）生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为______________________________________________。12．某研究性学习小组的一个课题是“NO2能否支持木条燃烧”，由于实验室中没有现成的NO2气体，该小组的同学设计了两个方案(忽略N2O4的存在，图中铁架台等夹持仪器均已略去)。已知浓硝酸受热分解、金属和浓硝酸反应的方程式分别为4HNO3(浓)4NO2↑＋O2↑＋2H2O、Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2H2O＋2NO2↑。Ⅰ.实验装置如图1所示。实验开始后木条上的火星逐渐熄灭，有的同学得出“NO2不能支持木条燃烧”的结论。你认为这一结论________(填“正确”或“错误”)，理由是___________________________________________________________________________________________________________________________________。Ⅱ.实验装置如图2所示。（1）硝酸铜固体受热分解的产物有氧化铜、二氧化氮和氧气，该反应的化学方程式是________________________________________________________________________。（2）当集气瓶中充满红棕色气体时，木条复燃了，有的同学得出“NO2能支持木条燃烧”的结论。你认为这一结论________(填“正确”或“错误”)，理由是_______________________________________________________________________________________________________________。Ⅲ.为了更直接说明“NO2能否支持木条燃烧”这一问题，请重新设计一个简单的实验方案，并简述实验原理和主要操作____________________________________________________________________________。13．如图所示：在B水槽中装有500mL水，容积为amL的试管A充满了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中可能观察到的现象是_______________________________________________________________________。 （3）当试管A中充满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)。