2022高考化学第4章非金属及其化合物第4节氮及其重要化合物考点1氮气及其常见氧化物讲与练含解析

非金属及其化合物李仕才考点一　氮气及其常见氧化物1．氮元素在自然界中的存在及氮的固定2．氮气(1)分子式：N2，电子式：N⋮⋮N，结构式：N≡N。(2)物理性质：无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水，熔点、沸点很低。(3)化学性质11\n①与氧气反应：N2＋O22NO(导致汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮)；②与氢气反应：N2＋3H22NH3(工业合成氨的反应原理)；③与Mg反应：3Mg＋N2Mg3N2。3．氮的氧化物(1)氮的氧化物氮有多种价态的氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。(2)NO和NO2性质的比较11\n判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．NO2溶于水时生成HNO3，故NO2是硝酸的酸酐。(　×　)2．CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在。(　×　)3．NO2溶于水时发生氧化还原反应。(　√　)4．NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象。(　×　)5．NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂，二者的物质的量之比为3∶1。(　×　)6．溴蒸气和NO2都为红棕色气体用湿润的淀粉－KI试纸可以鉴别。(　×　)7．标准状况下，6.72LNO2与水充分反应转移的电子数目为0.1NA。(　×　)8．制二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气。(　×　)11\n1．氮的氧化物都有毒，其中NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46，也没有纯净NO2和N2O4气体。2．验证某无色气体是NO的方法是让无色气体接触氧气或空气，无色气体变为红棕色。3．NO2、NO可用碱液处理，如NaOH溶液吸收原理为NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。4．NO2虽然与水反应生成HNO3，但不是硝酸的酸酐。NO2既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。如NO2能使湿润的淀粉－碘化钾试纸变蓝：2NO2＋2KI===2KNO2＋I2。5．鉴别NO2和溴蒸气常用①AgNO3溶液、②H2O、③CCl4。一、氮及其氧化物的性质及其对环境的影响1．关于氮的变化关系图如图：则下列说法不正确的是(　　)A．路线①②③是工业生产硝酸的主要途径B．路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径C．上述所有反应都是氧化还原反应D．上述反应中只有③属于氮的固定解析：工业上生产硝酸的流程是氮气和氢气生成氨气，氨气与氧气反应4NH3＋5O211\n4NO＋6H2O路线①，一氧化氮与氧气反应2NO＋O2===2NO2路线②，二氧化氮被水吸收3NO2＋H2O===2HNO3＋NO路线③，路线①②③是工业生产硝酸的主要途径，A正确；在放电条件下，氮气和氧气发生化合反应：N2＋O22NO路线Ⅰ；NO不稳定，易被氧气氧化为二氧化氮：2NO＋O2===2NO2路线Ⅱ，二氧化氮溶于水生成硝酸：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO路线Ⅲ，B正确；从氮的变化关系图可知：N从N2(0价)→NO(＋2价)→NO2(＋4价)→HNO3(＋5价)，都是氧化还原反应，C正确；上述反应中空气中的氮气转变为含氮化合物，符合氮的固定的定义，属于氮的固定，②③含氮化合物转变为其他物质，是氮的化合物之间的转化，不是氮的固定，D错误。答案：D2．下列说法正确的是(　　)A．CO、NO、NO2都是大气污染物，在空气中都能稳定存在B．NO可用于某些疾病的治疗C．NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象D．NO是一种红棕色气体解析：NO易被氧化为NO2；NO2通入溶液中生成HNO3，能把Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液由浅绿色变成棕黄色；NO为无色气体。答案：B3．随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。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．催化转化总化学方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2解析：反应过程中NO、O2为氧化剂，N2为还原产物；汽车尾气中的N2不是污染物；NO和O2的反应不需要催化剂；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：2NO＋O2===2NO2,2NO2＋4CO===N2＋4CO2，将两步反应式合并可得总化学方程式为2NO＋O2＋4CO11\n4CO2＋N2。答案：D4．已知化学反应：①2NO＋2CON2＋2CO2，②NO2＋SO2NO＋SO3。下列说法正确的是(　　)A．反应①可用于汽车尾气处理，NO是还原剂，CO2是氧化产物B．反应②是非氧化还原反应，反应前后气体分子总数不变C．反应②中，NO2的氧化性比SO2的氧化性强D．利用上述两反应处理尾气，能达到保护环境要求解析：反应①中N元素的化合价由＋2价降为0，被还原作氧化剂，A错误；反应②中，N、S元素的化合价均发生了变化，为氧化还原反应，B错误；反应②中的产物NO、SO3均是污染物，D错误。答案：C5．下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是(　　)①N2→NO2　②NO2→NO　③NO2→HNO3　④N2→NO⑤N2→NH3A．①　　　　B．②⑤　　　C．④　　　　D．③④解析：本题有两个要求：(1)必须加入氧化剂；(2)一步反应就能完成。反应①、③、④从化合价角度来看都升高，但反应①N2→NO2不能一步反应完成；而反应③NO2→HNO3，虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能实现，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必须加入氧化剂且一步反应就能完成。答案：C二、氮及其氧化物的简单计算6．已知氮的氧化物跟NaOH溶液发生的化学反应如下：3NO2＋2NaOH===2NaNO3＋NO＋H2O；NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O；现有mmolNO2和nmolNO组成的混合气体，要用NaOH溶液使其被完全吸收无气体剩余，现有浓度为amol·L－1的NaOH溶液，则需此NaOH溶液的体积为(　　)A.LB.LC.LD.L解析：生成物不论是硝酸钠还是亚硝酸钠，根据原子守恒可知氢氧化钠的物质的量就是NO2和NO的物质的量之和，则氢氧化钠是(m＋n)mol，则氢氧化钠溶液的体积为(m＋n)/aL。答案：C11\n7．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，试管内完全被水充满，原来试管中盛装的气体是(　　)A．可能是N2与NO2的混合气体B．只能是O2与NO2的混合气体C．可能是NO与NO2的混合气体D．只能是NO2一种气体解析：解答本题要注意以下两点：(1)明确氮气不溶于水，且常温下不与O2发生化学反应；(2)NO2可与水反应生成不溶于水的NO，NO2和NO分别与氧气按适当的比例可被水完全吸收。答案：C8．氮的氧化物(用NOx表示)是大气污染物，必须进行处理。(1)汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。①汽车尾气中的CO来自于_____________________________，NO来自于___________________________________________。汽车尾气对环境的危害主要有________________________________________________________________________(至少填两种)。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，反应的化学方程式可表示为___________________________________________。(2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知：4NH3＋6NO5N2＋6H2O,8NH3＋6NO27N2＋12H2O。同温同压下，3.5LNH3恰好将3.0LNO和NO2的混合气体完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的体积之比是________。(3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理，若NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后得到一种钠盐，该钠盐的化学式是________。11\n解析：(1)①汽车汽缸内不断进行着汽油的燃烧反应，当空气不足时，汽油不完全燃烧，会产生CO；当空气过量时，N2和O2在放电或高温条件下反应生成NO。汽车尾气对环境的危害很大，可以形成硝酸型酸雨，导致光化学烟雾，产生温室效应。②CO、NOx反应后生成的无毒气体为CO2和N2。(2)V(NO)＋V(NO2)＝3.0L，V(NO)＋V(NO2)＝3.5L，则V(NO)＝0.75L，V(NO2)＝2.25L，V(NO)∶V(NO2)＝1∶3。(3)NO中氮的化合价为＋2价，NO2中氮的化合物为＋4价，二者1∶1混合时与NaOH反应生成盐的化合价必然为＋3价，即为NaNO2。答案：(1)①汽油的不完全燃烧　N2与O2在汽车汽缸内的高温环境下的反应　形成酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应(任写两种即可)②2xCO＋2NOx2xCO2＋N2(2)1∶3　(3)NaNO2氮的氧化物溶于水的计算一、原理解答氮氧化物溶于水的计算问题首先明确原理，无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,2NO＋O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。二、方法氮的氧化物与O2、H2O反应的计算，常见的有三种方法1加合式法(1)NO2和O2混合气体溶于水的计算由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知：V(NO2)∶V(O2)(2)NO与O2同时通入水中2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO总的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可知：V(NO)∶V(O2)(3)NO2、NO、O2三种混合气体通入水中：①可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。②也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情况处理。2原子守恒法4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，都与N2O5＋H2O===2HNO311\n等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。n(N)∶n(O)3电子守恒法NO与O2的混合气体通入水中发生反应：2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在这当中，存在着NO向NO2转化、NO2向HNO3转化的同时又生成NO的循环反应。但总体来讲，NO→HNO3，N的化合价升高是由于被O2氧化，因此可写出在氧化还原反应中得失电子数必然相等。1．将盛有12mLNO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2mL无色气体，则原混合气体中O2的体积和剩余的2mL气体分别是(　　)A．1.2mL，NO　B．2.4mL，O2C．3.5mL，O2D．4mL，NO解析：解题依据的化学反应原理：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。设O2的体积为x，剩余的气体有两种可能：①若剩O2，则V剩＝x－(12mL－x)＝2mL，解得x＝4mL，B、C错误；②若剩NO，则V剩＝[(12mL－x)－4x]＝2mL，解得x＝1.2mL，D错误，A正确。答案：A2．如图，同温同压下，反应完全后有氧气剩余的是(　　)11\nA．试管通入了40mLNO2和10mLO2B．试管通入了40mLNO和10mLO2C．试管通入了40mLNO、10mLNO2和10mLO2D．试管通入了10mLNO、20mLNO2和20mLO2解析：A项，n(N)∶n(O)＝4∶10，恰好完全反应；B项，n(N)∶n(O)＝4∶6，剩余气体为NO；C项，n(N)∶n(O)＝5∶8，剩余气体为NO；D项，n(N)∶n(O)＝3∶9，剩余气体为O2。答案：D3．室温时，在容积为amL的试管中充满NO2气体，然后倒置在水中至管内水面不再上升时为止；再通入bmLO2，则管内液面又继续上升，测得试管内最后剩余气体为cmL，且该气体不支持燃烧。则a、b、c的关系是(　　)A．a＝4b＋3cB．a＝4b＋cC．a∶b＝4∶1D．a∶b＝4∶3解析：剩余气体不支持燃烧，故为NO气体，即相当于NO2与O2混合作用于水时剩余3cmLNO2，4NO2＋O2＋2H2O===4HNO34　　　1(a－3c)b则4∶1＝(a－3c)∶b整理得a＝4b＋3c。答案：A4．将充有amLNO和bmLNO2气体的试管倒立于水槽中，然后通入amLO2。气体体积均在同温同压下测定，且b>a，则充分反应后，试管中气体在同温同压下的体积为(　　)A.mL　B.mL　C.mL　D.mL解析：已知反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3,4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3；由这两个反应可得NO＋NO2＋O2＋H2O===2HNO3，b>a，则同温同压下反应中NO2过量(b－a)mL，而过量的NO2与水反应生成mLNO。11\n答案：A5．同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NH3和N2。将3支试管均倒置于盛水的水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是(　　)A．V1>V2>V3B．V1>V3>V2C．V2>V3>V1D．V3>V1>V2解析：设各种气体的体积都为1体积。①根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，即剩余NO体积V1＝体积。②根据4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，即剩余O2体积V2＝体积。③剩余N2体积V3＝1体积。即B项符合题意。答案：B11