高考一轮复习第十课第1节：氮及其氧化物学案

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一、知识介绍
1.氮——重要的非金属元素
(1)氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族，氮元素的非金属性比氧元素弱，比碳元素强，硝酸的酸性比磷酸强。
(2)氮元素原子最外层有5个电子，氮原子很难得失电子形成离子键，一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。
(3)氮元素在自然界中的存在
①游离态：主要以氮分子的形式存在于空气中。
②化合态：部分存在于动植物体内的蛋白质中；部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
2.氮气
(1)氮分子内两个氮原子间以共价三键(N≡N)结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下很难与其他物质发生化学反应。
(2)写出氮气与下列物质反应的化学方程式：
①金属镁：N2＋3Mgeq \(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2，氮气表现氧化性；
②氢气：N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3，氮气表现氧化性；
③氧气：N2＋O2eq \(=======,\s\up7(放电或高温))2NO，氮气表现还原性。
3.氮的固定
氮的固定—eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(概念：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程,分类\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(自然固氮\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(高能固氮如雷雨天气N2转化为NO,生物固氮如豆科植物的根瘤菌固氮)),人工固氮\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(合成氨工业上合成氨,仿生固氮某些金属有机化合物, 可起到根瘤菌的作用))))))
4.氮在自然界中的循环如下图所示。
■
氮的氧化物
1．氮有多种价态的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。
2．NO和NO2的比较
3．氮氧化物对环境的污染和防治
（1）氮的氧化物都是有毒气体，都是大气污染物。
（2）空气中的NO2等是造成光化学烟雾的主要因素。
（3）空气中的NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂的废气等。
（4）污染的种类
（5）常见的NOx尾气处理方法
①碱液吸收法：NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。
2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O
NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
②催化转化：在催化剂、一定温度下，NOx可与氨反应转化为无毒气体(N2)和H2O或与CO反应转化为无毒气体（N2和CO2）。一般适用于汽车尾气的处理。
反应方程式为
①4NH3＋6NO5N2＋6H2O；
②8NH3＋6NO27N2＋12H2O；
③2NO＋2CON2＋2CO2；
④2NO2＋4CON2＋4CO2。
技巧■有关氮的氧化物溶于水的计算，从反应实质看都是氧化还原反应。可以从得失电子数相等或原子守恒的角度分析，简化计算过程。如NOx与O2、H2O转化为硝酸的计算，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。
NO2和NO有如下反应：
3NO2+H2O===2HNO3+NO ①
2NO+O2===2NO2 ②
4NO2+O2+2H2O===4HNO3 ③
4NO+3O2+2H2O===4HNO3 ④
（1）NO和NO2的混合气体
NO、NO2的混合气体溶于水时仅涉及反应①，可利用气体体积变化差值进行计算：V剩=V(NO)原+V(NO2)。
（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，其计算如下表：
（3）NO和O2的混合气体
NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④，其计算如下表：
探究讨论
1.为证明铜丝与稀硝酸反应生成的确实是NO，某同学设计了一套装置(如图1所示)，有关该实验叙述不正确的是
A．为保证实验效果，反应开始前，稀硝酸可加到与两侧胶塞相平的位置。
B．利用该装置可控制反应随时停止或继续反应
C．生成的气体可利用图2装置来收集
D．长玻璃管的作用可防止稀硝酸溢出
【答案】C
【解析】A. 为保证实验效果，反应开始前，稀硝酸要加到与两侧胶塞相平的位置，目的是排出空气，防止氧气干扰实验，A正确；B. 关闭活塞后，反应产生的气体可使固液分离，反应停止，打开活塞后，固液又可接触反应，故利用该装置可控制反应随时停止或继续反应，B正确；C.图2装置是洗气装置，不能用来收集气体，C不正确；D. 长玻璃管的作用可防止稀硝酸溢出，D正确。本题选C。
2.现有NO2、O2的混合气体12 mL，通入足量水中，充分反应后逸出气体2 mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积是
A．4.8 mL B．2.4 mL
C．3 mL D．4 mL或1.2 mL
【答案】D
【解析】根据有关的反应：4NO2+O2+2H2O===4HNO3，3NO2+H2O===2HNO3+NO，设原混合气体中O2的体积为V(O2)，剩余气体可能是O2，也可能是NO。①若剩余O2，则V剩=V(O2)−[12 mL−V(O2)]=2 mL，解得V(O2)=4 mL。②若剩余NO，则V剩= [12 mL−V(O2)−4V(O2)]=2 mL，解得V(O2)=1.2 mL。
3.在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为
①1.2 mL ②2.4 mL ③3 mL ④4 mL
A．①②B．②③C．③④D．①④
【解析】混合气体通入水中，涉及的反应有①4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。若12 mL全部为NO2，发生反应②，剩余气体4 mL大于实际剩余气体2 mL，故剩余气体为NO或O2。若剩余的气体是O2，则V(NO2)＝eq \f(4,5)×(12－2)mL＝8 mL，V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。若剩余的气体是NO(2 mL)⇒6 mL NO2，则V(O2)＝eq \f(1,5)×(12－6)mL＝1.2 mL。
【答案】D
好题精做
1．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+O22NO，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
D．在反应3Mg+N2Mg3N2中，N2作氧化剂
2．(广东省汕头市金山中学2017−2018学年高一下学期期中考试)下列关于NO的说法正确的是
A．为红棕色气体
B．只有氧化性
C．是汽车尾气的有害成分之一
D．易溶于水生成HNO3
3．以下非金属氧化物与其引起的环境问题及主要来源对应正确的是
4．下列关于NO的叙述正确的是
A．NO是一种红棕色的气体
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．NO易溶于水，不能用排水法收集
5．(云南省曲靖市麒麟高中2017−2018学年下学期期末考试)化学与环境密切相关，下列有关说法错误的是
A．NO2、NO含氮氧化物是光化学烟雾的主要污染物
B．对酸性物质的排放加以控制，开发新清洁能源是减少酸雨的有效措施
C．CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成
D．大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧
6．运载火箭的推进剂引燃后，尾部喷出大量高温气体。该气体主要成分是CO2、H2O、N2、NO等，在发射现场可看到火箭尾部产生大量红棕色气体，其原因是
A．高温下N2遇空气生成NO2
B．NO遇空气生成NO2
C．CO2与NO反应生成CO和NO2
D．NO与H2O反应生成H2和NO2
7．如图所示，室温下向盛有30 mL NO的试管中缓缓通入15 mL O2(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：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
(2)最终试管中剩余的气体是________，体积为________。
8．(黑龙江省鹤岗市第一中学2019届高三上学期第一次月考)除去下列物质中含有的少量杂质(括号中的物质)的方法中错误的是
A．H2(HCl):通过水洗涤
B．NO2(NO):通入过量氧气
C．NO(NH3):通过水洗涤
D．NH4Cl溶液(I2):用CC14萃取并分液
9．(山东省淄博市淄川中学2019届高三上学期开学考试)下列化学事实及其解释都正确的是
A．NO2与水反应，NO2作还原剂，水作氧化剂
B．某溶液中含有大量的NO3−，该溶液中一定不存在大量的Fe2+
C．闪电时，空气中的N2和O2可直接化合生成NO2
D．除去NO中混有少量NO2气体时，可以用水洗涤后再干燥
10．关于二氧化硫和二氧化氮叙述正确的是
A．两种气体都是无色有毒的气体，且都可用水吸收以消除对空气的污染
B．二氧化硫与过量的二氧化氮混合后通入水中能得到两种常用的强酸
C．两种气体都具有强氧化性，因此都能够使品红溶液退色
D．两种气体溶于水都可以与水反应，且只生成相应的酸
11．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NO
B．肯定没有O2和NO2，可能有Cl2
C．可能有Cl2和O2
D．肯定只有NO
12．(辽宁省实验中学2017−2018学年高一上学期期中考试)如图所示，室温下的两个连通容器用活塞分开，左右两室体积相同，左室充入一定量NO，右室充入一定量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，反应如下：2NO+O2=2NO2。下列判断正确的是(不考虑NO2转化为N2O4)
A．反应前后左室的压强相同
B．开始时左右两室中的分子数相同
C．反应后容器内的密度与反应前的相同
D．反应后容器内无O2存在
答案
1．【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。
2．【答案】C
【解析】NO为无色无味气体，A项错误；NO中的氮元素为+2价，既可以升高，也可以降低，故NO既有氧化性，也有还原性，B项错误；NO是汽车尾气的有害成分之一，C项正确；NO难溶于水的有毒气体，D项错误。
3．【答案】C
【解析】破坏臭氧层的是氟利昂；导致温室效应的气体是CO2、CH4；造成光化学烟雾的气体是氮氧化物和碳氢化合物；CO有毒，能使人中毒，造成酸雨的是SO2和氮氧化物。
4．【答案】C
【解析】NO是一种无色难溶于水的气体，可以用排水法收集。常温常压下，NO容易与氧气直接化合生成NO2。
5．【答案】C
【解析】A．N的氧化物可导致光化学烟雾发生，则NO2、NO含氮氧化物是光化学烟雾的主要污染物，A正确；B．二氧化硫可导致酸雨发生，为减少酸雨发生，酸性物质的排放加以控制，开发新清洁能源是减少酸雨的有效措施，B正确；C．溶解CO2的雨水为正常雨水，而NO2或SO2都会导致酸雨的形成，C错误；D．二氧化碳过量排放可导致全球温度升高，则CO2含量的增加会导致温室效应加剧，D正确；答案选C。
6．【答案】B
【解析】NO遇到O2生成红棕色的NO2，B项正确。
7．【答案】(1)①通入O2后试管内气体变为红棕色 ②试管内液面升高 ③最后试管内变成无色
(2)NO 10 mL
【解析】通入的O2与NO发生反应生成NO2：2NO+O2===2NO2，所以看到有红棕色气体生成；生成的NO2溶于水：3NO2+H2O===2HNO3+NO。两个反应的总方程式为：4NO+3O2+2H2O===4HNO3。气体被消耗，所以看到试管内液面上升。根据总反应方程式可以计算出，氧气全部反应，剩余NO的体积是1.0 mL，NO为无色气体，这时为可观察到的第三个现象。
8．【答案】B
【解析】A．HCl极易溶于水，而氢气不能，则通过水洗涤可除杂，故A正确；B．通入过量氧气，会引入新杂质氧气，故B错误；C．氨气极易溶于水，而NO不能，则通过水洗涤可除杂，故C正确；D．碘易溶于四氯化碳，而氯化铵不能，则用CCl4萃取可分离，故D正确；故选B。学科~网
9．【答案】D
【解析】A、NO2与H2O反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，NO2既是氧化剂又是还原剂，H2O既不是氧化剂又不是还原剂，故A错误；B、Fe2+和NO3−能够大量共存，但在酸性溶液中不能大量共存，故B错误；C、闪电时，N2和O2发生反应生成NO，故C错误；D、NO2能与水反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，而NO不溶于水，也不能与水反应，故D正确。
10．【答案】B
【解析】二氧化氮跟水反应，生成硝酸和一氧化氮，二氧化硫溶于水生成亚硫酸，硝酸氧化亚硫酸生成硫酸，B项正确。
11．【答案】A
【解析】由于混合气体无色，所以没有Cl2、NO2；通入品红溶液后，品红褪色，则气体中有SO2；剩余气体排入空气中变为红棕色，说明混合气体中含有NO，没有O2，因为NO、O2不共存。
12．【答案】C
【解析】由左右两室体积相同，两容器内气体密度相同可知，两容器中气体的质量一定相等，再结合n=m/M可知NO和O2的物质的量之比为32 g/ml:30 g/ml=16:15；A、发生2NO+O2===2NO2，反应后气体的总的物质的量减少，均匀充满左右两室，故反应后左室的气体物质的量要减小，故压强减小，故A错误；B、NO和O2的物质的量之比为16:15，气体分子数目之比等于物质的量之比，开始时左右两室分子数不相同，故B错误；C、反应后气体的总质量为原来一氧化氮与氧气质量之和，为氧气质量的2倍，体积为左右两室的体积之和，为右室的2倍，故密度不变，故C正确；D、NO和O2的物质的量之比为16:15，发生反应：2NO+O2===2NO2，O2过量，故最终容器内有O2存在，故D错误。故选C。
NO
NO2
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶于水
与O2反应
2NO＋O2===2NO2
与H2O反应
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
实验室制法
3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+ 2NO↑+4H2O，只能用排水法收集
Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，只能用排空气法收集
对人体、环境的影响
（1）与血红蛋白结合，使人中毒
（2）转化成NO2形成酸雨、光化学烟雾
形成酸雨、光化学烟雾
大气污染
光化学烟雾：NOx与碳氢化合物在紫外线作用下发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾
酸雨：NOx排入大气后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨水降到地面，就有可能形成酸雨
水体污染
水体富营养化
x=
0