高中化学必修2 第03讲 氮气、一氧化氮、二氧化氮新学生版）

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  一、氮元素的“位——构——性”元素位置原子结构元素性质第三周期第VA族不容易得失电子，一般通过共用电子对与其他原子结合主要化合价：_______________________ 二、氮元素的存在形式 三、自然界中氮的循环四、氮气的物理性质和化学性质物理性质氮气是一种无色无味的气体，难溶于水，密度与空气相近。化学性质  思考与交流：镁条在空气中燃烧，固体产物有几种？  五、氮的固定1．概念：把空气中游离态的氮转变为氮的化合物的过程。2．分类：（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，或豆科植物根瘤菌将氮气转化为氨。（2）人工固氮：如工业合成氨。 氮气的性质【例1】下列关于氮气的叙述，正确的是（    ）A．氮气性质稳定，即使在高温下也很难跟其他物质发生反应            B．氮气比空气轻，且不溶于水 C．氮气无氧化性，也无还原性，不跟其他物质反应       D．氮气可与许多物质发生化学反应，所以氮气的化学性质活泼 氮的循环【例2】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，下列关于海洋中氮循环的说法不正确的是（    ）A．海洋中的氮循环属于固氮作用的是②B．海洋中的氮循环起始于氮的氧化C．②中的含氮物质转化属于氮的固定化作用D．向海洋排放含的废水会影响海洋中的含量 氮的固定【例3】下列不属于氮的固定的变化是________；属于人工固氮的是_______。（填序号）①豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为氨   ②氮气和氧气在放电条件下生成NO ③工业上用氨和二氧化碳合成尿素      ④分离液态空气制氮气   ⑤工业合成氨 【变3】自然界中时刻存在着氮气的转化。实现氮气按照一定方向转化一直是科学领域研究的重要课题，如图为N2分子在催化剂的作用下发生的一系列转化示意图。下列叙述正确的是（    ）A．N2→NH3，NH3→NO均属于氮的固定B．在催化剂a作用下，N2发生了氧化反应C．催化剂a、b表面均发生了极性共价键的断裂D．使用催化剂a、b均可以提高单位时间内生成物的产量  一、NO、NO2的性质 NONO2物理性质无色、有毒气体、不溶于水________色、有刺激性气味、有毒气体、易溶于水化学性质常温下易与O2反应：_________________________①与水反应，制硝酸：_____________________________②自身化合：2NO2N2O4  思考与交流  资料卡片——光化学烟雾  资料卡片——NO、NO2的氧化性  实验探究——NO2溶于水  思考与交流 一氧化氮和二氧化氮的性质【例4】某无色混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将此混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色。下列对于原混合气体成分的判断中正确的是（    ）
A．肯定有SO2、O2和NO B．肯定没有Cl2、O2和NO2
C．可能有Cl2和O2 D．肯定只有NO 【变4-1】无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种，将一定量的甲气体经过如图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为（     ）A．NO2、N2 B．NO、CO2C．NO2、CO2 D．NO、CO2、N2 【变4-2】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 二氧化氮的性质探究实验【例5】某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应，特进行如下实验（如下图所示）。            图1             图2             图3（1）图1两集气瓶中________（填“上”或“下”）瓶颜色深。（2）图2中反应的现象是_______________________________。（3）图3中“有红棕色气体产生”说明NO2和SO2反应的产物中有____，NO2在该反应中显_______性。（4）由图2和图3中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式：__________。 【例6】某课外活动小组欲探究镁与NO2的反应。已知镁与CO2的反应为2Mg+CO22MgO+C（1）该小组类比Mg与CO2的反应对Mg与NO2的反应进行猜测，写出Mg与NO2反应的化学方程式：____________________________。（2）该小组设计如下实验验证上述猜测，实验装置（用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸）如图所示。资料信息：2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O ①装置A中的试剂是____________。②干燥管和装置B的作用分别是___________________、_________________。③正确的实验操作步骤是______。a．通入NO2   b．打开弹簧夹c．点燃酒精灯  d．当硬质玻璃管充满红棕色气体后，关闭弹簧夹二氧化氮与水的反应【例7】四支试管中分别充满NO、SO2、NO2、Cl2中的一种，把它们分别倒立于盛有水的水槽中，充分放置后的现象如图所示。其中原试管充满NO2的是（    ）ABCD 【变7-1】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，试管内完全被水充满，原来试管中盛装的不可能是（    ）A．NO与NO2的混合气体 B．O2与NO2的混合气体C．N2与NO2的混合气体 D．NO2一种气体 【变7-2】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，则两个试管内溶质物质的量浓度之比为（    ）A．1∶1 B．5∶7 C．7∶5 D．4∶3 【例8】如图所示：在B水槽中装有500 mL水，容积为a mL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0.5a mL。（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0.5a mL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500 mL)。【变8-1】有一充有20 mL NO2和O2混合气体的试管，倒置于盛有水的水槽中，充分反应后，仍有10 mL无色气体，则原混合气体中NO2与O2体积比为（气体体积均在相同状况下测得）（    ） A．2∶3 B．3∶2 C．3∶1 D．2∶5 【变8-2】有一个倒置于水槽且装满水的容器，依次通入一定体积的NO2、NO、O2，充分反应后容器中仍充满溶液，则通入的NO2、NO、O2的体积比可能是____________。①1:1:1 ②4:3:2 ③4:16:13 ④4:3:4 【变8-3】将V mL NO和NO2的混合气体通过水吸收后，得到无色气体A。将此无色气体A与等体积的O2通入水中充分吸收后，得到5 mL无色气体B，下列说法不正确的是(    )A．A气体是NO，B气体是O2B．A气体的体积是20 mLC．V的取值范围是20 mL＜V＜60 mLD．将盛有体积比为4:1 NO2和O2的混合气体的烧瓶倒立于水槽中充分反应后，烧瓶中所得溶液的物质的量浓度为mol/L 氮氧化合物的尾气处理问题【例9】汽车尾气(含CO2、N2、CO、SO2、NOx等)是城市空气的污染源之一；（1）汽车尾气对环境的危害主要有温室效应、雾霾、___________ 、___________等。（2）在汽车的排气管上安装一个“催化转化器”，可将尾气中的CO和NO转化为参与大气循环的气体和无毒的气体，该反应的化学方程式为___________；但使用“催化转化器”的缺点是一定程度提高了空气的酸度，其原因是___________。（3）在一定条件下，NH3可将NOx转化为无污染的物质。写出NH3与NO2在一定条件下反应的化学方程式：___________。（4）NOx储存还原技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下NOx的排放。如图所示NOx的储存和还原在不同时段交替进行。通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原。储存时，部分NO发生反应的化学方程式为___________；储存NOx的物质是___________。 还原性尾气CO与Ba(NO3)2反应生成N2的化学方程式是___________。【练1】下列关于N2的叙述错误的是（    ）A．N2既可作氧化剂又可作还原剂B．雷雨天，空气中的N2和O2可反应生成NOC．氮的固定是将N2转化成含氮化合物的过程D．氮气的化学性质比较活泼，通常情况下可以与很多物质发生反应 【练2】如图所示的转化关系中，不能一步实现的是（    ）A．① B．② C．③ D．④ 【练3】雷雨天N2会发生一系列的反应，电闪雷鸣的雨天，一般不可能生成的是（    ）A．NH3 B．HNO3 C．NO2 D．NO 【练4】下列反应中，起到氮的固定作用的是（    ）A．N2和H2在一定条件下反应生成NH3B．NO与O2反应生成NO2C．NH3经催化氧化生成NOD．由NH3制碳酸铵和硫酸铵 【练5】水与下列物质反应时，水表现出还原性的是（    ）A．Na B．Na2O2 C．F2 D．NO2 【练6】在汽车尾气净化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示：下列说法不正确的是（    ）A．该转化过程中有3种元素的化合价发生变化B．NO 和O2必须在催化剂表面才能反应C．该装置将有毒的NO和CO转化为无毒的CO2和N2D．该催化转化的总反应方程式为：2NO+O2+4CO4CO2+N2 【练7】将盛有60mLN2、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30mL，则原气体中N2、NO2的体积分别是（    ）A．15mL 45mI B．45mL 15ml C．20mL 40mL D．40ml 20ml 【练8】在同温同压下，将充有等体积混合而成的四组气体：①NO2+O2；②NO2+NO；③HCl+N2；④SO2+O2，分别通入体积相同的试管，并立即倒立于水槽中，如图所示，待试管内液面稳定后，剩余气体体积依次V1、V2、V3、V4，则剩余气体体积最多的是（    ）A．V1 B．V2 C．V3 D．V4 【练9】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的体积是___________ 【练10】研究NO2等大气污染气体的处理具有重要意义。（1）NO2可用水吸收，相应的化学反应方程式为______________________________________。 （2）治理汽车尾气中NO和CO的一种方法是：在汽车的排气管上装一个人催化转化装置，使NO和CO反应，生成CO2和N2。反应的方程式是：___________________________________________________________。（3）催化剂存在下，NH3可用来消除NO的污染，生成两种对环境无害的物质，写出反应的化学方程式：______________________________________；该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为_____________。（4）假设NO和NO2物质的量之比恰好为1∶1，则两者的混合物相当于一种酸酐，写出由烧碱溶液吸收这种酸酐的化学方程式______________________________________________________。    【练11】氮氧化合物和二氧化硫是引起雾霾重要物质，工业用多种方法来治理。某种综合处理含NH废水和工业废气(主要含NO、CO、CO2、SO2、N2)的流程如图：已知：NO＋NO2＋2NaOH＝2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOH＝NaNO3＋NaNO2＋H2O(1)NO是_______色的气体，_______(填“易”或“难”)溶于水；NO在空气中很容易被氧化成NO2，NO2能与水发生化学反应，写出NO2与水反应的化学方程式为___________________。(2)SO2造成的一种常见的环境污染为_______。(3)固体1的主要成分有Ca(OH)2、_______、_______(填化学式)。(4)用NaNO2溶液处理含NH废水反应的离子方程式为_________________________。(5)捕获剂捕获的气体主要是_______(填化学式)。(6)流程中生成的NaNO2因外观和食盐相似，又有咸味，容易使人误食中毒。已知NaNO2能发生如下反应： 2NaNO2＋4HI＝2NO↑＋I2＋2NaI＋2H2O，I2可以使淀粉溶液变蓝。根据上述反应，选择生活中常见的物质和有关试剂进行实验，以鉴别NaNO2和NaCl固体。需选用的物质是_______(填序号)。①水  ②淀粉碘化钾试纸  ③淀粉  ④白酒  ⑤白醋