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【同步讲义】高中化学（人教版2019）必修第二册--第04讲 氮气与氮的固定+一氧化氮和二氧化氮 讲义
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第04讲 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
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课程标准
课标解读
1．了解氮的固定及其类型，认识其在生产中的意义。
2．了解氮气的主要性质，认识合成氨在氮的循环及农业生产中的重要意义。
3．了解氮氧化物的主要性质。
1．能从物质类别和元素化合价的角度，预测氮气及氮的氧化物的性质及转化。
2．通过二氧化氮与水反应的实验探究，认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动。
知识精讲
知识点01 氮气与氮的固定
1．氮元素
（1）结构
①在元素周期表中的位置：第二周期、第ⅤA族
②氮原子结构示意图：
③构成物质：一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。
（2）自然存在：主要以氮分子的形式存在于空气中。
2．氮气
（1）结构：结构式为N≡N，电子式为。
（2）物理性质：无色、无味、难溶于水，密度与空气相近，约占空气体积的4/5。
（3）化学性质
①稳定性：通常情况下很稳定，难与其他物质反应，原因是氮氮三键键能很大。
②与氢气反应：N2+3H22NH3
③与氧气反应：N2+O22NO
④与金属镁反应：N2+3MgMg3N2
3．氮的固定
（1）含义：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。
（2）分类：
【即学即练1】下列叙述与氮的固定无关的是（ ）。
A．工业合成氨
B．工业上将氨转化为硝酸和其他含氮化合物
C．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为含氮化合物
D．电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气会与氧气发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
【解析】选B。氮的固定是指把空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。
知识点02 NO和NO2的性质
1．物理性质及毒性
（1）一氧化氮：无色无味气体，密度比空气略大，不溶于水，有毒。
（2）二氧化氮：红棕色气体，有刺激性气味，密度比空气大，易液化，易溶于水，有毒。
2．化学性质
（1）实验探究
实验步骤
①在一支50mL的注射器里充入20mLNO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。
②打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。
实验现象
无明显现象
气体变为红棕色，再振荡后气体又变为无色，同时注射器的活塞向内移动。
原因解释
NO不溶于水
NO与O2反应生成NO2，气体变为红棕色；振荡后NO2溶于水生成硝酸和NO，气体又变为无色，同时气体的总体积有所减小。
（2）NO和NO2的相互转化
①NO→NO2化学方程式：2NO+O22NO2
②NO2→NO化学方程式：3NO2+H2O2HNO3+NO
（3）对工业生产硝酸的启示：向吸收后的废气中再通入适量的空气，充分利用原料，并能减少NO的排放以保护环境。
【即学即练2】下列关于NO的说法中，正确的是（ ）。
A．红棕色气体
B．可用排空气法收集
C．可用排水法收集
D．相同状况下，密度比空气的小
【解析】选C。NO2为红棕色气体，NO为无色气体，A错误；NO易与氧气反应：2NO+O2＝2NO2，不能用排空气法，一般用排水法收集，B错误；NO难溶于水，可用排水法收集，C正确；NO的式量为30，大于空气的平均式量29，密度比空气大，D错误。
能力拓展
考法01 氮氧化物的性质及应用
【典例1】已知：Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O。某学校化学学习小组为探究二氧化氮的性质，按如图所示装置进行实验。请回答下列问题：
（1）装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是__________________。
（2）实验过程中，装置乙、丙中出现的现象分别是：______、______；装置丙中的试管内发生反应的离子方程式为__________________________。
（3）为了探究NO的还原性，可以在装置丁的导气管C中通入一种气体，通入的这种气体的名称是________。
（4）为了探究NO2的氧化性，取下装置丙中的试管D，在其中滴加FeSO4溶液，溶液变为______色，为了证明铁元素在该反应中的产物，可以再在溶液中滴加KSCN溶液，溶液变为______色。
【解析】（1）装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是分液漏斗；（2）铜和浓硝酸在装置甲中反应Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O，生成红棕色的二氧化氮气体进入乙装置，所以装置乙中出现的现象为生成红棕色气体；二氧化氮经导管进入丙装置和水反应3NO2+H2O2H++2NO3－+NO，所以装置丙中出现的现象蒸馏水中有气泡产生，生成无色气体；（3）因在常温下一氧化氮易被氧气氧化成红棕色的二氧化氮，所以为了探究NO的还原性，可以在装置丁的导气管C中通入氧气；（4）丙装置中的液体为二氧化氮和水反应生成的硝酸，NO2性具有氧化性，硫酸亚铁具有还原性，NO2可以将Fe2+氧化成Fe3+；铁离子和硫氰根离子反应Fe3++3SCNFe（SCN）3生成血红色的络合物，可证明三价铁离子的生成。
【答案】（1）分液漏斗
（2）生成红棕色气体；蒸馏水中有气泡产生，生成无色气体；3NO2+H2O2H++2NO3－+NO（3）氧气
（4）黄；红（或“血红”）
【知识拓展】氮氧化物的性质
1．NO和NO2性质的对比
NO
NO2
色、味、态
无色、无味气体
红棕色、有刺激性气味气体
毒性
有毒，大气污染物之一
有毒，大气污染物之一
水溶性
难溶
易溶且与水反应
与氧气反应
2NO+O2NO2
与水反应
3NO2+H2O2HNO3+NO
与氧气、水作用
4NO+3O2+2H2O4HNO3
4NO2+O2+2H2O4HNO3
氧化性
有氧化性，但通常表现强还原性
能氧化S2－、I－、Fe2+等离子，
NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝
2．二氧化氮与溴蒸气的鉴别方法
（1）水溶法：分别向盛有二氧化氮和溴蒸气的集气瓶中倒入适量的蒸馏水，振荡集气瓶使气体溶解，观察现象。若集气瓶中形成了无色溶液，被溶解的气体为NO2。若集气瓶中形成了橙色溶液，被溶解的气体为溴蒸气。
（2）硝酸银溶液试验法：将两种气体分别通入稀AgNO3溶液中，观察现象。若溶液中无明显现象，被检验的气体为NO2；若溶液中生成淡黄色沉淀，被检验的气体为溴蒸气。
（3）有机溶剂溶解：分别将两种气体通入汽油中，气体不溶解的为NO2，得到橙色溶液的原气体为溴蒸气。
【特别提醒】不能用湿润的KI－淀粉试纸检验，因为两种气体都能使试纸变蓝色。
3．氮氧化物的吸收
（1）碱液吸收法：利用碱性溶液将氮氧化物转化为硝酸盐或亚硝酸盐
①2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O
②NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
（2）催化还原法：利用还原剂将氮氧化物还原成无毒的氮气
①6NO+4NH35N2+6H2O
②CH4+4NO2N2+CO2+2H2O
③4H2+2NO2N2+4H2O
④2H2+2NON2+2H2O
【误区警示】NO、NO2均不属于酸性氧化物。酸性氧化物是能够与碱反应生成盐和水的氧化物，而且生成的盐是该氧化物同价态的含氧酸所对应的盐。NO不能与碱反应，NO2与NaOH溶液的反应为2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O。但由于生成的不是相应的盐，因此二氧化氮也不是酸性氧化物。
考法02 氮氧化物溶于水的有关计算
【典例2】（2022·深圳高一检测）在一定条件下，将6体积的NO2和一定体积的NO置于试管中，并将试管倒置于水中，当通入4.5体积的O2充分反应后，剩余1.5体积气体，则原NO体积可能为（ ）。
①3体积②4体积③5体积④5.5体积⑤2体积
A．③ B．⑤ C．④或⑤ D．②或⑤
【解析】选C。本题的关键在于理解剩余的1.5体积气体，可能是一氧化氮，也有可能是氧气。若是一氧化氮，则氧气全部反应，根据4NO2+O2+2H2O4HNO3，二氧化氮完全反应消耗1.5体积氧气，剩余3体积氧气应该被4体积一氧化氮消耗，所以一氧化氮体积为4体积+1.5体积＝5.5体积；若剩余的为氧气，则反应过程中一氧化氮消耗的氧气为1.5体积，那么一氧化氮的体积是2体积。
【知识拓展】氮的氧化物溶于水的计算
1．反应原理
（1）基本反应
①3NO2+H2O2HNO3+NO
②2NO+O22NO2
（2）推导反应
①反应①×2+②⇒4NO2+O2+2H2O4HNO3
②反应①×2+②×3⇒4NO+3O2+2H2O4HNO3
2．计算类型及方法
（1）NO2溶于水的计算
（2）NO2、O2溶于水的计算
（3）NO、O2溶于水的计算
（4）NO2、NO、O2溶于水的计算
【方法导引】电子守恒法
当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。
分层提分
题组A 基础过关练
1．水体中部分含氮有机物的循环过程如图，其中属于氮的固定的是（ ）。
A．⑤⑥ B．①② C．③④ D．只有⑤
【解析】选D。氮的固定是指单质变化为化合物的反应，所以图中属于氮的固定的只有⑤。
2．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．H2O D．浓硫酸
【解析】选C。通过Na2CO3溶液、NaHCO3溶液都会生成CO2，导致带入新的杂质；H2SO4不与NO2反应；由反应3NO2+H2O2HNO3+NO知，水洗可除去NO中的NO2。
3．大家在吃薯条等膨化食品时，会发现袋子里东西并不多却鼓鼓囊囊的，袋子里填充的是食品级的氮气而非空气。主要作用有三个方面：①延长食品的保质期；②可以抵御外界潮气的侵入；③保护食品不被压碎。
下列关于N2性质的叙述中错误的是（ ）。
A．氢气在氮气中能燃烧
B．氮气既具有氧化性，又具有还原性
C．将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定
D．氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮
【解析】选A。N2不是助燃气体，N2与H2化合需在高温、高压、催化剂的条件下进行。
4．尾号限行制度是为了缓解城市交通压力、改善空气质量而催生的一种交通制度。下列气体中，主要来自汽车尾气并能形成“酸雨”的是（ ）。
A．O2 B．N2 C．CO2 D．NO2
【解析】选D。O2、N2是空气的成分，不会造成环境污染，A、B不符合题意；CO2是空气的成分，空气中CO2含量过多会形成温室效应，但不会造成酸雨，C不符合题意；空气中的N2与O2在汽车的气缸中，在高温下反应产生NO，NO再被O2氧化产生NO2，由汽车的尾气排放管排入空气中，NO2与空气中的水反应产生HNO3和NO，因此会形成酸雨，D符合题意。
5．已知有如下3个反应：①N2+O22NO；②2NO+O22NO2；③6NO+4NH35N2+6H2O。由此可判断，在通常情况下N2、NO、NH3的还原性强弱顺序是（ ）。
A．NH3＞NO＞N2 B．NO＞NH3＞N2
C．NO＞N2＞NH3 D．NH3＞N2＞NO
【解析】选B。这三个反应的氧化剂均为O2。根据反应条件，NO与O2反应的条件最低，说明NO最容易被O2氧化，NO的还原性最强；N2与O2反应的条件最高，，说明N2最难被O2氧化，N2的还原性最弱。
6．（2022·温州高一检测）某研究小组借助如图装置收集NO气体，正确的操作是（ ）。
A．从①口进气，用排水法集气
B．从①口进气，用排气法集气
C．从②口进气，用排水法集气
D．从②口进气，用排气法集气
【解析】选C。NO易与氧气反应，只能用排水法集气，当集气瓶内充满水时，气体要从上部进入，使水从底部排出。
7．为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如图实验：按图组装好实验装置，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。
（1）打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象为_______________，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_______________________________________；
②________________________________________。
产生此现象的化学方程式为____________________________________。
【解析】（1）无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2。（2）轻轻摇动圆底烧瓶，使得NO2与水发生反应：3NO2+H2O2HNO3+NO，所以烧杯中红棕色气体又变为无色，且烧瓶内压强减小，烧杯中的水倒吸到烧瓶内，导致烧瓶中液面上升。
【答案】（1）烧瓶中气体由无色变为红棕色；2NO+O22NO2
（2）①烧杯中红棕色气体又变为无色②烧杯中水倒吸到烧瓶中（或烧瓶中液面上升）；3NO2+H2O2HNO3+NO
8．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，反应化学方程式如下：
①NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O
②2NO2+2NaOHNaNO2+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“＜”）。
【解析】（1）根据反应①可知，氧化剂（NO2）和还原剂（NO）的物质的量之比是1∶1，质量之比为23∶15。（2）在反应②中只有氮元素的化合价发生变化，所以NO2既是氧化剂也是还原剂，氧化产物为NaNO3，还原产物为NaNO2。（3）反应①中2molNaOH参加反应时，转移1mol电子，反应②中2molNaOH参加反应时，转移1mol电子。
【答案】（1）23∶15（2）NaNO3；NaNO2（3）＝
题组B 能力提升练
1．（2022·福州高一检测）下列说法正确的是（ ）。
A．实验室能用排空气法收集N2、NO和NO2
B．NO为红棕色气体，NO2为无色气体
C．除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水
D．NO、NO2、N2O4、N2O5都属于酸性氧化物
【解析】选C。N2的密度与空气接近，容易混合，不能使用排空气法收集；NO与O2反应产生NO2，也不能使用排空气法收集，A错误；NO为无色气体，NO2为红棕色气体，B错误；NO2与水反应产生HNO3和NO，因此除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水，C正确；NO是不成盐氧化物；NO2、N2O4与水反应时N元素化合价会发生变化，也不是酸性氧化物；只有N2O5属于酸性氧化物，D错误。
2．（2022·河北邯郸高一下期中）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如下图所示，下列说法正确的是（ ）。
A．①～⑤均发生了氧化还原反应
B．③、④反应均属于氮的固定
C．NH4+、NO2－、NO3－的含量影响海洋生物的生长
D．生物死亡后，氮不会参与海洋中的氮循环
【解析】选C。①过程是N2溶于海水的过程，不属于氧化还原反应，A选项错误；氮的固定是将N2变成氮的化合物的过程，③、④反应均是化合态的氮转化成游离态氮的过程，不属于氮的固定，B选项正确；氮元素的植物生长的营养素，所以NH4+、NO2－、NO3－的含量影响海洋生物的生长，C选项正确；生物死亡后尸体腐烂、分解，使氮元素从新回归自然界，进而参与海洋中的氮循环，D选项错误。
3．某无色的混合气体可能含NO、CO2、NO2、NH3、N2中的几种，将100mL该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，则此气体的组成为（ ）。
A．NH3、NO2、N2 B．NH3、NO、CO2
C．NH3、NO2、CO2 D．NO、CO2、N2
【解析】选B。无色气体中肯定不含NO2，通过浓硫酸后体积减少20ml，说明该混合气体中一定含，又通过足量过氧化钠后，气体显红棕色，说明有二氧化氮生成，则原混合气体中一定有NO，同时还有二氧化碳，二氧化碳与过氧化钠反应产生的氧气与NO反应才使气体显红棕色，最后气体几乎无剩余，说明不含氮气，所以，原混合气体的组成为NH3、NO、CO2。
4．将等体积的NO2和N2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，剩余气体的体积约为原总体积的（ ）。
A． B． C． D．
【解析】选C。假定N2和NO2体积分别为V，则：
3NO2
+
H2O
2HNO3
+
NO
加入体积
VL
0
0
反应体积
VL
VL
剩余体积
0
VL
则剩余气体的体积约为V+V＝V，剩余气体的体积约为原总体积的＝。
5．（2022·湖州高一检测）近年来，利用半导体光催化实现还原氮气制备氨气引起全世界极大关注。如图是在半导体光催化的作用下，N2被光催化材料捕获进而被还原实现“N2→NH3”的转化示意图。下列说法正确的是（ ）。
A．此方法不属于人工固氮技术
B．由转化示意图可知，氮气化学性质很活泼
C．该反应过程中有极性键的断裂和形成
D．该反应的化学方程式是N2+3H22NH3
【解析】选C。该方法是通过人工将氮气转化为氨气，属于人工固氮技术，故A错误；氮气结构式为N≡N，不易断裂，氮气常温下十分稳定，故B错误；该反应过程中有N≡N、O－H键断裂，N－H、O＝O键生成，O－H键和N－H键为极性键，故C正确；由题图可知，氮气和水在半导体光催化的作用下生成氨气和氧气，化学方程式为2N2+6H2O4NH3+3O2，故D错误。
6．（2021~2022学年甘肃嘉陵关市高一上学期期末）绿水青山是习近平总书记构建美丽中国的伟大构想，某工厂拟综合处理含NH4+废水和工业废气（主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分），设计了如图流程。已知：NO+NO2+2OH－2NO2－+H2O，下列说法正确的是（ ）。
A．固体1中主要含有CaCO3、CaSO4
B．X可以是空气，且需过量
C．捕获剂所捕获的气体主要是CO
D．处理含NH4+废水时，发生的反应：NH4++5NO2－+4H+6NO↑+4H2O
【解析】选C。N2、CO2、SO2、NO、CO通过过量的石灰乳，二氧化碳和二氧化硫被吸收，生成碳酸钙和亚硫酸钙，剩余气体1含有氮气、一氧化氮和一氧化碳，从后面产物有亚硝酸钠分析，通入的X可能是空气，将一氧化氮氧化为二氧化氮，但不能过量，否则不能生成亚硝酸钠，气体2为一氧化碳和氮气，氮气为无污染，所以捕获产物为一氧化碳。固体还包括过量的Ca（OH）2，A错；通入空气不能过量，不然会生成NO3－，B错；通过分析，气体2为一氧化碳和氮气的混合气体，氮气无污染，所以捕获气体为一氧化碳，C项正确；铵根离子和亚硝酸根离子发生氧化还原反应生成氮气，方程式为NH4++NO2－+4H+N2↑+2H2O，D错。
7．某校化学兴趣小组用如图装置验证NO2的氧化性和NO的还原性。
已知：①装置甲中发生的反应为Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O。
②硝酸具有挥发性，可将I－氧化成I2。
请回答下列问题：
（1）装置乙中的现象是_____________________。
（2）说明NO具有还原性的操作和现象是_____________________。
（3）小组一成员对实验设计提出了疑问，他认为乙中的现象不足以证明NO2的氧化性，他的理由是_______。
（4）小组另一成员为探究NO2的氧化性，进行如下实验（如图所示）。
由图B和图C中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式：_____________________。
【解析】（1）碘化钾被氧化为单质碘，碘使淀粉变蓝。（2）丙中NO2与水反应生成的NO会和氧气反应生成红棕色的NO2，证明NO具有还原性，故操作和现象为打开开关，挤压空气囊，丙中气体由无色变为红棕色。（3）浓硝酸具有挥发性，且NO2与水反应生成硝酸，硝酸具有强氧化性，也能将碘离子氧化成单质碘，使溶液变蓝，对NO2的性质检验造成干扰。（4）题图B中“无色气体”，题图C中“有红棕色气体产生”，说明题图B中反应生成了NO，即NO2和SO2反应，NO2转化为NO，表现氧化性，而SO2则表现还原性，被氧化，硫元素化合价升高，只能变成+6价，应转化为SO3，故化学方程式为NO2+SO2NO+SO3。
【答案】（1）乙试管中溶液变蓝色
（2）打开开关，挤压空气囊，丙中气体由无色变为红棕色
（3）挥发出来的HNO3，NO2和水反应生成的HNO3是一种氧化性酸，也可将I－氧化成I2，使溶液变蓝
（4）NO2+SO2NO+SO3
8．（2022·常州高一检测）汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx（氮氧化物）等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一，根据NOx的性质特点，已开发出多种化学治理氮氧化物污染的方法。
（1）氮氧化物与环境问题密切相关，可导致_______、_______等问题（任填两条）。
（2）已知某硝酸厂排放的尾气中NO、NO2的体积比为1∶1，该厂采用NaOH溶液来处理该尾气，处理后所得溶液中只有一种含氮的钠盐。则该含氮的钠盐中，氮元素的化合价为_______。
（3）某氮氧化物和CO在催化剂的作用下充分反应，生成N2和CO2，可消除CO与该氮氧化物的污染。若测得N2和CO2的物质的量之比为1∶2，则该氮氧化物的化学式是_____________________。
（4）用氨可将氮氧化物转化为无毒气体，例如：8NH3+6NO27N2+12H2O。该反应中的氧化剂是_______，还原产物和氧化产物的质量之比为_______。如果用氨来处理NO，有关反应的化学方程式为_______。
【解析】（1）氮氧化物与环境问题密切相关，可导致（硝酸型）酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等。（2）NO、NO2的体积比为1∶1，两者中氮的价态分别为+2、+4价，根据归中反应中电子得失守恒可知，含氮的钠盐中的氮的价态是+3价。（3）设氮氧化物的化学式为NOx，由题意得2NOx+2xCON2+2xCO2，N2、CO2的物质的量之比为1∶2，根据氧原子守恒得：x＝1，NOx为NO。（4）反应中NO2中氮元素的化合价降低，是氧化剂；还原产物和氧化产物都是N2，7molN2中，还原产物为3mol，氧化产物为4mol，还原产物和氧化产物的质量之比为3∶4；用氨来处理NO，有关反应的化学方程式为4NH3+6NO5N2+6H2O。
【答案】（1）（硝酸型）酸雨；光化学烟雾（合理即可）
（2）+3（3）NO（4）NO2；3∶4
4NH3+6NO5N2+6H2O
题组C 培优拔尖练
1．（2022·延安高一期末检测）事实上，很多非金属氧化物在一定条件下都能与Na2O2反应，且反应极有规律。如：Na2O2+SO2Na2SO4，2Na2O2+2SO32Na2SO4+O2。据此，你认为下列反应方程式中正确的是（ ）。
①2Na2O2+2N2O54NaNO3+O2↑
②Na2O2+2NO22NaNO2+O2
③2Na2O2+2N2O34NaNO2+O2
④Na2O2+N2O42NaNO3
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
【解析】选D。依据所给的例子可以知道：当Na2O2与最高价态的氧化物反应生成该元素的最高价态的含氧酸盐和氧气，如果是和较低价态的氧化物反应生成该元素的最高价态的含氧酸盐。①N2O5是最高价态的氮的氧化物，因此Na2O2与N2O5应生成NaNO3和氧气，符合上述规律，故①正确；②NO2是低价态的氮的氧化物，NaNO2中氮元素化合价是+3价，不是最高价，不符合上述规律，故②错误；③N2O3是低价态的氮的氧化物，NaNO2中氮元素化合价是+3价，不是最高价，不符合上述规律，故③错误；④N2O4不是最高价态的氮的氧化物，因此Na2O2与N2O4反应生成NaNO3，故④正确。
2．已知Cu（NO3）2在某一温度下受热分解的化学方程式为2Cu（NO3）22CuO+4NO2↑+O2↑，少量的Cu（NO3）2固体放入试管中加热，然后用带火星的木条放入试管中，木条复燃。下列说法正确的是（ ）。
A．NO2能支持燃烧
B．NO2不能支持燃烧
C．木条复燃是因为硝酸铜分解产生了氧气的缘故
D．以上说明均不正确
【解析】选A。氧气具有助燃性，在纯氧气中能使带火星的木条复燃，但空气中由于含有大量不能助燃的N2，而氧气量较少，所以空气中的氧气不能使带火星的木条复燃；2Cu（NO3）22CuO+4NO2↑+O2↑，产物中NO2与O2的体积比与空气中N2、O2体积比近似相同即为4∶1，某学生将带火星的木条放入Cu（NO3）2受热分解得到的混合气体中，木条复燃，显然如果NO2不能够助燃的话，则混合气体同样会因为O2含量少而不能使木条复燃，所以NO2肯定也能助燃，故A正确。
3．（江苏省扬州市2021~2022学年高一下学期期中调研）用石灰乳吸收硝酸工业的尾气（含NO、NO2）可获得Ca（NO2）2，其部分工艺流程如下：
下列说法不正确的是（ ）。
A．吸收时主要反应的化学方程式为NO+NO2+Ca（OH）2Ca（NO2）2+H2O
B．将石灰乳改为澄清石灰水吸收效率将会增大
C．采用气液逆流接触有利于尾气中NO、NO2的充分吸收
D．若尾气中n（NO2）∶n（NO）＜1∶1，吸收后排放的气体中NO含量升高
【解析】选B。该工艺的反应物是NO、NO2和Ca（OH）2，生成物是Ca（NO2）2和H2O，根据电子守恒和元素守恒，可得如下配平的化学方程式：NO+NO2+Ca（OH）2Ca（NO2）2+H2O，A选项正确；Ca（OH）2微溶于水，所以澄清石灰水中的Ca（OH）2浓度很小，吸收NO、NO2的效率将会减小，B选项错误；采用气液逆流接触，增大了气体和液体的接触面积，有利于尾气中NO、NO2的充分吸收，C选项正确；根据NO+NO2+Ca（OH）2Ca（NO2）2+H2O可知，当尾气中n（NO2）∶n（NO）＜1∶1时，NO过量，NO不能被Ca（OH）2吸收，吸收后排放的气体中NO含量升高，D选项正确。
4．（2022·湖南选择考）科学家发现某些生物酶体系可以促进H+和e－的转移（如a、b和c），能将海洋中的NO2－转化为N2进入大气层，反应过程如图所示。
下列说法正确的是（ ）。
A．过程Ⅰ中NO2－发生氧化反应
B．a和b中转移的e－数目相等
C．过程Ⅱ中参与反应的n（NO）∶n（NH4+）＝1∶4
D．过程Ⅰ→Ⅲ的总反应为NO2－+NH4+N2↑+2H2O
【解析】选D。由图示可知，过程Ⅰ中NO2－转化为NO，氮元素化合价由+3降低到+2，NO2－是氧化剂，被还原，发生还原反应，A错误；由图示可知，过程Ⅰ为NO2－在酶1的作用下转化为NO和H2O，依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可知，反应的离子方程式为NO2－+2H++e－NO↑+H2O，生成1molNO，a过程转移1mole－，过程Ⅱ为NO和NH4+在酶2的作用下发生氧化还原反应生成H2O和N2H4，依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可知，反应的离子方程式为NO+NH4++3e－+2H+H2O+N2H4，消耗1molNO，b过程转移4mole－，转移电子数目不相等，B错误；由图示可知，过程Ⅱ中发生反应的离子方程式为NO+NH4++3e－+2H+H2O+N2H4，n（NO）∶n（NH4+）＝1∶1，C错误；由图示可知，过程Ⅲ中发生反应的离子方程式为N2H4N2↑+4H++4e－，过程Ⅰ→Ⅲ的总反应为NO2－+NH4+N2↑+2H2O，D正确。
5．将1.25mol的NO、NO2、N2O4混合物（其中NO的体积分数为0.60）通入水中，在空气充足的条件下完全反应后可获得硝酸的物质的量可能是（ ）。
A．1.25mol B．1.50mol C．1.75mol D．2.00mol
【解析】选B。1.25molNO、NO2、N2O4混合物，NO的体积分数为0.60，所以n（NO）＝1.25mol×0.60＝0.75mol，n（NO2）+n（N2O4）＝1.25mol－0.75mol＝0.5mol。因为在空气充足的条件下完全反应，所有氮元素全都转变成硝酸。据N元素守恒。当0.5mol全为NO2时，生成硝酸最少，其物质的量为：n（HNO3）＝0.75mol+0.5mol＝1.25mol，若全为N2O4时，生成硝酸最多，其物质的量为：n（HNO3）＝0.75mol +0.5mol×2＝1.85mol，所以可获得硝酸的物质的量范围是：1.25mol＜n（HNO3）＜1.75mol，只有B选项符合。
6．（2022·吉林白山高一上期末检测）标准状况下，分别将充满下列气体的容器倒扣于水槽中（设气体不发生扩散），充分反应后，瓶内溶液的物质的量浓度不等于mol•L－1（约0.045mol•L－1）的是（ ）。
A．HCl B．NO2、O2 C．SO2、N2 D．NO2
【解析】选B。设气体的体积为VL，标准状况下，气体的物质的量为n＝＝mol，容器倒扣于水槽中，HCl完全溶解，液体充满容器，液体的体积为VL，则瓶内溶液的物质的量浓度等于mol•L－1，故A不选；NO2和O2的混合气体溶于水，发生反应4NO2+O2+2H2O4HNO3，5体积气体中有4体积是NO2，瓶内溶液的物质的量浓度为＝×mol•L－1，故B选；SO2和N2的混合气体溶于水，SO2完全溶于水，溶液的体积等于气体的体积，则瓶内溶液的物质的量浓度等于＝mol•L－1，故C不选；NO2溶于水，发生反应3NO2+H2O2HNO3+NO，3mol气体生成2mol硝酸，生成1molNO，则溶液的物质的量浓度为＝mol•L－1，故D不选。
7．某课外活动小组类比Mg与CO2反应探究镁与NO2的反应。设计如下图实验（用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸）。
资料信息：Ⅰ．2Mg+CO22MgO+C。
Ⅱ．2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O。
（1）实验室一般用铜和浓硝酸反应制备NO2：Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O，应该选用的气体发生装置为_______（填字母）。
A
B
C
（2）Mg与NO2反应的化学方程式：___________________________。
（3）装置A中的试剂是___________。
（4）干燥管的作用是_________________，装置B的作用是_______________。
（5）实验开始时正确的操作步骤是________（填字母）。
A．通入NO2
B．打开弹簧夹
C．点燃酒精灯
D．当硬质玻璃管内充满红棕色气体后，关闭弹簧夹
【解析】（1）制备NO2的特点是：固体和液体不加热制取气体，应该选择A装置；（2）类比Mg与CO2反应，Mg与NO2发生置换反应的化学方程式为4Mg+2NO24MgO+N2。（3）由资料信息2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O可知，装置A中的试剂是NaOH溶液，作用是除去未反应的NO2。（4）干燥管是尾气处理装置，作用是吸收NO2以避免污染环境。装置B的作用是利用排水法收集N2。（5）实验开始时正确的操作步骤：b（打开弹簧夹）→a（通入NO2，排尽反应装置中的空气）→d（当硬质玻璃管内充满红棕色气体后，关闭弹簧夹）→c（点燃酒精灯，在确认装置中充满NO2后才开始加热）。
【答案】（1）A（2）4Mg+2NO24MgO+N2
（3）NaOH溶液（4）吸收NO2，避免污染环境；收集N2（5）badc
8．（2021•上海宝山区高一上期末）已知NO2与NaOH溶液反应：2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O，NO和NO2可一起与NaOH溶液作用：NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O，现用VL某烧碱溶液能完全吸收nmolNO2和mmolNO组成的混合气体。
（1）所用烧碱溶液的物质的量浓度至少为________mol/L。
（2）若所得溶液中c（NO3－）∶c（NO2－）＝1∶9，则原混合气体中NO2和NO的物质的量之比n∶m＝________。
（3）用含n和m的代数式表示所得溶液中NO3－和NO2－离子浓度的比值c（NO3－）∶c（NO2－）＝________。
【解析】（1）根据方程式2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O和NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O知，只要NO不剩余，氮原子和氢氧化钠的关系式是1∶1，所以完全吸收nmolNO2和mmolNO组成的混合气体所用氢氧化钠的物质的量等于氮氧化物的物质的量之和，所以c（NaOH）＝mol/L；
（2）设原混合气体中NO2和NO的物质的量n和m，则NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
m m 2m
2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O
n－m
所得溶液中c（NO3－）∶c（NO2－）＝∶（2m+）＝1∶9，所以n∶m＝3∶2；
（3）同一溶液中，c（NO3－）∶c（NO2－）等于其物质的量之比，所以c（NO3－）∶c（NO2－）＝∶（2m+）＝。
【答案】（1）mol/L （2）3∶2 （3）
第04讲 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
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课程标准
课标解读
1．了解氮的固定及其类型，认识其在生产中的意义。
2．了解氮气的主要性质，认识合成氨在氮的循环及农业生产中的重要意义。
3．了解氮氧化物的主要性质。
1．能从物质类别和元素化合价的角度，预测氮气及氮的氧化物的性质及转化。
2．通过二氧化氮与水反应的实验探究，认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动。
知识精讲
知识点01 氮气与氮的固定
1．氮元素
（1）结构
①在元素周期表中的位置：第二周期、第ⅤA族
②氮原子结构示意图：
③构成物质：一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。
（2）自然存在：主要以氮分子的形式存在于空气中。
2．氮气
（1）结构：结构式为N≡N，电子式为。
（2）物理性质：无色、无味、难溶于水，密度与空气相近，约占空气体积的4/5。
（3）化学性质
①稳定性：通常情况下很稳定，难与其他物质反应，原因是氮氮三键键能很大。
②与氢气反应：N2+3H22NH3
③与氧气反应：N2+O22NO
④与金属镁反应：N2+3MgMg3N2
3．氮的固定
（1）含义：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。
（2）分类：
【即学即练1】下列叙述与氮的固定无关的是（ ）。
A．工业合成氨
B．工业上将氨转化为硝酸和其他含氮化合物
C．豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为含氮化合物
D．电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气会与氧气发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
【解析】选B。氮的固定是指把空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。
知识点02 NO和NO2的性质
1．物理性质及毒性
（1）一氧化氮：无色无味气体，密度比空气略大，不溶于水，有毒。
（2）二氧化氮：红棕色气体，有刺激性气味，密度比空气大，易液化，易溶于水，有毒。
2．化学性质
（1）实验探究
实验步骤
①在一支50mL的注射器里充入20mLNO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。
②打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。
实验现象
无明显现象
气体变为红棕色，再振荡后气体又变为无色，同时注射器的活塞向内移动。
原因解释
NO不溶于水
NO与O2反应生成NO2，气体变为红棕色；振荡后NO2溶于水生成硝酸和NO，气体又变为无色，同时气体的总体积有所减小。
（2）NO和NO2的相互转化
①NO→NO2化学方程式：2NO+O22NO2
②NO2→NO化学方程式：3NO2+H2O2HNO3+NO
（3）对工业生产硝酸的启示：向吸收后的废气中再通入适量的空气，充分利用原料，并能减少NO的排放以保护环境。
【即学即练2】下列关于NO的说法中，正确的是（ ）。
A．红棕色气体
B．可用排空气法收集
C．可用排水法收集
D．相同状况下，密度比空气的小
【解析】选C。NO2为红棕色气体，NO为无色气体，A错误；NO易与氧气反应：2NO+O2＝2NO2，不能用排空气法，一般用排水法收集，B错误；NO难溶于水，可用排水法收集，C正确；NO的式量为30，大于空气的平均式量29，密度比空气大，D错误。
能力拓展
考法01 氮氧化物的性质及应用
【典例1】已知：Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O。某学校化学学习小组为探究二氧化氮的性质，按如图所示装置进行实验。请回答下列问题：
（1）装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是__________________。
（2）实验过程中，装置乙、丙中出现的现象分别是：______、______；装置丙中的试管内发生反应的离子方程式为__________________________。
（3）为了探究NO的还原性，可以在装置丁的导气管C中通入一种气体，通入的这种气体的名称是________。
（4）为了探究NO2的氧化性，取下装置丙中的试管D，在其中滴加FeSO4溶液，溶液变为______色，为了证明铁元素在该反应中的产物，可以再在溶液中滴加KSCN溶液，溶液变为______色。
【解析】（1）装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是分液漏斗；（2）铜和浓硝酸在装置甲中反应Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O，生成红棕色的二氧化氮气体进入乙装置，所以装置乙中出现的现象为生成红棕色气体；二氧化氮经导管进入丙装置和水反应3NO2+H2O2H++2NO3－+NO，所以装置丙中出现的现象蒸馏水中有气泡产生，生成无色气体；（3）因在常温下一氧化氮易被氧气氧化成红棕色的二氧化氮，所以为了探究NO的还原性，可以在装置丁的导气管C中通入氧气；（4）丙装置中的液体为二氧化氮和水反应生成的硝酸，NO2性具有氧化性，硫酸亚铁具有还原性，NO2可以将Fe2+氧化成Fe3+；铁离子和硫氰根离子反应Fe3++3SCNFe（SCN）3生成血红色的络合物，可证明三价铁离子的生成。
【答案】（1）分液漏斗
（2）生成红棕色气体；蒸馏水中有气泡产生，生成无色气体；3NO2+H2O2H++2NO3－+NO（3）氧气
（4）黄；红（或“血红”）
【知识拓展】氮氧化物的性质
1．NO和NO2性质的对比
NO
NO2
色、味、态
无色、无味气体
红棕色、有刺激性气味气体
毒性
有毒，大气污染物之一
有毒，大气污染物之一
水溶性
难溶
易溶且与水反应
与氧气反应
2NO+O2NO2
与水反应
3NO2+H2O2HNO3+NO
与氧气、水作用
4NO+3O2+2H2O4HNO3
4NO2+O2+2H2O4HNO3
氧化性
有氧化性，但通常表现强还原性
能氧化S2－、I－、Fe2+等离子，
NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝
2．二氧化氮与溴蒸气的鉴别方法
（1）水溶法：分别向盛有二氧化氮和溴蒸气的集气瓶中倒入适量的蒸馏水，振荡集气瓶使气体溶解，观察现象。若集气瓶中形成了无色溶液，被溶解的气体为NO2。若集气瓶中形成了橙色溶液，被溶解的气体为溴蒸气。
（2）硝酸银溶液试验法：将两种气体分别通入稀AgNO3溶液中，观察现象。若溶液中无明显现象，被检验的气体为NO2；若溶液中生成淡黄色沉淀，被检验的气体为溴蒸气。
（3）有机溶剂溶解：分别将两种气体通入汽油中，气体不溶解的为NO2，得到橙色溶液的原气体为溴蒸气。
【特别提醒】不能用湿润的KI－淀粉试纸检验，因为两种气体都能使试纸变蓝色。
3．氮氧化物的吸收
（1）碱液吸收法：利用碱性溶液将氮氧化物转化为硝酸盐或亚硝酸盐
①2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O
②NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
（2）催化还原法：利用还原剂将氮氧化物还原成无毒的氮气
①6NO+4NH35N2+6H2O
②CH4+4NO2N2+CO2+2H2O
③4H2+2NO2N2+4H2O
④2H2+2NON2+2H2O
【误区警示】NO、NO2均不属于酸性氧化物。酸性氧化物是能够与碱反应生成盐和水的氧化物，而且生成的盐是该氧化物同价态的含氧酸所对应的盐。NO不能与碱反应，NO2与NaOH溶液的反应为2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O。但由于生成的不是相应的盐，因此二氧化氮也不是酸性氧化物。
考法02 氮氧化物溶于水的有关计算
【典例2】（2022·深圳高一检测）在一定条件下，将6体积的NO2和一定体积的NO置于试管中，并将试管倒置于水中，当通入4.5体积的O2充分反应后，剩余1.5体积气体，则原NO体积可能为（ ）。
①3体积②4体积③5体积④5.5体积⑤2体积
A．③ B．⑤ C．④或⑤ D．②或⑤
【解析】选C。本题的关键在于理解剩余的1.5体积气体，可能是一氧化氮，也有可能是氧气。若是一氧化氮，则氧气全部反应，根据4NO2+O2+2H2O4HNO3，二氧化氮完全反应消耗1.5体积氧气，剩余3体积氧气应该被4体积一氧化氮消耗，所以一氧化氮体积为4体积+1.5体积＝5.5体积；若剩余的为氧气，则反应过程中一氧化氮消耗的氧气为1.5体积，那么一氧化氮的体积是2体积。
【知识拓展】氮的氧化物溶于水的计算
1．反应原理
（1）基本反应
①3NO2+H2O2HNO3+NO
②2NO+O22NO2
（2）推导反应
①反应①×2+②⇒4NO2+O2+2H2O4HNO3
②反应①×2+②×3⇒4NO+3O2+2H2O4HNO3
2．计算类型及方法
（1）NO2溶于水的计算
（2）NO2、O2溶于水的计算
（3）NO、O2溶于水的计算
（4）NO2、NO、O2溶于水的计算
【方法导引】电子守恒法
当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。
分层提分
题组A 基础过关练
1．水体中部分含氮有机物的循环过程如图，其中属于氮的固定的是（ ）。
A．⑤⑥ B．①② C．③④ D．只有⑤
【解析】选D。氮的固定是指单质变化为化合物的反应，所以图中属于氮的固定的只有⑤。
2．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．H2O D．浓硫酸
【解析】选C。通过Na2CO3溶液、NaHCO3溶液都会生成CO2，导致带入新的杂质；H2SO4不与NO2反应；由反应3NO2+H2O2HNO3+NO知，水洗可除去NO中的NO2。
3．大家在吃薯条等膨化食品时，会发现袋子里东西并不多却鼓鼓囊囊的，袋子里填充的是食品级的氮气而非空气。主要作用有三个方面：①延长食品的保质期；②可以抵御外界潮气的侵入；③保护食品不被压碎。
下列关于N2性质的叙述中错误的是（ ）。
A．氢气在氮气中能燃烧
B．氮气既具有氧化性，又具有还原性
C．将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定
D．氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮
【解析】选A。N2不是助燃气体，N2与H2化合需在高温、高压、催化剂的条件下进行。
4．尾号限行制度是为了缓解城市交通压力、改善空气质量而催生的一种交通制度。下列气体中，主要来自汽车尾气并能形成“酸雨”的是（ ）。
A．O2 B．N2 C．CO2 D．NO2
【解析】选D。O2、N2是空气的成分，不会造成环境污染，A、B不符合题意；CO2是空气的成分，空气中CO2含量过多会形成温室效应，但不会造成酸雨，C不符合题意；空气中的N2与O2在汽车的气缸中，在高温下反应产生NO，NO再被O2氧化产生NO2，由汽车的尾气排放管排入空气中，NO2与空气中的水反应产生HNO3和NO，因此会形成酸雨，D符合题意。
5．已知有如下3个反应：①N2+O22NO；②2NO+O22NO2；③6NO+4NH35N2+6H2O。由此可判断，在通常情况下N2、NO、NH3的还原性强弱顺序是（ ）。
A．NH3＞NO＞N2 B．NO＞NH3＞N2
C．NO＞N2＞NH3 D．NH3＞N2＞NO
【解析】选B。这三个反应的氧化剂均为O2。根据反应条件，NO与O2反应的条件最低，说明NO最容易被O2氧化，NO的还原性最强；N2与O2反应的条件最高，，说明N2最难被O2氧化，N2的还原性最弱。
6．（2022·温州高一检测）某研究小组借助如图装置收集NO气体，正确的操作是（ ）。
A．从①口进气，用排水法集气
B．从①口进气，用排气法集气
C．从②口进气，用排水法集气
D．从②口进气，用排气法集气
【解析】选C。NO易与氧气反应，只能用排水法集气，当集气瓶内充满水时，气体要从上部进入，使水从底部排出。
7．为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如图实验：按图组装好实验装置，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。
（1）打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象为_______________，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_______________________________________；
②________________________________________。
产生此现象的化学方程式为____________________________________。
【解析】（1）无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2。（2）轻轻摇动圆底烧瓶，使得NO2与水发生反应：3NO2+H2O2HNO3+NO，所以烧杯中红棕色气体又变为无色，且烧瓶内压强减小，烧杯中的水倒吸到烧瓶内，导致烧瓶中液面上升。
【答案】（1）烧瓶中气体由无色变为红棕色；2NO+O22NO2
（2）①烧杯中红棕色气体又变为无色②烧杯中水倒吸到烧瓶中（或烧瓶中液面上升）；3NO2+H2O2HNO3+NO
8．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，反应化学方程式如下：
①NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O
②2NO2+2NaOHNaNO2+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“＜”）。
【解析】（1）根据反应①可知，氧化剂（NO2）和还原剂（NO）的物质的量之比是1∶1，质量之比为23∶15。（2）在反应②中只有氮元素的化合价发生变化，所以NO2既是氧化剂也是还原剂，氧化产物为NaNO3，还原产物为NaNO2。（3）反应①中2molNaOH参加反应时，转移1mol电子，反应②中2molNaOH参加反应时，转移1mol电子。
【答案】（1）23∶15（2）NaNO3；NaNO2（3）＝
题组B 能力提升练
1．（2022·福州高一检测）下列说法正确的是（ ）。
A．实验室能用排空气法收集N2、NO和NO2
B．NO为红棕色气体，NO2为无色气体
C．除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水
D．NO、NO2、N2O4、N2O5都属于酸性氧化物
【解析】选C。N2的密度与空气接近，容易混合，不能使用排空气法收集；NO与O2反应产生NO2，也不能使用排空气法收集，A错误；NO为无色气体，NO2为红棕色气体，B错误；NO2与水反应产生HNO3和NO，因此除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水，C正确；NO是不成盐氧化物；NO2、N2O4与水反应时N元素化合价会发生变化，也不是酸性氧化物；只有N2O5属于酸性氧化物，D错误。
2．（2022·河北邯郸高一下期中）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如下图所示，下列说法正确的是（ ）。
A．①～⑤均发生了氧化还原反应
B．③、④反应均属于氮的固定
C．NH4+、NO2－、NO3－的含量影响海洋生物的生长
D．生物死亡后，氮不会参与海洋中的氮循环
【解析】选C。①过程是N2溶于海水的过程，不属于氧化还原反应，A选项错误；氮的固定是将N2变成氮的化合物的过程，③、④反应均是化合态的氮转化成游离态氮的过程，不属于氮的固定，B选项正确；氮元素的植物生长的营养素，所以NH4+、NO2－、NO3－的含量影响海洋生物的生长，C选项正确；生物死亡后尸体腐烂、分解，使氮元素从新回归自然界，进而参与海洋中的氮循环，D选项错误。
3．某无色的混合气体可能含NO、CO2、NO2、NH3、N2中的几种，将100mL该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，则此气体的组成为（ ）。
A．NH3、NO2、N2 B．NH3、NO、CO2
C．NH3、NO2、CO2 D．NO、CO2、N2
【解析】选B。无色气体中肯定不含NO2，通过浓硫酸后体积减少20ml，说明该混合气体中一定含，又通过足量过氧化钠后，气体显红棕色，说明有二氧化氮生成，则原混合气体中一定有NO，同时还有二氧化碳，二氧化碳与过氧化钠反应产生的氧气与NO反应才使气体显红棕色，最后气体几乎无剩余，说明不含氮气，所以，原混合气体的组成为NH3、NO、CO2。
4．将等体积的NO2和N2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，剩余气体的体积约为原总体积的（ ）。
A． B． C． D．
【解析】选C。假定N2和NO2体积分别为V，则：
3NO2
+
H2O
2HNO3
+
NO
加入体积
VL
0
0
反应体积
VL
VL
剩余体积
0
VL
则剩余气体的体积约为V+V＝V，剩余气体的体积约为原总体积的＝。
5．（2022·湖州高一检测）近年来，利用半导体光催化实现还原氮气制备氨气引起全世界极大关注。如图是在半导体光催化的作用下，N2被光催化材料捕获进而被还原实现“N2→NH3”的转化示意图。下列说法正确的是（ ）。
A．此方法不属于人工固氮技术
B．由转化示意图可知，氮气化学性质很活泼
C．该反应过程中有极性键的断裂和形成
D．该反应的化学方程式是N2+3H22NH3
【解析】选C。该方法是通过人工将氮气转化为氨气，属于人工固氮技术，故A错误；氮气结构式为N≡N，不易断裂，氮气常温下十分稳定，故B错误；该反应过程中有N≡N、O－H键断裂，N－H、O＝O键生成，O－H键和N－H键为极性键，故C正确；由题图可知，氮气和水在半导体光催化的作用下生成氨气和氧气，化学方程式为2N2+6H2O4NH3+3O2，故D错误。
6．（2021~2022学年甘肃嘉陵关市高一上学期期末）绿水青山是习近平总书记构建美丽中国的伟大构想，某工厂拟综合处理含NH4+废水和工业废气（主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分），设计了如图流程。已知：NO+NO2+2OH－2NO2－+H2O，下列说法正确的是（ ）。
A．固体1中主要含有CaCO3、CaSO4
B．X可以是空气，且需过量
C．捕获剂所捕获的气体主要是CO
D．处理含NH4+废水时，发生的反应：NH4++5NO2－+4H+6NO↑+4H2O
【解析】选C。N2、CO2、SO2、NO、CO通过过量的石灰乳，二氧化碳和二氧化硫被吸收，生成碳酸钙和亚硫酸钙，剩余气体1含有氮气、一氧化氮和一氧化碳，从后面产物有亚硝酸钠分析，通入的X可能是空气，将一氧化氮氧化为二氧化氮，但不能过量，否则不能生成亚硝酸钠，气体2为一氧化碳和氮气，氮气为无污染，所以捕获产物为一氧化碳。固体还包括过量的Ca（OH）2，A错；通入空气不能过量，不然会生成NO3－，B错；通过分析，气体2为一氧化碳和氮气的混合气体，氮气无污染，所以捕获气体为一氧化碳，C项正确；铵根离子和亚硝酸根离子发生氧化还原反应生成氮气，方程式为NH4++NO2－+4H+N2↑+2H2O，D错。
7．某校化学兴趣小组用如图装置验证NO2的氧化性和NO的还原性。
已知：①装置甲中发生的反应为Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O。
②硝酸具有挥发性，可将I－氧化成I2。
请回答下列问题：
（1）装置乙中的现象是_____________________。
（2）说明NO具有还原性的操作和现象是_____________________。
（3）小组一成员对实验设计提出了疑问，他认为乙中的现象不足以证明NO2的氧化性，他的理由是_______。
（4）小组另一成员为探究NO2的氧化性，进行如下实验（如图所示）。
由图B和图C中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式：_____________________。
【解析】（1）碘化钾被氧化为单质碘，碘使淀粉变蓝。（2）丙中NO2与水反应生成的NO会和氧气反应生成红棕色的NO2，证明NO具有还原性，故操作和现象为打开开关，挤压空气囊，丙中气体由无色变为红棕色。（3）浓硝酸具有挥发性，且NO2与水反应生成硝酸，硝酸具有强氧化性，也能将碘离子氧化成单质碘，使溶液变蓝，对NO2的性质检验造成干扰。（4）题图B中“无色气体”，题图C中“有红棕色气体产生”，说明题图B中反应生成了NO，即NO2和SO2反应，NO2转化为NO，表现氧化性，而SO2则表现还原性，被氧化，硫元素化合价升高，只能变成+6价，应转化为SO3，故化学方程式为NO2+SO2NO+SO3。
【答案】（1）乙试管中溶液变蓝色
（2）打开开关，挤压空气囊，丙中气体由无色变为红棕色
（3）挥发出来的HNO3，NO2和水反应生成的HNO3是一种氧化性酸，也可将I－氧化成I2，使溶液变蓝
（4）NO2+SO2NO+SO3
8．（2022·常州高一检测）汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx（氮氧化物）等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一，根据NOx的性质特点，已开发出多种化学治理氮氧化物污染的方法。
（1）氮氧化物与环境问题密切相关，可导致_______、_______等问题（任填两条）。
（2）已知某硝酸厂排放的尾气中NO、NO2的体积比为1∶1，该厂采用NaOH溶液来处理该尾气，处理后所得溶液中只有一种含氮的钠盐。则该含氮的钠盐中，氮元素的化合价为_______。
（3）某氮氧化物和CO在催化剂的作用下充分反应，生成N2和CO2，可消除CO与该氮氧化物的污染。若测得N2和CO2的物质的量之比为1∶2，则该氮氧化物的化学式是_____________________。
（4）用氨可将氮氧化物转化为无毒气体，例如：8NH3+6NO27N2+12H2O。该反应中的氧化剂是_______，还原产物和氧化产物的质量之比为_______。如果用氨来处理NO，有关反应的化学方程式为_______。
【解析】（1）氮氧化物与环境问题密切相关，可导致（硝酸型）酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等。（2）NO、NO2的体积比为1∶1，两者中氮的价态分别为+2、+4价，根据归中反应中电子得失守恒可知，含氮的钠盐中的氮的价态是+3价。（3）设氮氧化物的化学式为NOx，由题意得2NOx+2xCON2+2xCO2，N2、CO2的物质的量之比为1∶2，根据氧原子守恒得：x＝1，NOx为NO。（4）反应中NO2中氮元素的化合价降低，是氧化剂；还原产物和氧化产物都是N2，7molN2中，还原产物为3mol，氧化产物为4mol，还原产物和氧化产物的质量之比为3∶4；用氨来处理NO，有关反应的化学方程式为4NH3+6NO5N2+6H2O。
【答案】（1）（硝酸型）酸雨；光化学烟雾（合理即可）
（2）+3（3）NO（4）NO2；3∶4
4NH3+6NO5N2+6H2O
题组C 培优拔尖练
1．（2022·延安高一期末检测）事实上，很多非金属氧化物在一定条件下都能与Na2O2反应，且反应极有规律。如：Na2O2+SO2Na2SO4，2Na2O2+2SO32Na2SO4+O2。据此，你认为下列反应方程式中正确的是（ ）。
①2Na2O2+2N2O54NaNO3+O2↑
②Na2O2+2NO22NaNO2+O2
③2Na2O2+2N2O34NaNO2+O2
④Na2O2+N2O42NaNO3
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
【解析】选D。依据所给的例子可以知道：当Na2O2与最高价态的氧化物反应生成该元素的最高价态的含氧酸盐和氧气，如果是和较低价态的氧化物反应生成该元素的最高价态的含氧酸盐。①N2O5是最高价态的氮的氧化物，因此Na2O2与N2O5应生成NaNO3和氧气，符合上述规律，故①正确；②NO2是低价态的氮的氧化物，NaNO2中氮元素化合价是+3价，不是最高价，不符合上述规律，故②错误；③N2O3是低价态的氮的氧化物，NaNO2中氮元素化合价是+3价，不是最高价，不符合上述规律，故③错误；④N2O4不是最高价态的氮的氧化物，因此Na2O2与N2O4反应生成NaNO3，故④正确。
2．已知Cu（NO3）2在某一温度下受热分解的化学方程式为2Cu（NO3）22CuO+4NO2↑+O2↑，少量的Cu（NO3）2固体放入试管中加热，然后用带火星的木条放入试管中，木条复燃。下列说法正确的是（ ）。
A．NO2能支持燃烧
B．NO2不能支持燃烧
C．木条复燃是因为硝酸铜分解产生了氧气的缘故
D．以上说明均不正确
【解析】选A。氧气具有助燃性，在纯氧气中能使带火星的木条复燃，但空气中由于含有大量不能助燃的N2，而氧气量较少，所以空气中的氧气不能使带火星的木条复燃；2Cu（NO3）22CuO+4NO2↑+O2↑，产物中NO2与O2的体积比与空气中N2、O2体积比近似相同即为4∶1，某学生将带火星的木条放入Cu（NO3）2受热分解得到的混合气体中，木条复燃，显然如果NO2不能够助燃的话，则混合气体同样会因为O2含量少而不能使木条复燃，所以NO2肯定也能助燃，故A正确。
3．（江苏省扬州市2021~2022学年高一下学期期中调研）用石灰乳吸收硝酸工业的尾气（含NO、NO2）可获得Ca（NO2）2，其部分工艺流程如下：
下列说法不正确的是（ ）。
A．吸收时主要反应的化学方程式为NO+NO2+Ca（OH）2Ca（NO2）2+H2O
B．将石灰乳改为澄清石灰水吸收效率将会增大
C．采用气液逆流接触有利于尾气中NO、NO2的充分吸收
D．若尾气中n（NO2）∶n（NO）＜1∶1，吸收后排放的气体中NO含量升高
【解析】选B。该工艺的反应物是NO、NO2和Ca（OH）2，生成物是Ca（NO2）2和H2O，根据电子守恒和元素守恒，可得如下配平的化学方程式：NO+NO2+Ca（OH）2Ca（NO2）2+H2O，A选项正确；Ca（OH）2微溶于水，所以澄清石灰水中的Ca（OH）2浓度很小，吸收NO、NO2的效率将会减小，B选项错误；采用气液逆流接触，增大了气体和液体的接触面积，有利于尾气中NO、NO2的充分吸收，C选项正确；根据NO+NO2+Ca（OH）2Ca（NO2）2+H2O可知，当尾气中n（NO2）∶n（NO）＜1∶1时，NO过量，NO不能被Ca（OH）2吸收，吸收后排放的气体中NO含量升高，D选项正确。
4．（2022·湖南选择考）科学家发现某些生物酶体系可以促进H+和e－的转移（如a、b和c），能将海洋中的NO2－转化为N2进入大气层，反应过程如图所示。
下列说法正确的是（ ）。
A．过程Ⅰ中NO2－发生氧化反应
B．a和b中转移的e－数目相等
C．过程Ⅱ中参与反应的n（NO）∶n（NH4+）＝1∶4
D．过程Ⅰ→Ⅲ的总反应为NO2－+NH4+N2↑+2H2O
【解析】选D。由图示可知，过程Ⅰ中NO2－转化为NO，氮元素化合价由+3降低到+2，NO2－是氧化剂，被还原，发生还原反应，A错误；由图示可知，过程Ⅰ为NO2－在酶1的作用下转化为NO和H2O，依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可知，反应的离子方程式为NO2－+2H++e－NO↑+H2O，生成1molNO，a过程转移1mole－，过程Ⅱ为NO和NH4+在酶2的作用下发生氧化还原反应生成H2O和N2H4，依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可知，反应的离子方程式为NO+NH4++3e－+2H+H2O+N2H4，消耗1molNO，b过程转移4mole－，转移电子数目不相等，B错误；由图示可知，过程Ⅱ中发生反应的离子方程式为NO+NH4++3e－+2H+H2O+N2H4，n（NO）∶n（NH4+）＝1∶1，C错误；由图示可知，过程Ⅲ中发生反应的离子方程式为N2H4N2↑+4H++4e－，过程Ⅰ→Ⅲ的总反应为NO2－+NH4+N2↑+2H2O，D正确。
5．将1.25mol的NO、NO2、N2O4混合物（其中NO的体积分数为0.60）通入水中，在空气充足的条件下完全反应后可获得硝酸的物质的量可能是（ ）。
A．1.25mol B．1.50mol C．1.75mol D．2.00mol
【解析】选B。1.25molNO、NO2、N2O4混合物，NO的体积分数为0.60，所以n（NO）＝1.25mol×0.60＝0.75mol，n（NO2）+n（N2O4）＝1.25mol－0.75mol＝0.5mol。因为在空气充足的条件下完全反应，所有氮元素全都转变成硝酸。据N元素守恒。当0.5mol全为NO2时，生成硝酸最少，其物质的量为：n（HNO3）＝0.75mol+0.5mol＝1.25mol，若全为N2O4时，生成硝酸最多，其物质的量为：n（HNO3）＝0.75mol +0.5mol×2＝1.85mol，所以可获得硝酸的物质的量范围是：1.25mol＜n（HNO3）＜1.75mol，只有B选项符合。
6．（2022·吉林白山高一上期末检测）标准状况下，分别将充满下列气体的容器倒扣于水槽中（设气体不发生扩散），充分反应后，瓶内溶液的物质的量浓度不等于mol•L－1（约0.045mol•L－1）的是（ ）。
A．HCl B．NO2、O2 C．SO2、N2 D．NO2
【解析】选B。设气体的体积为VL，标准状况下，气体的物质的量为n＝＝mol，容器倒扣于水槽中，HCl完全溶解，液体充满容器，液体的体积为VL，则瓶内溶液的物质的量浓度等于mol•L－1，故A不选；NO2和O2的混合气体溶于水，发生反应4NO2+O2+2H2O4HNO3，5体积气体中有4体积是NO2，瓶内溶液的物质的量浓度为＝×mol•L－1，故B选；SO2和N2的混合气体溶于水，SO2完全溶于水，溶液的体积等于气体的体积，则瓶内溶液的物质的量浓度等于＝mol•L－1，故C不选；NO2溶于水，发生反应3NO2+H2O2HNO3+NO，3mol气体生成2mol硝酸，生成1molNO，则溶液的物质的量浓度为＝mol•L－1，故D不选。
7．某课外活动小组类比Mg与CO2反应探究镁与NO2的反应。设计如下图实验（用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸）。
资料信息：Ⅰ．2Mg+CO22MgO+C。
Ⅱ．2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O。
（1）实验室一般用铜和浓硝酸反应制备NO2：Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O，应该选用的气体发生装置为_______（填字母）。
A
B
C
（2）Mg与NO2反应的化学方程式：___________________________。
（3）装置A中的试剂是___________。
（4）干燥管的作用是_________________，装置B的作用是_______________。
（5）实验开始时正确的操作步骤是________（填字母）。
A．通入NO2
B．打开弹簧夹
C．点燃酒精灯
D．当硬质玻璃管内充满红棕色气体后，关闭弹簧夹
【解析】（1）制备NO2的特点是：固体和液体不加热制取气体，应该选择A装置；（2）类比Mg与CO2反应，Mg与NO2发生置换反应的化学方程式为4Mg+2NO24MgO+N2。（3）由资料信息2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O可知，装置A中的试剂是NaOH溶液，作用是除去未反应的NO2。（4）干燥管是尾气处理装置，作用是吸收NO2以避免污染环境。装置B的作用是利用排水法收集N2。（5）实验开始时正确的操作步骤：b（打开弹簧夹）→a（通入NO2，排尽反应装置中的空气）→d（当硬质玻璃管内充满红棕色气体后，关闭弹簧夹）→c（点燃酒精灯，在确认装置中充满NO2后才开始加热）。
【答案】（1）A（2）4Mg+2NO24MgO+N2
（3）NaOH溶液（4）吸收NO2，避免污染环境；收集N2（5）badc
8．（2021•上海宝山区高一上期末）已知NO2与NaOH溶液反应：2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O，NO和NO2可一起与NaOH溶液作用：NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O，现用VL某烧碱溶液能完全吸收nmolNO2和mmolNO组成的混合气体。
（1）所用烧碱溶液的物质的量浓度至少为________mol/L。
（2）若所得溶液中c（NO3－）∶c（NO2－）＝1∶9，则原混合气体中NO2和NO的物质的量之比n∶m＝________。
（3）用含n和m的代数式表示所得溶液中NO3－和NO2－离子浓度的比值c（NO3－）∶c（NO2－）＝________。
【解析】（1）根据方程式2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O和NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O知，只要NO不剩余，氮原子和氢氧化钠的关系式是1∶1，所以完全吸收nmolNO2和mmolNO组成的混合气体所用氢氧化钠的物质的量等于氮氧化物的物质的量之和，所以c（NaOH）＝mol/L；
（2）设原混合气体中NO2和NO的物质的量n和m，则NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
m m 2m
2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O
n－m
所得溶液中c（NO3－）∶c（NO2－）＝∶（2m+）＝1∶9，所以n∶m＝3∶2；
（3）同一溶液中，c（NO3－）∶c（NO2－）等于其物质的量之比，所以c（NO3－）∶c（NO2－）＝∶（2m+）＝。
【答案】（1）mol/L （2）3∶2 （3）
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