高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物精品导学案及答案

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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____周期、第____族
②氮原子结构示意图：________________
③构成物质：一般通过________与其他原子相互结合构成物质。
（2）自然存在：主要以________的形式存在于空气中。
2．氮气
（1）结构：结构式为________，电子式为________。
（2）物理性质：____色、____味、____溶于水，密度与空气相近，约占空气体积的____。
（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：____________________
③与氧气反应：____________________
④与金属镁反应：____________________
3．氮的固定
（1）含义：将大气中________的氮转化为____________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
知识点02 NO和NO2的性质
1．物理性质及毒性
（1）一氧化氮：____色____味气体，密度比空气____，____溶于水，____毒。
（2）二氧化氮：____色气体，有________气味，密度比空气____，易液化，____溶于水，____毒。
2．化学性质
（1）实验探究
（2）NO和NO2的相互转化
①NO→NO2化学方程式：___________________________
②NO2→NO化学方程式：_____________________________________________
（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_________，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
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。
【知识拓展】氮氧化物的性质
1．NO和NO2性质的对比
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
【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
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
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
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
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
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
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____________________________________。
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2ml时，两个反应转移电子数的关系是①______②（填“＞”“＝”或“＜”）。
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
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
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
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．
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
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
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：_____________________。
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_______。
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
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
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
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
5．将1.25ml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．1.25ml B．1.50ml C．1.75ml D．2.00ml
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ml•L－1（约0.045ml•L－1）的是（ ）。
A．HCl B．NO2、O2 C．SO2、N2 D．NO2
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）。
（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
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nmlNO2和mmlNO组成的混合气体。
（1）所用烧碱溶液的物质的量浓度至少为________ml/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－）＝________。
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。
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
__________________
气体变为______色，再振荡后气体又变为______色，同时注射器的活塞____________。
原因解释
__________________
NO与O2反应生成______，气体变为______色；振荡后NO2溶于水生成_____和______，气体又变为_____色，同时气体的总体积有所_____。
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
A
B
C