2019届一轮复习人教版氮及其氧化物学案 17页

第17讲　氮及其氧化物 ‎1．氮元素在自然界中的存在及氮的固定 ‎2．氮气(N2)‎ ‎(1)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。‎ ‎(2)化学性质 N2的电子式为N⋮⋮N，结构式为N≡N，由于分子中含有的氮氮三键键能很大，分子结构稳定，在通常状况下，化学性质很不活泼。‎ ‎①与氧气反应：N2＋O22NO(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 ‎4．氮氧化物对环境的污染及防治 ‎(1)NOx对人体、环境的影响 ‎①光化学烟雾；②酸雨；③NO与血红蛋白结合使人中毒。‎ ‎(2)常见的NOx尾气处理方法 ‎①碱液吸收法——工业尾气中NOx的处理 ‎2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O、‎ NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O ‎②催化转化法——汽车尾气的处理 在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。‎ ‎1．正误判断，正确的画“√”，错误的画“×”。‎ ‎(1)工业合成氨属于人工固氮。(　　)‎ ‎(2)在实验室里，NO2和NO均可用排水法收集。(　　)‎ ‎(3)NO2通入FeSO4溶液中无明显现象。(　　)‎ ‎(4)可用O2验证某无色气体为NO。(　　)‎ ‎(5)在标准状况下，6.72 L NO2与水反应转移0.1 mol电子。(　　)‎ ‎(6)N元素所形成的化合物均易溶于水。(　　)‎ ‎(7)N2化学性质活泼，可与多种物质发生反应。(　　)‎ 答案　 (1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×‎ ‎2．下列关于自然界中氮循环(如下图)的说法不正确的是(　　)‎ A．在氮的固定中，氮元素均被氧化 B．工业合成氨属于人工固氮 C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化 D．碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环 答案　 A 解析　人工固氮中氮气转化为氨气或铵盐，N的化合价由0→－3价，化合价降低，被还原，故A错误；工业合成氨是典型的人工固氮方法，故B正确；根据图像知，通过生物体可以将铵盐和蛋白质相互转化，实现了含氮无机物和含氮有机物的转化，故C正确；生物体合成蛋白质的过程也有碳、氢、氧元素的参与，故D正确。‎ 考点1　氮和氮的氧化物 典例1　汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx 等物质，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)NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式：____________________。‎ ‎(3)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。写出NO被CO还原的化学方程式____________________________。‎ 解析　(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。‎ ‎(3)CO、NOx反应后生成的无毒气体为CO2和N2。‎ 答案　 (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　形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应(任填两种即可)‎ ‎(2)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ‎(3)2CO＋2NON2＋2CO2‎ 名师精讲 氮氧化物对环境污染的常见类型 ‎(1)光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生的一种有毒的烟雾。‎ ‎(2)酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。‎ ‎(3)破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。‎ ‎1．汽车排放的尾气中含有NO2，NO2是城市大气污染的主要污染物之一。在日光照射下，NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应，从而不断产生O3，加重空气污染。反应过程为①2NO2―→2NO＋2O；②2NO＋O2―→2NO2；③O＋O2―→O3。下列有关该反应过程及产物的叙述正确的是(　　)‎ A．NO2起催化剂作用 B．NO起催化剂作用 C．NO2只起氧化剂作用 D．O3与O2互为同分异构体 答案　 A 解析　由反应过程①＋②得O2―→2O，③O＋O2―→O3，由此可知NO2起催化剂作用，反应过程中NO2既作氧化剂又作还原剂，A正确；B、C错误；O3与O2互为同素异形体，D错误。‎ ‎2．雷雨天，空气中的N2会发生一系列反应，生成氮的化合物。雷雨时，一般不可能生成的氮的化合物是(　　)‎ ‎①NH3　②NO　③NO2　④N2O3　⑤N2O5　⑥HNO3‎ A．②④⑥ B．②③⑤⑥‎ C．①④⑤ D．①③⑤‎ 答案　 C 解析　雷雨天气发生如下反应：N2＋O22NO；2NO＋O2===2NO2；3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；故选C。‎ 考点2　氮的氧化物的简单计算 典例2　氮氧化合物(用NOx表示)是大气污染的重要因素，根据NOx的性质特点，开发出多种化学治理氮氧化合物污染的方法。‎ ‎(1)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，‎ ‎3.5 L NH3恰好将3.0 L NO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________。‎ ‎(2)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。‎ ‎①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：__________________________。‎ ‎②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是________。‎ ‎(3)纯碱溶液也能用于处理氮氧化合物废气，反应原理与上述(2)类似，同时产生CO2。‎ ‎①请写出纯碱溶液吸收NO2的化学方程式：____________________________________。‎ ‎②现有一定量的某工业废气，其中含有3.36 L NO2、1.12 L NO(已换算为标准状况，假设不含N2O4)，恰好被200 mL碳酸钠溶液吸收，所得盐的物质的量分别为________、________，该碳酸钠溶液的物质的量浓度为________mol·L－1。‎ 解析　(1)设NO的体积为V(NO)，NO2的体积为V(NO2)，依据方程式知，处理NO需NH3：V(NO)，处理NO2需NH3：V(NO2)，则 解得V(NO)＝0.75 L，V(NO2)＝2.25 L V(NO)∶V(NO2)＝1∶3。‎ ‎(2)①生成两种钠盐，必然是NO2的歧化反应，依据量的关系可知两种盐分别为NaNO3和NaNO2。‎ ‎②NO中氮的化合物为＋2价，NO2中氮的化合价为＋4价，二者以1∶1混合时与NaOH反应生成一种钠盐，依据电子守恒可知，钠盐中氮的化合价为＋3，即为NaNO2。‎ ‎(3)②n(NO2)＝0.15 mol，n(NO)＝0.05 mol 则单独与Na2CO3反应的NO2为0.15 mol－0.05 mol＝0.1 mol 所以共生成NaNO3：0.05 mol，NaNO2：0.15 mol c(Na2CO3)＝＝0.5 mol·L－1。‎ 答案　 (1)1∶3‎ ‎(2)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O　‎ ‎②NaNO2‎ ‎(3)①Na2CO3＋2NO2===NaNO3＋NaNO2＋CO2‎ ‎②NaNO3：0.05 mol　NaNO2：0.15 mol　0.5‎ 名师精讲 氮的氧化物与O2、H2O反应的计算 ‎1．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。‎ ‎2．方法 氮的氧化物与O2、H2O反应的计算，常见的有两种方法 ‎(1)加合式法 ‎①NO2和O2混合气体溶于水的计算 由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知：‎ V(NO2)∶V(O2) ‎②NO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) ‎(2)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。‎ ‎3．如图所示，将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内，充分反应后，试管内残留体积的气体，该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为(　　)‎ A．3∶2 B．2∶3 C．8∶3 D．3∶8‎ 答案　 C 解析　该过程中涉及的反应有①2NO＋O2===2NO2、②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，可将①②两个方程式“合并”为③4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3‎ ‎。剩余气体与空气接触立即变为红棕色，说明剩余气体为NO。则可知体积的NO与n体积的氧气恰好完全反应。由方程式③得关系式4∶＝3∶n，解得m∶n＝8∶3。‎ ‎(建议用时：40分钟)‎ 一、选择题(每题6分，共72分)‎ ‎1．下列关于NO的叙述正确的是(　　)‎ ‎①NO可以是某些含低价氮物质氧化的产物 ‎②NO与NaOH反应能生成NaNO2‎ ‎③NO可以是某些含高价氮物质还原的产物 ‎④NO是无色气体，在空气中可变为红棕色 A．全部 B．①③④ C．②③④ D．①④‎ 答案　 B 解析　可由反应4NH3＋5O24NO＋6H2O获得NO，故①正确；NO单独不与NaOH反应，故②错误；NO可由反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO获得，故③正确；2NO＋O2===2NO2，故④正确。故选B。‎ ‎2．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(　　)‎ A．可能是N2与NO2的混合气体 B．可能是O2与NO2的混合气体 C．不可能是NO与NO2的混合气体 D．只能是NO2一种气体 答案　 B 解析　若是N2与NO2的混合气体，无论鼓入多少氧气，最后都有N2剩余，试管内不可能完全被水充满；若是O2与NO2的混合气体，由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知，当>4时，NO2有剩余，剩余的NO2和水反应产生NO，故试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内不断鼓入氧气后，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，故试管能被水充满；若是NO与NO2的混合气体，开始时，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，气体体积减小，但有NO剩余，当向试管内不断鼓入适量的氧气后，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，试管内的气体完全被水吸收，能完全充满试管。‎ ‎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．①② B．②③ C．③④ D．①④‎ 答案　 D 解析　首先分析剩余的2 mL气体有两种可能。如果剩余2 mL O2，则V(NO2)＝×(12－2)mL＝8 mL，则混合气体中：V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。若剩余的2 mL气体是NO，则混合气体中的V(O2)＝(12 mL－2 mL×3)×＝1.2 mL，D项正确。‎ ‎4．下列转化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―→NO　⑤N2―→NH3‎ A．① B．②⑤ C．④ D．③④‎ 答案　 C 解析　①N2＋O22NO，一步生不成NO2；②、③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，不必加入氧化剂，⑤N2＋3H22NH3，但加入的H2作还原剂，故选C。‎ ‎5．研究发现，空气中少量的NO2能参与硫酸型酸雨的形成，反应过程如下：‎ ‎①SO2＋NO2===SO3＋NO ‎②SO3＋H2O===H2SO4‎ ‎③2NO＋O2===2NO2‎ NO2在上述过程中的作用，与H2SO4在下列变化中的作用相似的是(　　)‎ A．潮湿的氮气通过盛有浓H2SO4的洗气瓶 B．在蔗糖中加入少量浓硫酸并不断搅拌 C．将少量浓硫酸滴入胆矾晶体中 D．加入少量硫酸使乙酸乙酯水解 答案　 D 解析　NO2参与硫酸型酸雨的形成时，发生了化学反应，反应后又重新生成，在反应中起催化作用。在乙酸乙酯的水解反应中，硫酸也起催化作用。‎ ‎6．(2017·东北师大附中质检)关于氮的变化关系图如下：‎ 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．氮气在足量的氧气中通过一步反应可生成NO2‎ 答案　 D 解析　氮气和氧气在放电条件下反应生成NO，NO与O2转化为NO2，即氮气与氧气不能一步转化为NO2。‎ ‎7．下列有关氮及其化合物的说法不正确的是 (　　)‎ A．硝酸应保存在棕色试剂瓶里 B．铵态氮肥不宜与碱性肥料混合施用 C．常温下铁、铝不与浓硝酸反应 D．NO可用排水法收集，NO2可用向上排空气法收集 答案　 C 解析　A项，硝酸不稳定，见光易分解，所以应保存在棕色试剂瓶里；B项，铵态氮肥的水溶液呈酸性，与碱性肥料混合施用会产生氨气，导致肥效降低；C项，常温下铁、铝遇浓硝酸钝化，钝化是氧化还原反应，是金属表面被氧化产生了一层致密的氧化物保护膜，阻止了金属的进一步反应，故C项错误。‎ ‎8．二氧化氮(NO2)是重要的空气污染物之一，科学家正寻求合适的化合物G和适当的条件以进行反应NO2＋G===N2＋H2O＋nY(反应未配平)，从而将二氧化氮转化为无毒的N2。上式中的n为系数，但也可以为0，而Y必须为无毒的物质。从反应机理分析，上述反应式中的G肯定不可以是(　　)‎ A．NH3 B．CO2‎ C．CH3CH2OH D．H2O2‎ 答案　 B 解析　选项A，NH3能被NO2氧化，生成N2、H2O；选项B，NO2不可能与CO2发生反应；选项C，CH3CH2OH具有还原性，理论上说其能被NO2氧化，生成CO2；选项D，H2O2有可能与NO2反应生成N2、H2O、O2。‎ ‎9．(2017·临沂高三模拟)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>V3 B．V1>V3>V2‎ C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2‎ 答案　 B 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。‎ ‎10．为证明稀硝酸与铜反应产物中气体为NO，设计如图实验(实验过程中活塞2为打开状态)，下列说法中不正确的是 (　　)‎ A．关闭活塞1，加入稀硝酸至液面a处 B．在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率 C．通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行 D．反应开始后，胶塞下方有无色气体生成，但不能证明该气体为NO 答案　 A 解析　关闭活塞1，U型管左端气体被封在管内，气体产生压强导致稀硝酸的液面无法上升到a处，故A 项错误；升高温度能加快反应速率，无论该反应是吸热还是放热反应，所以在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率，故B项正确；关闭或开启活塞1，能控制U型管内产生气体的压强，当压强大时能使Cu和硝酸分离从而停止反应，所以通过关闭或开启活塞1可以控制反应进行，故C项正确；NO为无色气体，如果证明反应产生的气体是NO，需要将活塞1打开，将气体放入分液漏斗中，气体在分液漏斗中变为红棕色，则证明反应产生的气体是NO，否则无法证明，故D正确。故选A项。‎ ‎11．将少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，再使逸出的气体(不考虑水蒸气)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．O2 B．SO2 C．NO2、O2 D．NO、O2‎ 答案　 C 解析　假设NO2气体的物质的量为3 mol，根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO、NaHCO3＋HNO3===NaNO3＋H2O＋CO2↑、2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2,2NO＋O2===2NO2，知3 mol NO2通入过量小苏打溶液中逸出的气体为2 mol CO2和1 mol NO，2 mol CO2与足量过氧化钠反应生成1 mol O2,0.5 mol O2和1 mol NO反应生成1 mol NO2，剩余0.5 mol O2，故最后收集到的气体为1 mol NO2和0.5 mol O2。‎ ‎12．铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与5.6 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。则消耗铜的质量为(　　)‎ A．16 g B．32 g C．64 g D．无法计算 答案　 B 解析　该题氮元素变化为硝酸→氮的氧化物→硝酸，所以题目中的反应可以看成是铜与氧气的反应，其中硝酸为“催化剂”，所以铜的物质的量为2×5.6 L/22.4 L·mol－1＝0.5 mol，即32 g。‎ 二、非选择题(共28分)‎ ‎13．(14分)NO曾因污染空气而臭名昭著，但随着其“扩张血管和增强记忆力”等功能的发现，NO分子成为当前生命科学研究中的“明星分子”。请回答下列问题：‎ ‎(1)在含有Cu＋的酶的活化中心，亚硝酸根离子(NO)可转化为NO，写出Cu＋和NO在酸性溶液中反应的离子方程式：‎ ‎_________________________________________________________，‎ 反应中NO表现出________性。‎ ‎(2)一定条件下NO可转化为N2O和另一种红棕色气体，反应的方程式为__________________________________________________，‎ 在同温同体积条件下，完全转化时容器内压强与转化前容器内压强之比为________。‎ ‎(3)将0.05 mol NO、0.03 mol O2的混合气体以适当的速率缓慢通入盛有100 mL水的集气瓶中，最终所得溶液中溶质的物质的量浓度为(设溶液体积变化忽略不计)________。‎ 答案　 (1)Cu＋＋NO＋2H＋===Cu2＋＋NO↑＋H2O　氧化 ‎(2)3NON2O＋NO2　2∶3‎ ‎(3)0.4 mol·L－1‎ 解析　(1)NO转化为NO的过程中，氮元素的化合价降低，表现了氧化性，故Cu＋在反应中只能是还原剂，反应中铜元素化合价升高后转化为Cu2＋，由此可写出对应的离子方程式。‎ ‎(2)红棕色气体是NO2，故有NO―→N2O＋NO2，配平后得：3NON2O＋NO2，同温同体积时，气体压强之比等于其物质的量之比，故完全反应后与反应前容器中压强之比为2∶3。‎ ‎(3)NO与O2的混合气体溶于水发生反应：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，由此可求出生成的HNO3为0.04 mol，故所得溶液中硝酸的浓度为0.4 mol·L－1。‎ ‎14．(14分)某研究性学习小组学生根据氧化还原反应规律，探究 NO2、NO与Na2O2反应的情况，从理论上分析Na2O2和NO2都既有氧化性又有还原性，于是提出如下假设：‎ 假设1：Na2O2氧化NO2；‎ 假设2：NO2氧化Na2O2。‎ ‎(1)甲同学设计如图装置进行实验：‎ ‎①试管A中反应的离子方程式是________________。‎ ‎②待试管B中充满红棕色气体，关闭旋塞a和b；取下试管B，向其中加入适量Na2O2粉末，塞上塞子，轻轻振荡试管内粉末，观察到红棕色气体迅速消失；再将带火星的木条迅速伸进试管内，木条复燃。‎ ‎③仪器C兼有防倒吸的作用，仪器C的名称为________。‎ 结论：甲同学认为假设2正确。‎ ‎(2)乙同学认为甲同学设计的实验存在缺陷，为达到实验目的，在A、B之间应增加一个装置，该装置的作用是______________________。‎ 乙同学用改进后的装置，重复了甲同学的实验操作，观察到红棕色气体迅速消失；带火星的木条未复燃，得出结论：假设1正确。则NO2和Na2O2反应的化学方程式是________________________。‎ 答案　 (1)①Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O ‎③球形干燥管 ‎(2)除去NO2气体中混有的水蒸气 Na2O2＋2NO2===2NaNO3‎ 解析　(1)①Cu与浓硝酸反应生成二氧化氮、硝酸铜和水，其反应的离子方程式为Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O；③仪器C为球形干燥管。‎ ‎(2)Cu与浓硝酸反应生成的二氧化氮中含有水蒸气，水蒸气能与过氧化钠反应生成氧气，所以要在A、B之间增加一个干燥装置，除去NO2气体中混有的水蒸气；若过氧化钠氧化二氧化氮，则生成硝酸钠，其反应的化学方程式为Na2O2＋2NO2===2NaNO3。‎