5.2.1 氮和氮的氧化物（第1课时）-【帮课堂】2024-2025学年高一化学同步学与练（人教版2019必修第二册）

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第二节 氮及其化合物 5.2.1 氮和氮的氧化物 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．了解氮的固定和自然界中氮的循环。 2．了解氮气的主要化学性质。 3．认识氮氧化物的性质与转化。 重点:氮气的性质、一氧化氮、二氧化氮的性质及其的转化；二氧化氮与水的反应。 难点:一氧化氮、二氧化氮的性质及两者之间的转化；二氧化氮与水的反应。 一、氮气与氮的固定 1．氮元素的原子结构和性质 （1）氮元素的原子结构 氮元素位于元素周期表的第 周期第 族，氮原子的原子结构示意图： ,氮原子最外层有 个电子，既不容易得到 个电子，也不容易失去 个电子。氮原子一般通过 与其他原子相互结合构成物质。 （2）氮元素在自然界中的存在 ①游离态：主要以 的形式存在于空气中，约占 （体积分数）。 ②化合态：存在于动植物体内的 中，土壤、海洋的 盐和 盐中。 2．氮气 （1）结构： ①分子式： ②电子式： ③结构式： ④球棍模型： （2）物理性质 通常情况下，氮气是 色、 的气体，密度比空气的 ， 溶于水（体积比=1：0.02），在压强为101KPa下，氮气在—195.8℃时变成 ，氮气分子在—209.9℃时变成 。 （3）化学性质 氮分子内两个氮原子间以 结合，断开该化学键需要 的能量，所以氮气的化学性质很 ，通常情况下 与其他物质发生化学反应，但在 、 等条件下，氮气也可以与镁、氢气、氧气等物质发生化合反应。 写出氮气与下列物质反应的化学方程式。 ①金属镁： ，氮气表现 性；Mg3N2离子化合物，在水中强烈水解 ，与盐酸反应的方程式为： 。 ②氢气： ，氮气表现 性； ③氧气： （闪电、汽车引擎中发生的反应），氮气表现 性。 （4）用途 ①氮气常用作保护气，如焊接金属、填充 、保存食品等。 ②氮气是合成氨、制 的重要原料。 ③雷电是自然界重要的 方式。 ④液氮可用作制冷剂，应用于 、科技等领域。 （5）工业制法： ①分离液态空气： ②耗氧法： （6）实验室制法 ①NH3氧化法： ②NH4Cl溶液和NaNO2溶液共热法： 3．氮的固定 （1）含义：将大气中 的氮转化为 的过程。 （2）分类： ①自然固氮： 固氮（大自然通过 释放能量将氮气转化为含氮的 物）； 固氮（通过豆科植物的 将氮气转化为 ）。 ②人工固氮：合成 (工业上 )； 固氮(某些金属有机化合物可起到 的作用)。 二、氮的氧化物 1.氮的氧化物的种类 氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1～＋5价都有对应的氧化物，如 、NO、 、NO2(或N2O4)、 ，其中属于酸性氧化物的是 、 ，分别是硝酸、亚硝酸（ ）的 。 2.NO和NO2的物理性质、化学性质和制法对比 　 NO NO2 物理性质 色态味 密度 熔沸点 溶解性 化学性质 毒性 与水 与碱 氧化性 还原性 与O2混合，通入水中 制法 实验室制取 收集方法 【特别提醒】①NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。②验证某无色气体为NO的方法是向该无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。 3.实验探究一氧化氮、二氧化氮的相互转化——【实验5-5】二氧化氮被水吸收的实验（必修第二册，P13） 实验装置 实验原理 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，2NO＋O2===2NO2 或 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 实验用品 二氧化氮、氧气、水；试管、水槽。 实验步骤 图5-10所示， 操作一：在一支50mL的注射器里充入20mLN0，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，观察现象。 操作二：打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。 操作三：振荡注射器，观察现象。 实验现象 ①一氧化氮为无色气体，注射器内无明显现象 ②注射器中气体由无色变为 色，注射器活塞向 移动 ③注射器中气体由红棕色变为 色，注射器活塞继续向 移动 实验结论 ① 。 ② 。 ③ 。 实验说明 ①以上过程实际是水吸收 NO2制硝酸的原理。 ②NO2的污染可用NaOH溶液处理： 。 ③NO的污染可用NaOH溶液处理（NO不能单独被NaOH溶液吸收）： 。 【特别提醒】①NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。②验证某无色气体为NO的方法是向该无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。 写出下列转化的化学方程式： （1）NO―→NO2： 。 （2）NO2―→NO： ，该反应中NO2既表现 性，又表现 性。 【思考与讨论P13】参考答案： 发生的反应有：2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；由以上反应可得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，要将NO充分转化为HNO3，可以打开弹簧夹，快速吸入足够多的空气，就可将NO全部转化为HNO3；在工业生产硝酸时，可以使用过量空气，使NO全部转化为HNO3； 4.氮的氧化物溶于水的几种情况分析 （1）NO2或NO2与N2混合气体溶于水时，3NO2+H2O==2HNO3+NO，利用气体体积变化差进行计算。 （2）NO2与O2的混合气体溶于水，由3NO2+H2O==2HNO3+NO及2NO+O2==2NO2，得： 4NO2+O2+2H2O==4HNO3，可知 V(NO2):V(O2) （3）NO和O2同时通入水中时，其反应是2NO+O2==2NO2 ①，3NO2+H2O==2HNO3+NO ②，将①×3+②×2得总反应式为：4NO+3O2+2H2O==4HNO3，可知 V(NO):V(O2) （4）NO、NO2、O2三种混合气体通入水中，可先按情况（1）求出NO2与H2O反应生成的NO的体积，再加上原混合气体中的NO的体积即为NO的总体积，再按情况（3）进行计算。 5.氮氧化物对环境的污染及防治 （1）常见的污染类型 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，产生了一种 的烟雾。 ②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成 和 ，随雨雪降到地面,pH值 5.6的雨水为酸雨。 ③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的 减少，导致地面 辐射量增加。 ④ 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： 、 ，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。 ②催化转化法：在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)；NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体( )，一般适用于 的处理。 ③氨气吸收法： ； 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）瓶中盛满水，从b口进气，用排水法收集NO2   。( ) （2）NO2易溶于水生成HNO3，故NO2是酸性氧化物。( ) （3）NO和NO2都是有刺激性气味的有毒气体，它们都是大气污染物。( ) （4）豆科植物的根瘤菌固氮属于自然固氮中的高能固氮。( ) （5）闪电时氮气与氧气化合生成NO，属于自然固氮。( ) （6）N2在高温条件下与O2发生化学反应生成NO2 。( ) （7）N2与O2在放电条件下直接化合成NO2。( ) （8）制取二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气。( ) (9)溴蒸气和NO2都是红棕色气体，可用湿润的淀粉­KI试纸和NaOH溶液鉴别。( ) (10)N2与O2反应时，不论O2是否足量，其一步反应都只能得到NO，不能生成NO2。( ) 2．氮和氮的化合物与人类有密切关系。回答下列问题： （1）下列属于氮的固定的是___________(填序号)。 A．工业上由NH3合成HNO3 B．雷雨“发”庄稼 C．硝酸盐在细菌作用下生成氮气 D．豆类植物根瘤菌合成氨 （2）利用氨水可以将SO2和NO2吸收，原理如下图所示： NO2被吸收的离子方程式为 。 （3）NSR(NOx储存还原)工作原理：NOx的储存和还原在不同时段交替进行，如下图所示。 通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原，写出NO、O2、BaO生成Ba(NO3)2的化学方程式 。 （4）CO与NO在Rh催化剂上的氧化还原反应是控制汽车尾气对空气污染的关键反应，用Rh做催化剂时该反应的过程示意图如下： 该反应中还原产物为 ，当生成1molCO2时，转移电子 mol。 ►问题一 氮气反应的条件及如何实现氮的固定 【典例1】氮是各种生物体生命活动不可缺少的重要元素。将游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。自然界中存在的下列过程属于氮的固定的是 A．雷电作用下N2和O2反应生成NO B．蛋白质被分解为氨基酸 C．水体中的铵盐被氧化为硝酸盐 D．硝酸盐在细菌作用下生成氮气 【变式1-1】下列关于氮气的说法中，正确的是(　　) A．通常情况下，氮气性质比较稳定 B．可在氧气中燃烧，生成一氧化氮 C．1 mol N2与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3 D．氮元素是活泼的非金属元素，氮气在化学反应中只能作氧化剂 【变式1-2】N2是空气的重要组成部分，因此有科学家依据蒸汽机的原理，设计制造出液氮蒸汽机，即利用液态氮的蒸发来驱动机车，从而达到环境保护的目的，其原理主要依据是 A．液氮的沸点为﹣195.8℃，远低于常温 B．N2在空气中燃烧放热 C．N2的化学性质很稳定 D．N2在空气中的体积分数为78% ►问题二 如何探究氮的氧化物的性质 【典例2】室温下，将充满红棕色的试管倒立在水中，时试管中只剩余无色气体，实验现象如图所示。下列分析正确的是 A．易溶于水，时试管中液体为红棕色 B．试管中剩余的无色气体是，占试管体积的 C．向试管中通入一定量的，最终试管中的气体占试管体积的 D．取试管中的溶液，向其中加入少量粉末，溶液显蓝色 【变式2-1】低温等离子体(NTP)技术可有效脱除烟气中的NO，其原理是在高压放电条件下，O2产生自由基(O·)，自由基将NO氧化为NO2，再用Na2CO3溶液吸收，实验装置如下图所示。下列说法不正确的是 A．氮元素既有被氧化的过程又有被还原的过程 B．高压电源的功率越大，NO的脱除效果一定越好 C．尾气吸收采用气、液逆流的方式可提高NO2脱除率 D．单位时间内生成的自由基(O·)越多，越有利于NO的转化 【变式2-2】烟气的主要污染物为和(烟气中以上的以的形式存在)。一种基于吸收剂分区的同时脱硫脱硝的反应装置如图所示。一段时间后，检测仪I检测到反应的主要产物是含硫化合物，检测仪Ⅱ检测到反应的主要产物是含氮化合物。 下列说法不正确的是 A．当观察到反应器Ⅰ中悬浊液变澄清时，反应的离子方程式为 B．反应器Ⅱ中，保持高速通入烟气能提高烟气中去除率 C．反应器Ⅱ中，保持适宜的进气深度能提高烟气中去除率 D．烟气中的几乎不被水或碱液吸收，因此吸收剂几乎不能脱硝 ►问题三 如何进行氮氧化物溶于水的计算 【典例3】现有、的混合气体22mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积是 A．2mL B．3.2mL C．3.2mL或6mL D．16mL或18.8mL 【变式3-1】如图所示，试管中盛装的是红棕色气体，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，对原试管中盛装气体的说法正确的是 ①可能是与的混合气体 ②可能是气体 ③可能是与的混合气体 ④只可能是一种气体 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 【变式3-2】将盛8mL一氧化氮和18mL二氧化氮混合气体的烧瓶倒置于水中，通入一定量的氧气，完全反应后，剩余气体体积为2mL，且该气体不支持燃烧，则充入的氧气的体积为 A．6mL B．9mL C．10mL D．12mL ►问题四 如何减少氮氧化物的污染 【典例4】硝酸工业生产中常用纯碱溶液吸收排出的氮氧化物废气，废气中若只含有NO、两种气体。将一定量废气通入到足量的溶液中被完全吸收，溶液中生成的、两种离子的物质的量与废气中的物质的量分数变化关系如图所示。 已知溶液中可发生以下两个反应： ①；②。 下列说法错误的是 A．图中线段b表示 B．时，溶液中 C．时， D．若生成标准状况下22.4L ，则 【变式4-1】将氮氧化物直接排入空气中会污染空气，可用酸性溶液吸收，反应原理为，下列说法正确的是 A．每吸收，反应中转移电子 B．氧化性：酸性溶液<稀硝酸 C．可使酸性溶液褪色，体现了的漂白性 D．汽车发动机燃料燃烧产生的易溶于水 【变式4-2】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，反应方程式如下： ①NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O ②2NO2+2NaOH=NaNO2+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“”) （4）自来水中的NO危害人类健康。为了降低自来水中NO的浓度，某研究人员提出两种方案。 ①方案a：微碱性条件下，用Fe(OH)2还原NO，产物之一是NH3。生成3.4gNH3的同时会生成 mol Fe(OH)3。 ②方案b：碱性条件下，用Al粉还原NO，产物之一是N2。发生的反应如下所示，配平离子方程式并用单线桥标出电子转移的方向和数目： 。 Al+ NO+OH-—AlO+N2↑+H2O 1．下列关于氮氧化物的说法正确的是 A．NO是红棕色气体 B．NO、都是有毒气体 C．与水反应时只作还原剂 D．NO可用向上排空气法收集 2．下列对NO、NO2的描述，不正确的是 A．NO2是红棕色气体，易溶于水，与水反应中NO2既是氧化剂又是还原剂 B．NO是无色气体，可以用排空气法收集 C．NO、NO2二者都是引起光化学烟雾的大气污染物 D．NO、NO2都有毒，且NO是汽车尾气的有害成分之一 3．合理使用含氮化合物，科学处理大气和水圈中的氮元素，保障地球生态安全，是化学学科的重要研究内容和责任。下列化学反应表示正确的是 A．用水吸收二氧化氮制硝酸：2NO2＋H2O=HNO3＋NO B．用烧碱溶液吸收硝酸工业尾气：NO＋NO2＋H2O=2＋2H+ C．雷雨天气空气中的氮气和氧气反应：N2＋2O22NO2 D．氨气的催化氧化 4．下列关于氮及其氧化物的说法中错误的是 A．通常情况下N2性质很稳定，可以在电焊时作保护气 B．NO2能与水反应生成硝酸，故NO2是酸性氧化物 C．，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一 D．在反应中，N2作氧化剂 5．氮气是一种不活泼的气体，其根本原因是 A．氮气有还原性 B．氮原子的半径较小 C．氮气是双原子分子 D．使氮气分子中的氮氮三键断裂需要吸收很高的能量 6．合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。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。下列过程中不属于氮的固定的是 A．3Mg+N2 Mg3N2 B．N2+O2 2NO C．N2+3H22NH3 D．6NO2+8NH37N2+12H2O 7．下列反应起到氮的固定作用的是 A．NO和反应生成 B．与在一定条件下生成 C．经催化氧化生成NO D．由制碳铵和硫铵 8．硝酸生产的尾气中NO和等氮氧化物以及酸性废水中均须处理达标后再排放。 （1）硝酸尾气可用NaOH溶液吸收，主要反应为；；①吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到晶体，该晶体中的主要杂质是 (填化学式)；②吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是 (填化学式)。 （2）用NaClO溶液也能除去尾气中NO。其他条件相同，NO去除为的转化率随NaClO溶液初始pH(用稀盐酸调节)的变化如图所示。 在酸性溶液中，HClO氧化NO生成Cl-和NO的离子方程式为 ；NaClO溶液的初始pH越大，NO转化率越低。其原因是 。 （3）利用也能够还原氮氧化物()实现氮污染的治理。将硝酸尾气与的混合气体通入与的混合溶液中实现无害化处理，其转化过程如图所示。 ①x=1时，参与的离子方程式为 。 ②若该过程中，每转移3.6mol电子消耗1mol氮氧化物()，则x为 。 1．下列关于氮及其化合物的说法正确的是 A．的化学性质稳定，不与任何物质发生化学反应 B．NO能与水发生反应 C．NO、均为大气污染气体，在大气中可稳定存在 D．能与水发生反应 2．下列关于的叙述错误的是 A．既可作氧化剂又可做还原剂 B．雷雨天，空气中的和可反应生成NO C．氮的固定是将转化成含氮化合物 D．不稳定，很活泼 3．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。下列说法正确的是 A．是该过程的中间产物，也可以由与直接化合得到 B．CO与反应的化学方程式为 C．总反应中NO、CO均为还原剂，只有为氧化剂 D．处理，总反应中一定转移电子 4．在火箭燃料中作为氧化剂。下列说法正确的是 A．属于酸性氧化物 B．经转化被植物吸收，属于氮的固定 C．为红棕色且有刺激性气味的气体 D．高温时与过量的氧气反应可直接生成 5．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NO2的体积为 ①4 mL；②8 mL；③10 mL；④10.8 mL。 A．①③ B．②④ C．①④ D．②③ 6．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．NO2一种气体 B．O2与NO2的混和气体 C．NO与NO2的混和气体 D．N2与NO2的混和气体 7．消除氮氧化物有如下3种方法： ①； ② ③ 下列说法不正确的是 A．氮氧化物会造成酸雨等污染 B．①中利用氢氧化钠的碱性消除氮氧化物，也可以用氨水代替 C．②③使用催化剂，能加快消除氮氧化物的速率 D．若某工厂排出的废气中二氧化氮的含量为(体积分数)，用方法③处理(标准状况下)这种废气，约需氨气 8．氮氧化物(NO、NO2)是当前环境保护研究的热点课题。 （1）氮氧化物大量排放对环境造成的影响有 (写出一点)。 （2）烟气中的NO经O3处理后更易被去除。NO与O3反应的化学方程式为NO+O3=NO2+O2室温下，固定NO的物质的量，改变加入O3的物质的量，反应一段时间后体系中n(NO)和n(NO2)随反应前n(O3)：n(NO)|的变化如图所示。当n(O3)：n(NO)>1时，反应后NO2的物质的量减少，原因是 。 （3）某小组为验证NO与炽热的铜粉(红色)发生反应：，设计如图所示的方案： ①能证明NO和Cu反应的实验现象是 。 ②装置中每生成2.24L(标准状况)N2，转移电子的物质的量是 mol。 ③已知：酸性KMnO4溶液吸收NO后会生成Mn2+、烧杯中发生反应的离子方程式为 。 （4）某含Fe2+化合物的溶液可吸收NO、NO2并使氮氧化物与Fe2+化合物结合。用该溶液处理含NO、NO2的烟气，相同条件下氮氧化物的去除率与烟气中氧气体积分数的关系如图所示。 ①烟气中氧气的体积分数介于0~2%时，氧气体积分数增大有利于NO转化为NO2，该反应的化学方程式为 。与NO相比，NO2更易被溶液吸收去除，原因是 。 ②烟气中氧气的体积分数介于2%~8%时，随着O2体积分数的上升，氮氧化物去除率减小，原因是 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第五章 化工生产中的重要非金属元素 第二节 氮及其化合物 5.2.1 氮和氮的氧化物 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．了解氮的固定和自然界中氮的循环。 2．了解氮气的主要化学性质。 3．认识氮氧化物的性质与转化。 重点:氮气的性质、一氧化氮、二氧化氮的性质及其的转化；二氧化氮与水的反应。 难点:一氧化氮、二氧化氮的性质及两者之间的转化；二氧化氮与水的反应。 一、氮气与氮的固定 1．氮元素的原子结构和性质 （1）氮元素的原子结构 氮元素位于元素周期表的第二周期第ⅤA族，氮原子的原子结构示意图：,氮原子最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。 （2）氮元素在自然界中的存在 ①游离态：主要以氮气分子的形式存在于空气中，约占78%（体积分数）。 ②化合态：存在于动植物体内的蛋白质中，土壤、海洋的硝酸盐和铵盐中。 2．氮气 （1）结构： ①分子式：N2 ②电子式： ③结构式：N≡N ④球棍模型： （2）物理性质 通常情况下，氮气是无色、无味的气体，密度比空气的稍小，难溶于水（体积比=1：0.02），在压强为101KPa下，氮气在—195.8℃时变成无色液体，氮气分子在—209.9℃时变成雪花状固体。 （3）化学性质 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，但在高温、放电等条件下，氮气也可以与镁、氢气、氧气等物质发生化合反应。 写出氮气与下列物质反应的化学方程式。 ①金属镁：N2＋3MgMg3N2，氮气表现氧化性；Mg3N2离子化合物，在水中强烈水解Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3↑，与盐酸反应的方程式为：Mg3N2+8HCl=3MgCl2+2NH4Cl。 ②氢气：N2＋3H22NH3，氮气表现氧化性； ③氧气：N2＋O22NO（闪电、汽车引擎中发生的反应），氮气表现还原性。 （4）用途 ①氮气常用作保护气，如焊接金属、填充灯泡、保存食品等。 ②氮气是合成氨、制硝酸的重要原料。 ③雷电是自然界重要的固氮方式。 ④液氮可用作制冷剂，应用于医学、科技等领域。 （5）工业制法： ①分离液态空气： ②耗氧法： （6）实验室制法 ①NH3氧化法：2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O ②NH4Cl溶液和NaNO2溶液共热法：NH4Cl+NaNO2N2↑+NaCl+2H2O 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。 （2）分类： ①自然固氮：高能固氮（大自然通过闪电释放能量将氮气转化为含氮的氧化物）；生物固氮（通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化为氨）。 ②人工固氮：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)。 二、氮的氧化物 1.氮的氧化物的种类 氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1～＋5价都有对应的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5，分别是硝酸、亚硝酸（HNO2）的酸酐。 2.NO和NO2的物理性质、化学性质和制法对比 　 NO NO2 物理性质 色态味 无色、无味、气体 红棕色、刺激性气味、气体 密度 密度略大于空气 密度比空气大 熔沸点 很低 低，易液化 溶解性 不溶 易溶 化学性质 毒性 有毒 有毒 与水 不反应 3NO2+H2O=2HNO3+NO NO2既是氧化剂，又是还原剂 与碱 不反应 2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O NO＋NO2 ＋2NaOH=2NaNO2 +H2O 氧化性 2NO+2CO=2CO2+N2 2NO2+2KI=I2+2KNO2 还原性 2NO+O2=2NO2 可使KMnO4褪色 可使KMnO4褪色 与O2混合，通入水中 4NO+3O2+2H2O=4HNO3 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 制法 实验室制取 3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O　 Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2 ↑+2H2O 收集方法 　排水法 向上排空气法 【特别提醒】①NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。②验证某无色气体为NO的方法是向该无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。 3.实验探究一氧化氮、二氧化氮的相互转化——【实验5-5】二氧化氮被水吸收的实验（必修第二册，P13） 实验装置 实验原理 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，2NO＋O2===2NO2 或 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 实验用品 二氧化氮、氧气、水；试管、水槽。 实验步骤 图5-10所示， 操作一：在一支50mL的注射器里充入20mLN0，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，观察现象。 操作二：打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。 操作三：振荡注射器，观察现象。 实验现象 ①一氧化氮为无色气体，注射器内无明显现象 ②注射器中气体由无色变为红棕色，注射器活塞向左移动 ③注射器中气体由红棕色变为无色，注射器活塞继续向左移动 实验结论 ①NO不溶于水 ②NO和O2反应生成红棕色NO2，气体体积减小。 ③NO2不能全部被水吸收，有无色气体NO生成，气体体积继续减小。 实验说明 ①以上过程实际是水吸收 NO2制硝酸的原理。 ②NO2的污染可用NaOH溶液处理：2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。 ③NO的污染可用NaOH溶液处理（NO不能单独被NaOH溶液吸收）：NO2＋NO＋2NaOH=== 2NaNO2＋H2O。 【特别提醒】①NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。②验证某无色气体为NO的方法是向该无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。 写出下列转化的化学方程式： （1）NO―→NO2：2NO＋O2===2NO2。 （2）NO2―→NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，该反应中NO2既表现氧化性，又表现还原性。 【思考与讨论P13】参考答案： 发生的反应有：2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；由以上反应可得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，要将NO充分转化为HNO3，可以打开弹簧夹，快速吸入足够多的空气，就可将NO全部转化为HNO3；在工业生产硝酸时，可以使用过量空气，使NO全部转化为HNO3； 4.氮的氧化物溶于水的几种情况分析 （1）NO2或NO2与N2混合气体溶于水时，3NO2+H2O==2HNO3+NO，利用气体体积变化差进行计算。 （2）NO2与O2的混合气体溶于水，由3NO2+H2O==2HNO3+NO及2NO+O2==2NO2，得： 4NO2+O2+2H2O==4HNO3，可知 V(NO2):V(O2) （3）NO和O2同时通入水中时，其反应是2NO+O2==2NO2 ①，3NO2+H2O==2HNO3+NO ②，将①×3+②×2得总反应式为：4NO+3O2+2H2O==4HNO3，可知 V(NO):V(O2) （4）NO、NO2、O2三种混合气体通入水中，可先按情况（1）求出NO2与H2O反应生成的NO的体积，再加上原混合气体中的NO的体积即为NO的总体积，再按情况（3）进行计算。 5.氮氧化物对环境的污染及防治 （1）常见的污染类型 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，产生了一种有毒的烟雾。 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,pH值<5.6的雨水为酸雨。 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。 ④NO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：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O、NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，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。 ②催化转化法：在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)；NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)，一般适用于汽车尾气的处理。 ③氨气吸收法：8NH3＋6NO27N2＋12H2O；4NH3＋6NO5N2＋6H2O 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）瓶中盛满水，从b口进气，用排水法收集NO2   。( ) （2）NO2易溶于水生成HNO3，故NO2是酸性氧化物。( ) （3）NO和NO2都是有刺激性气味的有毒气体，它们都是大气污染物。( ) （4）豆科植物的根瘤菌固氮属于自然固氮中的高能固氮。( ) （5）闪电时氮气与氧气化合生成NO，属于自然固氮。( ) （6）N2在高温条件下与O2发生化学反应生成NO2 。( ) （7）N2与O2在放电条件下直接化合成NO2。( ) （8）制取二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气。( ) (9)溴蒸气和NO2都是红棕色气体，可用湿润的淀粉­KI试纸和NaOH溶液鉴别。( ) (10)N2与O2反应时，不论O2是否足量，其一步反应都只能得到NO，不能生成NO2。( ) 【答案】（1）×（2）×（3）×（4）×（5）√（6）×（7）×（8）×(9)×(10)√ 2．氮和氮的化合物与人类有密切关系。回答下列问题： （1）下列属于氮的固定的是___________(填序号)。 A．工业上由NH3合成HNO3 B．雷雨“发”庄稼 C．硝酸盐在细菌作用下生成氮气 D．豆类植物根瘤菌合成氨 （2）利用氨水可以将SO2和NO2吸收，原理如下图所示： NO2被吸收的离子方程式为 。 （3）NSR(NOx储存还原)工作原理：NOx的储存和还原在不同时段交替进行，如下图所示。 通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原，写出NO、O2、BaO生成Ba(NO3)2的化学方程式 。 （4）CO与NO在Rh催化剂上的氧化还原反应是控制汽车尾气对空气污染的关键反应，用Rh做催化剂时该反应的过程示意图如下： 该反应中还原产物为 ，当生成1molCO2时，转移电子 mol。 【答案】（1）BD （2） （3） （4）N2 2 【解析】（1）固氮是指将游离态的氮元素转化为化合态的氮元素；A．工业上由NH3合成HNO3，不符合固氮的定义；B．雷雨“发”庄稼指N2和O2放电条件下生成NO，符合固氮的定义；C．硝酸盐在细菌作用下生成氮气，是氮的化合态转化为游离态，不符合固氮的定义；D．豆类植物根瘤菌合成氨，是将氮气转化为氨，属于生物固氮，符合固氮的定义；故答案为：BD； （2）NO2被吸收的反应物为NO2、NH4HSO3，二氧化氮中氮元素为+4价，生成物有氮气，所以亚硫酸氢根离子中硫被氧化成硫酸根离子，反应为； （3）由图示可知BaO和NOx反应生成Ba(NO3)2，Ba(NO3)2再还原为N2，则储存NOx的物质为BaO；储存时，氧化钡、一氧化氮和氧气反应生成Ba(NO3)2的化学方程式是2BaO+4NO+3O2=2 Ba(NO3)2； （4）过程Ⅰ氮氧键断裂，过程Ⅱ生成的化学键有碳氧键、氮氮键，CO与NO在Rh催化剂下反应生成CO2和N2，反应方程式为：，氮元素化合价降低，NO被还原，还原产物是N2；碳元素从+2价升高至+4价，生成1molCO2时，转移电子2mol。 ►问题一 氮气反应的条件及如何实现氮的固定 【典例1】氮是各种生物体生命活动不可缺少的重要元素。将游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。自然界中存在的下列过程属于氮的固定的是 A．雷电作用下N2和O2反应生成NO B．蛋白质被分解为氨基酸 C．水体中的铵盐被氧化为硝酸盐 D．硝酸盐在细菌作用下生成氮气 【答案】A 【解析】A．雷电作用下N2和O2反应生成NO是氮元素的单质转化为化合物的过程，因此属于氮的固定，A正确；B．蛋白质被分解为氨基酸是氮元素的化合物之间的转化，不属于氮的固定，B错误；C．水体中的铵盐被氧化为硝酸盐是氮元素的化合物之间的转化，不属于氮的固定，C错误；D．硝酸盐在细菌作用下生成氮气的过程是氮元素的化合物转化为其单质氮气，不是氮元素的化合物转化为氮元素的单质，因此不属于氮的固体，D错误；故合理选项是A。 【解题必备】（1）氮的固定必须为将游离态的N2转化为化合态含氮物质的过程，为氧化还原反应，分为自然固氮（a.雷电固氮：将N2转化NO；b.根瘤菌固氮将N2转化NH4+）和人工固氮（合成氨工业，仿生固氮），氮的化合物之间的转化不能称为氮的固定。 （2）氮气性质的“一惰性、两反应”。氮气化学性质很稳定，通常状况下，很难与其他物质反应，但是在一定条件（高温、放电）下，也能与氢气、氧气等反应。 （3）氮元素是多价态元素，氮气中氮元素呈0价，处于中间价态，故氮气既有氧化性(与H2等反应)，又有还原性(与O2等反应)。 【变式1-1】下列关于氮气的说法中，正确的是(　　) A．通常情况下，氮气性质比较稳定 B．可在氧气中燃烧，生成一氧化氮 C．1 mol N2与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3 D．氮元素是活泼的非金属元素，氮气在化学反应中只能作氧化剂 【答案】A 【解析】氮气分子中含有氮氮三键，性质比较稳定，A项正确；N2不能在O2中燃烧，N2与O2在放电或高温条件下反应生成NO，B项错误；N2与H2的反应是可逆反应，1 mol N2与3 mol H2不可能完全反应生成2 mol NH3，C项错误；氮气中氮元素的化合价为0价，在化学反应中既可以升高也可以降低，既可作氧化剂，也可作还原剂，D项错误。 【变式1-2】N2是空气的重要组成部分，因此有科学家依据蒸汽机的原理，设计制造出液氮蒸汽机，即利用液态氮的蒸发来驱动机车，从而达到环境保护的目的，其原理主要依据是 A．液氮的沸点为﹣195.8℃，远低于常温 B．N2在空气中燃烧放热 C．N2的化学性质很稳定 D．N2在空气中的体积分数为78% 【答案】A 【解析】液氮的沸点很低，极易汽化，汽化时吸收热量，体积膨胀而驱动机车转动，此过程中不产生污染物，保护了环境，跟氮气的化学性质及在空气中的体积分数无关，故选A。 ►问题二 如何探究氮的氧化物的性质 【典例2】室温下，将充满红棕色的试管倒立在水中，时试管中只剩余无色气体，实验现象如图所示。下列分析正确的是 A．易溶于水，时试管中液体为红棕色 B．试管中剩余的无色气体是，占试管体积的 C．向试管中通入一定量的，最终试管中的气体占试管体积的 D．取试管中的溶液，向其中加入少量粉末，溶液显蓝色 【答案】D 【解析】A．由图可知，水进入试管约三分之二体积，表明NO2易溶于水，NO2和水发生反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，得到硝酸溶液，为无色溶液，A错误；B．NO2和水发生反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，所以试管中剩余的无色气体是，由3NO2~NO可知，剩余的无色气体占试管体积的1/3，B错误；C．试管中剩余气体为NO，通入一定量的O2，发生反应：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，若通入的O2与剩余的NO的体积比为3∶4，此时NO、O2和H2O恰好完全反应生成HNO3，液面上升可能充满试管，所以最终试管中的气体不一定占试管体积的1/9，C错误；D．NO2和水发生反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，得到硝酸溶液，加入CuO粉末，CuO和硝酸反应生成硝酸铜，溶液显蓝色，D正确；故选D。 【解题必备】（1）NO易与O2反应、不溶于水、不与水反应，因此收集NO用排水法，不可用排空气法。NO2易与水反应，但很难被O2氧化，因此收集NO2用向上排空气法，不可用排水法。 （2）NO2和N2O4是两种不同的氧化物，通常情况下，NO2能进行自身二聚：2NO2(红棕色)N2O4(无色)，故NO2中总混有N2O4。 （3）可使用一支50 mL的注射器，充入20 mL无色气体NO，再吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，然后进行探究：步骤1‌：振荡注射器，无明显现象，说明NO难溶于水；‌步骤2‌：打开弹簧夹，快速吸入少量O2后夹上弹簧夹，气体变成红棕色。这是因为NO与O2反应生成红棕色的NO2，反应方程式为：2NO + O2 = 2NO2；‌步骤3‌：再次振荡注射器，气体又变为无色。这是因为NO2与水反应生成无色的NO和HNO3，反应方程式为：3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO。 【变式2-1】低温等离子体(NTP)技术可有效脱除烟气中的NO，其原理是在高压放电条件下，O2产生自由基(O·)，自由基将NO氧化为NO2，再用Na2CO3溶液吸收，实验装置如下图所示。下列说法不正确的是 A．氮元素既有被氧化的过程又有被还原的过程 B．高压电源的功率越大，NO的脱除效果一定越好 C．尾气吸收采用气、液逆流的方式可提高NO2脱除率 D．单位时间内生成的自由基(O·)越多，越有利于NO的转化 【答案】B 【解析】A．NO→NO2时氮元素被氧化，用Na2CO3溶液吸收NO2生成硝酸钠和亚硝酸钠，氮元素既被氧化又被还原，故A正确；B．高压电源的功率越大，氮气和氧气可能会生成NO，烟气中NO的脱除效果将减弱，故B错误；C．尾气吸收采用气、液逆流的方式使气体与溶液充分接触，可提高NO2脱除率，故C正确；D．自由基(O·)将NO氧化为NO2，单位时间内生成的自由基(O·)越多，越有利于NO的转化，故D正确；故选B。 【变式2-2】烟气的主要污染物为和(烟气中以上的以的形式存在)。一种基于吸收剂分区的同时脱硫脱硝的反应装置如图所示。一段时间后，检测仪I检测到反应的主要产物是含硫化合物，检测仪Ⅱ检测到反应的主要产物是含氮化合物。 下列说法不正确的是 A．当观察到反应器Ⅰ中悬浊液变澄清时，反应的离子方程式为 B．反应器Ⅱ中，保持高速通入烟气能提高烟气中去除率 C．反应器Ⅱ中，保持适宜的进气深度能提高烟气中去除率 D．烟气中的几乎不被水或碱液吸收，因此吸收剂几乎不能脱硝 【答案】B 【解析】A．当观察到反应器Ⅰ中悬浊液变澄清时，说明生成Mg(HSO3)2，反应的离子方程式为MgO+2SO2+H2O=Mg2++2，A正确；B．反应器Ⅱ中，保持高速通入烟气，则烟气与NaClO2溶液无法充分接触，烟气中NOx去除率降低，B错误；C．反应器Ⅱ中，保持适宜的进气深度能使烟气与NaClO2溶液充分接触，能提高烟气中NOx去除率，C正确；D．烟气中的NO几乎不被水或碱液吸收，因此MgO吸收剂几乎不能脱硝，D正确；故答案选B。 ►问题三 如何进行氮氧化物溶于水的计算 【典例3】现有、的混合气体22mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积是 A．2mL B．3.2mL C．3.2mL或6mL D．16mL或18.8mL 【答案】C 【分析】NO2和O2混合气体与反应可能的反应式有：4NO2+O2+2H2O＝4HNO3，3NO2+H2O＝2HNO3+NO，根据反应的方程式用讨论的方法计算。 【解析】如氧气过量，则剩余2ml无色气体为氧气，设参加反应的氧气的体积为xmL，则有根据方程式4NO2+O2+2H2O＝4HNO3可知消耗NO2是4xmL，4x+x=22mL-2mL=20mL，x=4mL，所以氧气的体积为：4mL+2mL=6mL；如NO2过量，则剩余2mL无色气体为NO，设氧气的体积为ymL，依据方程式4NO2+O2+2H2O＝4HNO3可知消耗NO2是4ymL，剩余NO2是（22－y－4y）mL，根据方程式3NO2+H2O＝2HNO3+NO可知生成NO是，解得y＝3.2；所以原混合气体中氧气的体积为：6mL或3.2mL。故选C。 【解题必备】（1）NO2溶于水或NO2(混有NO)通入水，由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO可知：剩余气体是NO，气体减少的体积是NO2体积的。 （2）NO和O2通入水中由4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可知：V(NO)∶V(O2) （3）NO2和O2混合气体通入水中由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知：V(NO2)∶V(O2) （4）NO、NO2和O2三种气体通入水中：先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算出生成的NO体积，然后加上原来混合气体中NO体积，再按2计算。 【变式3-1】如图所示，试管中盛装的是红棕色气体，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，对原试管中盛装气体的说法正确的是 ①可能是与的混合气体 ②可能是气体 ③可能是与的混合气体 ④只可能是一种气体 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 【答案】B 【分析】试管中盛装的是红棕色气体，一定含有NO2，当向试管内鼓入氧气后，试管内完全被水充满，则一定不含N2，混合气体可能发生以下反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，4NO+3O2+2H2O=4HNO3，气体恰好发生反应时，试管内完全被水充满。 【解析】①N2不溶于水，在溶液中不能与氧气反应，试管不可能完全被水充满，故①错误；②如全部是NO2一种气体，通入氧气，能发生4NO2+O2+2H2O=4HNO3，气体恰好发生反应时，试管内完全被水充满，故②正确；③如是NO与NO2的混和气体，通入氧气，可能发生：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，4NO+3O2+2H2O=4HNO3，气体恰好发生反应时，试管内完全被水充满，气体可能是NO与NO2的混合气体，故③正确；④由②和③的分析可知，可能是气体，也可能是与的混合气体，故④错误；正确有②③；答案选B。 【变式3-2】将盛8mL一氧化氮和18mL二氧化氮混合气体的烧瓶倒置于水中，通入一定量的氧气，完全反应后，剩余气体体积为2mL，且该气体不支持燃烧，则充入的氧气的体积为 A．6mL B．9mL C．10mL D．12mL 【答案】B 【分析】倒置于水中，通入一定量的氧气，发生4NO2+O2+2H2O=4HNO3、4NO+3O2+2H2O=4HNO3，完全反应后，剩余气体体积为2mL，且该气体不支持燃烧，可知剩余2mL气体为NO，以此来解答。 【解析】由题意可知，剩余2mL气体为NO，则参加反应的NO为6mL，结合4NO+3O2+2H2O=4HNO3可知，消耗的氧气为6mL×=4.5mL；结合4NO2+O2+2H2O=4HNO3可知，消耗的氧气为18mL×=4.5mL，则充入的氧气的体积为4.5mL+4.5mL=9mL；故选B。 ►问题四 如何减少氮氧化物的污染 【典例4】硝酸工业生产中常用纯碱溶液吸收排出的氮氧化物废气，废气中若只含有NO、两种气体。将一定量废气通入到足量的溶液中被完全吸收，溶液中生成的、两种离子的物质的量与废气中的物质的量分数变化关系如图所示。 已知溶液中可发生以下两个反应： ①；②。 下列说法错误的是 A．图中线段b表示 B．时，溶液中 C．时， D．若生成标准状况下22.4L ，则 【答案】D 【分析】根据图示，则NO、的物质的量和为2mol；根据反应可知，x＝0.5时只发生反应，产物只有NaNO2；当x＝1时，只发生，产物为等物质的量的NaNO2、NaNO3；据此解答。 【解析】A．当x＝0.5时产物只有NaNO2；当x＝1时产物为等物质的量的NaNO2、NaNO3，随x值增大n()增大、n()减小，图中线段b表示离子，a表示，故A正确；B．当时，，，，溶液中，故B正确；C．根据氮元素守恒可知时，，故C正确；D．根据反应可知，即，标准状况下体积为22.4L，当生成标准状况下22.4L 时，无法判断的物质的量，故D错误。答案选D。 【解题必备】减少氮氧化物污染的方法主要包括以下几个方面‌： （1）‌工业应用‌：在工业中，可以通过氨气与氮氧化物发生化学反应，生成氮气和水，从而实现无污染排放。这种方法广泛应用于取暖、供电等行业。 （2）‌使用氮氧化物治理剂‌：使用特定的氮氧化物治理剂进行捕捉催化，有效分解和吸收空气中的氮氧化物，适用于大气、工业园区、工厂等环境中氮氧化物的治理。 （3）‌燃烧后处理装置‌：安装尾气处理装置，如三元催化转化器或氮氧化物储存还原装置，有效减少氮氧化物的排放。 【变式4-1】将氮氧化物直接排入空气中会污染空气，可用酸性溶液吸收，反应原理为，下列说法正确的是 A．每吸收，反应中转移电子 B．氧化性：酸性溶液<稀硝酸 C．可使酸性溶液褪色，体现了的漂白性 D．汽车发动机燃料燃烧产生的易溶于水 【答案】A 【解析】A．由方程式可知，酸性高锰酸钾溶液吸收5mol一氧化氮，反应转移电子的物质的量为15mol，则吸收30g一氧化氮时，反应转移电子的物质的量为×3=3mol，故A正确；B．由方程式可知，反应中锰元素的化合价降低被还原，高锰酸钾是反应的氧化剂，氮元素的化合价升高被氧化，硝酸根离子是氧化产物，由氧化剂的氧化性强于氧化产物可知，酸性高锰酸钾溶液的氧化性强于稀硝酸，故B错误；C．由方程式可知，氮元素的化合价升高被氧化，一氧化氮是反应的还原剂，则一氧化氮使酸性高锰酸钾溶液褪色，体现了一氧化氮的还原性，故C错误；D．一氧化氮是难溶于水的无色气体，故D错误；故选A。 【变式4-2】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，反应方程式如下： ①NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O ②2NO2+2NaOH=NaNO2+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“”) （4）自来水中的NO危害人类健康。为了降低自来水中NO的浓度，某研究人员提出两种方案。 ①方案a：微碱性条件下，用Fe(OH)2还原NO，产物之一是NH3。生成3.4gNH3的同时会生成 mol Fe(OH)3。 ②方案b：碱性条件下，用Al粉还原NO，产物之一是N2。发生的反应如下所示，配平离子方程式并用单线桥标出电子转移的方向和数目： 。 Al+ NO+OH-—AlO+N2↑+H2O 【答案】（1）23:15 （2） NaNO3 NaNO2 （3）= （4）1.6 【解析】（1）反应①中NO2中N元素化合价降低，所以NO2为氧化剂，NO中N元素化合价升高，所以NO为还原剂，参加反应的氧化剂和还原剂的质量之比为23:15； （2）根据反应②方程式可知，NO2中N元素化合价升高生成NaNO3，所以NaNO3为氧化产物，N元素化合价降低生成NaNO2，所以NaNO2为还原产物； （3）反应①中2molNaOH参加反应，消耗1molNO，转移1mol电子；反应②中2molNaOH参加反应，生成1molNaNO2，所以也转移1mol电子，即两个反应转移电子数的关系是：=； （4）①根据题意Fe(OH)2与NO反应时，NO被还原为NH3，3.4gNH3的物质的量为0.2mol，根据N元素化合价的变化可知转移1.6mol电子，根据电子守恒可知有1.6molFe(OH)3生成； ②反应中Al元素的化合价由0价升至+3价，N元素的化合价由+5价降至0价，根据电子守恒可知，反应时Al与NO的系数比为5：3，再结合元素守恒可知化学方程式为10Al+6 NO+4OH-=10AlO+3N2↑+2H2O，该反应中Al失去电子，根据Al元素化合价的变化可知，10份Al参与反应转移30份电子，所以用单线桥标出电子转移的方向和数目为。 1．下列关于氮氧化物的说法正确的是 A．NO是红棕色气体 B．NO、都是有毒气体 C．与水反应时只作还原剂 D．NO可用向上排空气法收集 【答案】B 【解析】A．NO是无色气体，A错误；B．NO、都是有刺激性气味的有毒气体，B正确；C．与水反应时既作还原剂也做还原剂，C错误；D．NO与氧氯反应，不能用排空气法收集，D错误；故选B。 2．下列对NO、NO2的描述，不正确的是 A．NO2是红棕色气体，易溶于水，与水反应中NO2既是氧化剂又是还原剂 B．NO是无色气体，可以用排空气法收集 C．NO、NO2二者都是引起光化学烟雾的大气污染物 D．NO、NO2都有毒，且NO是汽车尾气的有害成分之一 【答案】B 【解析】A．NO2是红棕色气体，易溶于水，与水反应生成NO和HNO3，NO2中N元素既上升又下降，NO2既是氧化剂又是还原剂，A正确；B．NO是无色气体，但会和空气中的氧气反应生成NO2，不能用排空气法收集，B错误；C．NO、NO2在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后产生一种新的二次污染物，即光化学烟雾，C正确；D．NO、NO2都有毒，且在汽车发动时，在电火花作用下N2和O2化合产生 NO是汽车尾气的有害成分之一，D正确；故选B。 3．合理使用含氮化合物，科学处理大气和水圈中的氮元素，保障地球生态安全，是化学学科的重要研究内容和责任。下列化学反应表示正确的是 A．用水吸收二氧化氮制硝酸：2NO2＋H2O=HNO3＋NO B．用烧碱溶液吸收硝酸工业尾气：NO＋NO2＋H2O=2＋2H+ C．雷雨天气空气中的氮气和氧气反应：N2＋2O22NO2 D．氨气的催化氧化 【答案】D 【解析】A．用水吸收二氧化氮制硝酸：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，A错误；B．用烧碱溶液吸收硝酸工业尾气，NO、NO2与氢氧化钠反应生成亚硝酸钠和H2O：，B错误；C．雷雨天，氮气和氧气放电条件下生成一氧化氮， C错误；D．氨催化氧化生成一氧化氮和水，方程式为，D正确；答案选D。 4．下列关于氮及其氧化物的说法中错误的是 A．通常情况下N2性质很稳定，可以在电焊时作保护气 B．NO2能与水反应生成硝酸，故NO2是酸性氧化物 C．，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一 D．在反应中，N2作氧化剂 【答案】B 【解析】A．通常情况下N2性质很稳定，故可以在电焊时作保护气，A正确；B．酸性氧化物是指能与碱反应只生成盐和水的氧化物，部分酸性氧化物与水反应生成相应的酸，但NO2与水反应生成HNO3，还生成NO，故不是酸性氧化物，B错误；C．汽车气缸中燃料燃烧时产生高温条件，因发生，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一，C正确；D．在反应中，N元素的化合价降低，被还原，故N2作氧化剂，D正确；故答案为：B。 5．氮气是一种不活泼的气体，其根本原因是 A．氮气有还原性 B．氮原子的半径较小 C．氮气是双原子分子 D．使氮气分子中的氮氮三键断裂需要吸收很高的能量 【答案】D 【解析】氮气是一种不活泼的气体，原因为氮气分子中存在氮氮三键，氮氮三键断裂需要吸收很高的能量，因此氮气的化学性质较稳定，与其具有还原性、原子半径较小、是双原子分子无关，答案选D。 6．合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。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。下列过程中不属于氮的固定的是 A．3Mg+N2 Mg3N2 B．N2+O2 2NO C．N2+3H22NH3 D．6NO2+8NH37N2+12H2O 【答案】D 【分析】将游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定，据此分析； 【解析】A．3Mg+N2 Mg3N2，游离态的氮转化为氮的化合物，符合氮的固定定义，A错误；B．N2+O2 2NO，游离态的氮转化为氮的化合物，符合氮的固定定义，B错误；C．N2+3H22NH3，游离态的氮转化为氮的化合物，符合氮的固定定义，C错误；D．6NO2+8NH37N2+12H2O，氮的化合物转化为游离态的氮，不符合氮的固定定义，D正确；故选D。 7．下列反应起到氮的固定作用的是 A．NO和反应生成 B．与在一定条件下生成 C．经催化氧化生成NO D．由制碳铵和硫铵 【答案】B 【分析】氮的固定是指将游离态的氮元素转化为化合态的氮元素的过程，即将氮气转化为含氮化合物。 【解析】A．NO与O2反应生成NO2是含氮化合物之间的转化，不属于氮的固定，A错误；B．N2与H2在一定条件下反应生成NH3的过程，是将游离态的氮元素转化为化合态的氮元素的过程，属于氮的固定，B正确；C．氨的催化氧化是含氮化合物之间的转化，不属于氮的固定，C错误；D．由氨气制碳铵和硫铵是含氮化合物之间的转化，不属于氮的固定，D错误；答案选B。 8．硝酸生产的尾气中NO和等氮氧化物以及酸性废水中均须处理达标后再排放。 （1）硝酸尾气可用NaOH溶液吸收，主要反应为；；①吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到晶体，该晶体中的主要杂质是 (填化学式)；②吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是 (填化学式)。 （2）用NaClO溶液也能除去尾气中NO。其他条件相同，NO去除为的转化率随NaClO溶液初始pH(用稀盐酸调节)的变化如图所示。      在酸性溶液中，HClO氧化NO生成Cl-和NO的离子方程式为 ；NaClO溶液的初始pH越大，NO转化率越低。其原因是 。 （3）利用也能够还原氮氧化物()实现氮污染的治理。将硝酸尾气与的混合气体通入与的混合溶液中实现无害化处理，其转化过程如图所示。    ①x=1时，参与的离子方程式为 。 ②若该过程中，每转移3.6mol电子消耗1mol氮氧化物()，则x为 。 【答案】（1） NO （2）3HClO + 2NO + H2O = 3Cl- + 2NO +5H+ 溶液pH越大，溶液中HClO的浓度越小，氧化NO的能力越弱 （3） 2.8 【解析】（1）①根据硝酸尾气与NaOH溶液反应方程式，可知吸收后的溶液所含溶质主要为NaNO2和NaNO3，因此吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体中含有主要杂质为NaNO3；②NO不与NaOH溶液反应，若NO物质的量比NO2多时，吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物为NO； （2）在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl-和NO ，反应后溶液呈酸性，则反应的离子方程式为3HClO + 2NO + H2O = 3Cl- + 2NO +5H+。 因为HClO具有强氧化性，因此NaClO氧化NO的实质是HClO与NO发生氧化还原反应，pH越大，c(H+)减小，c(HClO)减小，氧化NO能力减弱，NO转化率降低； （3）①x=1时，氮的氧化物为NO，根据转化过程，Ce3+、NO在酸性条件下发生氧化还原反应，得到Ce4+、N2、H2O，根据得失电子数目守恒，以及原子守恒，反应离子方程式为4Ce3++4H++2NO=4Ce4++N2+2H2O；②令NOx转化成N2时，N的化合价变化y价，1molNOx能转化成0.5molN2，根据得失电子数目守恒有0.5mol×2×y=3.6，即y=3.6，NOx中O显-2价，N的化合价为+3.6价，化合价代数和为0，则x=1.8； 1．下列关于氮及其化合物的说法正确的是 A．的化学性质稳定，不与任何物质发生化学反应 B．NO能与水发生反应 C．NO、均为大气污染气体，在大气中可稳定存在 D．能与水发生反应 【答案】D 【解析】A．氮气的化学性质稳定，但在一定条件下可以与氧气、氢气等发生反应，A错误；B．一氧化氮难溶于水，也不与水发生反应，B错误；C．一氧化氮会与氧气反应，因此不能在空气中稳定存在，C错误；D．与水发生反应生成硝酸和NO，D正确；故选D。 2．下列关于的叙述错误的是 A．既可作氧化剂又可做还原剂 B．雷雨天，空气中的和可反应生成NO C．氮的固定是将转化成含氮化合物 D．不稳定，很活泼 【答案】D 【解析】A．N元素最高价为+5、最低价为-3，既可作氧化剂又可做还原剂，故A正确；B．雷雨天，空气中的和在放电条件下生成NO，故B正确；C．氮的固定是将转化成含氮化合物，故C正确；D．分子中含有氮氮三键，性质稳定，故D错误；选D。 3．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。下列说法正确的是 A．是该过程的中间产物，也可以由与直接化合得到 B．CO与反应的化学方程式为 C．总反应中NO、CO均为还原剂，只有为氧化剂 D．处理，总反应中一定转移电子 【答案】B 【解析】A．氮气和氧气在高温或放电的条件下，直接生成一氧化氮，不能直接生成二氧化氮，A错误；B．由信息可知CO与反应生成CO2和N2，化学方程式为，B正确；C．总反应方程式可表示为，N元素由+2价下降到0价，O元素由0价下降到-2价，C元素由+2价上升到+4价，总反应中NO、为氧化剂，CO为还原剂，C错误；D．该反应的化学方程式为：，N元素由+2价下降到0价，O元素由0价下降到-2价，C元素由+2价上升到+4价，处理2molNO转移电子8mol，则处理1molNO转移电子4mol，D错误；故选B。 4．在火箭燃料中作为氧化剂。下列说法正确的是 A．属于酸性氧化物 B．经转化被植物吸收，属于氮的固定 C．为红棕色且有刺激性气味的气体 D．高温时与过量的氧气反应可直接生成 【答案】C 【解析】A．NO2与氢氧化钠溶液反应生成硝酸钠、亚硝酸钠和水，故不属于酸性氧化物，A错误；B．氮的固定是指N2转化为化合物，B错误；C．为红棕色且有刺激性气味的气体，C正确；D．高温时与过量的氧气反应生成NO，NO和O2反应生成，D错误；故选C。 5．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NO2的体积为 ①4 mL；②8 mL；③10 mL；④10.8 mL。 A．①③ B．②④ C．①④ D．②③ 【答案】B 【解析】若O2过量时，发生反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，剩余的2 mL气体为氧气，NO2的体积V(NO2)=×(12 mL-2 mL)=8 mL，②正确；若NO2气体过量，过量的NO2与H2O会发生反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，则反应后剩余2 mL气体是NO，根据物质反应转化关系，可知相当于剩余NO2体积是6 mL，还有6 mL气体发生反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，根据反应的方程式中物质反应关系可知：发生该反应的NO2的体积V(NO2)=×6 mL=4.8 mL，则原 气体中含有NO2的体积为V(NO2)=6 mL+4.8 mL=10.8 mL，④正确；综上所述可知，上述12 mL混合气体中NO2的体积正确的是②④，故合理选项是B。 6．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．NO2一种气体 B．O2与NO2的混和气体 C．NO与NO2的混和气体 D．N2与NO2的混和气体 【答案】D 【分析】试管中盛装的是红棕色气体，一定含有NO2，当向试管内鼓入氧气后，试管内完全被水充满，则一定不含N2，混合气体可能发生以下反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，4NO+3O2+2H2O=4HNO3，气体恰好发生反应时，试管内完全被水充满。 【解析】A．如全部是NO2一种气体，通入氧气，能发生4NO2+O2+2H2O=4HNO3，气体恰好发生反应时，试管内完全被水充满，A正确；B．如是O2与NO2的混和气体，能发生：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，气体恰好发生反应时，试管内完全被水充满，B正确；C．如是NO与NO2的混和气体，通入氧气，可能发生：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，4NO+3O2+2H2O=4HNO3，气体恰好发生反应时，试管内完全被水充满，C正确；D．N2不溶于水，在溶液中不能与氧气反应，因此试管中不可能完全被水充满，D错误；故合理选项是D。 7．消除氮氧化物有如下3种方法： ①； ② ③ 下列说法不正确的是 A．氮氧化物会造成酸雨等污染 B．①中利用氢氧化钠的碱性消除氮氧化物，也可以用氨水代替 C．②③使用催化剂，能加快消除氮氧化物的速率 D．若某工厂排出的废气中二氧化氮的含量为(体积分数)，用方法③处理(标准状况下)这种废气，约需氨气 【答案】D 【解析】A．氮氧化物以及在大气中发生反应后的生成物溶于雨水生成硝酸，造成酸雨，A正确；B．①中利用氢氧化钠的碱性，生成硝酸盐和亚硝酸盐，达到消除氮氧化物的目的，氨水呈碱性，可以用来代替氢氧化钠，B正确；C．使用催化剂，可以降低反应的活化能，从而加快消除氮氧化物的速率，C正确；D．标准状况下，废气中二氧化氮的物质的量为，根据反应③，消耗氨气的物质的量为，即消耗氨气质量为，D错误；答案选D。 8．氮氧化物(NO、NO2)是当前环境保护研究的热点课题。 （1）氮氧化物大量排放对环境造成的影响有 (写出一点)。 （2）烟气中的NO经O3处理后更易被去除。NO与O3反应的化学方程式为NO+O3=NO2+O2室温下，固定NO的物质的量，改变加入O3的物质的量，反应一段时间后体系中n(NO)和n(NO2)随反应前n(O3)：n(NO)|的变化如图所示。当n(O3)：n(NO)>1时，反应后NO2的物质的量减少，原因是 。 （3）某小组为验证NO与炽热的铜粉(红色)发生反应：，设计如图所示的方案： ①能证明NO和Cu反应的实验现象是 。 ②装置中每生成2.24L(标准状况)N2，转移电子的物质的量是 mol。 ③已知：酸性KMnO4溶液吸收NO后会生成Mn2+、烧杯中发生反应的离子方程式为 。 （4）某含Fe2+化合物的溶液可吸收NO、NO2并使氮氧化物与Fe2+化合物结合。用该溶液处理含NO、NO2的烟气，相同条件下氮氧化物的去除率与烟气中氧气体积分数的关系如图所示。 ①烟气中氧气的体积分数介于0~2%时，氧气体积分数增大有利于NO转化为NO2，该反应的化学方程式为 。与NO相比，NO2更易被溶液吸收去除，原因是 。 ②烟气中氧气的体积分数介于2%~8%时，随着O2体积分数的上升，氮氧化物去除率减小，原因是 。 【答案】（1）(硝酸型)酸雨；光化学烟雾；破坏臭氧层 （2）O3将NO2氧化为更高价态氮氧化物 （3）玻璃管中粉末由红色变为黑色 0.4 3MnO+5NO+4H＋=3Mn2＋+2H2O+5NO （4）2NO+O2=2NO2 NO2在溶液中的溶解度更大 氧气将Fe2＋氧化 【解析】（1）氮氧化物大量排放对环境造成的影响主要包括硝酸型)酸雨，光化学烟雾，破坏臭氧层，‌形成二次颗粒物、‌土壤酸化、‌水体富营养化、‌生态系统失衡等；（2）当n(O3)：n(NO)>1时，O3具有强氧化性，能够将NO2氧化为更高价态氮氧化合物，导致NO2的物质的量减小； （3）①，由铜粉(红色)变成氧化铜（黑色），能证明NO和Cu反应的实验现象是：玻璃管中粉末由红色变为黑色；②反应中N由+2价变为了0价，2个NO共转移了4个电子，每生成2.24L(标准状况)N2，即生成0.1mol N2，转移电子的物质的量是0.4mol；③酸性KMnO4溶液吸收NO后会被还原生成Mn2+、NO被氧化生成，离子方程式为； （4）NO转化为NO2，该反应的化学方程式为：2NO+O2=2NO2； NO不与水反应，NO2可与水反应且NO2在水中溶解度大，故易被溶液吸收去除；随着O2体积分数的上升虽然可以增加NO转化成NO2，但Fe2+有可能被氧气将Fe2＋氧化成Fe3+，则氮氧化合物无法与Fe2+化合； 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$