5.2.1 氮气和氮的氧化物-【固本强基】2024-2025学年高一化学同步精品讲与练（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 第1课时 氮气和氮的氧化物 模块导航：[学习目标]→[思维导图]→[核心知识梳理]→[典例分析]→[基础达标训练]→[能力提升训练] [学习目标]　 1.能从分子结构的角度认识氮气的化学稳定性，熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件，了解氮的固定和自然界中氮的循环。 2.能从物质类别和氮元素的化合价认识氮氧化物的性质与转化，熟知工业制硝酸的反应原理。 [思维导图] [核心知识梳理]　 一、氮气与氮的固定 1．氮元素的结构及存在 (1)氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族。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。一般通过共用电子对与其他原子相互结合成物质。 (2)氮元素在自然界中的存在 氮元素主要以N2分子的形式存在于空气中，部分氮元素以化合物的形式存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 2．氮气的性质 (1)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。 (2)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、氧气、氢气等物质发生化合反应。 ①金属镁：N2＋3MgMg3N2，氮气表现氧化性； ②氢气：N2＋3H22NH3，氮气表现氧化性； ③氧气：N2＋O22NO，氮气表现还原性。 (3)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液氮可用作制冷剂，应用于医学、科技等领域。 3．氮的固定：将大气中游离态的氮单质转化为氮的化合物的过程。 (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，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨。 (2)人工固氮：人类通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，最重要的人工固氮途径就是工业合成氨 。 二、一氧化氮与二氧化氮 1．一氧化氮是无色、不溶于水的有毒气体，常温下很容易与氧气化合，化学方程式为2NO＋O2===2NO2。 2．二氧化氮是红棕色、有刺激性气味的有毒气体，易液化，易溶于水，与水反应的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，工业上利用这一原理生产硝酸。 【知识拓展】 (1)实验室里收集NO气体是用排水法而不能用排空气法。 (2)检验NO气体的方法是向气体中通入O2(或空气)，气体由无色变为红棕色。 (3)氮的氧化物都是大气污染物，NO2是造成光化学烟雾的主要物质，实验中产生的NO2尾气可用NaOH溶液吸收，发生反应：2NaOH＋2NO2===NaNO2＋NaNO3＋H2O。 (4)氮的氧化物中属于酸性氧化物的只有N2O3、N2O5；N2O、NO、NO2、N2O4都是不成盐氧化物，不是酸性氧化物。 (5)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。 三、氮的氧化物与水反应的计算规律 1．氮的氧化物与水反应的实验探究 (1)操作方法 将充满NO2、NO的试管分别倒置于水槽中，并通过导管通入适量的氧气。 实验装置 实验现象 试管充满水需满足的条件 红棕色气体逐渐减少，试管内液面上升，持续通入适量O2，试管内可充满水 V(NO2)∶V(O2)＝4∶1 无色气体变红棕色，后逐渐减少，试管内液面上升，持续通入适量O2，试管内可充满水 V(NO)∶V(O2)＝4∶3 (2)相关反应原理 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　① 2NO＋O2===2NO2　② 由方程式①×2＋②得： 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3　③ 由方程式①×2＋②×3得： 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3　④ 2．NO2单独溶于水(按反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算) 剩余气体是NO，V(NO)＝V(NO2)。 3．NO2与O2的混合气体溶于水(按反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3计算) 4．NO与O2的混合气体溶于水(按反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3计算) 5．NO2、NO、O2三种混合气体通入水中： (1)可先将NO和O2转化为NO2，再按4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3情况分别处理。 (2)也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情况处理。 [典例分析] [典例1]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。下列转化中属于氮的固定的是 A．N2→NH3 B．HNO3→NO2 C．NO→NO2 D．NH3→NH4Cl 【答案】A 【详解】A．N2→NH3是氮气单质化合形成氮的化合物，属于氮的固定，A符合题意； B．HNO3→NO2为氮的化合物之间的转化，不属于氮的固定，B不符题意； C．NO→NO2是氮的化合物之间的转化，不属于氮的固定，C不符题意； D．NH3→NH4Cl为氮的化合物之间的转化，不属于氮的固定，D不符题意； 本题选A。 [典例2]下列关于性质的描述错误的是 A．有毒 B．通常情况下，是红棕色气体 C．溶于水生成亚硝酸 D．会形成光化学烟雾 【答案】C 【详解】A．是一种有毒气体，A正确； B．通常情况下是红棕色气体，B正确； C．溶于水，与水反应生成HNO3和NO，C错误； D．会造成光化学烟雾，D正确； 故选C。 [典例3]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 【详解】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。 [典例4]某气体可能含NO、、中的一种或几种，将盛满一定量此气体的集气瓶倒扣入水中(如图A)，最终集气瓶内有气体剩余(如图B)，则原气体 A．一定含有 B．一定含有NO C．一定不含NO D．一定含有 【答案】A 【详解】A到B过程液面上升，一定含有与水反应的气体，NO、NO2、N2中只有NO2与水能发生反应，则气体中一定有NO2；综上所述A正确； 故答案为：A。 [典例5]在汽车尾气净化装置中，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．该反应为固氮反应之一 B．NO为无色气体，为红棕色气体 C．NO、CO均能与人体中的血红蛋白结合 D．该催化转化的总反应的化学方程式为 【答案】A 【详解】A． 氮的固定是游离态氮元素变化为化合态氮元素，该反应为含氮化合物转变为氮气，不属于固氮反应，A错误； B． 通常，NO为无色气体、为红棕色气体，B正确； C． NO、CO均能与人体中的血红蛋白结合，超过一定量的NO、CO均能使人中毒，C正确； D． 由图、结合电子数守恒、元素质量守恒可知，该催化转化的总反应的化学方程式为，D正确； 答案选A。 [典例6]下列说法正确的是 A．氮气化学性质不活泼，原因是N的非金属性较弱 B．“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐 C．氮气与氧气直接在汽车内燃机中高温下反应，氧气少量生成NO，过量生成NO2 D．植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料，实现氮的固定 【答案】B 【详解】A．氮气化学性质不活泼，原因是N≡N键能大使得氮气很稳定，A错误； B．“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有：放电时氮气被O2氧化产生NO，NO被O2氧化为NO2， NO2与H2O反应产生HNO3，硝酸进一步转变为硝酸盐，即存在转化关系：N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐，B正确； C．氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应生成NO，NO进一步被氧气氧化生成NO2，C错误； D．氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程，植物不能直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料，D错误； 故选B。 [典例7]下列说法中，正确的是 A．NO2能与水反应生成硝酸，故NO2为酸性氧化物 B．除去O2中混有的NO2，可将混合气体通过水，将NO2溶解 C．NO2与溴蒸气的鉴别可用NaOH溶液，溶于NaOH溶液得无色溶液的是NO2，得橙色溶液的为溴蒸气 D．NO2是造成光化学烟雾的原因之一 【答案】D 【详解】A．二氧化氮和水反应生成硝酸和NO，不是酸性氧化物，故A错误； B．除去O2中混有的NO2，将混合气体通入水中，NO2溶解的同时又生成新的杂质NO且NO又能与O2反应，除杂过程消耗氧气，故B错误 C．NO2与溴蒸气都与氢氧化钠溶液反应生成无色溶液，不能用氢氧化钠溶液鉴别，但可用水鉴别，故C错误； D．二氧化氮可导致酸雨、光化学烟雾等，为大气污染物之一，故D正确； 故选D。 [典例8]某化学研究小组设计利用硝酸工业尾气(只含NO、)制备亚硝酸钠()的工艺流程如下。已知：，。 下列说法错误的是 A．是非电解质，也是酸性氧化物 B．用硝酸尾气制备的中可能含有 C．尾气中的含量越高，的纯度越低 D．标准状态下，a L的硝酸尾气用NaOH溶液完全吸收，至少消耗NaOH 【答案】A 【详解】A．NO2不是酸性氧化物，A错误； B．从已知的两个方程式可以看出尾气中NO2含量高于NO时，就有NaNO3，B正确； C．尾气中NO2含量越高，生成的NaNO3越多，NaNO2纯度越低，C正确； D．从已知的两个方程式可以看出，氮氧化物和氢氧化钠参与反应的比例均为1：1，故消耗的氢氧化钠为mol，D正确； 故选A。 [典例9]将盛有NO2和N2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体体积缩小为原体积的一半，原混合气体中N2与NO2的体积比为 A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．3：1 【答案】C 【详解】设原混合气体中含有xmolN2，ymolNO2，盛有N2和NO2 的混合气体的试管倒立于水中发生反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，则有，反应后试管内气体物质的量为mol，则有(x+y)=2，解得x：y=1：3，故答案选C。 [典例10]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。 【详解】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。 [基础达标训练] 1．下列反应中，不属于氮的固定的是 A．N2和H2在一定条件下合成NH3 B．豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮 C．雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO D．由NH3制碳酸氢铵和尿素 【答案】D 【详解】A．氮的固定是指从游离态转化成化合态的过程，N2和H2在一定条件下合成NH3属于氮的固定，故A不选； B．豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮，该过程中N从游离态转化成化合态，属于氮的固定，故B不选； C．雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO，该过程中N从游离态转化成化合态，属于氮的固定，故C不选； D．由NH3制碳酸氢铵和尿素，该过程中没由游离态N参与，不属于氮的固定，故D选； 正确答案是D。 2．一氧化氮是一种大气污染物，是吸烟、汽车尾气及垃圾燃烧等释放出的有害气体，但是这种气体小分子在生物体内却是一种重要的信使分子，具有保护心血管、降低血压以及提高性能力的作用。下列关于NO的说法中正确的是 A．NO是无色气体，易溶于水，是酸性氧化物 B．NO在空气中可以转为NO2，二者都是大气污染物 C．NO在人体内能扩张血管，提高免疫力等，因此大气中的NO对人体无害 D．NO在化学反应中，只能作还原剂，不能作氧化剂 【答案】B 【详解】A．NO是无色气体，难溶于水，不能和碱反应生成盐和水，所以不是酸性氧化物，故A错误； B．NO在空气中可以转为NO2：2NO+O2=2NO2，二者都是大气污染物，故B正确； C．微量NO在人体内能扩张血管，提高免疫力等，但大气中的NO有毒，对人体有害，故C错误； D．NO中N元素化合价为+2价，可以升高也可以降低，则在化学反应中，既能作还原剂，也能作氧化剂，故D错误。 故选B。 3．下列关于氮气性质的说法中正确的是 A．点燃条件下，N2在氧气中燃烧生成NO B．点燃时，N2与金属Mg反应生成Mg3N2，N2作还原剂 C．合成氨反应中，N2发生氧化反应 D．氮气的化学性质稳定，其原因是两个氮原子之间以共价三键结合 【答案】D 【详解】A．氮气在放电或高温条件下生成一氧化氮，A错误； B．点燃时，N2与金属Mg反应生成Mg3N2，N2得电子化合价降低作氧化剂，B错误； C．合成氨反应中，N2得电子化合价降低发生还原反应，C错误； D．氮气的化学性质稳定，其原因是两个氮原子之间以共价三键结合，键能大，不易断裂，物质化学性质温度，D正确； 故选D。 4．关于氮氧化物的说法正确的是 A．氮氧化物一定对人体有害 B．可以用排水集气法收集NO2气体 C．雷电多的地方容易形成酸雨 D．收集NO要用排水集气法 【答案】D 【详解】A．极稀的一氧化氮可调节血管紧张度，降低血压，调节血液循环，氮氧化物不一定都是害处，故A错误； B．二氧化氮与水反应生成硝酸和NO，不能选排水法收集，故B错误； C．空气中的氮气和氧气在雷电作用下生成NO，而造成酸雨的主要气体是二氧化硫，故C错误； D．NO能与氧气反应，而NO难溶于水，因此可用排水集气法收集NO，故D正确； 故选：D。 5．我国科学家放大身份识别，快速锁定大气污染“元凶”，快速检测，助力北京冬奥会精准预报天气。下列有关的说法错误的是 A．既有氧化性又有还原性 B．实验室用水吸收尾气中 C．常温常压下是红棕色气体 D．汽车尾气和硝酸厂废气都含有 【答案】B 【详解】A．NO2中N显+4价，处于中间价态既有氧化性，又有还原性，故A说法正确； B．水与NO2反应生成3NO2+H2O=2HNO3+NO，NO有毒，污染空气，因此水不能完全吸收NO2，实验室用氢氧化钠溶液吸收NO2气体，，故B说法错误； C．常温常压下NO2是红棕色气体，故C说法正确； D．汽车发动时产生电火花，空气中的氮气和氧气在电火花作用下生成NO，NO在空气中转化成NO2，故D说法正确； 答案为B。 6．实验室制备气体后，在收集气体时，往往根据气体的性质选择不同的收集方法，在实验室制备下列气体时，只能使用排水法收集的是 A．HCl B．CO2 C．NO D．NO2 【答案】C 【详解】HCl、CO2、NO2均能溶于水，只能使用排空气法收集。而NO能与空去中的氧气反应，故只能使用排水法收集。 故选C 。 7．下列对NO和NO2的描述正确的是 A．NO2与水的反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂 B．NO是无色气体，可用向上排空气法收集 C．NO2可由N2和O2直接化合得到 D．从元素化合价角度看，NO只有还原性 【答案】A 【详解】A．与水发生反应：，氮元素由+4价变为+5价和+2价，则既是氧化剂又是还原剂，A项正确； B．NO易与反应生成，不能用排空气法收集，只能采用排水法收集NO，B项错误； C．和在高温或放电条件下反应生成NO，不能直接得到，C项错误； D．NO中氮元素显+2价，处于中间价态，则NO既有氧化性又有还原性，D项错误； 故选A。 8．下列关于N2的说法错误的是 A．通常情况下，N2的性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气 B．氮气的电子式为   C．N2的质量约占空气总质量的 D．氮气的结构式为N≡N 【答案】C 【详解】A．由于构成氮气分子的两个氮原子间是氮氮三键，键能很大，所以通常情况下，N2的性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气，故A正确； B．氮原子最外层有5个价电子，两个氮原子间共用三对电子，可以使得每个氮原子都达到8电子稳定结构，则氮气的电子式为   ，故B正确； C．在空气中氮气的体积分数约为 ，不是质量分数，故C错误； D．把电子式中的共用电子对该成短线即为结构式，则氮气的结构式为N≡N，故D正确； 故选C。 9．在火箭燃料中作氧化剂，下列有关二氧化氮的说法正确的是 A．为红棕色且有刺激性气味的气体 B．属于酸性氧化物 C．经转化被植物吸收，属于氮的固定 D．常温下空气中与可以化合成 【答案】A 【详解】A．NO2 为红棕色且有刺激性气味的气体，A正确； B．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，B错误； C．氮的固定是指N2转化为化合物，C错误； D．常温下空气中 N2 与 O2 可以化合成 NO，D错误； 故答案选A。 10．将盛有和的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余无色气体，则原混合气体中的体积可能是 A．0.6mL B．2mL C．2.4mL D．4mL 【答案】D 【详解】根据化学方程式：；，设的体积为x，剩余的气体有两种可能：①若剩1mL，则另外5mL气体发生，则二氧化氮占5mL气体的五分之四，即体积为；②若剩1mL，根据，得到生成1mLNO气体消耗的二氧化氮气体体积为3mL，说明另外还有3mL气体发生，则这3mL气体中二氧化氮占五分之四，则总的二氧化氮气体体积为；故D符合题意。 综上所述，答案为D。 [能力提升训练] 11．下列关于氮及其化合物的说法正确的是 A．化学性质稳定，可用作保护气 B．、均为大气污染气体，在大气中可稳定存在 C．、均无色气体 D．、均能与水发生反应 【答案】A 【详解】A．化学性质稳定，难与其他物质反应，可用作保护气，故A正确； B．能与氧气反应生成NO2，NO不能在大气中可稳定存在，故B错误； C．是红棕色气体，故C错误； D．和水不反应，与水发生反应生成硝酸和NO，故D错误； 选A。 12．下列关于氮及其化合物的说法错误的是 A．自然固氮、人工固氮都是将转化为 B．氮氧化物大量排放到大气中会造成酸雨 C．氨气可用于做“喷泉实验” D．自然界中的“氮循环”是氮及其化合物间相互转化的一种途径 【答案】A 【详解】A．自然固氮将N2转化为NO，反应的化学方程式为N2+O22NO，工业合成氨是人工固氮，是将N2转化为NH3，A项错误； B．氮氧化物大量排放到大气中会形成硝酸型酸雨，反应原理可表示为2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO，B项正确； C．氨气极易溶于水，溶于水后会形成较大压强差，可用于做“喷泉实验”，C项正确； D．氮元素在自然界中既有游离态又有化合态，多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界中的“氮循环”，D项正确； 故选A。 13．如图所示转化关系中不能一步实现的是 A．① B．② C．③ D．④ 【答案】A 【详解】A. ①氮气与氧气反应时生成NO，不能一步生成NO2，符合题意，A正确； B. ②氮气与氢气反应时生成氨气，能一步实现，与题意不符，B错误； C. ③氨气与氧气反应生成NO，与题意不符，C错误； D. ④NO与氧气反应生成NO2，与题意不符，D错误； 答案为A。 14．氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分，如下图所示，下列说法中不正确的是 A．人类活动对氮的循环起到了主导作用 B．硝化和反硝化过程都属于氧化还原反应 C．有机氮与无机氮可相互转化 D．反硝化过程有助于稳定N2在大气中的含量 【答案】A 【详解】A．对氮的循环起到主导作用的是自然因素，人类活动只是在一定程度上影响氮的循环，故A错误； B．图可知，硝化和反硝化过程都涉及到了化合价的变化，故都属于策化还原反应，故B正确； C．氮化过程是动植物蛋白转化为氨气或铵根离子，即有机氮转化为无机氮的过程，故C正确； D．固氮过程消耗了大气中的氮气，反硝化过程中生成了氮气，故反硝化过程有助于稳定N2在大气中的含量，故D正确。 故选：A。 15．下列关于自然界中氮循环的说法正确的是 A．氮在自然界中存在形式只有游离态 B．固氮过程中氮元素均被还原 C．只有氮、氧两种元素参加了氮循环 D．植物吸收的无机氮主要是和 【答案】D 【详解】A．氮在自然界中有游离态，如氮气，有化合态如铵盐，故A错误； B．氮气在反应中化合价可以升高也可以降低，所以氮元素可以被氧化，可以被还原，故B错误； C．碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环，如蛋白质的制造需要碳元素，又如在放电条件下与直接化合生成无色且不溶于水的一氧化氮气体，，氧元素参与循环，二氧化氮易与水反应生成硝酸和一氧化氮，，氢元素也参与循环，故C错误； D．植物吸收的无机氮包含铵盐、硝酸盐等无机物，故D正确； 故答案为D。 16．将盛有12mLNO2和O2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的体积和剩余的2mL气体可能分别是 A．1.2mL，NO B．2.4mL，O2 C．3.5mL，O2 D．4mL，NO 【答案】A 【详解】可能发生的反应为：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，3NO2+H2O=2HNO3+NO，试管中O2和NO2气体按体积比1：4混合全部溶解，液体充满试管，假定全部为二氧化氮，剩余气体体积为×12mL=4mL，大于实际剩余2mL气体，则说明剩余气体为NO或氧气。若为氧气，则参加反应的气体为12mL-2mL=10mL，根据4NO2+O2+2H2O=4HNO3，可知参加此反应的O2的体积为10mL×=2mL，原混合气体中O2的体积为2mL+2mL=4mL；若剩余气体为NO气体，根据3NO2+H2O=2HNO3+NO，可知过量的NO2为3×2mL=6mL，反应4NO2+O2+2H2O=4HNO3消耗的气体总体积为12mL-6mL=6mL，则反应消耗的氧气为6mL×=1.2mL。 故选A。 17．在标准状况下，将O2和NO2按1∶4体积比充满干燥烧瓶，把烧瓶倒置于水中，瓶内液体逐渐上升，假设烧瓶内溶液不扩散，最终烧瓶内溶液里溶质的物质的量浓度为 A．mol·L-1 B．mol·L-1 C．mol·L-1 D．mol·L-1 【答案】C 【详解】假设O2的体积为1L，则NO2的体积为4L，烧瓶的体积为5L，根据反应方程式：4NO2+O2+2H2O=4HNO3可知，生成的HNO3的物质的量为：=mol，水能充满整个烧瓶，即所得溶液的体积为5L，故所得溶液的物质的量浓度为：==mol/L，故答案为：C。 18．氮元素在地球上含量丰富，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。下列叙述错误的是 A．工业合成氨的过程是固氮的过程 B．自然界中，氨是动物体特别是蛋白质腐败后的产物 C．为防止粮食、罐头、水果等食品腐烂，常用氮气作保护气 D．雷雨天，N2与O2直接反应生成NO2，最终转化为硝酸盐被植物吸收 【答案】D 【详解】A．工业合成氨是N2与H2在一定条件下反应生成NH3，属于人工固氮，A正确； B．自然界中，蛋白质腐败后生成氨，B正确； C．氮气性质稳定，不与食品发生反应，无毒无味，可作为食品保护气，C正确； D．电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气会与氧气发生反应生成一氧化氮，属于自然固氮，D错误； 故选D。 19．在标准状况下，将O2与NO按3∶4的体积比充满一个干燥烧瓶倒置于水中，瓶内液面逐渐上升后，最后烧瓶内溶液的物质的量浓度最接近于 A．0.045mol/L B．0.036mol/L C．0.026mol/L D．0.02mol/L 【答案】C 【详解】设O2为3V，NO为4V，根据2NO + O2 = 2NO2，烧瓶内实际存在的是4VNO2和1VO2与水作用，反应为：4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3，恰好完全反应，无气体剩余，由N元素守恒可知，n(HNO3)=，c(HNO3)=； 故选C。 20．汽车尾气管中安装有尾气处理装置，以降低汽车使用过程中对环境的污染，其工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．反应中NO为还原剂，为还原产物 B．汽车尾气的主要污染成分为CO、NO和 C．催化转化总反应为 D．NO和必须在催化剂表面才能反应 【答案】A 【详解】A．根据图示，NO与反应生成，NO为还原剂；和CO反应生成，为还原产物，A正确； B．汽车尾气的主要污染成分为CO、NO，不是污染物，B错误； C．根据图示，催化转化总反应为，C错误； D．NO和可在常温下直接反应生成，不需要催化剂，D错误； 选A。 21．在一支的注射器里充入，然后吸入水。若使注射器活塞最终停在的位置，则注射器需要再吸入的体积是(整个过程水的体积及实验条件不变)    A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据题意，注射器活塞最终停在的位置，则剩余气体的体积为，分两种情况讨论： 若剩余气体为NO，则 ，，解得； 若剩余气体为O2，则 ，，解得； 综上所述，B选项符合题意，故选B。 22．某工业废气所含氮氧化物(NOx)的氮氧质量比约为7：4，则该NOx可表示为 A．N2O B．NO C．N2O3 D．NO2 【答案】A 【详解】由氧化物中氮元素和氧元素的质量比为7:4，则氮、氧元素组成的氧化物中两种元素的原子个数比= ，因此该氧化物的化学式可表示为N2O； 故选A。 23．如图所示，在注射器里吸入，然后吸入5mL水。若再吸入30mL空气(按体积占计算)，夹住弹簧夹，观察现象(不考虑摩擦力，即所有操作都在常温常压下进行)。已知常温常压下，气体摩尔体积为，下列说法错误的是 A．最终剩余气体中NO体积为12mL B．可观察到注射器的活塞缓缓向左移动，最终活塞最左端停在约36mL刻度处 C．可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色 D．若反应前后液体体积不变，所得硝酸溶液的浓度约为 【答案】B 【详解】A．30mL空气中氧气体积为30mL×=6mL，根据方程式：2NO+O2=2NO2，20mLNO消耗12mL，生成NO2的体积为12mL，NO2再与水反应，3NO2+H2O=2HNO3+NO，生成NO为12mL×=4mL，所以最后剩余NO为(20-12+4)mL=12mL，A正确； B．注射器内气体减少，所以注射器的活塞缓缓向左移动，体积为剩余的NO、N2和水的体积，约为41mL，B错误； C．NO是无色气体，NO2是红棕色气体，所以注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色，C正确； D．根据A中分析可知，若反应前后液体体积不变，生成硝酸的物质的量浓度为：，D正确； 故选B。 24．如图所示装置： (1)若试管中充满NO2气体，试管中发生的现象是 。 (2)向上述试管中通入氧气，发生的现象是 。 (3)若试管中充满NO气体，然后通过导气管向试管中充入O2，当试管中刚好充满液体时，发生的反应是 。 【答案】(1)试管中液面上升到试管的2/3处，气体由红棕色变为无色 (2)液面上升，直到充满整个试管 (3)4NO+3O2+2H2O=4HNO3 【详解】（1）若试管中充满NO2气体，发生反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，试管中发生的现象是试管中液面上升到试管的2/3处，气体由红棕色变为无色； （2）向上述试管中通入氧气，发生反应4NO+3O2+2H2O=4HNO3，发生的现象是液面上升，直到充满整个试管； （3）若试管中充满NO气体，然后通过导气管向试管中充入O2，当试管中刚好充满液体时，发生的反应是4NO+3O2+2H2O=4HNO3。 25．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，使氧气进入烧瓶，观察到的现象是 ，产生此现象的化学方程式为 。 (2)关上止水夹，轻轻摇动烧瓶，观察到的现象为① ；② ，产生此现象的化学方程式为 。 (3)烧杯中盛放的是酸性高锰酸钾溶液，能吸收尾气，已知NO能与MnO在酸性条件下反应生成NO和Mn2＋，写出该反应的离子方程式 。 【答案】(1)气体由无色变为红棕色 2NO＋O2=2NO2 (2)烧瓶中红棕色气体又变为无色 烧杯中导气管中液面上升 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO (3)5NO＋3MnO＋4H＋=5NO＋3Mn2＋＋2H2O 【详解】（1）无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2，反应的化学方程式为：2NO+O2=2NO2； （2）NO2与水接触反应生成硝酸和NO，化学方程式为3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，红棕色NO2气体又变为无色NO气体，烧瓶中气体物质的量减小导致烧瓶中气体压强减小，烧杯中溶液进入导气管； （3）NO能与MnO在酸性条件下反应生成NO和Mn2+，一氧化氮被氧化生成硝酸盐，反应的离子方程式为：5NO＋3MnO＋4H＋=5NO＋3Mn2＋＋2H2O。 ( 6 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 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 第1课时 氮气和氮的氧化物 模块导航：[学习目标]→[思维导图]→[核心知识梳理]→[典例分析]→[基础达标训练]→[能力提升训练] [学习目标]　 1.能从分子结构的角度认识氮气的化学稳定性，熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件，了解氮的固定和自然界中氮的循环。 2.能从物质类别和氮元素的化合价认识氮氧化物的性质与转化，熟知工业制硝酸的反应原理。 [思维导图] [核心知识梳理]　 一、氮气与氮的固定 1．氮元素的结构及存在 (1)氮元素位于元素周期表的第 周期、第 族。氮原子最外层有 个电子，既不容易 3个电子，也不容易 5个电子。一般通过 与其他原子相互结合成物质。 (2)氮元素在自然界中的存在 氮元素主要以 分子的形式存在于空气中，部分氮元素以化合物的形式存在于动植物体内的 中，还有部分存在于土壤、海洋里的 和 中。 2．氮气的性质 (1)物理性质 通常情况下，氮气是 、 的气体，密度比空气的 ， 于水。 (2)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 ，通常情况下很难与其他物质发生化学反应，但在 、 等条件下，氮气也可以与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应。 ①金属镁：N2＋3Mg ，氮气表现 性； ②氢气：N2＋3H2 ，氮气表现 性； ③氧气：N2＋O2 ，氮气表现 性。 (3)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液氮可用作制冷剂，应用于医学、科技等领域。 3．氮的固定：将大气中 的氮单质转化为 的过程。 (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 ，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨。 (2)人工固氮：人类通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的 ，最重要的人工固氮途径就是工业合成氨 。 二、一氧化氮与二氧化氮 1．一氧化氮是 色、 于水的 气体，常温下很容易与氧气化合，化学方程式为 。 2．二氧化氮是 色、 气味的 气体，易液化，易溶于水，与水反应的化学方程式为 ，工业上利用这一原理生产硝酸。 【知识拓展】 (1)实验室里收集NO气体是用 法而不能用 法。 (2)检验NO气体的方法是向气体中通入O2(或空气)，气体由 色变为 色。 (3)氮的氧化物都是大气污染物，NO2是造成 的主要物质，实验中产生的NO2尾气可用NaOH溶液吸收，发生反应：2NaOH＋2NO2=== 。 (4)氮的氧化物中属于酸性氧化物的只有N2O3、N2O5；N2O、NO、NO2、N2O4都是不成盐氧化物，不是酸性氧化物。 (5)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 。 三、氮的氧化物与水反应的计算规律 1．氮的氧化物与水反应的实验探究 (1)操作方法 将充满NO2、NO的试管分别倒置于水槽中，并通过导管通入适量的氧气。 实验装置 实验现象 试管充满水需满足的条件 红棕色气体逐渐减少，试管内液面上升，持续通入适量O2，试管内可充满水 V(NO2)∶V(O2)＝ 无色气体变红棕色，后逐渐减少，试管内液面上升，持续通入适量O2，试管内可充满水 V(NO)∶V(O2)＝ (2)相关反应原理 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　① 2NO＋O2===2NO2　② 由方程式①×2＋②得： 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3　③ 由方程式①×2＋②×3得： 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3　④ 2．NO2单独溶于水(按反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算) 剩余气体是NO，V(NO)＝V(NO2)。 3．NO2与O2的混合气体溶于水(按反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3计算) 4．NO与O2的混合气体溶于水(按反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3计算) 5．NO2、NO、O2三种混合气体通入水中： (1)可先将NO和O2转化为NO2，再按4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3情况分别处理。 (2)也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情况处理。 [典例分析] [典例1]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。下列转化中属于氮的固定的是 A．N2→NH3 B．HNO3→NO2 C．NO→NO2 D．NH3→NH4Cl [典例2]下列关于性质的描述错误的是 A．有毒 B．通常情况下，是红棕色气体 C．溶于水生成亚硝酸 D．会形成光化学烟雾 [典例3]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 [典例4]某气体可能含NO、、中的一种或几种，将盛满一定量此气体的集气瓶倒扣入水中(如图A)，最终集气瓶内有气体剩余(如图B)，则原气体 A．一定含有 B．一定含有NO C．一定不含NO D．一定含有 [典例5]在汽车尾气净化装置中，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．该反应为固氮反应之一 B．NO为无色气体，为红棕色气体 C．NO、CO均能与人体中的血红蛋白结合 D．该催化转化的总反应的化学方程式为 [典例6]下列说法正确的是 A．氮气化学性质不活泼，原因是N的非金属性较弱 B．“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐 C．氮气与氧气直接在汽车内燃机中高温下反应，氧气少量生成NO，过量生成NO2 D．植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料，实现氮的固定 [典例7]下列说法中，正确的是 A．NO2能与水反应生成硝酸，故NO2为酸性氧化物 B．除去O2中混有的NO2，可将混合气体通过水，将NO2溶解 C．NO2与溴蒸气的鉴别可用NaOH溶液，溶于NaOH溶液得无色溶液的是NO2，得橙色溶液的为溴蒸气 D．NO2是造成光化学烟雾的原因之一 [典例8]某化学研究小组设计利用硝酸工业尾气(只含NO、)制备亚硝酸钠()的工艺流程如下。已知：，。 下列说法错误的是 A．是非电解质，也是酸性氧化物 B．用硝酸尾气制备的中可能含有 C．尾气中的含量越高，的纯度越低 D．标准状态下，a L的硝酸尾气用NaOH溶液完全吸收，至少消耗NaOH [典例9]将盛有NO2和N2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体体积缩小为原体积的一半，原混合气体中N2与NO2的体积比为 A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．3：1 [典例10]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 [基础达标训练] 1．下列反应中，不属于氮的固定的是 A．N2和H2在一定条件下合成NH3 B．豆科植物把空气中的氮气转化为化合态的氮 C．雷电时，空气中的N2与O2反应生成NO D．由NH3制碳酸氢铵和尿素 2．一氧化氮是一种大气污染物，是吸烟、汽车尾气及垃圾燃烧等释放出的有害气体，但是这种气体小分子在生物体内却是一种重要的信使分子，具有保护心血管、降低血压以及提高性能力的作用。下列关于NO的说法中正确的是 A．NO是无色气体，易溶于水，是酸性氧化物 B．NO在空气中可以转为NO2，二者都是大气污染物 C．NO在人体内能扩张血管，提高免疫力等，因此大气中的NO对人体无害 D．NO在化学反应中，只能作还原剂，不能作氧化剂 3．下列关于氮气性质的说法中正确的是 A．点燃条件下，N2在氧气中燃烧生成NO B．点燃时，N2与金属Mg反应生成Mg3N2，N2作还原剂 C．合成氨反应中，N2发生氧化反应 D．氮气的化学性质稳定，其原因是两个氮原子之间以共价三键结合 4．关于氮氧化物的说法正确的是 A．氮氧化物一定对人体有害 B．可以用排水集气法收集NO2气体 C．雷电多的地方容易形成酸雨 D．收集NO要用排水集气法 5．我国科学家放大身份识别，快速锁定大气污染“元凶”，快速检测，助力北京冬奥会精准预报天气。下列有关的说法错误的是 A．既有氧化性又有还原性 B．实验室用水吸收尾气中 C．常温常压下是红棕色气体 D．汽车尾气和硝酸厂废气都含有 6．实验室制备气体后，在收集气体时，往往根据气体的性质选择不同的收集方法，在实验室制备下列气体时，只能使用排水法收集的是 A．HCl B．CO2 C．NO D．NO2 7．下列对NO和NO2的描述正确的是 A．NO2与水的反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂 B．NO是无色气体，可用向上排空气法收集 C．NO2可由N2和O2直接化合得到 D．从元素化合价角度看，NO只有还原性 8．下列关于N2的说法错误的是 A．通常情况下，N2的性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气 B．氮气的电子式为   C．N2的质量约占空气总质量的 D．氮气的结构式为N≡N 9．在火箭燃料中作氧化剂，下列有关二氧化氮的说法正确的是 A．为红棕色且有刺激性气味的气体 B．属于酸性氧化物 C．经转化被植物吸收，属于氮的固定 D．常温下空气中与可以化合成 10．将盛有和的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余无色气体，则原混合气体中的体积可能是 A．0.6mL B．2mL C．2.4mL D．4mL [能力提升训练] 11．下列关于氮及其化合物的说法正确的是 A．化学性质稳定，可用作保护气 B．、均为大气污染气体，在大气中可稳定存在 C．、均无色气体 D．、均能与水发生反应 2．下列关于氮及其化合物的说法错误的是 A．自然固氮、人工固氮都是将转化为 B．氮氧化物大量排放到大气中会造成酸雨 C．氨气可用于做“喷泉实验” D．自然界中的“氮循环”是氮及其化合物间相互转化的一种途径 13．如图所示转化关系中不能一步实现的是 A．① B．② C．③ D．④ 14．氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分，如下图所示，下列说法中不正确的是 A．人类活动对氮的循环起到了主导作用 B．硝化和反硝化过程都属于氧化还原反应 C．有机氮与无机氮可相互转化 D．反硝化过程有助于稳定N2在大气中的含量 15．下列关于自然界中氮循环的说法正确的是 A．氮在自然界中存在形式只有游离态 B．固氮过程中氮元素均被还原 C．只有氮、氧两种元素参加了氮循环 D．植物吸收的无机氮主要是和 16．将盛有12mLNO2和O2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的体积和剩余的2mL气体可能分别是 A．1.2mL，NO B．2.4mL，O2 C．3.5mL，O2 D．4mL，NO 17．在标准状况下，将O2和NO2按1∶4体积比充满干燥烧瓶，把烧瓶倒置于水中，瓶内液体逐渐上升，假设烧瓶内溶液不扩散，最终烧瓶内溶液里溶质的物质的量浓度为 A．mol·L-1 B．mol·L-1 C．mol·L-1 D．mol·L-1 18．氮元素在地球上含量丰富，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。下列叙述错误的是 A．工业合成氨的过程是固氮的过程 B．自然界中，氨是动物体特别是蛋白质腐败后的产物 C．为防止粮食、罐头、水果等食品腐烂，常用氮气作保护气 D．雷雨天，N2与O2直接反应生成NO2，最终转化为硝酸盐被植物吸收 19．在标准状况下，将O2与NO按3∶4的体积比充满一个干燥烧瓶倒置于水中，瓶内液面逐渐上升后，最后烧瓶内溶液的物质的量浓度最接近于 A．0.045mol/L B．0.036mol/L C．0.026mol/L D．0.02mol/L 20．汽车尾气管中安装有尾气处理装置，以降低汽车使用过程中对环境的污染，其工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．反应中NO为还原剂，为还原产物 B．汽车尾气的主要污染成分为CO、NO和 C．催化转化总反应为 D．NO和必须在催化剂表面才能反应 21．在一支的注射器里充入，然后吸入水。若使注射器活塞最终停在的位置，则注射器需要再吸入的体积是(整个过程水的体积及实验条件不变)    A． B． C． D． 22．某工业废气所含氮氧化物(NOx)的氮氧质量比约为7：4，则该NOx可表示为 A．N2O B．NO C．N2O3 D．NO2 23．如图所示，在注射器里吸入，然后吸入5mL水。若再吸入30mL空气(按体积占计算)，夹住弹簧夹，观察现象(不考虑摩擦力，即所有操作都在常温常压下进行)。已知常温常压下，气体摩尔体积为，下列说法错误的是 A．最终剩余气体中NO体积为12mL B．可观察到注射器的活塞缓缓向左移动，最终活塞最左端停在约36mL刻度处 C．可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色 D．若反应前后液体体积不变，所得硝酸溶液的浓度约为 24．如图所示装置： (1)若试管中充满NO2气体，试管中发生的现象是 。 (2)向上述试管中通入氧气，发生的现象是 。 (3)若试管中充满NO气体，然后通过导气管向试管中充入O2，当试管中刚好充满液体时，发生的反应是 。 25．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，使氧气进入烧瓶，观察到的现象是 ，产生此现象的化学方程式为 。 (2)关上止水夹，轻轻摇动烧瓶，观察到的现象为① ；② ，产生此现象的化学方程式为 。 (3)烧杯中盛放的是酸性高锰酸钾溶液，能吸收尾气，已知NO能与MnO在酸性条件下反应生成NO和Mn2＋，写出该反应的离子方程式 。 ( 6 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$