届一轮复习人教版 氮及其氧化物 学案.docx

届一轮复习人教版 氮及其氧化物 学案.docx

《届一轮复习人教版 氮及其氧化物 学案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《届一轮复习人教版 氮及其氧化物 学案.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

届一轮复习人教版氮及其氧化物学案

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＋O2

2NO（汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮）。

②与氢气反应：

N2＋3H2

2NH3（工业合成氨的反应原理）。

③与Mg反应：

3Mg＋N2

Mg3N2。

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，6.72LNO2与水反应转移0.1mol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＋2NO

N2＋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．②④⑥B．②③⑤⑥

C．①④⑤D．①③⑤

答案　C

解析　雷雨天气发生如下反应：

N2＋O2

2NO；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＋6NO

5N2＋6H2O,8NH3＋6NO2

7N2＋12H2O。

同温同压下，3.5LNH3恰好将3.0LNO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3.36LNO2、1.12LNO（已换算为标准状况，假设不含N2O4），恰好被200mL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）＝0.75L，V（NO2）＝2.25L

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）＝0.15mol，n（NO）＝0.05mol

则单独与Na2CO3反应的NO2为0.15mol－0.05mol＝0.1mol

所以共生成NaNO3：

0.05mol，NaNO2：

0.15mol

c（Na2CO3）＝

＝0.5mol·L－1。

答案　

（1）1∶3

（2）①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O　

②NaNO2

（3）①Na2CO3＋2NO2===NaNO3＋NaNO2＋CO2

②NaNO3：

0.05mol　NaNO2：

0.15mol　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∶2B．2∶3C．8∶3D．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．①③④C．②③④D．①④

答案　B

解析　可由反应4NH3＋5O2

4NO＋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12mL通入足量水中，充分反应后剩余2mL气体（同温同压下），则原混合气体中氧气的体积为（　　）

①1.2mL　②2.4mL　③3mL　④4mL

A．①②B．②③C．③④D．①④

答案　D

解析　首先分析剩余的2mL气体有两种可能。

如果剩余2mLO2，则V（NO2）＝

×（12－2）mL＝8mL，则混合气体中：

V（O2）＝12mL－8mL＝4mL。

若剩余的2mL气体是NO，则混合气体中的V（O2）＝（12mL－2mL×3）×

＝1.2mL，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．①B．②⑤C．④D．③④

答案　C

解析　①N2＋O2

2NO，一步生不成NO2；②、③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，不必加入氧化剂，⑤N2＋3H2

2NH3，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．NH3B．CO2

C．CH3CH2OHD．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>V3B．V1>V3>V2

C．V2>V3>V1D．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．O2B．SO2C．NO2、O2D．NO、O2

答案　C

解析　假设NO2气体的物质的量为3mol，根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO、NaHCO3＋HNO3===NaNO3＋H2O＋CO2↑、2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2,2NO＋O2===2NO2，知3molNO2通入过量小苏打溶液中逸出的气体为2molCO2和1molNO，2molCO2与足量过氧化钠反应生成1molO2,0.5molO2和1molNO反应生成1molNO2，剩余0.5molO2，故最后收集到的气体为1molNO2和0.5molO2。

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5.6LO2（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．16gB．32g

C．64gD．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2×5.6L/22.4L·mol－1＝0.5mol，即32g。

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0.05molNO、0.03molO2的混合气体以适当的速率缓慢通入盛有100mL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）3NO

N2O＋NO2　2∶3

（3）0.4mol·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：

3NO

N2O＋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0.04mol，故所得溶液中硝酸的浓度为0.4mol·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。