高考化学第4章非金属及其化合物第4节氮及其重要化合物考点1氮气及其常见氧化物讲与练.docx
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高考化学第4章非金属及其化合物第4节氮及其重要化合物考点1氮气及其常见氧化物讲与练
非金属及其化合物
李仕才
考点一 氮气及其常见氧化物
1．氮元素在自然界中的存在及氮的固定
2．氮气
（1）分子式：
N2，电子式：
N⋮⋮N，结构式：
N≡N。
（2）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。
（3）化学性质
①与氧气反应：
N2＋O22NO（导致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）氮的氧化物
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
判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
1．NO2溶于水时生成HNO3，故NO2是硝酸的酸酐。
（ × ）
2．CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在。
（ × ）
3．NO2溶于水时发生氧化还原反应。
（ √ ）
4．NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象。
（ × ）
5．NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂，二者的物质的量之比为3∶1。
（ × ）
6．溴蒸气和NO2都为红棕色气体用湿润的淀粉－KI试纸可以鉴别。
（ × ）
7．标准状况下，6.72LNO2与水充分反应转移的电子数目为0.1NA。
（ × ）
8．制二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气。
（ × ）
1．氮的氧化物都有毒，其中NO2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，也没有纯净NO2和N2O4气体。
2．验证某无色气体是NO的方法是让无色气体接触氧气或空气，无色气体变为红棕色。
3．NO2、NO可用碱液处理，如NaOH溶液吸收原理为NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。
4．NO2虽然与水反应生成HNO3，但不是硝酸的酸酐。
NO2既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。
如NO2能使湿润的淀粉－碘化钾试纸变蓝：
2NO2＋2KI===2KNO2＋I2。
5．鉴别NO2和溴蒸气常用①AgNO3溶液、②H2O、③CCl4。
一、氮及其氧化物的性质及其对环境的影响
1．关于氮的变化关系图如图：
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．上述反应中只有③属于氮的固定
解析：
工业上生产硝酸的流程是氮气和氢气生成氨气，氨气与氧气反应4NH3＋5O24NO＋6H2O路线①，一氧化氮与氧气反应2NO＋O2===2NO2路线②，二氧化氮被水吸收3NO2＋H2O===2HNO3＋NO路线③，路线①②③是工业生产硝酸的主要途径，A正确；在放电条件下，氮气和氧气发生化合反应：
N2＋O22NO路线Ⅰ；NO不稳定，易被氧气氧化为二氧化氮：
2NO＋O2===2NO2路线Ⅱ，二氧化氮溶于水生成硝酸：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO路线Ⅲ，B正确；从氮的变化关系图可知：
N从N2（0价）→NO（＋2价）→NO2（＋4价）→HNO3（＋5价），都是氧化还原反应，C正确；上述反应中空气中的氮气转变为含氮化合物，符合氮的固定的定义，属于氮的固定，②③含氮化合物转变为其他物质，是氮的化合物之间的转化，不是氮的固定，D错误。
答案：
D
2．下列说法正确的是（ ）
A．CO、NO、NO2都是大气污染物，在空气中都能稳定存在
B．NO可用于某些疾病的治疗
C．NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象
D．NO是一种红棕色气体
解析：
NO易被氧化为NO2；NO2通入溶液中生成HNO3，能把Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液由浅绿色变成棕黄色；NO为无色气体。
答案：
B
3．随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。
汽车尾气装置里，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．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物
B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2
C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应
D．催化转化总化学方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2
解析：
反应过程中NO、O2为氧化剂，N2为还原产物；汽车尾气中的N2不是污染物；NO和O2的反应不需要催化剂；根据题中的图示，可将反应的过程分成如下两步写：
2NO＋O2===2NO2,2NO2＋4CO===N2＋4CO2，将两步反应式合并可得总化学方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2。
答案：
D
4．已知化学反应：
①2NO＋2CON2＋2CO2，②NO2＋SO2NO＋SO3。
下列说法正确的是（ ）
A．反应①可用于汽车尾气处理，NO是还原剂，CO2是氧化产物
B．反应②是非氧化还原反应，反应前后气体分子总数不变
C．反应②中，NO2的氧化性比SO2的氧化性强
D．利用上述两反应处理尾气，能达到保护环境要求
解析：
反应①中N元素的化合价由＋2价降为0，被还原作氧化剂，A错误；反应②中，N、S元素的化合价均发生了变化，为氧化还原反应，B错误；反应②中的产物NO、SO3均是污染物，D错误。
答案：
C
5．下列反应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
解析：
本题有两个要求：
（1）必须加入氧化剂；
（2）一步反应就能完成。
反应①、③、④从化合价角度来看都升高，但反应①N2→NO2不能一步反应完成；而反应③NO2→HNO3，虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能实现，如3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应④N2→NO必须加入氧化剂且一步反应就能完成。
答案：
C
二、氮及其氧化物的简单计算
6．已知氮的氧化物跟NaOH溶液发生的化学反应如下：
3NO2＋2NaOH===2NaNO3＋NO＋H2O；NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O；现有mmolNO2和nmolNO组成的混合气体，要用NaOH溶液使其被完全吸收无气体剩余，现有浓度为amol·L－1的NaOH溶液，则需此NaOH溶液的体积为（ ）
A.LB.LC.LD.L
解析：
生成物不论是硝酸钠还是亚硝酸钠，根据原子守恒可知氢氧化钠的物质的量就是NO2和NO的物质的量之和，则氢氧化钠是（m＋n）mol，则氢氧化钠溶液的体积为（m＋n）/aL。
答案：
C
7．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，原来试管中盛装的气体是（ ）
A．可能是N2与NO2的混合气体
B．只能是O2与NO2的混合气体
C．可能是NO与NO2的混合气体
D．只能是NO2一种气体
解析：
解答本题要注意以下两点：
（1）明确氮气不溶于水，且常温下不与O2发生化学反应；
（2）NO2可与水反应生成不溶于水的NO，NO2和NO分别与氧气按适当的比例可被水完全吸收。
答案：
C
8．氮的氧化物（用NOx表示）是大气污染物，必须进行处理。
（1）汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质，这种尾气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，反应的化学方程式可表示为___________________________________________。
（2）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，3.5LNH3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________。
（3）工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理，若NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后得到一种钠盐，该钠盐的化学式是________。
解析：
（1）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。
②CO、NOx反应后生成的无毒气体为CO2和N2。
（2）V（NO）＋V（NO2）＝3.0L，V（NO）＋V（NO2）＝3.5L，则V（NO）＝0.75L，V（NO2）＝2.25L，V（NO）∶V（NO2）＝1∶3。
（3）NO中氮的化合价为＋2价，NO2中氮的化合物为＋4价，二者1∶1混合时与NaOH反应生成盐的化合价必然为＋3价，即为NaNO2。
答案：
（1）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 形成酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应（任写两种即可）
②2xCO＋2NOx2xCO2＋N2
（2）1∶3 （3）NaNO2
氮的氧化物溶于水的计算
一、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。
二、方法
氮的氧化物与O2、H2O反应的计算，常见的有三种方法
1加合式法
（1）NO2和O2混合气体溶于水的计算
由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知：
V（NO2）∶V（O2）
（2）NO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）
（3）NO2、NO、O2三种混合气体通入水中：
①可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。
②也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情况处理。
2原子守恒法
4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，都与N2O5＋H2O===2HNO3等效。
当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。
n（N）∶n（O）
3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。
1．将盛有12mLNO2和O2的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气体分别是（ ）
A．1.2mL，NO B．2.4
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