2019版高考化學一輪復習 第17講 氮及其氧化物學案

1、第17講氮及其氧化物1氮元素在自然界中的存在及氮的固定2氮氣(N2)(1)物理性質(zhì)：無色無味的氣體，密度比空氣略小，難溶于水，熔點、沸點很低。(2)化學性質(zhì)N2的電子式為NN，結(jié)構(gòu)式為NN，由于分子中含有的氮氮三鍵鍵能很大，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在通常狀況下，化學性質(zhì)很不活潑。與氧氣反應：N2O22NO(汽車尾氣中產(chǎn)生氮的氧化物和雷電固氮)。與氫氣反應：N23H22NH3(工業(yè)合成氨的反應原理)。與Mg反應：3MgN2Mg3N2。3氮的氧化物(1)氮有多種價態(tài)的氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等，其中屬于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。(2)NO和NO2性質(zhì)的比較4氮氧化

2、物對環(huán)境的污染及防治(1)NOx對人體、環(huán)境的影響光化學煙霧；酸雨；NO與血紅蛋白結(jié)合使人中毒。(2)常見的NOx尾氣處理方法堿液吸收法工業(yè)尾氣中NOx的處理2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O、NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O催化轉(zhuǎn)化法汽車尾氣的處理在催化劑、加熱條件下，氨可將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無毒氣體(N2)或NOx與CO在一定溫度下催化轉(zhuǎn)化為無毒氣體(N2和CO2)。1正誤判斷，正確的畫“”，錯誤的畫“”。(1)工業(yè)合成氨屬于人工固氮。()(2)在實驗室里，NO2和NO均可用排水法收集。()(3)NO2通入FeSO4溶液中無明顯現(xiàn)象。()(4)可用O2驗證某無色氣體為NO。

3、()(5)在標準狀況下，6.72 L NO2與水反應轉(zhuǎn)移0.1 mol電子。()(6)N元素所形成的化合物均易溶于水。()(7)N2化學性質(zhì)活潑，可與多種物質(zhì)發(fā)生反應。()答案 (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2下列關于自然界中氮循環(huán)(如下圖)的說法不正確的是()A在氮的固定中，氮元素均被氧化B工業(yè)合成氨屬于人工固氮C含氮無機物和含氮有機物可相互轉(zhuǎn)化D碳、氫、氧三種元素也參與了氮循環(huán)答案 A解析人工固氮中氮氣轉(zhuǎn)化為氨氣或銨鹽，N的化合價由03價，化合價降低，被還原，故A錯誤；工業(yè)合成氨是典型的人工固氮方法，故B正確；根據(jù)圖像知，通過生物體可以將銨鹽和蛋白質(zhì)相互轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了含氮無機物和

4、含氮有機物的轉(zhuǎn)化，故C正確；生物體合成蛋白質(zhì)的過程也有碳、氫、氧元素的參與，故D正確?？键c1氮和氮的氧化物典例1汽車尾氣主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物質(zhì)，逐漸成為城市空氣污染的主要來源之一。(1)汽車尾氣中的CO來自于_，NO來自于_。汽車尾氣對環(huán)境的危害主要有_(至少填兩種)。(2)NOx能形成酸雨，寫出NO2轉(zhuǎn)化為HNO3的化學方程式：_。(3)汽車尾氣中的CO、NOx在適宜溫度下采用催化轉(zhuǎn)化法處理，使它們相互反應生成參與大氣循環(huán)的無毒氣體。寫出NO被CO還原的化學方程式_。解析(1)汽車汽缸內(nèi)不斷進行著汽油的燃燒反應，當空氣不足時，汽油不完全燃燒，會產(chǎn)生CO；當空氣過量時，N2

5、和O2在放電或高溫條件下反應生成NO。汽車尾氣對環(huán)境的危害很大，可以形成硝酸型酸雨，導致光化學煙霧，產(chǎn)生溫室效應。(3)CO、NOx反應后生成的無毒氣體為CO2和N2。答案 (1)汽油的不完全燃燒N2與O2在汽車汽缸內(nèi)的高溫環(huán)境下的反應形成硝酸型酸雨、導致光化學煙霧、產(chǎn)生溫室效應(任填兩種即可)(2)3NO2H2O=2HNO3NO(3)2CO2NON22CO2名師精講氮氧化物對環(huán)境污染的常見類型(1)光化學煙霧：NOx在紫外線作用下，與碳氫化合物發(fā)生一系列光化學反應，產(chǎn)生的一種有毒的煙霧。(2)酸雨：NOx排入大氣中后，與水反應生成HNO3和HNO2，隨雨雪降到地面。(3)破壞臭氧層：NO2可

6、使平流層中的臭氧減少，導致地面紫外線輻射量增加。1汽車排放的尾氣中含有NO2，NO2是城市大氣污染的主要污染物之一。在日光照射下，NO2發(fā)生一系列光化學煙霧的循環(huán)反應，從而不斷產(chǎn)生O3，加重空氣污染。反應過程為2NO22NO2O；2NOO22NO2；OO2O3。下列有關該反應過程及產(chǎn)物的敘述正確的是()ANO2起催化劑作用BNO起催化劑作用CNO2只起氧化劑作用DO3與O2互為同分異構(gòu)體答案 A解析由反應過程得O22O，OO2O3，由此可知NO2起催化劑作用，反應過程中NO2既作氧化劑又作還原劑，A正確；B、C錯誤；O3與O2互為同素異形體，D錯誤。2雷雨天，空氣中的N2會發(fā)生一系列反應，生成

7、氮的化合物。雷雨時，一般不可能生成的氮的化合物是()NH3NONO2N2O3N2O5HNO3A BC D答案 C解析雷雨天氣發(fā)生如下反應：N2O22NO；2NOO2=2NO2；3NO2H2O=2HNO3NO；故選C?？键c2氮的氧化物的簡單計算典例2氮氧化合物(用NOx表示)是大氣污染的重要因素，根據(jù)NOx的性質(zhì)特點，開發(fā)出多種化學治理氮氧化合物污染的方法。(1)用氨可將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無毒氣體。已知：4NH36NO5N26H2O,8NH36NO27N212H2O。同溫同壓下，3.5 L NH3恰好將3.0 L NO和NO2的混合氣體完全轉(zhuǎn)化為N2，則原混合氣體中NO和NO2的體積之比是_。(2)

8、工業(yè)尾氣中氮的氧化物常采用堿液吸收法處理。NO2被燒堿溶液吸收時，生成兩種鈉鹽，其物質(zhì)的量之比為11，寫出該反應的化學方程式：_。NO與NO2按物質(zhì)的量之比11被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一種鈉鹽，該鈉鹽的化學式是_。(3)純堿溶液也能用于處理氮氧化合物廢氣，反應原理與上述(2)類似，同時產(chǎn)生CO2。請寫出純堿溶液吸收NO2的化學方程式：_?，F(xiàn)有一定量的某工業(yè)廢氣，其中含有3.36 L NO2、1.12 L NO(已換算為標準狀況，假設不含N2O4)，恰好被200 mL碳酸鈉溶液吸收，所得鹽的物質(zhì)的量分別為_、_，該碳酸鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為_molL1。解析(1)設NO的體積為V(NO

9、)，NO2的體積為V(NO2)，依據(jù)方程式知，處理NO需NH3：V(NO)，處理NO2需NH3：V(NO2)，則解得V(NO)0.75 L，V(NO2)2.25 LV(NO)V(NO2)13。(2)生成兩種鈉鹽，必然是NO2的歧化反應，依據(jù)量的關系可知兩種鹽分別為NaNO3和NaNO2。NO中氮的化合物為2價，NO2中氮的化合價為4價，二者以11混合時與NaOH反應生成一種鈉鹽，依據(jù)電子守恒可知，鈉鹽中氮的化合價為3，即為NaNO2。(3)n(NO2)0.15 mol，n(NO)0.05 mol則單獨與Na2CO3反應的NO2為0.15 mol0.05 mol0.1 mol所以共生成NaNO3

10、：0.05 mol，NaNO2：0.15 molc(Na2CO3)0.5 molL1。答案 (1)13(2)2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONaNO2(3)Na2CO32NO2=NaNO3NaNO2CO2NaNO3：0.05 molNaNO2：0.15 mol0.5名師精講氮的氧化物與O2、H2O反應的計算1原理解答氮氧化物溶于水的計算問題首先明確原理，無論是單一氣體(NO2)，還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體，反應的實質(zhì)是3NO2H2O=2HNO3NO,2NOO2=2NO2，故若有氣體剩余只能是NO或O2，不能是NO2。2方法氮的氧化物與O2、H2O反應的計算，常

11、見的有兩種方法(1)加合式法NO2和O2混合氣體溶于水的計算由4NO2O22H2O=4HNO3可知：V(NO2)V(O2)NO與O2同時通入水中2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO總的化學方程式為4NO3O22H2O=4HNO3可知：V(NO)V(O2)(2)電子守恒法NO與O2的混合氣體通入水中發(fā)生反應：2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO，在這當中，存在著NO向NO2轉(zhuǎn)化、NO2向HNO3轉(zhuǎn)化的同時又生成NO的循環(huán)反應。但總體來講，NOHNO3，N的化合價升高是由于被O2氧化，因此可寫出在氧化還原反應中得失電子數(shù)必然相等。3如圖所示，將相同條件下的m體積NO

12、和n體積O2同時通入倒立于水槽中且盛滿水的試管內(nèi)，充分反應后，試管內(nèi)殘留體積的氣體，該氣體與空氣接觸后立即變?yōu)榧t棕色。則m與n的比值為()A32 B23 C83 D38答案 C解析該過程中涉及的反應有2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO，可將兩個方程式“合并”為4NO3O22H2O=4HNO3。剩余氣體與空氣接觸立即變?yōu)榧t棕色，說明剩余氣體為NO。則可知體積的NO與n體積的氧氣恰好完全反應。由方程式得關系式43n，解得mn83。(建議用時：40分鐘)一、選擇題(每題6分，共72分)1下列關于NO的敘述正確的是()NO可以是某些含低價氮物質(zhì)氧化的產(chǎn)物NO與NaOH反應能生成NaN

13、O2NO可以是某些含高價氮物質(zhì)還原的產(chǎn)物NO是無色氣體，在空氣中可變?yōu)榧t棕色A全部 B C D答案 B解析可由反應4NH35O24NO6H2O獲得NO，故正確；NO單獨不與NaOH反應，故錯誤；NO可由反應3NO2H2O=2HNO3NO獲得，故正確；2NOO2=2NO2，故正確。故選B。2如圖所示，試管中盛裝的是紅棕色氣體(可能是混合物)，當?shù)箍墼谑⒂兴乃壑袝r，試管內(nèi)水面上升，但不能充滿試管，當向試管內(nèi)鼓入氧氣后，可以觀察到試管中水柱繼續(xù)上升，經(jīng)過多次重復后，試管內(nèi)完全被水充滿。原來試管中盛裝的()A可能是N2與NO2的混合氣體B可能是O2與NO2的混合氣體C不可能是NO與NO2的混合氣體

14、D只能是NO2一種氣體答案 B解析若是N2與NO2的混合氣體，無論鼓入多少氧氣，最后都有N2剩余，試管內(nèi)不可能完全被水充滿；若是O2與NO2的混合氣體，由4NO2O22H2O=4HNO3可知，當4時，NO2有剩余，剩余的NO2和水反應產(chǎn)生NO，故試管內(nèi)水面上升，但不能充滿試管，當向試管內(nèi)不斷鼓入氧氣后，4NO3O22H2O=4HNO3，故試管能被水充滿；若是NO與NO2的混合氣體，開始時，3NO2H2O=2HNO3NO，氣體體積減小，但有NO剩余，當向試管內(nèi)不斷鼓入適量的氧氣后，4NO3O22H2O=4HNO3，試管內(nèi)的氣體完全被水吸收，能完全充滿試管。3在一定條件下，將NO2和O2的混合氣體

15、12 mL通入足量水中，充分反應后剩余2 mL氣體(同溫同壓下)，則原混合氣體中氧氣的體積為()1.2 mL2.4 mL3 mL4 mLA B C D答案 D解析首先分析剩余的2 mL氣體有兩種可能。如果剩余2 mL O2，則V(NO2)(122)mL8 mL，則混合氣體中：V(O2)12 mL8 mL4 mL。若剩余的2 mL氣體是NO，則混合氣體中的V(O2)(12 mL2 mL3)1.2 mL，D項正確。4下列轉(zhuǎn)化必須加入氧化劑且一步反應就能完成的是()N2NO2NO2NONO2HNO3N2NON2NH3A B C D答案 C解析N2O22NO，一步生不成NO2；、3NO2H2O=2HN

16、O3NO，不必加入氧化劑，N23H22NH3，但加入的H2作還原劑，故選C。5研究發(fā)現(xiàn)，空氣中少量的NO2能參與硫酸型酸雨的形成，反應過程如下：SO2NO2=SO3NOSO3H2O=H2SO42NOO2=2NO2NO2在上述過程中的作用，與H2SO4在下列變化中的作用相似的是()A潮濕的氮氣通過盛有濃H2SO4的洗氣瓶B在蔗糖中加入少量濃硫酸并不斷攪拌C將少量濃硫酸滴入膽礬晶體中D加入少量硫酸使乙酸乙酯水解答案 D解析NO2參與硫酸型酸雨的形成時，發(fā)生了化學反應，反應后又重新生成，在反應中起催化作用。在乙酸乙酯的水解反應中，硫酸也起催化作用。6(2017東北師大附中質(zhì)檢)關于氮的變化關系圖如下

17、：則下列說法不正確的是()A路線是工業(yè)生產(chǎn)硝酸的主要途徑B路線、是雷電固氮生成硝酸的主要途徑C上述所有反應都是氧化還原反應D氮氣在足量的氧氣中通過一步反應可生成NO2答案 D解析氮氣和氧氣在放電條件下反應生成NO，NO與O2轉(zhuǎn)化為NO2，即氮氣與氧氣不能一步轉(zhuǎn)化為NO2。7下列有關氮及其化合物的說法不正確的是 ()A硝酸應保存在棕色試劑瓶里B銨態(tài)氮肥不宜與堿性肥料混合施用C常溫下鐵、鋁不與濃硝酸反應DNO可用排水法收集，NO2可用向上排空氣法收集答案 C解析A項，硝酸不穩(wěn)定，見光易分解，所以應保存在棕色試劑瓶里；B項，銨態(tài)氮肥的水溶液呈酸性，與堿性肥料混合施用會產(chǎn)生氨氣，導致肥效降低；C項，常

18、溫下鐵、鋁遇濃硝酸鈍化，鈍化是氧化還原反應，是金屬表面被氧化產(chǎn)生了一層致密的氧化物保護膜，阻止了金屬的進一步反應，故C項錯誤。8二氧化氮(NO2)是重要的空氣污染物之一，科學家正尋求合適的化合物G和適當?shù)臈l件以進行反應NO2G=N2H2OnY(反應未配平)，從而將二氧化氮轉(zhuǎn)化為無毒的N2。上式中的n為系數(shù)，但也可以為0，而Y必須為無毒的物質(zhì)。從反應機理分析，上述反應式中的G肯定不可以是()ANH3 BCO2CCH3CH2OH DH2O2答案 B解析選項A，NH3能被NO2氧化，生成N2、H2O；選項B，NO2不可能與CO2發(fā)生反應；選項C，CH3CH2OH具有還原性，理論上說其能被NO2氧化，

19、生成CO2；選項D，H2O2有可能與NO2反應生成N2、H2O、O2。9(2017臨沂高三模擬)同溫同壓下，在3支相同體積的試管中分別充有等體積混合的2種氣體，它們是NO和NO2，NO2和O2，NH3和N2。將3支試管均倒置于盛水的水槽中，充分反應后，試管中剩余氣體的體積分別為V1、V2、V3，則下列關系正確的是()AV1V2V3 BV1V3V2CV2V3V1 DV3V1V2答案 B解析設各種氣體的體積都為1體積。根據(jù)3NO2H2O=2HNO3NO，即剩余NO體積V1體積。根據(jù)4NO2O22H2O=4HNO3，即剩余O2體積V2體積。剩余N2體積V31體積。即B項符合題意。10為證明稀硝酸與銅

20、反應產(chǎn)物中氣體為NO，設計如圖實驗(實驗過程中活塞2為打開狀態(tài))，下列說法中不正確的是 ()A關閉活塞1，加入稀硝酸至液面a處B在裝置左側(cè)稍加熱可以加快稀硝酸與銅的反應速率C通過關閉或開啟活塞1可以控制反應的進行D反應開始后，膠塞下方有無色氣體生成，但不能證明該氣體為NO答案 A解析關閉活塞1，U型管左端氣體被封在管內(nèi)，氣體產(chǎn)生壓強導致稀硝酸的液面無法上升到a處，故A項錯誤；升高溫度能加快反應速率，無論該反應是吸熱還是放熱反應，所以在裝置左側(cè)稍加熱可以加快稀硝酸與銅的反應速率，故B項正確；關閉或開啟活塞1，能控制U型管內(nèi)產(chǎn)生氣體的壓強，當壓強大時能使Cu和硝酸分離從而停止反應，所以通過關閉或開

21、啟活塞1可以控制反應進行，故C項正確；NO為無色氣體，如果證明反應產(chǎn)生的氣體是NO，需要將活塞1打開，將氣體放入分液漏斗中，氣體在分液漏斗中變?yōu)榧t棕色，則證明反應產(chǎn)生的氣體是NO，否則無法證明，故D正確。故選A項。11將少量NO2氣體通入過量小蘇打溶液中，再使逸出的氣體(不考慮水蒸氣)通過裝有足量的過氧化鈉顆粒的干燥管，最后收集到的氣體是()AO2 BSO2 CNO2、O2 DNO、O2答案 C解析假設NO2氣體的物質(zhì)的量為3 mol，根據(jù)3NO2H2O=2HNO3NO、NaHCO3HNO3=NaNO3H2OCO2、2Na2O22CO2=2Na2CO3O2,2NOO2=2NO2，知3 mol

22、NO2通入過量小蘇打溶液中逸出的氣體為2 mol CO2和1 mol NO，2 mol CO2與足量過氧化鈉反應生成1 mol O2,0.5 mol O2和1 mol NO反應生成1 mol NO2，剩余0.5 mol O2，故最后收集到的氣體為1 mol NO2和0.5 mol O2。12銅與一定量濃硝酸反應，得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體，這些氣體與5.6 L O2(標準狀況)混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸。則消耗銅的質(zhì)量為()A16 g B32 gC64 g D無法計算答案 B解析該題氮元素變化為硝酸氮的氧化物硝酸，所以題目中的反應可以看成是銅與氧氣的反應

23、，其中硝酸為“催化劑”，所以銅的物質(zhì)的量為25.6 L/22.4 Lmol10.5 mol，即32 g。二、非選擇題(共28分)13(14分)NO曾因污染空氣而臭名昭著，但隨著其“擴張血管和增強記憶力”等功能的發(fā)現(xiàn)，NO分子成為當前生命科學研究中的“明星分子”。請回答下列問題：(1)在含有Cu的酶的活化中心，亞硝酸根離子(NO)可轉(zhuǎn)化為NO，寫出Cu和NO在酸性溶液中反應的離子方程式：_，反應中NO表現(xiàn)出_性。(2)一定條件下NO可轉(zhuǎn)化為N2O和另一種紅棕色氣體，反應的方程式為_，在同溫同體積條件下，完全轉(zhuǎn)化時容器內(nèi)壓強與轉(zhuǎn)化前容器內(nèi)壓強之比為_。(3)將0.05 mol NO、0.03 mol O2的混合氣體以適當?shù)乃俾示徛ㄈ胧⒂?00 mL水的集氣瓶中，最終所得溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為(設溶液體積變化忽略不計)_。答案 (1)CuNO2H=Cu2NOH2O氧化(2)3NON2ONO223(3)0.4 molL1解析(1)NO轉(zhuǎn)化為NO的過程中，氮元素的化合價降低，表現(xiàn)了氧化性，故Cu在反應中只能是還原劑，反應中銅元素化合價升高后轉(zhuǎn)化為Cu2，由此可寫出對應的離子方程式。(2)紅棕色氣體是NO2，故有NON2ONO2，配