5.2.1氮气和氮氧化物（原卷版）-2023-2024学年高一化学学与练（人教版2019）

第二节氮及其化合物第1课时氮气和氮氧化物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。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78%（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_________，_________溶于水。(2)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、氧气、氢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；②氢气：____________________________________，氮气表现_________性；③氧气：____________________________________，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(1)含义：将大气中_________的氮转化为_____________的过程。(2)分类：①自然固氮：大自然通过_________释放能量将氮气转化为含氮的化合物（高能固氮），或者通过豆科植物的_________将氮气转化为氨（生物固氮）。②人工固氮：工业合成氨。二、一氧化氮和二氧化氮1．一氧化氮、二氧化氮的物理性质氧化物颜色状态气味水溶性NO气态NO2气态2．一氧化氮、二氧化氮的相互转化操作一：在一支50mL的注射器里充入20mLNO，观察颜色，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。现象：一氧化氮为无色气体，注射器内无明显变化。结论：___________________________操作二：打开弹簧夹，快速吸入10mL空气，夹上弹簧夹。现象：___________________________。结论：___________________________。操作三：振荡注射器现象：____________________________________。结论：____________________________________。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。►问题一氮气的性质和氮的固定【典例1】氮在自然界中的循环如下图所示。(1)过程①称为________，写出合成氨反应的化学方程式：_____________________________，该反应中氮气显__________(填“氧化”或“还原”，下同)性。(2)过程②中能通过______的作用将空气中的氮气固定下来，写出③中固氮反应的化学方程式：___________________________________，该反应中氮气显________性。(3)过程④中的亚硝酸盐有毒，工业上若直接排放将造成对环境的污染。已知NaNO2遇到还原性较强的NHeq\o\al(＋,4)会被还原为N2，在废液中加入下列物质不能使NaNO2无害化排放的是______(填字母)。a．H2O2b．NH4Clc．KNO3d．NaOH【归纳小结】(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。(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)。【变式练11】氮元素在海洋中的循环，是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用如图表示。下列关于海洋氮循环的说法正确的是()A．海洋中的氮循环起始于氮的氧化B．海洋中的氮循环属于固氮作用的是③C．海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与D．向海洋排放含NOeq\o\al(－,3)的废水，会影响海洋中NHeq\o\al(＋,4)的含量【变式练12】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．1molN2与3molH2完全反应生成2molNH3D．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►问题二氮氧化物的性质【典例2】俗话说“雷雨发庄稼”，试说出其中的原理，写出反应的化学方程式。【归纳小结】(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。【变式练21】最新病毒学研究证实，一氧化氮对SARS病毒有直接的抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是()A．一氧化氮是一种红棕色的气体B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集【变式练22】下列有关NO2的说法中正确的是()A．NO2能与水反应生成硝酸，在反应中NO2只是还原剂B．除去O2中混有的NO2，可将混合气体通过水，将NO2溶解D．在NO2与水的反应中氧化剂与还原剂的质量之比为1∶2►问题三氮氧化物溶于水的计算【典例3】工业生产硝酸时，由于NO2与H2O反应会生成HNO3和NO，NO又可与O2反应生成NO2，因此通入适量的氧气可使NO或NO2恰好完全溶于水。(1)试根据反应①3NO2＋H2O=2HNO3＋NO②2NO＋O2=2NO2推出NO2与O2的混合气体、NO与O2的混合气体被水完全吸收转化为HNO3的化学方程式：__________________________________、_________________________________。(2)将一支充有12mLNO2气体的试管倒置于水槽中，充分反应。①下列图示正确的是________(填字母)。②若水不能充满试管，需再向试管中缓缓充入O2，现象为___________________________________，最终充入________mL氧气，才能使水全部充满。【归纳小结】(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eq\f(2,3)。(2)NO和O2通入水中由4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3可知：V(NO)∶V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝4∶3恰好完全吸收,<4∶3剩余气体为O2,>4∶3剩余气体为NO))(3)NO2和O2混合气体通入水中由4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3可知：V(NO2)∶V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝4∶1恰好完全吸收,<4∶1剩余气体为O2,>4∶1剩余气体为NO))(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。【变式练31】将盛有1molNO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，再通入0.4molO2，充分反应后，整个试管充满水。则原混合气体中NO与NO2体积比为()A．1∶2B．2∶5C．3∶7D．无法确定【变式练32】将装有50mLNO2、NO混合气体的量筒倒立在水槽中，反应后气体体积缩小为30mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是()A．5∶3B．3∶5C．3∶2 D．2∶3【基础强化】1．下列反应中，属于氮的固定的是()A．由氨制成碳酸氢铵或硫酸铵B．NO2与H2O反应生成HNO3C．NO和O2反应生成NO2D．N2和H2在一定条件下合成氨2．氮是动植物生长不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如图所示的氮元素的循环过程，下列说法不正确的是()A．过程①“雷电作用”中发生的反应是N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电))2NOB．过程③“固氮作用”中，氮气被还原C．⑤中涉及的反应可能有2NOeq\o\al(－,2)＋O2=2NOeq\o\al(－,3)D．⑥中涉及的反应可能有2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋=N2↑＋6H2O3．众所周知，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，但是这种最常见、最简单的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、降低血压以及提升记忆力的作用。下列关于NO的说法正确的是()A．NO是无色气体，易溶于水，是酸性氧化物B．NO在人体内可作“信使分子”，能扩张血管，提高免疫力等，因此大气中的NO对人体无害C．NO在空气中可以转为NO2，二者都是大气污染物D．NO在化学反应中，只能作还原剂，不能作氧化剂4．下列有关NO2的说法正确的是()A．NO2可由N2与O2反应直接制备B．NO2有毒，但因其易溶于水且与水反应，因此不属于大气污染物C．NO2既有氧化性也有还原性D．NO2为红棕色气体，因此将NO2通入水中，溶液显红棕色5．德国滤清专家曼胡默尔推出一项新技术，用于降低污染严重地区的二氧化氮(NO2)浓度。下列关于氮的氧化物的说法中正确的是()A．氮的氧化物都是酸性氧化物，都是大气污染物B．氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性C．NO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物D．可以用排空气法收集NO26．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．该转化过程中有3种元素的化合价发生变化B．NO和O2必须在催化剂表面才能反应C．该装置将有毒的NO和CO转化为无毒的CO2和N2D．该催化转化的总反应的化学方程式为2NO＋O2＋4COeq\o(=,\s\up7(催化剂))4CO2＋N27．如图所示，试管中盛装的气体呈红棕色，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面继续上升，经过多次重复后，试管被水充满，对原试管中盛装的气体说法正确的是()A．可能是N2与NO2的混合气体B．可能是N2O气体C．可能是NO与NO2的混合气体D．只可能是NO2一种气体8．在同温同压下，将等体积混合而成的四组气体：①NO2＋O2、②NO2＋NO、③HCl＋N2、④SO2＋O2，分别通入体积相同的试管，并立即倒立于水槽中，如图所示。待试管内液面稳定后，剩余气体的体积依次为V1、V2、V3、V4，则剩余气体的体积最小的是()A．V1B．V2C．V3D．V49．已知A、B、C为化合物，X为单质。其中，A是一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体；X为双原子分子，其原子的最外层电子数为内层的3倍。A、B、C、X之间存在如下转化关系：eq\x(A)eq\o(――→,\s\up7(X),\s\do5())eq\x(B)eq\o(――→,\s\up7(X),\s\do5())eq\x(C)(1)X的化学式为____________。(2)B转化为C的化学方程式为______________________________，C是一种_______色气体。(3)工业上以NH3、空气、水为原料生产硝酸：①NH3→NO化学方程式为___________________________________________；②NO→NO2实验现象是_____________________________________________。10．某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应，特进行如下实验(如图所示)。(1)图1两集气瓶中______(填“上”或“下”)瓶颜色深。(2)图2中反应的现象是_________________________________________________________。(3)图3中“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有__________，说明NO2在该反应中表现________性。(4)由图2和图3中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式：_________________________________。【能力提升】1．实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示(夹持和加热装置略去)。下列说法正确的是()A．装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液B．若去掉装置C，对产品纯度无影响C．实验时应先加热装置C，通入一段时间空气后再加热装置DD．装置E中碱石灰的作用是吸收尾气2．科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在。在下列假设或猜想引导下的探究肯定没有意义的是()A．探究SO2和Na2O2反应可能有Na2SO4生成B．探究NO和N2O可能化合生成NO2C．探究NO2可能被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2和NaNO3D．探究向滴有酚酞溶液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞红色褪去的原因是溶液的酸碱性改变还是HClO的漂白作用3．如图所示，在注射器里吸入20mLNO(标准状况下)，然后吸入5mL水。若再吸入30mL空气(标准状况，按O2占空气总体积eq\f(1,5)计算)，夹住弹簧夹，让内外大气压相同，观察现象。下列叙述不正确的是()A．可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色B．可观察到注射器的活塞缓缓向右移动C．最终剩余气体体积约为36mLD．所得硝酸的浓度约为0.07mol·L－1(假设所得硝酸的体积与吸入水的体积相同)4．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，反应的化学方程式如下：①NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O②2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O(1)在反应①中，参加反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为__________。(2)下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的是________(填字母)。A．加快通入尾气的速率B．采用气、液逆流的方式吸收尾气C．吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液(3)吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，该晶体中的主要杂质是__________________(填化学式，下同)；吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是______________。(