（全国通用）2019版高考化学一轮复习 第17讲 氮及其氧化物学案.doc

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nn，结构式为nn，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。与氧气反应：n2o22no(汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮)。与氢气反应：n23h22nh3(工业合成氨的反应原理)。与mg反应：3mgn2mg3n2。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、环境的影响光化学烟雾；酸雨；no与血红蛋白结合使人中毒。(2)常见的nox尾气处理方法碱液吸收法工业尾气中nox的处理2no22naoh=nano2nano3h2o、no2no2naoh=2nano2h2o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，6.72 l no2与水反应转移0.1 mol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03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)3no2h2o=2hno3no(3)2co2non22co2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2no22no2o；2noo22no2；oo2o3。下列有关该反应过程及产物的叙述正确的是()ano2起催化剂作用bno起催化剂作用cno2只起氧化剂作用do3与o2互为同分异构体答案 a解析由反应过程得o22o，oo2o3，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()nh3nono2n2o3n2o5hno3a bc d答案 c解析雷雨天气发生如下反应：n2o22no；2noo2=2no2；3no2h2o=2hno3no；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：4nh36no5n26h2o,8nh36no27n212h2o。同温同压下，3.5 l nh3恰好将3.0 l no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。no2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为11，写出该反应的化学方程式：_。no与no2按物质的量之比11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。请写出纯碱溶液吸收no2的化学方程式：_。现有一定量的某工业废气，其中含有3.36 l no2、1.12 l no(已换算为标准状况，假设不含n2o4)，恰好被200 ml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_moll1。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)0.75 l，v(no2)2.25 lv(no)v(no2)13。(2)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。no中氮的化合物为2价，no2中氮的化合价为4价，二者以11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)n(no2)0.15 mol，n(no)0.05 mol则单独与na2co3反应的no2为0.15 mol0.05 mol0.1 mol所以共生成nano3：0.05 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3no2h2o=2hno3no,2noo2=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no2和o2混合气体溶于水的计算由4no2o22h2o=4hno3可知：v(no2)v(o2)no与o2同时通入水中2noo2=2no2、3no2h2o=2hno3no总的化学方程式为4no3o22h2o=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：2noo2=2no2、3no2h2o=2hno3no，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，nohno3，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()a32 b23 c83 d38答案 c解析该过程中涉及的反应有2noo2=2no2、3no2h2o=2hno3no，可将两个方程式“合并”为4no3o22h2o=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。由方程式得关系式43n，解得mn83。(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()no可以是某些含低价氮物质氧化的产物no与naoh反应能生成nano2no可以是某些含高价氮物质还原的产物no是无色气体，在空气中可变为红棕色a全部 b c d答案 b解析可由反应4nh35o24no6h2o获得no，故正确；no单独不与naoh反应，故错误；no可由反应3no2h2o=2hno3no获得，故正确；2noo2=2no2，故正确。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4no2o22h2o=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，4no3o22h2o=4hno3，故试管能被水充满；若是no与no2的混合气体，开始时，3no2h2o=2hno3no，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，4no3o22h2o=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12 ml通入足量水中，充分反应后剩余2 ml气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为()1.2 ml2.4 ml3 ml4 mla b c d答案 d解析首先分析剩余的2 ml气体有两种可能。如果剩余2 ml o2，则v(no2)(122)ml8 ml，则混合气体中：v(o2)12 ml8 ml4 ml。若剩余的2 ml气体是no，则混合气体中的v(o2)(12 ml2 ml3)1.2 ml，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()n2no2no2nono2hno3n2non2nh3a b c d答案 c解析n2o22no，一步生不成no2；、3no2h2o=2hno3no，不必加入氧化剂，n23h22nh3，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：so2no2=so3noso3h2o=h2so42noo2=2no2no2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路线是工业生产硝酸的主要途径b路线、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dno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no2g=n2h2ony(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()anh3 bco2cch3ch2oh dh2o2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no和no2，no2和o2，nh3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()av1v2v3 bv1v3v2cv2v3v1 dv3v1v2答案 b解析设各种气体的体积都为1体积。根据3no2h2o=2hno3no，即剩余no体积v1体积。根据4no2o22h2o=4hno3，即剩余o2体积v2体积。剩余n2体积v31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()ao2 bso2 cno2、o2 dno、o2答案 c解析假设no2气体的物质的量为3 mol，根据3no2h2o=2hno3no、nahco3hno3=nano3h2oco2、2na2o22co2=2na2co3o2,2noo2=2no2，知3 mol no2通入过量小苏打溶液中逸出的气体为2 mol co2和1 mol no，2 mol co2与足量过氧化钠反应生成1 mol o2,0.5 mol o2和1 mol no反应生成1 mol no2，剩余0.5 mol o2，故最后收集到的气体为1 mol no2和0.5 mol o2。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5.6 l o2(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()a16 g b32 gc64 g d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25.6 l/22.4 lmol10.5 mol，即32 g。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0.05 mol no、0.03 mol o2的混合气体以适当的速率缓慢通入盛有100 ml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)cuno2h=cu2noh2o氧化(2)3non2ono223(3)0.4 moll1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non2ono2，配平后