1、1考点 20 氮及其氧化物知识条目 加试要求1.氮氧化物的产生、转化及其性质 a2.氮及其化合物的相互转化关系 c一、氮气1氮的存在及氮的固定自然界中 N 元素大部分以游离态存在于空气中，也有一部分以化合态存在于动、植物体内，土壤及无机盐中。游离态的氮转化为化合态的氮的过程，叫作氮的固定。2分子结构和物理性质电子式 结构式 颜色 气味 水溶性 密度NN NN 无色 无味 难溶于水 与空气接近3.化学性质通常情况下，N 2化学性质很稳定，只在高温、放电、催化剂等条件下才能发生一些化学反应。(1)与 H2反应：N 23H 2 2NH3高 温 、 高 压 催 化 剂(2)与 O2反应：N 2O 2
2、2NO= = = = =放 电 (3)与 Mg 反应：N 23Mg Mg3N2= = = = =点 燃 二、氮的氧化物氮有多种价态的氧化物：N 2O、NO、N 2O3、NO 2、N 2O4、N 2O5等。1NO 和 NO2的比较2NO NO2颜色 无色 红棕色溶解性 不溶 能溶物理性质毒性 有毒 有毒与 O2反应 2NOO 2=2NO2化学性质与 H2O 反应 3NO2H 2O=2HNO3NO实验室制法(填化学方程式)3Cu8HNO 3(稀)= =3Cu(NO3)22NO4H 2OCu4HNO 3(浓)= =Cu(NO3)22NO 22H 2O与人体、环境的关系与血红蛋白结合使人中毒；转化成
3、NO2形成酸雨、光化学烟雾形成酸雨、光化学烟雾2.氮的氧化物与水反应的几种情况(1)NO2或 NO2与 N2(非 O2且不溶于水的其他气体均可)的混合气体溶于水可依据 3NO2H 2O=2HNO3NO，利用气体体积差值进行计算。(2)NO2和 O2混合气体溶于水的计算由 4NO2O 22H 2O=4HNO3可知，当体积比： V(NO2) V(O2)41 时，O 2过量，剩余气体为 O2； V(NO2) V(O2)41 时，恰好完全反应； V(NO2) V(O2)41 时，NO 2过量，剩余气体为 NO。(3)NO 与 O2同时通入水中2NOO 2=2NO2,3NO2H 2O=2HNO3NO。总
4、反应方程式为 4NO3O 22H 2O=4HNO3。当体积比： V(NO) V(O2)43 时，余 O2； V(NO) V(O2)43 时，恰好完全反应； V(NO)V(O2)43 时，余 NO。3NO 2与溴蒸气的鉴别方法由于 NO2和 Br2在性质上有不少相似性：均具有氧化性；溶于水均有酸生成；均可与碱反应；均为红棕色等。所以不能用淀粉KI 试纸、pH 试纸、NaOH 溶液来鉴别，但二者性质又有差别，可以用下列方法鉴别：AgNO 3溶液；CCl 4；用水洗法。【例 1】 某氮的氧化物和一氧化碳在催化剂的作用下充分反应，生成氮气和二氧化碳。若测得氮气和二氧化碳的物质的量之比为 12，则该氮的
5、氧化物为( )AN 2OBNOCNO 2DN 2O5【解析】 设该氮氧化物的分子式为 NOx，根据氧化还原反应规律写出反应的化学方3程式为 2NOx2 xCO N22 xCO2，由于 n(N2) n(CO2)12，得出 x1，因= = = = =催 化 剂 此该氮的氧化物为 NO。【答案】 B【提炼】 本题主要考查运用氧化还原反应规律分析、解决氮氧化物相关问题，由此推广到其他类似的题目也可用相同的方法分析。【例 2】 将容积为 50mL 的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体，倒置量筒在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为 5mL。则原混合气体中 NO2和 O2的体积比可能是_或_。【
6、解析】 NO 或 NO2与 O2的混合气体与水的反应计算关系式，可由下列化学方程式推导出来。2NOO 2=2NO2 3NO2H 2O=2HNO3NO 由2得4NO2O 22H 2O=4HNO3 由324NO3O 22H 2O=4HNO3 、两式就是平时计算经常用到的关系式。假设剩余的 5mL 为 O2，则参加反应的 NO2和 O2的总体积为 50mL5mL45mL。则原混合气体里，NO 2的体积为 45mL4/536mL，O2的体积为 50mL36mL14mL，即 NO2与 O2的体积比为 3614187。假设剩余的 5mL 为 NO，由式得过量的 NO2体积为 15mL，则发生反应的 NO2
7、和 O2的总体积为 50mL15mL35mL。则原混合气体里，O 2的体积为 35mL1/57mL，NO 2的体积为 50mL7mL43mL，即 NO2与 O2的体积为 437。【答案】 187 437【提炼】 本题主要考查氮氧化物与 O2、H 2O 反应的计算，相关分析见【知识整理归纳】 。【例 3】 氮的氧化物(NO x)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将 NOx还原生成 N2。某同学在实验室中对 NH3与 NOx反应进行了探究。回答下列问题：(1)氨气的制备4氨气的发生装置可以选择上图中的_，反应的化学方程式为_。欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序
8、为：发生装置_(按气流方向，用小写字母表示)。(2)氨气与二氧化氮的反应将上述收集到的 NH3充入注射器 X 中，硬质玻璃管 Y 中加入少量催化剂，充入 NO2(两端用夹子 K1、K 2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。操作步骤 实验现象 解释原因打开 K1，推动注射器活塞，使 X 中的气体缓慢通入 Y 管中Y 管中_反应的化学方程式_将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到温室Y 管中有少量水珠 生成的气态水凝聚打开 K2 _【解析】 (1)实验室制取氨气的常用方法是 Ca(OH)2与 NH4Cl 混合加热，或者 CaO中滴入浓氨水(不需要加热)。这里提供的装置只有 A 适合第一种方法
9、。要收集干燥的氨气应用碱石灰进行干燥，干燥管应“大进小出” ，即 d 进 c 出；由于氨气的密度比空气小，应用向下排空气法进行收集，即 f 进 e 出；最后应进行尾气处理，并要防止倒吸，应接i。(2)：NH 3和 NO2反应，根据氧化还原反应规律，生成 N2，反应的化学方程式为8NH36NO 2 7N212H 2O，产物均无色，因此随着反应的进行，NO 2的红棕色= = = = =催 化 剂 会逐渐变浅。：当产物中的 H2O 为液体时，反应过程中气体总物质的量减小，恢复原体积后装置中气压小于大气压，因此 NaOH 溶液会倒吸。【答案】 (1)A Ca(OH) 22NH 4Cl CaCl22NH
10、 32H 2O = = = = = 5dcfei(2)气体红棕色逐渐变浅 8NH 36NO 2 7N212H 2O NaOH 溶液= = = = =催 化 剂 倒吸入 Y 管 当产物中的 H2O 为液体时，反应过程中气体的总物质的量减小，恢复原体积后装置中气压小于大气压【提炼】 本题主要考查氨的制备、净化、收集和尾气吸收，以及通过氨的还原性来分析、解决问题。可针对气体的发生装置、收集装置、尾气处理等进行适当小结归纳。【例 4】 研究氮氧化物反应机理，对于控制汽车尾气、保护环境有重要意义。(1)NO 在空气中存在如下反应：2NO(g)O 2(g) 2NO2(g) H上述反应分两步完成，其中第一步
11、反应如下，写出第二步反应的热化学方程式(其反应的焓变 H2用含 H、 H1的式子来表示)：2NO(g) N2O2(g) H10 _(2)工业制 HNO3的尾气中含有的 NO2和 NO 常用 NaOH 溶液吸收，反应的化学方程式为：NONO 22NaOH= =2NaNO2H 2O,2NO22NaOH= =NaNO2NaNO 3H 2O，现有平均组成为 NOx的NO、NO 2混合气体，通入足量的 NaOH 溶液中，充分反应后没有气体剩余，则： x 的取值范围为_。反应后溶液中 n(NO ) n(NO )_(用含 x 的代数式表示)。 2 3(3)电解法处理氮氧化合物是目前大气污染治理的一个新思路，
12、原理是将 NOx在电解池中分解成无污染的 N2和 O2除去，如图所示，两电极间是新型固体氧化物陶瓷，在一定条件下可自由传导 O2 ，电解池的阴极反应为_。【解析】 (1)由盖斯定律可得总反应 2NO(g)O 2(g) 2NO2(g)，所以总的热化学方程式可得，则的热化学方程式为 O2(g)N 2O2(g) 2NO2(g) H2 H H1。(2)平均组成为 NOx的 NO、NO 2混合气体，通入足量的 NaOH 溶液中，充分反应后没有气体剩余，根据反应 NONO 22NaOH= =2NaNO2H 2O 和 2NO22NaOH= =NaNO2NaNO 3H 2O，说明只有当 n(NO2) n(NO
13、)1 时，混合气体才能被 NaOH 溶液完全吸收。当 n(NO) n(NO2)1 时， x1.5；当只有 NO2时， x2；故 x 取值范围为 1.5 x2。NO x被 NaOH 溶液完全吸收时，根据氧化还原反应中得失电子守恒规律，可写出反应的化学方程式：2NOx2NaOH= =(52 x)NaNO2(2 x3)NaNO 3H 2O，因此反应后溶液中 n(NO ) n(NO ) 2 3(52 x)(2 x3)。6(3)阴极发生还原反应，根据题意，阴极上是 NOx获得电子生成 N2与 O2 ，因此电极反应式为 2NOx4 xe =N22 xO2 。【答案】 (1)O 2(g)N 2O2(g) 2NO2(g) H2 H H1(2)1.5 x2 (52 x)(2 x3)(3)2NOx4 xe =N22 xO2【提炼】 本题主要考查在氮氧化物情景中盖斯定律的应用、氧化还原反应中的电子守恒规律和电极反应方程式的书写，可以总结电极反应方程式的书写规律：先确定阴、阳极，根据阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应的规律分析两极分别发生反应的物质或微粒；书写电极反应式，分析电子得失；根据电解质分析电荷守恒，配平需要添加的微粒；根据原子守恒配平。
