1、1非金属及其化合物李仕才第 四 节 氮 及 其 重 要 化 合 物 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：N 2，电子式： NN ，结构式：NN。 (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2与氧气反应：N 2O 2 2NO(导致汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固= = = = =放 电 氮)；与氢气反应：N 23H 2 2NH3(工业合成氨的反应原理)； 催 化 剂 高 温 高 压与 Mg 反应：3MgN 2 Mg3N2。= = = = =点 燃 3氮的氧化物(1)氮的氧化物氮有多种价态的氧化物，如 N2O
2、、NO、NO 2、N 2O4、N 2O3、N 2O5等，其中属于酸性氧化物的是 N2O3、N 2O5。(2)NO 和 NO2性质的比较3判断正误(正确的打“” ，错误的打“”)1NO 2溶于水时生成 HNO3，故 NO2是硝酸的酸酐。( )2CO、NO、NO 2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在。( )3NO 2溶于水时发生氧化还原反应。( )4NO 2通入 FeSO4溶液中始终无明显现象。( )5NO 2溶于水时，NO 2是氧化剂，水是还原剂，二者的物质的量之比为 31。( )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，6.72 L NO 2与水充
3、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。( )41氮的氧化物都有毒，其中 NO2与 N2O4存在下列平衡：2NO 2N 2O4，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。3NO 2、NO 可用碱液处理，如 NaOH 溶液吸收原理为NO2NO2NaOH= =2NaNO2H 2O、2NO 22NaOH= =NaNO3NaNO 2H 2O。4NO 2虽然与水反应生成 HNO3，但不是硝酸的酸酐。NO 2既有氧化性又有还原性，以氧
4、化性为主。如 NO2能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝：2NO 22KI= =2KNO2I 2。5鉴别 NO2和溴蒸气常用AgNO 3溶液、H 2O、CCl 4。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上述反应中只有属于氮的固定解析：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 4NH35O 254NO6H 2O 路线，一氧化氮与氧气反应 2NOO 2=2NO2路线，二氧化= = = = =催 化 剂 氮被水吸收 3NO2H 2O=2HNO3
5、NO 路线，路线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：N 2O 2 2NO 路线；NO 不= = = = =放 电 稳定，易被氧气氧化为二氧化氮：2NOO 2=2NO2路线，二氧化氮溶于水生成硝酸：3NO2H 2O=2HNO3NO 路线，B 正确；从氮的变化关系图可知：N 从 N2(0 价)NO(2价)NO 2(4 价)HNO 3(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，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：D2下列说法正确的是( )ACO、NO
6、、NO 2都是大气污染物，在空气中都能稳定存在BNO 可用于某些疾病的治疗CNO 2通入 FeSO4溶液中始终无明显现象DNO 是一种红棕色气体解析：NO 易被氧化为 NO2；NO 2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：B3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，N 2为氧化产物B汽车尾气的主要污染成分包括 CO、NO 和 N2CNO 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 2NOO
7、 24CO 4CO2N 2= = = = =催 化 剂 解析：反应过程中 NO、O 2为氧化剂，N 2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：2NOO 2=2NO2,2NO24CO= =N24CO 2，将两步反应式合并可得总化学方程式为62NOO 24CO 4CO2N 2。= = = = =催 化 剂 答案：D4已知化学反应：2NO2CO N22CO 2，NO 2SO 2NO SO 3。= = = = =催 化 剂 下列说法正确的是( )A反应可用于汽车尾气处理，NO 是还原剂，CO 2是氧化产物B反应是非氧化还原
8、反应，反应前后气体分子总数不变C反应中，NO 2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；反应中的产物 NO、SO 3均是污染物，D 错误。答案：C5下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是( )N 2NO 2 NO 2NO NO 2HNO 3 N 2NON 2NH 3A B C D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、从化合价角度来看都升高，但反应N 2NO 2不能一步反应完成；而反
9、应NO 2HNO 3，虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能实现，如 3NO2H 2O=2HNO3NO，在该反应中，NO 2既是氧化剂又是还原剂；只有反应N 2NO 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：3NO22NaOH= =2NaNO3NOH 2O；NO 2NO2NaOH= =2NaNO2H 2O；现有 m mol NO2和n mol NO 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 a molL1 的 NaOH 溶液，则需此 NaOH 溶液的体积为( )A. L B. L C.
10、 L D. Lma 2m3a m na 2 m n3a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(mn) mol，则氢氧化钠溶液的体积为(mn)/a L。答案：C77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
11、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)NO 2可与水反应生成不溶于水的 NO，NO 2和 NO 分别与氧气按适当的比例可被水完全吸收。答案：C8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、SO 2、NO x等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。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)。汽车尾气中的 CO、NO x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
12、化物转化为无毒气体。已知：4NH36NO 5N26H 2O,8NH36NO 2 7N212H 2O。同温同压下，= = = = =催 化 剂 = = = = =催 化 剂 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_。(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 118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)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，N 2和 O2在放电或高温条件下反应
13、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。CO、NO x反应后生成的无毒气体为 CO2和 N2。(2)V(NO)V(NO 2)3.0 L， V(NO) V(NO2)3.5 L，则 V(NO)23 430.75 L，V(NO 2)2.25 L，V(NO)V(NO 2)13。(3)NO 中氮的化合价为2 价，NO 2中氮的化合物为4 价，二者 11 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)汽油的不完全燃烧 N 2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)2xCO
14、2NO x 2xCO2N 2= = = = =催 化 剂 (2)13 (3)NaNO 2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(NO 2)，还是NO、NO 2、O 2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2H 2O=2HNO3NO,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、H 2O 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 4NO2O 22H 2O=4HNO3可知：V(NO2)V(O 2)Error!(2)NO 与 O2同时通入水中2N
15、OO 2=2NO2、3NO 2H 2O=2HNO3NO总的化学方程式为 4NO3O 22H 2O=4HNO3可知：V(NO)V(O 2)Error!(3)NO2、NO、O 2三种混合气体通入水中：可先将 NO 和 O2转化为 NO2，再按上述各种情况分别处理。也可先将 NO2和 H2O 反应转化为 NO，再按 4NO3O 22H 2O=4HNO3情况处理。92 原子守恒法4NO2O 2和 4NO3O 2从组成上均相当于 2N2O5的组成，都与 N2O5H 2O=2HNO3等效。当 NO、NO 2、O 2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)Error
16、!3 电子守恒法NO 与 O2的混合气体通入水中发生反应：2NOO 2=2NO2、3NO 2H 2O=2HNO3NO，在这当中，存在着 NO 向 NO2转化、NO 2向 HNO3转化的同时又生成 NO 的循环反应。但总体来讲，NOHNO 3，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 12 mL NO2和 O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余 2 mL 无色气体，则原混合气体中 O2的体积和剩余的 2 mL 气体分别是( )A1.2 mL，NO B2.4 mL，O 2C3.5 mL，O 2 D4 mL，NO解析：解题依据的化学反应
17、原理：4NO2O 22H 2O=4HNO3，3NO2H 2O=2HNO3NO。设 O2的体积为 x，剩余的气体有两种可能：若剩 O2，则 V 剩 x (12 mLx)2 mL，解得 x4 mL，B、C 错误；14若剩 NO，则 V 剩 (12 mLx)4x2 mL，解得 x1.2 mL，D 错误，A 正确。13答案：A2如图，同温同压下，反应完全后有氧气剩余的是( )10A试管通入了 40 mL NO2和 10 mL O2B试管通入了 40 mL NO 和 10 mL O2C试管通入了 40 mL NO、10 mL NO 2和 10 mL O2D试管通入了 10 mL NO、20 mL NO
18、2和 20 mL O2解析：A 项，n(N)n(O)410，恰好完全反应；B 项，n(N)n(O)46，剩余气体为 NO；C 项，n(N)n(O)58，剩余气体为 NO；D 项，n(N)n(O)39，剩余气体为 O2。答案：D3室温时，在容积为 a mL 的试管中充满 NO2气体，然后倒置在水中至管内水面不再上升时为止；再通入 b mL O2，则管内液面又继续上升，测得试管内最后剩余气体为 c mL，且该气体不支持燃烧。则 a、b、c 的关系是( )Aa4b3c Ba4bcCab41 Dab43解析：剩余气体不支持燃烧，故为 NO 气体，即相当于 NO2与 O2混合作用于水时剩余3c mL N
19、O2，4NO2O 22H 2O=4HNO34 1(a3c) b则 41(a3c)b整理得 a4b3c。答案：A4将充有 a mL NO 和 b mL NO2气体的试管倒立于水槽中，然后通入 a mL O2。气体体积均在同温同压下测定，且 ba，则充分反应后，试管中气体在同温同压下的体积为( )A. mL B. mL C. mL D. mLb a3 a b3 4b 113 3b a解析：已知反应 4NO2O 22H 2O=4HNO3,4NO3O 22H 2O=4HNO3；由这两个反应可得NONO 2O 2H 2O=2HNO3，ba ，则同温同压下反应中 NO2过量(ba) mL，而过量的 NO2
20、与水反应生成 mL NO。b a311答案：A5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，NO 2和 O2，NH 3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、V 2、V 3，则下列关系正确的是( )AV 1V2V3 BV 1V3V2CV 2V3V1 DV 3V1V2解析：设各种气体的体积都为 1 体积。根据 3NO2H 2O=2HNO3NO，即剩余 NO 体积 V1 体积。根据 4NO2O 22H 2O=4HNO3，即剩余 O2体积 V2 体积。剩(113) (1 14)余 N2体积 V31 体积。即 B 项符合题意。答案：B
