高中化学必修2 第03讲 氮气、一氧化氮、二氧化氮新教师版）

一、氮元素的“位——构——性”

【答案】-3、0、+2、+4、+5

二、氮元素的存在形式

三、自然界中氮的循环

四、氮气的物理性质和化学性质

【答案】N2 + O2  2NO    N2 + 3H2 2NH3      N2 + 3Mg  Mg3N2

思考与交流：镁条在空气中燃烧，固体产物有几种？

【答案】三种。Mg3N2、MgO、C（镁条可以在CO2中燃烧）

五、氮的固定

1．概念：把空气中游离态的氮转变为氮的化合物的过程。

2．分类：

（1）自然固氮：大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物，或豆科植物根瘤菌将氮气转化为氨。

（2）人工固氮：如工业合成氨。

• 氮气的性质

【例1】下列关于氮气的叙述，正确的是（    ）

A．氮气性质稳定，即使在高温下也很难跟其他物质发生反应           

B．氮气比空气轻，且不溶于水

C．氮气无氧化性，也无还原性，不跟其他物质反应      

D．氮气可与许多物质发生化学反应，所以氮气的化学性质活泼

【答案】B

• 氮的循环

【例2】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下图表示，下列关于海洋中氮循环的说法不正确的是（    ）

A．海洋中的氮循环属于固氮作用的是②

B．海洋中的氮循环起始于氮的氧化

C．②中的含氮物质转化属于氮的固定化作用

D．向海洋排放含的废水会影响海洋中的含量

【答案】B

• 氮的固定

【例3】下列不属于氮的固定的变化是________；属于人工固氮的是_______。（填序号）

①豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为氨   ②氮气和氧气在放电条件下生成NO 

③工业上用氨和二氧化碳合成尿素      ④分离液态空气制氮气   

⑤工业合成氨

【答案】 ③④；⑤

【变3】自然界中时刻存在着氮气的转化。实现氮气按照一定方向转化一直是科学领域研究的重要课题，如图为N2分子在催化剂的作用下发生的一系列转化示意图。下列叙述正确的是（    ）

A．N2→NH3，NH3→NO均属于氮的固定

B．在催化剂a作用下，N2发生了氧化反应

C．催化剂a、b表面均发生了极性共价键的断裂

D．使用催化剂a、b均可以提高单位时间内生成物的产量

【答案】D

一、NO、NO2的性质

【答案】红棕   2NO + O2 === 2NO2     3NO2 + H2O === 2HNO3 + NO

思考与交流

【答案】（1）不是。N2O3和N2O5才是酸性氧化物。

（2）NO用排水法，NO2用向上排空气法

（3）酸雨、光化学烟雾

资料卡片——光化学烟雾

资料卡片——NO、NO2的氧化性

实验探究——NO2溶于水

思考与交流

【答案】（1）红棕色逐渐褪去，水槽里的水倒吸入试管中，最终气体占1/3

（2）4NO2 + O2 + 2H2O === 4HNO3

（3）4NO + 3O2 + 2H2O === 4HNO3

（4）3:1（根据氧化还原得失电子守恒计算）

• 一氧化氮和二氧化氮的性质

【例4】某无色混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将此混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色。下列对于原混合气体成分的判断中正确的是（    ）
A．肯定有SO2、O2和NO B．肯定没有Cl2、O2和NO2
C．可能有Cl2和O2 D．肯定只有NO

【答案】B

【变4-1】无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种，将一定量的甲气体经过如图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为（     ）

A．NO2、N2 B．NO、CO2

C．NO2、CO2 D．NO、CO2、N2

【答案】B

【变4-2】把少量NO2体通入过量小苏打溶液中，再使逸出的气体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（    ）

A．氧气 B．二氧化氮 C．二氧化氮和氧气 D．二氧化氮和一氧化氮

【答案】C

• 二氧化氮的性质探究实验

【例5】某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应，特进行如下实验（如下图所示）。

    图1             图2             图3

（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NO2和SO2反应的产物中有____，NO2在该反应中显_______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：__________。

【答案】（1）下  

（2） 两气体混合后，颜色消失   

（3）NO    氧化   

（4）NO2 + SO2 === NO + SO3

【例6】某课外活动小组欲探究镁与NO2的反应。已知镁与CO2的反应为2Mg+CO22MgO+C

（1）该小组类比Mg与CO2的反应对Mg与NO2的反应进行猜测，写出Mg与NO2反应的化学方程式：____________________________。

（2）该小组设计如下实验验证上述猜测，实验装置（用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸）如图所示。

资料信息：2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O

①装置A中的试剂是____________。

②干燥管和装置B的作用分别是___________________、_________________。

③正确的实验操作步骤是______。

a．通入NO2

b．打开弹簧夹

c．点燃酒精灯

d．当硬质玻璃管充满红棕色气体后，关闭弹簧夹

【答案】（1）   

（2）①NaOH溶液    ②吸收NO2避免污染环境    收集N2    ③badc   

• 二氧化氮与水的反应

【例7】四支试管中分别充满NO、SO2、NO2、Cl2中的一种，把它们分别倒立于盛有水的水槽中，充分放置后的现象如图所示。其中原试管充满NO2的是（    ）

【答案】B

【变7-1】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，原来试管中盛装的不可能是（    ）

A．NO与NO2的混合气体 B．O2与NO2的混合气体

C．N2与NO2的混合气体 D．NO2一种气体

【答案】 C

【变7-2】相同条件下，两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体，分别倒置于水槽中，然后通过导管缓慢通入氧气，边通边慢慢摇动试管，直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散，则两个试管内溶质物质的量浓度之比为（    ）

A．1∶1 B．5∶7 C．7∶5 D．4∶3

【答案】A

【例8】如图所示：在B水槽中装有500 mL水，容积为a mL的试管A充满了NO2和NO的混合气体(标准状况)，将试管A倒插入B水槽的水中。充分反应后，试管A中余下气体的体积为0.5a mL。

（1）将A倒插入B槽中发生反应的化学方程式为_______________________________________，该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________，原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为________。

（2）通过导气管C向余下0.5a mL气体的试管A中持续通入氧气，A中可能观察到的现象是_____________________________________________________________________。

（3）当试管A中充满气体时停止通入氧气，然后将试管取出水槽，水槽B中溶液的物质的量浓度为________ mol·L−1(设溶液的体积仍为500 mL)。

【答案】11.（1）3NO2+H2O===2HNO3+NO     1∶2    3∶1   

（2）无色气体变为红棕色，试管中液面不断上升至全充满。继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体   

（3）   

【变8-1】有一充有20 mL NO2和O2混合气体的试管，倒置于盛有水的水槽中，充分反应后，仍有10 mL无色气体，则原混合气体中NO2与O2体积比为（气体体积均在相同状况下测得）（    ）

A．2∶3 B．3∶2 C．3∶1 D．2∶5

【答案】A

【变8-2】有一个倒置于水槽且装满水的容器，依次通入一定体积的NO2、NO、O2，充分反应后容器中仍充满溶液，则通入的NO2、NO、O2的体积比可能是____________。

①1:1:1 ②4:3:2 ③4:16:13 ④4:3:4

【答案】①③

【变8-3】将V mL NO和NO2的混合气体通过水吸收后，得到无色气体A。将此无色气体A与等体积的O2通入水中充分吸收后，得到5 mL无色气体B，下列说法不正确的是(    )

A．A气体是NO，B气体是O2

B．A气体的体积是20 mL

C．V的取值范围是20 mL＜V＜60 mL

D．将盛有体积比为4:1 NO2和O2的混合气体的烧瓶倒立于水槽中充分反应后，烧瓶中所得溶液的物质的量浓度为mol/L

【答案】D

【详解】

A．因NO不与水反应，NO2能与水反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，所以无色气体A为NO；无色气体A与等体积的O2混合通过水后发生反应：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，可知O2过量，则无色气体B为O2，A正确；

B．由于过量的氧气为5 mL，而开始反应时NO与O2的体积相等，根据反应4NO+3O2+2H2O=4HNO3，剩余O2体积占反应的O2总体积的，可知NO的体积为V(NO)=V(O2)==20 mL ，B正确；

C．由B可知：NO2与水反应产生的NO和原来的NO共20 mL，若NO气体全部来源于原气体，则V=20 mL；若NO气体全部是由NO2与水反应产生，根据反应3NO2+H2O=2HNO3+NO可知V=3×20 mL=60 mL，所以V mL气体的取值范围是20 mL＜V＜60 mL，C正确；

D．将盛有体积比为4:1 NO2和O2的混合气体的烧瓶倒立于水槽中充分反应，发生反应为4NO2+O2+2H2O=4HNO3，恰好完全转化为硝酸，但由于未指明气体所处的外界条件，不能确定气体摩尔体积，就不能计算气体的物质的量及其形成的硝酸溶液的浓度，D错误；

故合理选项是D。

• 氮氧化合物的尾气处理问题

【例9】汽车尾气(含CO2、N2、CO、SO2、NOx等)是城市空气的污染源之一；

（1）汽车尾气对环境的危害主要有温室效应、雾霾、___________ 、___________等。

（2）在汽车的排气管上安装一个“催化转化器”，可将尾气中的CO和NO转化为参与大气循环的气体和无毒的气体，该反应的化学方程式为___________；但使用“催化转化器”的缺点是一定程度提高了空气的酸度，其原因是___________。

（3）在一定条件下，NH3可将NOx转化为无污染的物质。写出NH3与NO2在一定条件下反应的化学方程式：___________。

（4）NOx储存还原技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下NOx的排放。如图所示NOx的储存和还原在不同时段交替进行。

通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原。储存时，部分NO发生反应的化学方程式为___________；储存NOx的物质是___________。 还原性尾气CO与Ba(NO3)2反应生成N2的化学方程式是___________。

【答案】酸雨    光化学烟雾    2NO+2CO N2+2CO2    促使SO2转化为SO3 形成酸雨    6NO2+8NH37N2+12H2O    2NO+O2=2NO2    BaO    5CO + Ba(NO3)2 N2 + BaO + 5CO2   

【练1】下列关于N2的叙述错误的是（    ）

A．N2既可作氧化剂又可作还原剂

B．雷雨天，空气中的N2和O2可反应生成NO

C．氮的固定是将N2转化成含氮化合物的过程

D．氮气的化学性质比较活泼，通常情况下可以与很多物质发生反应

【答案】D

【练2】如图所示的转化关系中，不能一步实现的是（    ）

A．① B．② C．③ D．④

【答案】D

【练3】雷雨天N2会发生一系列的反应，电闪雷鸣的雨天，一般不可能生成的是（    ）

A．NH3 B．HNO3 C．NO2 D．NO

【答案】A

【练4】下列反应中，起到氮的固定作用的是（    ）

A．N2和H2在一定条件下反应生成NH3

B．NO与O2反应生成NO2

C．NH3经催化氧化生成NO

D．由NH3制碳酸铵和硫酸铵

【答案】A

【练5】水与下列物质反应时，水表现出还原性的是（    ）

A．Na B．Na2O2 C．F2 D．NO2

【答案】C

【练6】在汽车尾气净化装置里，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N2

D．该催化转化的总反应方程式为：2NO+O2+4CO4CO2+N2

【答案】B

【练7】将盛有60mLN2、NO2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积缩小为30mL，则原气体中N2、NO2的体积分别是（    ）

A．15mL 45mI B．45mL 15ml C．20mL 40mL D．40ml 20ml

【答案】A

【练8】在同温同压下，将充有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，剩余气体体积依次V1、V2、V3、V4，则剩余气体体积最多的是（    ）

A．V1 B．V2 C．V3 D．V4

【答案】B

【练9】将盛有12mlNO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2ml无色气体，则原混合气体中O2的体积是___________

【答案】1.2ml或4ml

【练10】研究NO2等大气污染气体的处理具有重要意义。

（1）NO2可用水吸收，相应的化学反应方程式为______________________________________。

（2）治理汽车尾气中NO和CO的一种方法是：在汽车的排气管上装一个人催化转化装置，使NO和CO反应，生成CO2和N2。反应的方程式是：____________________________________

_______________________。

（3）催化剂存在下，NH3可用来消除NO的污染，生成两种对环境无害的物质，写出反应的化学方程式：______________________________________；该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为_____________。

（4）假设NO和NO2物质的量之比恰好为1∶1，则两者的混合物相当于一种酸酐，写出由烧碱溶液吸收这种酸酐的化学方程式______________________________________________________。

【答案】（1）3NO2 + H2O === 2HNO3 + NO；（2）2NO + 2CO === 2CO2 + N2；

（3）4NH3 + 6NO 5N2 + 6H2O； 2∶3；

（4）NO + NO2 + 2NaOH === 2NaNO2 + H2O（或N2O3 + 2NaOH === 2NaNO2 + H2O）

【练11】氮氧化合物和二氧化硫是引起雾霾重要物质，工业用多种方法来治理。某种综合处理含NH废水和工业废气(主要含NO、CO、CO2、SO2、N2)的流程如图：

已知：NO＋NO2＋2NaOH＝2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOH＝NaNO3＋NaNO2＋H2O

(1)NO是_______色的气体，_______(填“易”或“难”)溶于水；NO在空气中很容易被氧化成NO2，NO2能与水发生化学反应，写出NO2与水反应的化学方程式为___________________。

(2)SO2造成的一种常见的环境污染为_______。

(3)固体1的主要成分有Ca(OH)2、_______、_______(填化学式)。

(4)用NaNO2溶液处理含NH废水反应的离子方程式为_________________________。

(5)捕获剂捕获的气体主要是_______(填化学式)。

(6)流程中生成的NaNO2因外观和食盐相似，又有咸味，容易使人误食中毒。已知NaNO2能发生如下反应： 2NaNO2＋4HI＝2NO↑＋I2＋2NaI＋2H2O，I2可以使淀粉溶液变蓝。根据上述反应，选择生活中常见的物质和有关试剂进行实验，以鉴别NaNO2和NaCl固体。需选用的物质是_______(填序号)。

①水  ②淀粉碘化钾试纸  ③淀粉  ④白酒  ⑤白醋

【答案】（1）无    难    3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO   

（2）酸雨    （3）CaCO3    CaSO3    （4）NH＋＝N2↑＋2H2O     

（5）CO    （6）①②⑤