化学氮及其化合物优秀精练

这是一份化学氮及其化合物优秀精练，文件包含人教版2019化学必修第二册521《氮和氮的氧化物》原卷版docx、人教版2019化学必修第二册521《氮和氮的氧化物》解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共38页， 欢迎下载使用。
一、学习目标 明确内容要求，落实学习任务
二、思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
三、知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
四、效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
五、问题探究 探究重点难点，突破学习任务
六、分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
【学习目标】
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。
重点:氮气的性质、一氧化氮、二氧化氮的性质及其的转化；二氧化氮与水的反应。
难点:一氧化氮、二氧化氮的性质及两者之间的转化；二氧化氮与水的反应。
【思维导图】
【知识导学】
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，氮原子的原子结构示意图： ,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 （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
（1）结构：
①分子式： ②电子式： ③结构式： ④球棍模型：
（2）物理性质
通常情况下，氮气是 色、 的气体，密度比空气的 ， 溶于水（体积比=1：0.02），在压强为101KPa下，氮气在—195.8℃时变成 ，氮气分子在—209.9℃时变成 。
（3）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、氢气、氧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；Mg3N2离子化合物，在水中强烈水解
，与盐酸反应的方程式为： 。
②氢气： ，氮气表现 性；
③氧气： （闪电、汽车引擎中发生的反应），氮气表现 性。
（4）用途
①氮气常用作保护气，如焊接金属、填充 、保存食品等。
②氮气是合成氨、制 的重要原料。
③雷电是自然界重要的 方式。
④液氮可用作制冷剂，应用于 、科技等领域。
（5）工业制法：
①分离液态空气：
②耗氧法：
（6）实验室制法
①NH3氧化法：
②NH4Cl溶液和NaNO2溶液共热法：
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： 固氮（大自然通过 释放能量将氮气转化为含氮的 物）； 固氮（通过豆科植物的 将氮气转化为 ）。
②人工固氮：合成 (工业上 )； 固氮(某些金属有机化合物可起到 的作用)。
二、氮的氧化物
1.氮的氧化物的种类
氮有多种价态的氧化物，氮元素从＋1～＋5价都有对应的氧化物，如 、NO、 、NO2(或N2O4)、 ，其中属于酸性氧化物的是 、 ，分别是硝酸、亚硝酸（ ）的 。
2.NO和NO2的物理性质、化学性质和制法对比
【特别提醒】①NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。②验证某无色气体为NO的方法是向该无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。
3.实验探究一氧化氮、二氧化氮的相互转化——【实验5-5】二氧化氮被水吸收的实验（必修第二册，P13）
【特别提醒】①NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46。②验证某无色气体为NO的方法是向该无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。
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。
【思考与讨论P13】参考答案：
发生的反应有：2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；由以上反应可得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，要将NO充分转化为HNO3，可以打开弹簧夹，快速吸入足够多的空气，就可将NO全部转化为HNO3；在工业生产硝酸时，可以使用过量空气，使NO全部转化为HNO3；
4.氮的氧化物溶于水的几种情况分析
（1）NO2或NO2与N2混合气体溶于水时，3NO2+H2O==2HNO3+NO，利用气体体积变化差进行计算。
（2）NO2与O2的混合气体溶于水，由3NO2+H2O==2HNO3+NO及2NO+O2==2NO2，得：
4NO2+O2+2H2O==4HNO3，可知
V(NO2):V(O2)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 4:1， 完全反应，气体完全被吸收，无气体剩余。, 4:1， 过量，剩余气体为 。, 4:1， 过量，剩余气体为 。))
（3）NO和O2同时通入水中时，其反应是2NO+O2==2NO2 ①，3NO2+H2O==2HNO3+NO ②，将①×3+②×2得总反应式为：4NO+3O2+2H2O==4HNO3，可知
V(NO):V(O2)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 4:3， 完全反应，气体完全被吸收，无气体剩余。, 4:3， 过量，剩余气体为 。, 4:3， 过量，剩余气体为 。))
（4）NO、NO2、O2三种混合气体通入水中，可先按情况（1）求出NO2与H2O反应生成的NO的体积，再加上原混合气体中的NO的体积即为NO的总体积，再按情况（3）进行计算。
5.氮氧化物对环境的污染及防治
（1）常见的污染类型
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，产生了一种 的烟雾。
②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成 和 ，随雨雪降到地面,pH值 5.6的雨水为酸雨。
③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的 减少，导致地面 辐射量增加。
④ 与血红蛋白结合使人中毒。
（2）常见的NOx尾气处理方法
①碱液吸收法： 、 ，NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2) n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。
②催化转化法：在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)；NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体( )，一般适用于 的处理。
③氨气吸收法： ；
【效果检测】
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
（1）瓶中盛满水，从b口进气，用排水法收集NO2 。( )
（2）NO2易溶于水生成HNO3，故NO2是酸性氧化物。( )
（3）NO和NO2都是有刺激性气味的有毒气体，它们都是大气污染物。( )
（4）豆科植物的根瘤菌固氮属于自然固氮中的高能固氮。( )
（5）闪电时氮气与氧气化合生成NO，属于自然固氮。( )
（6）N2在高温条件下与O2发生化学反应生成NO2 。( )
（7）N2与O2在放电条件下直接化合成NO2。( )
（8）制取二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气。( )
(9)溴蒸气和NO2都是红棕色气体，可用湿润的淀粉­KI试纸和NaOH溶液鉴别。( )
(10)N2与O2反应时，不论O2是否足量，其一步反应都只能得到NO，不能生成NO2。( )
2．氮和氮的化合物与人类有密切关系。回答下列问题：
（1）下列属于氮的固定的是___________(填序号)。
A．工业上由NH3合成HNO3B．雷雨“发”庄稼
C．硝酸盐在细菌作用下生成氮气D．豆类植物根瘤菌合成氨
（2）利用氨水可以将SO2和NO2吸收，原理如下图所示：
NO2被吸收的离子方程式为 。
（3）NSR(NOx储存还原)工作原理：NOx的储存和还原在不同时段交替进行，如下图所示。
通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原，写出NO、O2、BaO生成Ba(NO3)2的化学方程式 。
（4）CO与NO在Rh催化剂上的氧化还原反应是控制汽车尾气对空气污染的关键反应，用Rh做催化剂时该反应的过程示意图如下：
该反应中还原产物为 ，当生成1mlCO2时，转移电子 ml。
【问题探究】
►问题一 氮气反应的条件及如何实现氮的固定
【典例1】氮是各种生物体生命活动不可缺少的重要元素。将游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。自然界中存在的下列过程属于氮的固定的是
A．雷电作用下N2和O2反应生成NOB．蛋白质被分解为氨基酸
C．水体中的铵盐被氧化为硝酸盐D．硝酸盐在细菌作用下生成氮气
【变式1-1】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．1 ml N2与3 ml H2完全反应生成2 ml NH3
D．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
【变式1-2】N2是空气的重要组成部分，因此有科学家依据蒸汽机的原理，设计制造出液氮蒸汽机，即利用液态氮的蒸发来驱动机车，从而达到环境保护的目的，其原理主要依据是
A．液氮的沸点为﹣195.8℃，远低于常温B．N2在空气中燃烧放热
C．N2的化学性质很稳定D．N2在空气中的体积分数为78%
►问题二 如何探究氮的氧化物的性质
【典例2】室温下，将充满红棕色的试管倒立在水中，时试管中只剩余无色气体，实验现象如图所示。下列分析正确的是
A．易溶于水，时试管中液体为红棕色
B．试管中剩余的无色气体是，占试管体积的
C．向试管中通入一定量的，最终试管中的气体占试管体积的
D．取试管中的溶液，向其中加入少量粉末，溶液显蓝色
【变式2-1】低温等离子体(NTP)技术可有效脱除烟气中的NO，其原理是在高压放电条件下，O2产生自由基(O·)，自由基将NO氧化为NO2，再用Na2CO3溶液吸收，实验装置如下图所示。下列说法不正确的是
A．氮元素既有被氧化的过程又有被还原的过程
B．高压电源的功率越大，NO的脱除效果一定越好
C．尾气吸收采用气、液逆流的方式可提高NO2脱除率
D．单位时间内生成的自由基(O·)越多，越有利于NO的转化
【变式2-2】烟气的主要污染物为和(烟气中以上的以的形式存在)。一种基于吸收剂分区的同时脱硫脱硝的反应装置如图所示。一段时间后，检测仪I检测到反应的主要产物是含硫化合物，检测仪Ⅱ检测到反应的主要产物是含氮化合物。
下列说法不正确的是
A．当观察到反应器Ⅰ中悬浊液变澄清时，反应的离子方程式为
B．反应器Ⅱ中，保持高速通入烟气能提高烟气中去除率
C．反应器Ⅱ中，保持适宜的进气深度能提高烟气中去除率
D．烟气中的几乎不被水或碱液吸收，因此吸收剂几乎不能脱硝
►问题三 如何进行氮氧化物溶于水的计算
【典例3】现有、的混合气体22mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积是
A．2mLB．3.2mLC．3.2mL或6mLD．16mL或18.8mL
【变式3-1】如图所示，试管中盛装的是红棕色气体，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，对原试管中盛装气体的说法正确的是
①可能是与的混合气体
②可能是气体
③可能是与的混合气体
④只可能是一种气体
A．①②B．②③C．③④D．①④
【变式3-2】将盛8mL一氧化氮和18mL二氧化氮混合气体的烧瓶倒置于水中，通入一定量的氧气，完全反应后，剩余气体体积为2mL，且该气体不支持燃烧，则充入的氧气的体积为
A．6mLB．9mLC．10mLD．12mL
►问题四 如何减少氮氧化物的污染
【典例4】硝酸工业生产中常用纯碱溶液吸收排出的氮氧化物废气，废气中若只含有NO、两种气体。将一定量废气通入到足量的溶液中被完全吸收，溶液中生成的、两种离子的物质的量与废气中的物质的量分数变化关系如图所示。
已知溶液中可发生以下两个反应：
①；②。
下列说法错误的是
A．图中线段b表示
B．时，溶液中
C．时，
D．若生成标准状况下22.4L ，则
【变式4-1】将氮氧化物直接排入空气中会污染空气，可用酸性溶液吸收，反应原理为，下列说法正确的是
A．每吸收，反应中转移电子
B．氧化性：酸性溶液1时，反应后NO2的物质的量减少，原因是 。
（3）某小组为验证NO与炽热的铜粉(红色)发生反应：，设计如图所示的方案：
①能证明NO和Cu反应的实验现象是 。
②装置中每生成2.24L(标准状况)N2，转移电子的物质的量是 ml。
③已知：酸性KMnO4溶液吸收NO后会生成Mn2+、烧杯中发生反应的离子方程式为 。
（4）某含Fe2+化合物的溶液可吸收NO、NO2并使氮氧化物与Fe2+化合物结合。用该溶液处理含NO、NO2的烟气，相同条件下氮氧化物的去除率与烟气中氧气体积分数的关系如图所示。
①烟气中氧气的体积分数介于0~2%时，氧气体积分数增大有利于NO转化为NO2，该反应的化学方程式为 。与NO相比，NO2更易被溶液吸收去除，原因是 。
②烟气中氧气的体积分数介于2%~8%时，随着O2体积分数的上升，氮氧化物去除率减小，原因是 。
NO
NO2
物理性质
色态味
密度
熔沸点
溶解性
化学性质
毒性
与水
与碱
氧化性
还原性
与O2混合，通入水中
制法
实验室制取
收集方法
实验装置
实验原理
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，2NO＋O2===2NO2 或 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
实验用品
二氧化氮、氧气、水；试管、水槽。
实验步骤
图5-10所示，
操作一：在一支50mL的注射器里充入20mLN0，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，观察现象。
操作二：打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。
操作三：振荡注射器，观察现象。
实验现象
①一氧化氮为无色气体，注射器内无明显现象
②注射器中气体由无色变为 色，注射器活塞向 移动
③注射器中气体由红棕色变为 色，注射器活塞继续向 移动
实验结论
① 。
② 。
③ 。
实验说明
①以上过程实际是水吸收 NO2制硝酸的原理。
②NO2的污染可用NaOH溶液处理： 。
③NO的污染可用NaOH溶液处理（NO不能单独被NaOH溶液吸收）： 。