高中化学人教版 (2019)必修 第二册氮及其化合物第1课时习题

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册氮及其化合物第1课时习题，共13页。
[核心素养发展目标] 1.通过对氮元素“位—构—性”的分析，认识氮元素在自然界中的存在形式，了解氮的固定的意义。2.掌握N2的性质。3.掌握NO、NO2的性质及二者的相互转化。4.掌握NO、NO2与O2混合溶于水的计算。
一、氮气与氮的固定
1.氮元素
(1)
一般通过共用电子对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
2.氮气
思考1 根据氮原子核外电子排布和氮气分子的结构，推测氮气的化学活性。
提示 由于氮分子内两个氮原子间以共价三键(N≡N)结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应。
在高温、放电等条件下，氮气可以与镁、氢气、氧气等物质发生化合反应。
写出氮气与下列物质发生反应的化学方程式：
①金属镁：N2+3MgMg3N2，氮气表现氧化性；
②氢气：N2+3H22NH3，氮气表现氧化性；
③氧气：N2+O22NO，氮气表现还原性。
思考2 写出镁条在空气中燃烧发生反应的化学方程式。
提示 2Mg+O22MgO、3Mg+N2Mg3N2、2Mg+CO22MgO+C。
3.氮的固定
概念:将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程分类自然固氮高能固氮(如雷雨天气N2转 化为NO)生物固氮(如豆科植物的根瘤 菌固氮)人工固氮合成氨(工业合成氨)仿生固氮(某些金属有机化合物 可起到根瘤菌的作用)
1.判断正误
(1)N2和O2在放电的条件下会直接生成NO2( )
(2)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键( )
(3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气( )
(4)氮的固定中氮元素一定被氧化( )
(5)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
2.(2024·江苏无锡高一期中)氮气属于地球大气的主要成分，它是地球生命循环——氮循环的重要组成部分，下列关于氮气的说法错误的是( )
A.氮气不燃烧，也无法支持燃烧，不能供给呼吸
B.液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境
C.利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气
D.氮气可用于食品保鲜
答案 A
解析 氮气可支持镁的燃烧，故选A。
3.(2024·北京高一期中)下列过程属于自然固氮的是( )
A.用N2和H2合成NH3
B.闪电时大气中氮气和氧气化合生成一氧化氮
C.由氨气制硝酸
D.从空气中分离出液态氮气
答案 B
解析 用N2和H2合成NH3，属于人工固氮，A错误；闪电时大气中氮气和氧气化合生成一氧化氮，属于自然固氮，B正确；由氨气制硝酸、从空气中分离出液态氮气不属于固氮，C、D错误。
二、一氧化氮和二氧化氮
1.NO和NO2的物理性质
2.NO和NO2的化学性质
(1)实验探究
(2)实验结论及解释
①NO不溶于水，也不与水反应，但能与空气中的氧气反应生成红棕色的NO2，化学方程式：2NO+O2===2NO2。
②NO2能与水反应生成无色的NO，化学方程式：3NO2+H2O===2HNO3+NO。
思考1 为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验：按图组装好实验装置(夹持装置已省略)，并检查装置的气密性，实验前用排水法收集NO。
(1)打开止水夹，推动注射器活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象是 ，写出产生此现象的化学方程式： 。
提示 气体由无色变为红棕色 2NO+O2===2NO2
(2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象是什么？利用化学方程式解释产生这种现象的原因是什么？
提示 烧瓶中的红棕色气体又变为无色，且烧瓶内压强减小，烧杯中的水倒吸进入烧瓶，导致烧瓶中液面上升。摇动烧瓶，使得NO2与水发生反应：3NO2+H2O===2HNO3+NO。
(3)对于反应：3NO2+H2O===2HNO3+NO，用双线桥法标出电子转移的方向和数目： ，在反应中若有6 ml NO2参与反应时，有 ml电子发生转移。
提示 4
3.NO、NO2溶于水的相关计算
思考2 有一只充有20 mL NO2和NO混合气体的试管，倒置于盛有水的水槽中，充分反应后，仍有12 mL无色气体，则原混合气体中NO和NO2体积比为(气体体积均在相同状况下测得) 。
答案 2∶3
解析 设混合气体中二氧化氮的体积为V，则：
3NO2+H2O===2HNO3+NO 气体体积减少
3 1 2
V 20 mL-12 mL=8 mL
所以V=3×8 mL2=12 mL，即二氧化氮的体积为12 mL，则混合气体中一氧化氮的体积为20 mL-12 mL=8 mL，则原混合气体中NO和NO2体积比为8 mL∶12 mL=2∶3。
思考3 假设试管内充有100 mL NO，通入多少O2才能使水充满试管？
提示 已知：2NO+O2===2NO2 ①，3NO2+H2O===2HNO3+NO ②，由反应①×3+②×2得：4NO+3O2+2H2O===4HNO3，即当NO和O2的体积比为4∶3时水可以充满试管，故需通入75 mL O2。
1.NO2和O2的混合气体与水反应
由4NO2+O2+2H2O===4HNO3可知
2.NO和O2的混合气体与水反应
由4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知
1.判断正误
(1)由于NO极易与O2反应，并且其密度与空气相差不多，因此收集NO只能用排水法( )
(2)由于NO2极易与水反应且密度比空气大，因此收集NO2只能用向上排空气法( )
(3)NO2与H2O反应生成HNO3，故NO2是酸性氧化物( )
(4)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2与溴蒸气( )
答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)×
2.(2024·江苏无锡高一期中)下列对NO和NO2的描述正确的是( )
A.NO是无色气体，可用向上排空气法收集
B.NO2与水的反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂
C.NO2可由N2和O2直接化合得到
D.从元素化合价角度看，NO只有还原性
答案 B
解析 NO易与O2反应生成NO2，不能用排空气法收集，只能采用排水法收集，A错误；N2和O2在高温或放电条件下反应生成NO，NO2不能直接由N2和O2直接化合得到，C错误；NO中氮元素显+2价，处于中间价态，则NO既有氧化性又有还原性，D错误。
3.现有NO2、O2的混合气体12 mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积可能是 。
答案 4 mL或1.2 mL
解析 (总反应式法)根据有关的反应：
4NO2+O2+2H2O===4HNO3、3NO2+H2O===2HNO3+NO
设原混合气体中O2的体积为V(O2)，剩余气体可能是O2，也可能是NO。
①若剩余O2，则V剩=V(O2)-14[12 mL-V(O2)]=2 mL，解得V(O2)=4 mL。
②若剩余NO，则V剩=13[12 mL-V(O2)-4V(O2)]=2 mL，解得V(O2)=1.2 mL。
1.(2024·江苏淮安高一期中)氮及其化合物在生产生活中具有广泛应用。下列关于N2的叙述错误的是( )
A.氮是农作物生长的必需元素
B.N2既可作氧化剂又可作还原剂
C.氮的固定是将N2转化成含氮的化合物
D.1 ml N2可与3 ml H2反应生成2 ml NH3
答案 D
解析 N2与H2反应生成NH3的反应是可逆反应，所以1 ml N2与3 ml H2反应生成NH3的物质的量小于2 ml，故选D。
2.下列有关氮的氧化物的说法正确的是( )
A.氮的氧化物都能与水反应生成相应的酸
B.NO2为红棕色气体，因此将NO2通入水中，溶液显红棕色
C.NO、NO2都有毒，且NO是汽车尾气的有害成分之一
D.NO是酸性氧化物
答案 C
解析 NO2为红棕色气体，但通入水中后和水反应生成HNO3和NO，溶液无色，B错误；NO、NO2都有毒，且NO是汽车气缸中的氮气和氧气在高温条件下生成的，则汽车尾气中有NO气体，C正确。
3.将装有50 mL NO2、NO混合气体的量筒倒立在水槽中，反应后气体体积缩小为30 mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是( )
A.5∶3B.3∶5
C.3∶2D.2∶3
答案 C
解析 解答此题可根据化学方程式，运用差量法进行计算。设混合气体中NO2的体积为x，
3NO2+H2O===2HNO3+NO ΔV
3 mL 1 mL 3 mL-1 mL=2 mL
x (50-30) mL=20 mL
3 mLx=2 mL20 mL，x=30 mL，则原混合气体中NO的体积为50 mL-30 mL=20 mL，所以V(NO2)∶V(NO)=30 mL∶20 mL=3∶2。
4.(2024·天津高一段考)以下是氮循环的一部分：
(1)通常状况下，氮气的颜色是 。
(2)反应③的化学方程式是 。
(3)NO2易溶于水，并和水发生化学反应。该反应中，氧化剂是 。
(4)化合物A的化学式是 。
(5)治理汽车尾气的一种方法是用催化剂使NO与CO发生反应：2NO+2CO===2CO2+N2。当生成1 ml N2时，被还原的NO为 ml。
答案 (1)无色 (2)3NO2+H2O===2HNO3+NO (3)NO2 (4)HNO3 (5)2
解析 N2和O2在放电的条件下生成NO，NO与氧气反应生成NO2，NO2与水反应生成硝酸和一氧化氮。
课时对点练 [分值：100分]
(选择题1~13题，每小题6分，共78分)
题组一 氮气与氮的固定
1.(2023·上海静安高一期中)下列属于氮的固定的是( )
A.雷雨闪电时空气中的N2和O2化合生成NO
B.NH4Cl和Ca(OH)2反应生成NH3
C.豆科作物把含氮化合物转变为蛋白质
D.将氨转化为硝酸，再转化为其他含氮化合物
答案 A
解析 雷雨闪电时空气中的N2和O2化合生成NO，游离态氮元素变为了化合态氮元素，故A符合题意；B、C、D项均不是游离态氮元素变为化合态氮元素，不属于氮的固定，故不符合题意。
2.(2024·湖北咸宁高一段考)下列关于N2的叙述正确的是( )
A.在雷雨天，空气中的N2与O2可反应生成NO2
B.将氨气转化为NO属于氮的固定
C.氮气是一种无色无味的有毒气体
D.在化学反应中，氮气既可被氧化也可被还原
答案 D
解析 雷雨天时，空气中N2和O2可反应生成NO，A错误；氮的固定是将空气中游离态的氮(N2)转化为含氮化合物的过程，B错误。
3.(2024·江苏连云港高一期中)氮在自然界中的转化是一个复杂的过程，如图所示的氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分。下列有关氮循环的说法不正确的是( )
A.雷雨天气容易发生转化②的过程
B.图中转化②③④都属于氮的固定
C.动植物蛋白质中一定含有氮元素
D.转化⑥说明有机物可以转化为无机物
答案 B
解析 氮的固定是游离态的氮转化为化合态的氮的过程，图中转化④不属于氮的固定，故选B。
题组二 一氧化氮和二氧化氮
4.(2024·广东韶关高一段考)在NO2与水的反应中( )
A.NO2只是还原剂
B.氮元素的化合价不发生变化
C.NO2既是氧化剂，又是还原剂
D.NO2只是氧化剂
答案 C
解析 NO2和水反应生成硝酸和NO，N元素的化合价既升高又降低，故NO2既做氧化剂又做还原剂。
5.(2024·江苏常州高一段考)下列关于NO和NO2的说法正确的是( )
A.NO2与水反应生成硝酸，故NO2是酸性氧化物
B.除去NO2中混有的NO，可将混合气体通入水中
C.NO与NO2互为同素异形体
D.3NO2+H2O===2HNO3+NO中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶2
答案 D
解析 NO2能与水反应生成硝酸和NO，所以NO2不是酸性氧化物，A错误；NO2能与水反应生成硝酸和NO，NO和水不反应，混合气体通入水中不能除去NO2中混有的NO，B错误；NO与NO2是氮元素的两种氧化物，二者不互为同素异形体，C错误。
6.(2024·北京高一开学考试)下列关于氮氧化物的说法正确的是( )
A.NO、NO2在大气中可稳定存在
B.NO、NO2均为大气污染气体
C.NO、NO2均易溶于水
D.NO、NO2均能与水发生反应
答案 B
解析 NO会与氧气反应，因此在大气中不能稳定存在，A错误；NO难溶于水，C错误；NO不与水发生反应，D错误。
7.如图所示，试管中盛装的气体呈红棕色，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面继续上升，经过多次重复后，试管被水充满，对原试管中盛装的气体说法正确的是( )
A.可能是N2与NO2的混合气体
B.可能是N2与NO的混合气体
C.可能是NO与NO2的混合气体
D.只可能是NO2一种气体
答案 C
解析 试管中盛装的气体呈红棕色，那么一定有二氧化氮存在。根据题述现象可知，原试管中盛装的气体的成分可能为①NO2、②NO2和O2(少量)、③NO2和NO等。
8.(2024·开封高一段考)有一倒置于水槽且装满水的容器，向其中依次通入一定体积的NO2、NO和O2，充分反应后，若容器中仍充满溶液，则通入的NO2、NO和O2的体积比可能是( )
A.1∶2∶1B.4∶3∶2
C.4∶16∶13D.4∶3∶4
答案 C
解析 气体完全溶于水，即NO2、NO和O2恰好完全反应，全部生成硝酸，根据得失电子守恒：nNO×3+nNO2=nO2×4，即：VNO×3+VNO2=VO2×4。2×3+1≠4，A不符合；3×3+4≠2×4，B不符合；16×3+4=13×4，C符合；3×3+4≠4×4，D不符合。
9.(2024·扬州高一段考)在指定条件下，下列选项所示的物质间转化能实现的是( )
A.NOgHNO3aq
B.N2gNO2g
C.NOgN2g
D.NO2gN2g
答案 C
解析 NO不溶于水，不能直接和水反应生成硝酸，A不能实现；氮气和氧气化合生成NO，不能直接转化为NO2，B不能实现；NO具有氧化性，CO具有还原性，在催化剂的作用下可以转化为无毒气体，反应的化学方程式为2NO + 2CO N2 + 2CO2，C能实现；臭氧具有氧化性，NO2转化为氮气需要加入还原剂，D不能实现。
10.(2024·山西吕梁高一段考)将N2、CO、CO2、SO3的混合气体先通入足量的NaOH溶液中充分反应，再将剩余气体经浓硫酸干燥后通过足量灼热的氧化铜，最终剩余的气体是( )
A.SO3B.CO2和SO3
C.N2D.CO2和N2
答案 D
解析 CO2、SO3被NaOH溶液吸收，再将剩余气体N2、CO经浓硫酸干燥后通过足量灼热的氧化铜，CO与CuO在加热时发生反应：CO+CuOCO2+Cu，而N2不发生反应，因此最终剩余的气体是CO2和N2，故选D。
11.如图所示，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，则两个试管内溶液的物质的量浓度之比为( )
A.1∶1B.5∶7C.7∶5D.4∶3
答案 A
解析 4NO2+O2+2H2O===4HNO3、4NO+3O2+2H2O===4HNO3，V(NO2)=V(NO)，n(NO2)=n(NO)，则生成的HNO3的物质的量相等，溶液的体积也相同，故两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度相等。
12.实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示(夹持和加热装置略去)。下列说法正确的是( )
A.装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液
B.若去掉装置C，对产品纯度无影响
C.实验时应先加热装置C，通入一段时间空气后再加热装置D
D.装置E中碱石灰的作用是吸收尾气
答案 C
解析 A错，要制备氮化镁，需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气，则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸；B错，若去掉装置C，镁与氧气反应生成氧化镁，对产品纯度有影响；C对，实验时，应先加热装置C，通入一段时间空气除去氧气，然后再加热装置D；D错，装置E中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳。
13.(2023·甘肃民勤一中高一期中)如图所示，在注射器里吸入20 mL NO，然后吸入5 mL水。若再吸入6 mL O2，夹住弹簧夹，让内外大气压相同，观察现象。下列叙述正确的是( )
A.可观察到注射器内气体由无色变成红棕色，最后变成无色
B.可观察到注射器的活塞缓缓向右移动
C.最终剩余气体体积约为19 mL
D.所得硝酸的浓度约为0.07 ml·L-1
答案 A
解析 NO遇空气中氧气生成NO2，NO2为红棕色气体，NO2溶于水生成NO，气体由红棕色变为无色，A项正确；由4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知，O2消耗完，NO有剩余，剩余气体体积为(20-8) mL=12 mL，C项错误；可观察到注射器活塞缓缓向左移动，B项错误；没有注明状态，无法计算硝酸浓度，D项错误。
14.(12分)某校化学兴趣小组用如图装置验证NO2的氧化性和NO的还原性。
已知：①装置甲中发生的反应为Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
②硝酸具有挥发性，可将I-氧化成I2。
请回答下列问题：
(1)装置乙中的现象是 。
(2)说明NO具有还原性的操作和现象是 。
(3)小组一成员对实验设计提出了疑问，他认为乙中的现象不足以证明NO2的氧化性，他的理由是 。
(4)小组另一成员为探究NO2的氧化性，进行如图实验。
由图B和图C中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式： 。
答案 (1)溶液变蓝色
(2)打开止水夹，挤压空气囊，丙中气体由无色变为红棕色
(3)挥发出来的HNO3，以及NO2和水反应生成的HNO3，也可将I-氧化成I2，使溶液变蓝
(4)NO2+SO2===NO+SO3
解析 (1)碘化钾被氧化为单质碘，淀粉遇碘变蓝。(2)丙中NO2与水反应生成的NO会和氧气反应生成红棕色的NO2，证明NO具有还原性，故操作和现象为打开止水夹，挤压空气囊，丙中气体由无色变为红棕色。(3)浓硝酸具有挥发性，且NO2与水反应生成硝酸，硝酸具有强氧化性，也能将碘离子氧化成单质碘，使溶液变蓝，对NO2的性质检验造成干扰。(4)题图B中为“无色气体”，C中“有红棕色气体产生”，说明B中NO2和SO2反应生成了NO，NO2表现氧化性，而SO2则表现还原性，故反应的化学方程式为NO2+SO2===NO+SO3。
15.(10分)氮氧化物会严重污染大气，所以实验室必须对含有氮氧化物的废气进行处理。用NaOH溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：
①NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O
②2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O
(1)在反应①中，参加反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为 。
(2)下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的是 (填字母)。
A.加快通入尾气的速率
B.采用气、液逆流的方式吸收尾气
C.吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液
(3)吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，该晶体中的主要杂质是 (填化学式，下同)；吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是 。
(4)NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收尾气，可提高尾气中NO的去除率。在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl-和NO3-，反应的离子方程式为 。
答案 (1)1∶1 (2)BC (3)NaNO3 NO (4)3HClO+2NO+H2O===3Cl-+2NO3-+5H+氧化物
颜色
状态
气味
水溶性
NO
无色
气体
-
不溶
NO2
红棕色
气体
有刺激性气味
易溶
装置
操作
在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器
①打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹；
②振荡注射器
现象
无明显现象
①无色气体变为红棕色；
②红棕色气体逐渐变为无色，注射器活塞向左移动