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化学人教版 (2019)第二节 氮及其化合物精品第1课时学案设计
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第1课时 氮和氮的氧化物
氮气与氮的固定
1．氮元素及其存在
(1)原子结构：氮元素位于元素周期表的第二周期第ⅤA族，其原子结构示意图为，氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质，常见化合价为－3、＋5。
(2)自然界中的存在形态
①游离态：以氮分子的形式存在于空气中。
②化合态：存在于动植物体内的蛋白质中，土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
2．氮气的性质
(1)物理性质：无色、无味、难溶于水，密度与空气相近，约占空气体积的4/5。
(2)化学性质[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]
①通常情况下：氮气的化学性质很稳定，难以与其他物质发生化学反应。
②放电、高温条件下，能与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应，化学方程式分别为N2＋3Mgeq \(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2、N2＋O2eq \(=====,\s\up7(放电或高温))2NO、N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3。
3．氮的固定和循环
(1)氮的固定
将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程，包括自然固氮和人工固氮。
(2)氮的循环
1．下列关于氮气性质的说法中，错误的是( )
A．氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在
B．Mg可以在N2中燃烧生成Mg3N2
C．可在氧气中燃烧生成一氧化氮
D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环
解析：选C。本题主要考查氮气的性质，通常情况下，氮气性质很不活泼，但在放电或高温条件下，能跟氧气反应。
2．通常情况下，氮气性质不活泼，其原因是( )
A．氮分子是双原子分子
B．氮元素的非金属性很强
C．氮原子的半径较小
D．氮分子中的化学键很难破坏
解析：选D。氮气分子中存在NN键，氮氮三键性质稳定，破坏时需要吸收很高的能量，所以氮气性质不活泼，D项正确。
3．下列反应不属于氮的固定反应的是( )
A．N2＋3Mgeq \(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2
B．N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3
C．2NO＋O2===2NO2
D．N2＋O2eq \(=====,\s\up7(放电))2NO
解析：选C。将氮单质转化为化合态氮，属于氮的固定，不符合要求的是C项。
4．氮元素在地球上含量丰富，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。下列叙述与氮元素的循环无关的是( )
A．工业合成氨的过程是固氮的过程
B．自然界中，氨是动物体特别是蛋白质腐败后的产物
C．为防止粮食、罐头、水果等食品腐烂，常用氮气做保护气
D．在电闪雷鸣的雨天，N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
解析：选C。将空气中的游离态氮转化为化合态氮的过程称为固氮，工业上合成氨的过程是将游离态的氮转化为化合态的氮，属于固氮过程，符合氮的循环，故A不选；自然界中，蛋白质腐败后生成氨，符合氮的循环，故B不选；用氮气做保护气，是氮气的用途，而不是氮的循环过程，所以不符合氮的循环，故C选；在电闪雷鸣的雨天，N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收，符合氮的循环，故D不选。
一氧化氮和二氧化氮
1．物理性质
2.化学性质
(1)在常温下，NO很容易与O2反应，化学方程式为2NO＋O2===2NO2。
(2)NO2溶于水时发生反应的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
3．二氧化氮溶于水的实验
(1)实验过程
(2)对工业生产硝酸的启示
工业上生产硝酸时，向吸收后的废气中再通入适量的氧气或空气，能充分利用原料，并能减少NO的排放以保护环境。
氮的氧化物与氧气、水反应的相关计算
1．相关反应原理
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO①
2NO＋O2===2NO2②
由方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③
由方程式①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④
2．氮的氧化物溶于水的三种类型
(1)NO2气体
NO2气体溶于水时仅涉及反应①：剩余气体为NO。
(2)NO2和O2的混合气体
NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③：
(3)NO和O2的混合气体
NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④：
NO、O2难溶于水，但NO2易溶于水且与水反应，所以氮氧化物溶于水的各种情况中，剩余气体可为NO或O2，但不可能是NO2或NO与O2同时剩余。
1．下列气体中，不能用排空气法收集的是( )
A．H2 B．NO2
C．NO D．CO2
解析：选C。2NO＋O2===2NO2，故NO不能用排空气法收集。
2．下列关于氮的氧化物的说法中，正确的是( )
A．氮的氧化物都是酸性氧化物
B．氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性
C．NO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物
D．NO和NO2均有毒
解析：选D。NO、NO2等都不是酸性氧化物，A项错误；N2O5 中氮元素为最高价，只有氧化性，B项错误；尽管NO2与H2O反应生成HNO3，但N的价态发生了变化，故NO2不是酸性氧化物，C项错误。
3．将盛有N2和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原来的一半，则原混合气体中N2和NO2的体积比是( )
A．1∶1 B．1∶2
C．1∶3 D．3∶1
解析：选C。将试管倒立于水中，只有NO2和H2O反应，生成的NO与不反应的N2为剩余气体。设原气体的体积为V，NO2的体积为x，根据差量法求解：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ΔV
3 1 2
x eq \f(V,2)
解得x＝eq \f(3V,4)，V(N2)＝V－eq \f(3V,4)＝eq \f(V,4)，故eq \f(V（N2）,V（NO2）)＝eq \f(1,3)。
合格考训练
1．下列关于N2的说法中错误的是( )
A．N2化学性质稳定，是因为分子中的氮氮三键很强
B．N2分子的结构稳定，因而N2不能支持任何物质的燃烧
C．N2在反应中既能做氧化剂又能做还原剂
D．实验室可用排水法收集氮气
解析：选B。Mg可在N2中燃烧，故B错。
2．下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是( )
A．氮元素均被氧化
B．工业合成氨属于人工固氮
C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化
D．碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环
解析：选A。A.N2→NH3过程中氮元素由0价变为－3价，被还原。B.工业合成氨的过程属于人工固氮。C.由题图可知硝酸盐被植物吸收可转化为蛋白质，动植物遗体可转化为氨或铵盐，则含氮无机物和含氮有机物可相互转换。D.豆科植物可将N2合成氮肥，生物体内的蛋白质中含有C、H、O元素，所以碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环。
3．下列关于一氧化氮的叙述正确的是( )
A．一氧化氮是一种红棕色气体
B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集
解析：选C。 NO是一种无色不溶于水的气体，可以用排水法收集。常温常压下，NO易与氧气直接化合生成NO2。
4．将一充满NO的试管倒扣于水槽中，然后向试管中通入一定量的O2，最后试管中恰好充满水，则通入的O2与原NO气体的体积比为( )
A．4∶3 B．3∶4
C．4∶1 D．1∶4
解析：选B。根据反应2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，可得4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，即O2和NO的体积比为3∶4时可被水完全吸收转化为HNO3。
5．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，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。
(1)打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
产生此现象的化学方程式为______________________________________________。
(2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为____________________________，________________________________________________________________________。
产生此现象的化学方程式为__________________________________________________。
解析：(1)无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2；(2)轻轻摇动烧瓶，使得NO2与水发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以烧瓶中红棕色气体又变为无色，因为烧瓶内气体减少，引起烧瓶内气体压强降低，所以烧杯内的水会倒吸入烧瓶中，使烧瓶中液面上升。
答案：(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色 2NO＋O2===2NO2
(2)烧瓶中红棕色气体又变为无色 烧杯中的水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升) 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
等级性测试
1．农业上有一句俗语“雷雨发庄稼”，该过程发生的下列变化中不正确的是( )
A．N2＋2O2eq \(=====,\s\up7(放电))2NO2
B．3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
C．2NO＋O2===2NO2
D．HNO3跟土壤中的矿物作用生成硝酸盐
解析：选A。N2和O2在雷电条件下反应生成NO，而不是NO2。
2．下列有关氮气的说法正确的是( )
A．氮气是由氮原子构成的双原子分子，所以化学性质不活泼
B．医学上常用液氮做冷冻剂，在冷冻麻醉条件下做手术，是利用氮气化学性质的不活泼性
C．H2与N2在一定条件下反应生成NH3，反应中N2体现氧化性
D．电闪雷鸣的雨天，雨水中含有一定量硝酸，可能发生的反应有N2＋2O2eq \(=====,\s\up7(放电))2NO2
解析：选C。A项，氮气性质稳定的原因是两个氮原子之间共用三对电子，破坏这种结合时需要很高的能量；B项，液氮汽化时需要吸收大量的热，使周围环境温度降低，与其化学性质的不活泼性无关；C项，化学方程式为N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3，反应中氮元素化合价降低，氮气做氧化剂；D项，N2和O2在放电条件下生成NO，不能直接生成NO2。
3．宇宙飞船的运载火箭的推进器引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体，从火箭尾部喷出。引燃后的高温气体成分有CO2、H2O、N2、NO等，这些气体均无色，但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量的红烟，产生红烟的原因是( )
A．高温下N2遇空气生成NO2
B．NO遇空气反应生成NO2
C．CO2遇NO反应生成NO2
D．NO遇H2O反应生成NO2
解析：选B。根据原高温气体均为无色，但在卫星发射现场却能看到红烟可推知，是因为发生反应：2NO＋O2===2NO2。
4．对反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，下列说法正确的是( )
A．氧化剂与还原剂的质量比为2∶1
B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1
C．NO2是氧化剂，H2O是还原剂
D．在反应中若有6 ml NO2参与反应时，有3 ml电子发生转移
解析：选B。，该反应中，NO2既做氧化剂，又做还原剂，其物质的量之比为1∶2；HNO3为氧化产物，NO为还原产物，其物质的量之比为2∶1；6 ml NO2参加反应时，转移4 ml电子。
5.按如图进行实验，试管内装有12 mL NO，然后间歇而缓慢地通入8 mL O2，下面有关实验最终状态的描述正确的是( )
A．试管内气体呈红棕色
B．试管内气体为无色的NO
C．试管内气体为无色的O2
D．试管内充满了液体
解析：选B。在装有NO的试管内通入O2时依次发生反应2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，将二者整理后相加得总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，由于eq \f(12 mL,8 mL)＝eq \f(3,2)>eq \f(4,3)，即NO过量，试管内剩余气体为无色的NO，液体未充满试管。
6．将40 mL NO2和NO的混合气体通入倒立在水槽中盛满水的试管中，充分反应后试管中剩下20 mL气体，则原混合气体中NO2和NO的体积比为( )
A．2∶1 B．1∶3
C．3∶1 D．1∶1
解析：选C。
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ΔV
3 1 2
30 mL 20 mL
V(NO)＝40 mL－30 mL＝10 mL，V(NO2)∶V(NO)＝30 mL∶10 mL＝3∶1。
7．无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种，将一定量的气体甲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
解析：选B。混合气体无色，气体中不含NO2，气体通过Na2O2后显红棕色，说明原混合气体中含有NO，且有与Na2O2反应生成O2的气体CO2，通入水中，溶液呈酸性，且几乎无气体剩余，说明原气体中不含N2。
8．把少量NO2气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
解析：选C。少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，逸出的气体为NO、CO2，且二者的物质的量之比为1∶2，同时还有少量水蒸气逸出，再使逸出的气体通过装有足量过氧化钠颗粒的干燥管，CO2与过氧化钠反应生成O2，生成的O2与NO反应生成NO2，O2有剩余，同时逸出的少量水蒸气与过氧化钠反应也生成O2，所以最后收集到的气体是NO2和O2。
9．对含有氮氧化物的废气进行处理。
(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O ①
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O ②
在反应①中，氧化剂是________，还原剂是__________。在反应②中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。
(2)在一定条件下氨亦可将氮氧化物转化为无污染的物质。写出氨和二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式：______________________________________________________。
解析：(1)在反应①中NO2中的氮元素化合价降低做氧化剂，NO中的氮元素化合价升高做还原剂；在反应②中氧化剂和还原剂都是NO2，它们的物质的量之比为1∶1。(2)根据质量守恒定律结合题目信息可知，氨和二氧化氮反应后生成的无污染的物质为氮气和水。
答案：(1)NO2 NO 1∶1
(2)6NO2＋8NH3eq \(=====,\s\up7(一定条件))7N2＋12H2O
10．某活动小组利用如图装置验证NO的还原性及探究工业生产硝酸的原理(装置气密性已检查完毕)。
Ⅰ.向广口瓶中通入NO并测定NO的体积
(1)通入NO前，从滴定管向广口瓶中加入水；
(2)从导管a通入一定量的NO，并记录滴定管液面变化的示数为V L(V<0.05，气体体积已换算为标准状况)。
Ⅱ.验证NO的还原性、探究工业生产硝酸的原理
(1)停止通入NO后关闭K1、K3，打开K2，从导管b缓缓通入O2，可观察到的现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
写出对应现象的化学方程式：________________________________________、________________________________________________________________________；
(2)继续通入O2，打开K3并及时调整滴定管；
(3)液面与广口瓶中液面相平，直至广口瓶中刚好充满液体。
①当通入氧气的体积为eq \f(1,2)V L时，则广口瓶中剩余的气体体积为__________；
②当广口瓶中刚好充满液体时，所得溶液的物质的量浓度为________ml·L－1。
解析：Ⅱ.(3)①NO遇到O2生成红棕色的NO2，NO2与水反应生成HNO3和NO，上述两个方程式合并可得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，反应掉NO的体积为V(NO)＝eq \f(4,3)V(O2)＝eq \f(1,2)V L×eq \f(4,3)＝eq \f(2,3)V L，剩余气体体积为eq \f(V,3) L；②生成HNO3的物质的量为n(HNO3)＝n(NO)＝eq \f(V,22.4) ml，c(HNO3)＝eq \f(\f(V,22.4) ml,0.5 L)＝eq \f(V,11.2) ml·L－1。
答案：Ⅱ.(1)气体先变为红棕色，然后逐渐变浅，直至无色 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(3)①eq \f(V,3) L ②eq \f(V,11.2)
课程标准
核心素养
1.结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解N2、NO和NO2的主要性质。
2.认识N2、NO和NO2在生产中的应用和对生态环境的影响。
1.宏观辨识与微观探析：能运用原子结构模型说明氮元素的性质。能说明N2、NO和NO2的性质与应用之间的关系。
2.科学态度与社会责任：具有安全意识，能将化学知识与生产、生活实际结合，赞赏化学对人类生产和生活所做的贡献。
NO
无色、有毒气体，不溶于水
NO2
红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气的大，易液化，易溶于水
实验
装置
实验
操作
在如图注射器里充入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
打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹
振荡注射器
实验
现象
无明显现象
无色气体变为红棕色
红棕色气体变浅至消失，有无色气体生成，注射器活塞向内滑动
化学方程式
2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
思考与讨论
如果要将注射器中的NO充分转化，可再吸入足量的空气
x＝eq \f(V（NO2）,V（O2）)
0
x>eq \f(4,1)
反应情况
O2过量，剩余气体为O2
恰好完全反应，无气体剩余
NO2过量，又发生反应①，剩余气体为NO
x＝eq \f(V（NO）,V（O2）)
0
x>eq \f(4,3)
反应情况
O2过量，剩余气体为O2
恰好完全反应，无气体剩余
NO过量，剩余气体为NO
课堂小结
第1课时 氮和氮的氧化物
氮气与氮的固定
1．氮元素及其存在
(1)原子结构：氮元素位于元素周期表的第二周期第ⅤA族，其原子结构示意图为，氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质，常见化合价为－3、＋5。
(2)自然界中的存在形态
①游离态：以氮分子的形式存在于空气中。
②化合态：存在于动植物体内的蛋白质中，土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
2．氮气的性质
(1)物理性质：无色、无味、难溶于水，密度与空气相近，约占空气体积的4/5。
(2)化学性质[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]
①通常情况下：氮气的化学性质很稳定，难以与其他物质发生化学反应。
②放电、高温条件下，能与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应，化学方程式分别为N2＋3Mgeq \(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2、N2＋O2eq \(=====,\s\up7(放电或高温))2NO、N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3。
3．氮的固定和循环
(1)氮的固定
将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程，包括自然固氮和人工固氮。
(2)氮的循环
1．下列关于氮气性质的说法中，错误的是( )
A．氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在
B．Mg可以在N2中燃烧生成Mg3N2
C．可在氧气中燃烧生成一氧化氮
D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环
解析：选C。本题主要考查氮气的性质，通常情况下，氮气性质很不活泼，但在放电或高温条件下，能跟氧气反应。
2．通常情况下，氮气性质不活泼，其原因是( )
A．氮分子是双原子分子
B．氮元素的非金属性很强
C．氮原子的半径较小
D．氮分子中的化学键很难破坏
解析：选D。氮气分子中存在NN键，氮氮三键性质稳定，破坏时需要吸收很高的能量，所以氮气性质不活泼，D项正确。
3．下列反应不属于氮的固定反应的是( )
A．N2＋3Mgeq \(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2
B．N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3
C．2NO＋O2===2NO2
D．N2＋O2eq \(=====,\s\up7(放电))2NO
解析：选C。将氮单质转化为化合态氮，属于氮的固定，不符合要求的是C项。
4．氮元素在地球上含量丰富，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。下列叙述与氮元素的循环无关的是( )
A．工业合成氨的过程是固氮的过程
B．自然界中，氨是动物体特别是蛋白质腐败后的产物
C．为防止粮食、罐头、水果等食品腐烂，常用氮气做保护气
D．在电闪雷鸣的雨天，N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
解析：选C。将空气中的游离态氮转化为化合态氮的过程称为固氮，工业上合成氨的过程是将游离态的氮转化为化合态的氮，属于固氮过程，符合氮的循环，故A不选；自然界中，蛋白质腐败后生成氨，符合氮的循环，故B不选；用氮气做保护气，是氮气的用途，而不是氮的循环过程，所以不符合氮的循环，故C选；在电闪雷鸣的雨天，N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收，符合氮的循环，故D不选。
一氧化氮和二氧化氮
1．物理性质
2.化学性质
(1)在常温下，NO很容易与O2反应，化学方程式为2NO＋O2===2NO2。
(2)NO2溶于水时发生反应的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
3．二氧化氮溶于水的实验
(1)实验过程
(2)对工业生产硝酸的启示
工业上生产硝酸时，向吸收后的废气中再通入适量的氧气或空气，能充分利用原料，并能减少NO的排放以保护环境。
氮的氧化物与氧气、水反应的相关计算
1．相关反应原理
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO①
2NO＋O2===2NO2②
由方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③
由方程式①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④
2．氮的氧化物溶于水的三种类型
(1)NO2气体
NO2气体溶于水时仅涉及反应①：剩余气体为NO。
(2)NO2和O2的混合气体
NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③：
(3)NO和O2的混合气体
NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④：
NO、O2难溶于水，但NO2易溶于水且与水反应，所以氮氧化物溶于水的各种情况中，剩余气体可为NO或O2，但不可能是NO2或NO与O2同时剩余。
1．下列气体中，不能用排空气法收集的是( )
A．H2 B．NO2
C．NO D．CO2
解析：选C。2NO＋O2===2NO2，故NO不能用排空气法收集。
2．下列关于氮的氧化物的说法中，正确的是( )
A．氮的氧化物都是酸性氧化物
B．氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性
C．NO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物
D．NO和NO2均有毒
解析：选D。NO、NO2等都不是酸性氧化物，A项错误；N2O5 中氮元素为最高价，只有氧化性，B项错误；尽管NO2与H2O反应生成HNO3，但N的价态发生了变化，故NO2不是酸性氧化物，C项错误。
3．将盛有N2和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原来的一半，则原混合气体中N2和NO2的体积比是( )
A．1∶1 B．1∶2
C．1∶3 D．3∶1
解析：选C。将试管倒立于水中，只有NO2和H2O反应，生成的NO与不反应的N2为剩余气体。设原气体的体积为V，NO2的体积为x，根据差量法求解：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ΔV
3 1 2
x eq \f(V,2)
解得x＝eq \f(3V,4)，V(N2)＝V－eq \f(3V,4)＝eq \f(V,4)，故eq \f(V（N2）,V（NO2）)＝eq \f(1,3)。
合格考训练
1．下列关于N2的说法中错误的是( )
A．N2化学性质稳定，是因为分子中的氮氮三键很强
B．N2分子的结构稳定，因而N2不能支持任何物质的燃烧
C．N2在反应中既能做氧化剂又能做还原剂
D．实验室可用排水法收集氮气
解析：选B。Mg可在N2中燃烧，故B错。
2．下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是( )
A．氮元素均被氧化
B．工业合成氨属于人工固氮
C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化
D．碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环
解析：选A。A.N2→NH3过程中氮元素由0价变为－3价，被还原。B.工业合成氨的过程属于人工固氮。C.由题图可知硝酸盐被植物吸收可转化为蛋白质，动植物遗体可转化为氨或铵盐，则含氮无机物和含氮有机物可相互转换。D.豆科植物可将N2合成氮肥，生物体内的蛋白质中含有C、H、O元素，所以碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环。
3．下列关于一氧化氮的叙述正确的是( )
A．一氧化氮是一种红棕色气体
B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集
解析：选C。 NO是一种无色不溶于水的气体，可以用排水法收集。常温常压下，NO易与氧气直接化合生成NO2。
4．将一充满NO的试管倒扣于水槽中，然后向试管中通入一定量的O2，最后试管中恰好充满水，则通入的O2与原NO气体的体积比为( )
A．4∶3 B．3∶4
C．4∶1 D．1∶4
解析：选B。根据反应2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，可得4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，即O2和NO的体积比为3∶4时可被水完全吸收转化为HNO3。
5．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，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。
(1)打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
产生此现象的化学方程式为______________________________________________。
(2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为____________________________，________________________________________________________________________。
产生此现象的化学方程式为__________________________________________________。
解析：(1)无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2；(2)轻轻摇动烧瓶，使得NO2与水发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以烧瓶中红棕色气体又变为无色，因为烧瓶内气体减少，引起烧瓶内气体压强降低，所以烧杯内的水会倒吸入烧瓶中，使烧瓶中液面上升。
答案：(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色 2NO＋O2===2NO2
(2)烧瓶中红棕色气体又变为无色 烧杯中的水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升) 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
等级性测试
1．农业上有一句俗语“雷雨发庄稼”，该过程发生的下列变化中不正确的是( )
A．N2＋2O2eq \(=====,\s\up7(放电))2NO2
B．3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
C．2NO＋O2===2NO2
D．HNO3跟土壤中的矿物作用生成硝酸盐
解析：选A。N2和O2在雷电条件下反应生成NO，而不是NO2。
2．下列有关氮气的说法正确的是( )
A．氮气是由氮原子构成的双原子分子，所以化学性质不活泼
B．医学上常用液氮做冷冻剂，在冷冻麻醉条件下做手术，是利用氮气化学性质的不活泼性
C．H2与N2在一定条件下反应生成NH3，反应中N2体现氧化性
D．电闪雷鸣的雨天，雨水中含有一定量硝酸，可能发生的反应有N2＋2O2eq \(=====,\s\up7(放电))2NO2
解析：选C。A项，氮气性质稳定的原因是两个氮原子之间共用三对电子，破坏这种结合时需要很高的能量；B项，液氮汽化时需要吸收大量的热，使周围环境温度降低，与其化学性质的不活泼性无关；C项，化学方程式为N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3，反应中氮元素化合价降低，氮气做氧化剂；D项，N2和O2在放电条件下生成NO，不能直接生成NO2。
3．宇宙飞船的运载火箭的推进器引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体，从火箭尾部喷出。引燃后的高温气体成分有CO2、H2O、N2、NO等，这些气体均无色，但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量的红烟，产生红烟的原因是( )
A．高温下N2遇空气生成NO2
B．NO遇空气反应生成NO2
C．CO2遇NO反应生成NO2
D．NO遇H2O反应生成NO2
解析：选B。根据原高温气体均为无色，但在卫星发射现场却能看到红烟可推知，是因为发生反应：2NO＋O2===2NO2。
4．对反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，下列说法正确的是( )
A．氧化剂与还原剂的质量比为2∶1
B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1
C．NO2是氧化剂，H2O是还原剂
D．在反应中若有6 ml NO2参与反应时，有3 ml电子发生转移
解析：选B。，该反应中，NO2既做氧化剂，又做还原剂，其物质的量之比为1∶2；HNO3为氧化产物，NO为还原产物，其物质的量之比为2∶1；6 ml NO2参加反应时，转移4 ml电子。
5.按如图进行实验，试管内装有12 mL NO，然后间歇而缓慢地通入8 mL O2，下面有关实验最终状态的描述正确的是( )
A．试管内气体呈红棕色
B．试管内气体为无色的NO
C．试管内气体为无色的O2
D．试管内充满了液体
解析：选B。在装有NO的试管内通入O2时依次发生反应2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，将二者整理后相加得总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，由于eq \f(12 mL,8 mL)＝eq \f(3,2)>eq \f(4,3)，即NO过量，试管内剩余气体为无色的NO，液体未充满试管。
6．将40 mL NO2和NO的混合气体通入倒立在水槽中盛满水的试管中，充分反应后试管中剩下20 mL气体，则原混合气体中NO2和NO的体积比为( )
A．2∶1 B．1∶3
C．3∶1 D．1∶1
解析：选C。
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ΔV
3 1 2
30 mL 20 mL
V(NO)＝40 mL－30 mL＝10 mL，V(NO2)∶V(NO)＝30 mL∶10 mL＝3∶1。
7．无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种，将一定量的气体甲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
解析：选B。混合气体无色，气体中不含NO2，气体通过Na2O2后显红棕色，说明原混合气体中含有NO，且有与Na2O2反应生成O2的气体CO2，通入水中，溶液呈酸性，且几乎无气体剩余，说明原气体中不含N2。
8．把少量NO2气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
解析：选C。少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，逸出的气体为NO、CO2，且二者的物质的量之比为1∶2，同时还有少量水蒸气逸出，再使逸出的气体通过装有足量过氧化钠颗粒的干燥管，CO2与过氧化钠反应生成O2，生成的O2与NO反应生成NO2，O2有剩余，同时逸出的少量水蒸气与过氧化钠反应也生成O2，所以最后收集到的气体是NO2和O2。
9．对含有氮氧化物的废气进行处理。
(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O ①
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O ②
在反应①中，氧化剂是________，还原剂是__________。在反应②中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。
(2)在一定条件下氨亦可将氮氧化物转化为无污染的物质。写出氨和二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式：______________________________________________________。
解析：(1)在反应①中NO2中的氮元素化合价降低做氧化剂，NO中的氮元素化合价升高做还原剂；在反应②中氧化剂和还原剂都是NO2，它们的物质的量之比为1∶1。(2)根据质量守恒定律结合题目信息可知，氨和二氧化氮反应后生成的无污染的物质为氮气和水。
答案：(1)NO2 NO 1∶1
(2)6NO2＋8NH3eq \(=====,\s\up7(一定条件))7N2＋12H2O
10．某活动小组利用如图装置验证NO的还原性及探究工业生产硝酸的原理(装置气密性已检查完毕)。
Ⅰ.向广口瓶中通入NO并测定NO的体积
(1)通入NO前，从滴定管向广口瓶中加入水；
(2)从导管a通入一定量的NO，并记录滴定管液面变化的示数为V L(V<0.05，气体体积已换算为标准状况)。
Ⅱ.验证NO的还原性、探究工业生产硝酸的原理
(1)停止通入NO后关闭K1、K3，打开K2，从导管b缓缓通入O2，可观察到的现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
写出对应现象的化学方程式：________________________________________、________________________________________________________________________；
(2)继续通入O2，打开K3并及时调整滴定管；
(3)液面与广口瓶中液面相平，直至广口瓶中刚好充满液体。
①当通入氧气的体积为eq \f(1,2)V L时，则广口瓶中剩余的气体体积为__________；
②当广口瓶中刚好充满液体时，所得溶液的物质的量浓度为________ml·L－1。
解析：Ⅱ.(3)①NO遇到O2生成红棕色的NO2，NO2与水反应生成HNO3和NO，上述两个方程式合并可得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，反应掉NO的体积为V(NO)＝eq \f(4,3)V(O2)＝eq \f(1,2)V L×eq \f(4,3)＝eq \f(2,3)V L，剩余气体体积为eq \f(V,3) L；②生成HNO3的物质的量为n(HNO3)＝n(NO)＝eq \f(V,22.4) ml，c(HNO3)＝eq \f(\f(V,22.4) ml,0.5 L)＝eq \f(V,11.2) ml·L－1。
答案：Ⅱ.(1)气体先变为红棕色，然后逐渐变浅，直至无色 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(3)①eq \f(V,3) L ②eq \f(V,11.2)
课程标准
核心素养
1.结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解N2、NO和NO2的主要性质。
2.认识N2、NO和NO2在生产中的应用和对生态环境的影响。
1.宏观辨识与微观探析：能运用原子结构模型说明氮元素的性质。能说明N2、NO和NO2的性质与应用之间的关系。
2.科学态度与社会责任：具有安全意识，能将化学知识与生产、生活实际结合，赞赏化学对人类生产和生活所做的贡献。
NO
无色、有毒气体，不溶于水
NO2
红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气的大，易液化，易溶于水
实验
装置
实验
操作
在如图注射器里充入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
打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹
振荡注射器
实验
现象
无明显现象
无色气体变为红棕色
红棕色气体变浅至消失，有无色气体生成，注射器活塞向内滑动
化学方程式
2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
思考与讨论
如果要将注射器中的NO充分转化，可再吸入足量的空气
x＝eq \f(V（NO2）,V（O2）)
0
x>eq \f(4,1)
反应情况
O2过量，剩余气体为O2
恰好完全反应，无气体剩余
NO2过量，又发生反应①，剩余气体为NO
x＝eq \f(V（NO）,V（O2）)
0
x>eq \f(4,3)
反应情况
O2过量，剩余气体为O2
恰好完全反应，无气体剩余
NO过量，剩余气体为NO
课堂小结
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