高中人教版 (2019)第二节 氮及其化合物优质导学案

氮及其氧化物（1）

核心知识点一：

一、氮气

1. 氮的固定

将游离态的氮转化为化合态的氮的过程

（1）雷电固氮：

在放电条件下，氮气与氧气可直接化合成无色的一氧化氮气体。生成的一氧化氮常温下与氧气化合成红棕色的二氧化氮气体，二氧化氮溶于水生成硝酸。硝酸随雨水降落，与土壤里的碳酸盐等作用转变为易被作物吸收的硝酸盐。故农谚有“雷雨发庄稼”一说。过程中反应的化学方程式为：___________________________________________。

（2）生物固氮：豆科植物根部的根瘤菌将N2转化为含氮化合物。

（3）工业固氮：

N2＋3H22NH3；

生成的氨气用以制取氨态氮肥或硝酸

2. 氮气

（1）物理性质：无色无味气体，密度比空气略小，难溶于水。

（2）化学性质

写出有关化学方程式：

①3Mg＋N2Mg3N2；

②N2＋3H22NH3；

③N2＋O22NO。

核心知识点二：

二、一氧化氮和二氧化氮

1. NO与NO2性质的比较

【注意】①验证某无色气体为NO的方法是向无色气体中通入O2（或空气），无色气体变为红棕色。

2. 氮氧化物与O2、H2O的反应

①NO和O2通入水中

由2NO＋O2＝2NO2和3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO得总反应为4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3

②NO2和O2混合气体通入水中

由3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO和2NO＋O2＝2NO2得总反应为4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3

核心知识点一：

氮及其化合物的转化关系如图所示。

则下列说法不正确的是（　　）

A. 路线①②③是工业生产硝酸的主要途径

B. 路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径

C. 上述所有标号的反应都是氧化还原反应

D. 氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2

【答案】D

【解析】氮气和氧气在放电或高温条件下反应生成NO，NO与O2反应生成NO2，氮气与氧气不能直接生成NO2。

【考点】氮的固定

一定条件下，含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。

回答下列问题：

（1）氮的原子结构示意图为______________。

（2）图中属于“氮的固定”的是__________（填字母，下同）；转化过程中发生非氧化还原反应的是________。

（3）若“反应h”是在NO2和H2O的作用下实现，则该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为__________。

（4）若“反应i”是在酸性条件下由NO与Zn的作用实现，则该反应的离子方程式为_________________。

【答案】（1）　（2）k和c　a和l　（3）2∶1

（4）4Zn＋2NO＋10H＋＝4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O

【解析】（1）N位于第二周期ⅤA族，其原子结构示意图为。

（2）氮的固定是游离态的氮转化为化合态的氮，根据循环图可知，属于氮的固定的是k和c；发生非氧化还原反应，说明反应前后各元素化合价没有发生变化，则属于非氧化还原反应的是a和l。

（3）反应h的化学方程式为3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO，HNO3是氧化产物，NO是还原产物，因此氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶1。

（4）根据信息，Zn＋H＋＋NO―→Zn2＋＋N2O↑＋H2O，根据电荷守恒、得失电子守恒以及原子守恒得离子方程式为4Zn＋2NO＋10H＋＝4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O。

【考点】氮气的固定

核心知识点二：

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（　　）

A. 1. 2 mL，NO  B. 2. 4 mL，O2

C. 3. 5 mL，O2  D. 4 mL，NO

【答案】A

【解析】解题依据的化学反应原理为

4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3

3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO

设O2的体积为x。剩余的气体有两种可能：

①若剩O2，则V剩＝x－（12 mL－x）＝2 mL，

解得x＝4 mL，选项B、C不正确。

②若剩NO，则V剩＝[（12 mL－x）－4x]＝2 mL，

解得x＝1. 2 mL，选项D不正确。

【考点】氮氧化合物与氧气反应计算

木炭与浓硫酸共热产生的气体X和铜与浓硝酸反应产生的气体Y同时通入盛有足量氯化钡溶液的洗气瓶中（如图装置），下列有关说法不正确的是（    ）

A. 在Z导管口有红棕色气体出现

B. 从Z导管出来的气体中有二氧化碳

C. 洗气瓶中产生的沉淀是硫酸钡

D. 洗气瓶中产生的沉淀是碳酸钡

【答案】D

【解析】木炭与浓硫酸共热产生的X气体为CO2和SO2的混合气体，铜与浓硝酸反应产生的Y气体是NO2，洗气瓶中发生反应SO2+H2O+NO2 ＝ H2SO4 + NO，故洗气瓶中产生的是硫酸钡沉淀，Z处逸出的气体中有CO2和NO。反应生成的NO在乙导管口与空气中的氧气反应生成红棕色的NO2，故A正确；因CO2不与氯化钡溶液反应，从导管中逸出，则Z导管出来的气体中含有二氧化碳，故B正确、D错误；因为发生反应SO2+H2O+NO2＝H2SO4+NO，H2SO4能与BaCl2反应生成BaSO4，所以洗气瓶中产生的沉淀是硫酸钡，故C正确。

【考点】氮及其化合物的性质

（答题时间：25分钟）

1. 氮气能大量存在于空气中的根本原因是（　　）

A. 氮气性质稳定，即使在高温下也不与其他物质发生反应

B. 氮气比空气轻且不溶于水

C. 氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定

D. 氮气既无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应

2. 如图所示，集气瓶内充满某混合气体，将集气瓶置于光亮处，然后挤压胶头滴管使胶头滴管内的水进入集气瓶，发现烧杯中的水会倒吸进入集气瓶，则集气瓶内的混合气体可能是（　　）

①CO、O2　②NO、O2　③NO2、O2　④N2、H2

A. ①②  B. ②④

C. ③④  D. ②③

3. 下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是（　　）

A. 由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体

B. 红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应

C. 由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物

D. ③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应

4. 氮的某种氧化物和一氧化碳在催化剂的作用下充分反应，生成氮气和二氧化碳。若测得氮气和二氧化碳的物质的量之比为1∶2，则这种氮的氧化物是（　　）

A. N2O  B. NO2

C. NO  D. N2O5

5. 如图所示，当向试管内通入21 mL O2时，最后试管中的液面仍在原来的位置，则原试管中NO体积为（　　）

A. 6 mL                    B. 12 mL

C. 16 mL                   D. 18 mL

6. 一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的（　　）

A.            B.             C.            D.

7. 某课外活动小组按如下图装置探究有关物质的性质。

（1）装置的气密性检查；关闭________，打开________（填“K1”、“K2”或“K3”），若一段时间后__________________，则装置气密性良好。

（2）实验验证NO化学性质的现象是________________，反应的化学方程式为______________________。

（3）关闭K2、打开K3，预期有“喷泉”现象，验证了另一种物质的化学性质。写出反应的化学方程式并标出电子转移的方向和数目__________________________________。

（4）有关“喷泉”的叙述正确的是（填序号）________。

A. 用手（或热毛巾）捂热烧瓶有助于引发“喷泉”

B. “喷泉”的形成说明烧瓶中的气体易溶于水

C. “喷泉”终止时烧瓶中几乎充满液体

D. 最终烧瓶中溶液的物质的量浓度约为1/22. 4 mol·L－1

1.【答案】C

【解析】N2性质稳定，但高温下可与O2等物质发生反应，在反应中表现出氧化性或还原性；氮气比空气轻且不溶于水并不是N2能大量存在于空气中的根本原因；N2能大量存在于空气中的根本原因是氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定。

2.【答案】D

【解析】①CO和O2在光照条件下不反应，且均难溶于水，不符合题意；②NO与O2可发生反应2NO＋O2＝2NO2、3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO，生成物易溶于水且气体分子数减少，符合题意；③在O2存在的条件下，NO2可与水发生反应：4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3，生成物溶于水且气体分子数减少，符合题意；④N2和H2在光照条件下不反应，且均难溶于水，不符合题意。

3.【答案】D

【解析】①中灼热碎玻璃起加热作用，浓硝酸受热分解生成红棕色NO2，硝酸中氮元素化合价降低，必有元素化合价升高，只能为氧元素，因此，还有O2生成，产生的气体为混合气体，A项正确；由①可知，浓硝酸受热分解可生成红棕色气体，所以②中产生的“红棕色气体”不一定是木炭与浓硝酸发生反应产生的，B项正确；③中浓硝酸挥发才能与红热木炭接触，产生的NO2是还原产物，C项正确；红热的木炭还可与空气中的O2反应生成CO2，不一定是木炭与浓硝酸发生反应生成了CO2，D项错误。

4.【答案】C

【解析】设这种氮的氧化物的化学式为NxOy，反应的化学方程式为2NxOy＋2yCO＝xN2＋2yCO2，根据题意得x∶2y＝1∶2，x∶y＝1∶1。

5.【答案】B

【解析】此类题可用NO和O2溶于水的关系式：4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3解题。当V（NO）∶V（O2）＝4∶3时，混合气体完全与水反应，无气体剩余；当V（NO）∶V（O2）≠4∶3时，可能O2剩余或NO剩余。据题意可推知O2剩余，且剩余量与原NO体积相同。设原试管中NO为x mL，则有4∶3＝x∶（21－x），解得x＝12。

6.【答案】C

【解析】NO、O2、H2O之间的反应，先判断是否过量，若过量，找出剩余的气体，计算其体积是多少，最后算出剩余气体的体积占原总体积的分数。由方程式4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3计算，NO和O2等体积混合，剩余O2体积的，是原混合气体的。

7.【答案】（1）K3　K1、K2　储气瓶中水面不再上升

（2）烧瓶中出现红棕色气体　2NO＋O2＝2NO2

（3）

（4）A

【解析】（1）关闭K3，打开K1、K2，若装置气密性良好，则一段时间后储气瓶中水面不再上升。

（2）本实验验证了2NO＋O2＝2NO2，故烧瓶中应出现红棕色气体。

（3）“喷泉”现象表明烧瓶中形成负压，因而验证了NO2与水的反应：

（4）用手（或热毛巾等）捂热烧瓶，排出导管中的空气，使NO2与水接触起反应，烧瓶中形成负压从而引发“喷泉”，A正确；B不正确，这里验证的是NO2与水的反应。C不正确，由于K2关闭，由上述反应可知烧瓶中液体约为烧瓶容积的2/3。D不正确，若实验在标准状况下进行，且不考虑溶质的扩散，最终烧瓶中溶液的物质的量浓度约为1/22. 4 mol·L－1。