2020版高考新创新一轮复习化学通用版学案：第四章第四节氮及其化合物

第四节
氮及其化合物

1.了解氮元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。
2．了解氮元素单质及其重要化合物对环境的影响。
3．掌握氨气的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。
4．了解化学与生活、材料、能源、环境、生命、信息技术等的关系。
5．了解“绿色化学”的重要性。

考点(一)　氮及其氧化物 【点多面广精细研】

1．氮气的结构与性质
(1)氮元素的存在与氮的固定

(2)N2的物理性质
无色、无味气体，密度比空气略小，难溶于水。
(3)N2的化学性质
①与氧气反应：N2＋O22NO。
②与氢气反应：N2＋3H22NH3。
③与镁反应：3Mg＋N2Mg3N2。
2．氮的氧化物的种类与性质
(1)氮有多种价态的氧化物
如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等。其中属于硝酸酸酐的是N2O5。
(2)NO与NO2性质的比较

NO
NO2
氮的价态
＋2价
＋4价
物理性质
无色、不溶于水的气体
红棕色、有刺激性气味的气体，易液化，易溶于水
化
学
性
质




与O2
反应
2NO＋O2===2NO2
不反应
与H2O反应
不反应
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
与H2O、
O2反应
4NO＋2H2O＋3O2===4HNO3
4NO2＋2H2O＋O2===4HNO3
氧化性
有氧化性，但通常情况下表现出还原性
强氧化性，在溶液中能氧化S2－、I－、Fe2＋等离子
对环境
的影响
有毒，大气污染物之一
有毒，大气污染物之一
实验室制取原理及收集方法
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O(排水法收集)
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O(向上排空气法收集)
(3)氮氧化物对环境的污染
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，产生了一种有毒的烟雾。
②酸雨：NOx排入大气中，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。
③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。
④NO与血红蛋白结合使人中毒。
[小题练微点]
判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮属于氮的固定，是化学变化(　　)
(2)汽车尾气中的氮氧化合物是由游离态氮转化来的(　　)
(3)氮元素有负化合价、正化合价和零价，因而常温下，N2既能与氧气反应，又能与H2反应(　　)
(4)在实验室里，NO和NO2均用排水法收集(　　)
(5)可用NO2与水反应制取硝酸，故NO2是酸性氧化物(　　)
(6)通过灼热的镁粉，可除去N2中的少量氧气(　　)
(7)NO2溶于水时，NO2是氧化剂，水是还原剂(　　)
(8)溴蒸气和NO2都是红棕色气体，不能用湿润的淀粉­KI试纸和NaOH溶液鉴别，可用AgNO3溶液或蒸馏水或CCl4鉴别(　　)
(9)(2016·全国卷Ⅰ)用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO(　　)
(10)(2015·全国卷Ⅰ)密闭容器中2 mol NO与1 mol O2充分反应，产物的分子数为2NA(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)× (8)√　(9)×　(10)×
[学霸微提醒]
(1)氮的氧化物都有毒，其中NO2与N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，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的方法是向无色气体中通入O2(或空气)，无色气体变为红棕色。


NOx的污染治理
1.(2018·全国卷Ⅱ)研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关(如图所示)。下列叙述错误的是(　　)

A．雾和霾的分散剂相同
B．雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵
C．NH3是形成无机颗粒物的催化剂
D．雾霾的形成与过度施用氮肥有关
解析：选C　雾和霾的分散剂都是空气，A项正确；雾霾中的无机颗粒物含有硝酸铵和硫酸铵，B项正确；NH3参与反应生成铵盐，是反应物，不是催化剂，C项错误；过度施用氮肥会增加大气中氨的含量，D项正确。
2．(2018·天津高考)烟道气中的NOx是主要的大气污染物之一，为了监测其含量，选用如下采样和检测方法。回答下列问题：
Ⅰ.采样

采样步骤：
①检验系统气密性；②加热器将烟道气加热至140 ℃；
③打开抽气泵置换系统内空气；④采集无尘、干燥的气样；⑤关闭系统，停止采样。
(1)A中装有无碱玻璃棉，其作用为________________。
(2)C中填充的干燥剂是(填标号)________。
a．碱石灰　　　 B．无水CuSO4　　　　c．P2O5
(3)用实验室常用仪器组装一套装置，其作用与D(装有碱液)相同，在虚线框中画出该装置的示意图，标明气体的流向及试剂。
(4)采样步骤②加热烟道气的目的是_________________
________________________。
Ⅱ.NOx含量的测定
将v L气样通入适量酸化的H2O2溶液中，使NOx完全被氧化成NO，加水稀释至100.00 mL。量取20.00 mL该溶液，加入v1 mL c1 mol·L－1 FeSO4标准溶液(过量)，充分反应后，用c2 mol·L－1 K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2＋，终点时消耗v2 mL。
(5)NO被H2O2氧化为NO的离子方程式为______________________________________
________________________________________________________________________。
(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有________________。
(7)滴定过程中发生下列反应：
3Fe2＋＋NO＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋2H2O
Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
则气样中NOx折合成NO2的含量为__________ mg·m－3。
(8)判断下列情况对NOx含量测定结果的影响(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
若缺少采样步骤③，会使测定结果________。
若FeSO4标准溶液部分变质，会使测定结果________。
解析：(1)装置A是过滤器，装有无碱玻璃棉的作用是过滤除去粉尘。(2)C中填充的是干燥剂，除去H2O且不能与NOx反应，所以应选有酸性、干燥能力强的P2O5。(3)D装置中装有碱液，用于除去NOx，作用与实验室中的洗气瓶相同，该装置的示意图见答案。(4)烟道气中有水，采样步骤②加热器将烟道气加热至140 ℃的目的是防止NOx溶于冷凝水。(5)NO被H2O2氧化为NO，H2O2的还原产物为H2O，离子方程式为2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO＋2H2O。(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有锥形瓶、滴定管，因为该滴定液呈酸性，所以选用酸式滴定管。(7)滴定过程中发生反应：3Fe2＋＋NO＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋2H2O、Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，与Cr2O反应的Fe2＋的物质的量为6c2v2×10－3 mol，标准液中Fe2＋的物质的量为c1v1×10－3 mol，则与NO反应的Fe2＋的物质的量为(c1v1－6c2v2)×10－3mol，NO的物质的量为 mol，则v L气样中折合成NO2的含量为 mol×46 g·mol－1××1 000 mg·g－1×1 000 L·m－3＝×104 mg·m－3。(8)若缺少采样步骤③，系统内存在空气，会使收集的气样中NOx偏少，测定结果偏低。若FeSO4标准溶液部分变质，溶液中的Fe2＋浓度减小，消耗的K2Cr2O7标准溶液体积减小，使测定结果偏高。
答案：(1)除尘　(2)c
(3)　(4)防止NOx溶于冷凝水
(5)2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO＋2H2O
(6)锥形瓶、酸式滴定管　(7)×104
(8)偏低　偏高
[方法规律]　NOx尾气的处理
(1)碱液吸收法
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O，
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，
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)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。反应方程式为
①4NH3＋6NO5N2＋6H2O；
②8NH3＋6NO27N2＋12H2O；
③2NO＋2CON2＋2CO2；
④2NO2＋4CON2＋4CO2。

氮的氧化物与O2、H2O反应的计算
3.在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为(　　)
①1.2 mL　②2.4 mL　③3 mL　④4 mL
A．①②　　　　　　　　 B．②③
C．③④ D．①④
解析：选D　混合气体通入水中，涉及的反应有①4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。若12 mL全部为NO2，发生反应②，剩余气体4 mL大于实际剩余气体2 mL，故剩余气体为NO或O2。若剩余的气体是O2，则V(NO2)＝×(12－2)mL＝8 mL，V(O2)＝12 mL－8 mL＝4 mL。若剩余的气体是NO(2 mL)⇒6 mL NO2，则V(O2)＝×(12－6)mL＝1.2 mL。
4．(2019·石家庄二中模拟)将充有m mol NO和n mol NO2气体的试管倒立于水槽中，然后通入m mol O2，若已知n＞m，则充分反应后，试管中的气体在同温同压下的体积为(　　)
A. B.
C. D．3(n－m)
解析：选B　根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO知，n mol NO2气体反应后生成 mol NO气体，再根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3得∶m＞4∶3，则知NO过量，故剩余的体积为－＝。
5．氮氧化合物(用NOx表示)是大气污染的重要因素，根据NOx的性质特点，开发出多种化学治理氮氧化合物污染的方法。
(1)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知：4NH3＋6NO5N2＋6H2O,8NH3＋6NO27N2＋12H2O。同温同压下，3.5 L NH3恰好将3.0 L NO和NO2的混合气体完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的体积之比是__________。
(2)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。
①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：____________________________________________________________________。
②NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是___________________________________________________。
解析：(1)设NO的体积为V(NO)，NO2的体积为V(NO2)，依据方程式知，处理NO需NH3：V(NO)，处理NO2需NH3：V(NO2)，则，解得V(NO)＝0.75 L，V(NO2)＝2.25 L，V(NO)∶V(NO2)＝1∶3。(2)①生成两种钠盐，必然是NO2的歧化反应，依据量的关系可知两种盐分别为NaNO3和NaNO2。②NO中氮的化合价为＋2价，NO2中氮的化合价为＋4价，二者1∶1 混合时与NaOH反应生成一种钠盐，依据电子守恒可知，钠盐中氮的化合价为＋3，即为NaNO2。
答案：(1)1∶3　(2)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O　②NaNO2
[方法规律]
氮的氧化物与O2、H2O反应的3种计算方法
1．关系式法
(1)NO和O2混合气体通入水中
由2NO＋O2===2NO2和3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。

(2)NO2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。

(3)NO、NO2和O2三种混合气体通入水中
先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算出生成的NO体积，然后加上原来混合气体中NO体积，再按①计算。
2．电子守恒法
当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。
3．原子守恒法
4NO2＋O2和4NO＋3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，都与N2O5＋H2O===2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。


1.我国“神舟 11 号”宇宙飞船的运载火箭的推进剂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，这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量“红烟”，产生“红烟”的原因是(　　)
A．“红烟”是 Fe2O3
B．NO 与 H2O 反应生成
C．CO2 与 NO 反应生成 NO2
D．NO 遇空气生成 NO2

巧用平衡思想理解NO2气体存在形式
2NO2N2O4　ΔH