2019高考化學(xué) 第4章（非金屬及其化合物）第4節(jié) 氮及其重要化合物 考點（1）氮氣及其常見氧化物講與練（含解析）.doc

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非金屬及其化合物 李仕才 考點一　氮氣及其常見氧化物 1．氮元素在自然界中的存在及氮的固定 2．氮氣 (1)分子式：N2，電子式：N??N，結(jié)構(gòu)式：N≡N。 (2)物理性質(zhì)：無色無味的氣體，密度比空氣略小，難溶于水，熔點、沸點很低。 (3)化學(xué)性質(zhì) ①與氧氣反應(yīng)：N2＋O22NO(導(dǎo)致汽車尾氣中產(chǎn)生氮的氧化物和雷電固氮)； ②與氫氣反應(yīng)：N2＋3H22NH3(工業(yè)合成氨的反應(yīng)原理)； ③與Mg反應(yīng)：3Mg＋N2Mg3N2。 3．氮的氧化物 (1)氮的氧化物 氮有多種價態(tài)的氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等，其中屬于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。 (2)NO和NO2性質(zhì)的比較 判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”) 1．NO2溶于水時生成HNO3，故NO2是硝酸的酸酐。(　　) 2．CO、NO、NO2都是大氣污染氣體，在空氣中都能穩(wěn)定存在。(　　) 3．NO2溶于水時發(fā)生氧化還原反應(yīng)。(　√　) 4．NO2通入FeSO4溶液中始終無明顯現(xiàn)象。(　　) 5．NO2溶于水時，NO2是氧化劑，水是還原劑，二者的物質(zhì)的量之比為3∶1。(　　) 6．溴蒸氣和NO2都為紅棕色氣體用濕潤的淀粉－KI試紙可以鑒別。(　　) 7．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，6.72 L NO2與水充分反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為0.1NA。(　　) 8．制二氧化氮時，用水或NaOH溶液吸收尾氣。(　　) 1．氮的氧化物都有毒，其中NO2與N2O4存在下列平衡：2NO2N2O4，因此實驗測得NO2的平均相對分子質(zhì)量總大于46，也沒有純凈NO2和N2O4氣體。 2．驗證某無色氣體是NO的方法是讓無色氣體接觸氧氣或空氣，無色氣體變?yōu)榧t棕色。 3．NO2、NO可用堿液處理，如NaOH溶液吸收原理為NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O、2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。 4．NO2雖然與水反應(yīng)生成HNO3，但不是硝酸的酸酐。NO2既有氧化性又有還原性，以氧化性為主。如NO2能使?jié)駶櫟牡矸郏饣浽嚰堊兯{：2NO2＋2KI===2KNO2＋I2。 5．鑒別NO2和溴蒸氣常用①AgNO3溶液、②H2O、③CCl4。 一、氮及其氧化物的性質(zhì)及其對環(huán)境的影響 1．關(guān)于氮的變化關(guān)系圖如圖： 則下列說法不正確的是(　　) A．路線①②③是工業(yè)生產(chǎn)硝酸的主要途徑 B．路線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷電固氮生成硝酸的主要途徑 C．上述所有反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng) D．上述反應(yīng)中只有③屬于氮的固定 解析：工業(yè)上生產(chǎn)硝酸的流程是氮氣和氫氣生成氨氣，氨氣與氧氣反應(yīng)4NH3＋5O24NO＋6H2O路線①，一氧化氮與氧氣反應(yīng)2NO＋O2===2NO2路線②，二氧化氮被水吸收3NO2＋H2O===2HNO3＋NO路線③，路線①②③是工業(yè)生產(chǎn)硝酸的主要途徑，A正確；在放電條件下，氮氣和氧氣發(fā)生化合反應(yīng)：N2＋O22NO路線Ⅰ；NO不穩(wěn)定，易被氧氣氧化為二氧化氮：2NO＋O2===2NO2路線Ⅱ，二氧化氮溶于水生成硝酸：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO路線Ⅲ，B正確；從氮的變化關(guān)系圖可知：N從N2(0價)→NO(＋2價)→NO2(＋4價)→HNO3(＋5價)，都是氧化還原反應(yīng)，C正確；上述反應(yīng)中空氣中的氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)楹衔?，符合氮的固定的定義，屬于氮的固定，②③含氮化合物轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)，是氮的化合物之間的轉(zhuǎn)化，不是氮的固定，D錯誤。 答案：D 2．下列說法正確的是(　　) A．CO、NO、NO2都是大氣污染物，在空氣中都能穩(wěn)定存在 B．NO可用于某些疾病的治療 C．NO2通入FeSO4溶液中始終無明顯現(xiàn)象 D．NO是一種紅棕色氣體 解析：NO易被氧化為NO2；NO2通入溶液中生成HNO3，能把Fe2＋氧化成Fe3＋，溶液由淺綠色變成棕黃色；NO為無色氣體。 答案：B 3．隨著我國汽車年銷量的大幅增加，空氣環(huán)境受到了很大的污染。汽車尾氣裝置里，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的過程如圖所示，下列說法正確的是(　　) A．反應(yīng)中NO為氧化劑，N2為氧化產(chǎn)物 B．汽車尾氣的主要污染成分包括CO、NO和N2 C．NO和O2必須在催化劑表面才能反應(yīng) D．催化轉(zhuǎn)化總化學(xué)方程式為2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2 解析：反應(yīng)過程中NO、O2為氧化劑，N2為還原產(chǎn)物；汽車尾氣中的N2不是污染物；NO和O2的反應(yīng)不需要催化劑；根據(jù)題中的圖示，可將反應(yīng)的過程分成如下兩步寫：2NO＋O2===2NO2,2NO2＋4CO===N2＋4CO2，將兩步反應(yīng)式合并可得總化學(xué)方程式為2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2。 答案：D 4．已知化學(xué)反應(yīng)：①2NO＋2CON2＋2CO2，②NO2＋SO2NO＋SO3。下列說法正確的是(　　) A．反應(yīng)①可用于汽車尾氣處理，NO是還原劑，CO2是氧化產(chǎn)物 B．反應(yīng)②是非氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體分子總數(shù)不變 C．反應(yīng)②中，NO2的氧化性比SO2的氧化性強 D．利用上述兩反應(yīng)處理尾氣，能達到保護環(huán)境要求 解析：反應(yīng)①中N元素的化合價由＋2價降為0，被還原作氧化劑，A錯誤；反應(yīng)②中，N、S元素的化合價均發(fā)生了變化，為氧化還原反應(yīng)，B錯誤；反應(yīng)②中的產(chǎn)物NO、SO3均是污染物，D錯誤。 答案：C 5．下列反應(yīng)必須加入氧化劑且一步反應(yīng)就能完成的是(　　) ①N2→NO2　②NO2→NO?、跱O2→HNO3?、躈2→NO ⑤N2→NH3 A．①　　　　B．②⑤　　　C．④　　　　D．③④ 解析：本題有兩個要求：(1)必須加入氧化劑；(2)一步反應(yīng)就能完成。反應(yīng)①、③、④從化合價角度來看都升高，但反應(yīng)①N2→NO2不能一步反應(yīng)完成；而反應(yīng)③NO2→HNO3，雖然氮的化合價升高，但不加氧化劑也能實現(xiàn)，如3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在該反應(yīng)中，NO2既是氧化劑又是還原劑；只有反應(yīng)④N2→NO必須加入氧化劑且一步反應(yīng)就能完成。 答案：C 二、氮及其氧化物的簡單計算 6．已知氮的氧化物跟NaOH溶液發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下： 3NO2＋2NaOH===2NaNO3＋NO＋H2O；NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O；現(xiàn)有m mol NO2和n mol NO組成的混合氣體，要用NaOH溶液使其被完全吸收無氣體剩余，現(xiàn)有濃度為a molL－1的NaOH溶液，則需此NaOH溶液的體積為(　　) A. L B. L C. L D. L 解析：生成物不論是硝酸鈉還是亞硝酸鈉，根據(jù)原子守恒可知氫氧化鈉的物質(zhì)的量就是NO2和NO的物質(zhì)的量之和，則氫氧化鈉是(m＋n) mol，則氫氧化鈉溶液的體積為(m＋n)/a L。 答案：C 7．如圖所示，試管中盛裝的是紅棕色氣體(可能是混合物)，當(dāng)?shù)箍墼谑⒂兴乃壑袝r，試管內(nèi)水面上升，但不能充滿試管，當(dāng)向試管內(nèi)鼓入氧氣后，可以觀察到試管中水柱繼續(xù)上升，經(jīng)過多次重復(fù)后，試管內(nèi)完全被水充滿，原來試管中盛裝的氣體是(　　) A．可能是N2與NO2的混合氣體 B．只能是O2與NO2的混合氣體 C．可能是NO與NO2的混合氣體 D．只能是NO2一種氣體 解析：解答本題要注意以下兩點：(1)明確氮氣不溶于水，且常溫下不與O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；(2)NO2可與水反應(yīng)生成不溶于水的NO，NO2和NO分別與氧氣按適當(dāng)?shù)谋壤杀凰耆铡? 答案：C 8．氮的氧化物(用NOx表示)是大氣污染物，必須進行處理。 (1)汽車尾氣主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物質(zhì)，這種尾氣逐漸成為城市空氣污染的主要來源之一。 ①汽車尾氣中的CO來自于_____________________________， NO來自于___________________________________________。 汽車尾氣對環(huán)境的危害主要有____________________________ ____________________________________________(至少填兩種)。 ②汽車尾氣中的CO、NOx在適宜溫度下采用催化轉(zhuǎn)化法處理，使它們相互反應(yīng)生成參與大氣循環(huán)的無毒氣體，反應(yīng)的化學(xué)方程式可表示為___________________________________________。 (2)用氨可將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無毒氣體。已知：4NH3＋6NO5N2＋6H2O,8NH3＋6NO27N2＋12H2O。同溫同壓下，3.5 L NH3恰好將3.0 L NO和NO2的混合氣體完全轉(zhuǎn)化為N2，則原混合氣體中NO和NO2的體積之比是________。 (3)工業(yè)尾氣中氮的氧化物常采用堿液吸收法處理，若NO與NO2按物質(zhì)的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后得到一種鈉鹽，該鈉鹽的化學(xué)式是________。 解析：(1)①汽車汽缸內(nèi)不斷進行著汽油的燃燒反應(yīng)，當(dāng)空氣不足時，汽油不完全燃燒，會產(chǎn)生CO；當(dāng)空氣過量時，N2和O2在放電或高溫條件下反應(yīng)生成NO。汽車尾氣對環(huán)境的危害很大，可以形成硝酸型酸雨，導(dǎo)致光化學(xué)煙霧，產(chǎn)生溫室效應(yīng)。②CO、NOx反應(yīng)后生成的無毒氣體為CO2和N2。(2)V(NO)＋V(NO2)＝3.0 L，V(NO)＋V(NO2)＝3.5 L，則V(NO)＝0.75 L，V(NO2)＝2.25 L，V(NO)∶V(NO2)＝1∶3。(3)NO中氮的化合價為＋2價，NO2中氮的化合物為＋4價，二者1∶1混合時與NaOH反應(yīng)生成鹽的化合價必然為＋3價，即為NaNO2。 答案：(1)①汽油的不完全燃燒　N2與O2在汽車汽缸內(nèi)的高溫環(huán)境下的反應(yīng)　形成酸雨、導(dǎo)致光化學(xué)煙霧、產(chǎn)生溫室效應(yīng)(任寫兩種即可) ②2xCO＋2NOx2xCO2＋N2 (2)1∶3　(3)NaNO2 氮的氧化物溶于水的計算 一、原理 解答氮氧化物溶于水的計算問題首先明確原理，無論是單一氣體(NO2)，還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體，反應(yīng)的實質(zhì)是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,2NO＋O2===2NO2，故若有氣體剩余只能是NO或O2，不能是NO2。 二、方法 氮的氧化物與O2、H2O反應(yīng)的計算，常見的有三種方法 1 加合式法 (1)NO2和O2混合氣體溶于水的計算 由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知： V(NO2)∶V(O2) (2)NO與O2同時通入水中 2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 總的化學(xué)方程式為4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 可知： V(NO)∶V(O2) (3)NO2、NO、O2三種混合氣體通入水中： ①可先將NO和O2轉(zhuǎn)化為NO2，再按上述各種情況分別處理。 ②也可先將NO2和H2O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情況處理。 2 原子守恒法 4NO2＋O2和4NO＋3O2從組成上均相當(dāng)于2N2O5的組成，都與N2O5＋H2O===2HNO3等效。當(dāng)NO、NO2、O2的混合氣體溶于水時利用混合氣體中N、O原子個數(shù)比進行分析判斷。 n(N)∶n(O) 3 電子守恒法 NO與O2的混合氣體通入水中發(fā)生反應(yīng)：2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在這當(dāng)中，存在著NO向NO2轉(zhuǎn)化、NO2向HNO3轉(zhuǎn)化的同時又生成NO的循環(huán)反應(yīng)。但總體來講，NO→HNO3，N的化合價升高是由于被O2氧化，因此可寫出在氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)必然相等。 1．將盛有12 mL NO2和O2的混合氣體的量筒倒立于水槽中，充分反應(yīng)后，還剩余2 mL無色氣體，則原混合氣體中O2的體積和剩余的2 mL氣體分別是(　　) A．1.2 mL，NO　 B．2.4 mL，O2 C．3.5 mL，O2 D．4 mL，NO 解析：解題依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)原理： 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3， 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 設(shè)O2的體積為x，剩余的氣體有兩種可能： ①若剩O2，則V剩＝x－(12 mL－x)＝2 mL，解得x＝4 mL，B、C錯誤； ②若剩NO，則V剩＝[(12 mL－x)－4x]＝2 mL，解得x＝1.2 mL，D錯誤，A正確。 答案：A 2．如圖，同溫同壓下，反應(yīng)完全后有氧氣剩余的是(　　) A．試管通入了40 mL NO2和10 mL O2 B．試管通入了40 mL NO和10 mL O2 C．試管通入了40 mL NO、10 mL NO2和10 mL O2 D．試管通入了10 mL NO、20 mL NO2和20 mL O2 解析：A項，n(N)∶n(O)＝4∶10，恰好完全反應(yīng)；B項，n(N)∶n(O)＝4∶6，剩余氣體為NO；C項，n(N)∶n(O)＝5∶8，剩余氣體為NO；D項，n(N)∶n(O)＝3∶9，剩余氣體為O2。 答案：D 3．室溫時，在容積為a mL的試管中充滿NO2氣體，然后倒置在水中至管內(nèi)水面不再上升時為止；再通入b mL O2，則管內(nèi)液面又繼續(xù)上升，測得試管內(nèi)最后剩余氣體為c mL，且該氣體不支持燃燒。則a、b、c的關(guān)系是(　　) A．a(chǎn)＝4b＋3c B．a(chǎn)＝4b＋c C．a(chǎn)∶b＝4∶1 D．a(chǎn)∶b＝4∶3 解析：剩余氣體不支持燃燒，故為NO氣體，即相當(dāng)于NO2與O2混合作用于水時剩余3c mL NO2， 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 4　　　1 (a－3c) b 則4∶1＝(a－3c)∶b 整理得a＝4b＋3c。 答案：A 4．將充有a mL NO和b mL NO2氣體的試管倒立于水槽中，然后通入a mL O2。氣體體積均在同溫同壓下測定，且b>a，則充分反應(yīng)后，試管中氣體在同溫同壓下的體積為(　　) A. mL　B. mL　C. mL　D. mL 解析：已知反應(yīng)4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3,4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3；由這兩個反應(yīng)可得NO＋NO2＋O2＋H2O===2HNO3，b>a，則同溫同壓下反應(yīng)中NO2過量(b－a) mL，而過量的NO2與水反應(yīng)生成 mL NO。 答案：A 5．同溫同壓下，在3支相同體積的試管中分別充有等體積混合的2種氣體，它們是①NO和NO2，②NO2和O2，③NH3和N2。將3支試管均倒置于盛水的水槽中，充分反應(yīng)后，試管中剩余氣體的體積分別為V1、V2、V3，則下列關(guān)系正確的是(　　) A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2 C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2 解析：設(shè)各種氣體的體積都為1體積。①根據(jù)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，即剩余NO體積V1＝體積。②根據(jù)4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，即剩余O2體積V2＝體積。③剩余N2體積V3＝1體積。即B項符合題意。 答案：B