1、第04讲氮和氮的氧化物模块 一氮气知识精讲一、氮元素的“位构性”元素位置原子结构元素性质第二周期第VA族不容易得失电子，一般通过共用电子对与其他原子结合主要化合价：_【答案】-3、0、+2、+4、+5二、氮元素的存在形式三、自然界中氮的循环四、氮气的物理性质和化学性质物理性质氮气是一种无色无味的气体，难溶于水，密度与空气相近。化学性质【答案】N2 + O2 2NO N2 + 3H2 2NH3 N2 + 3Mg Mg3N2五、氮的固定1概念：把空气中游离态的氮转变为氮的化合物的过程。2分类：（1）自然固氮：大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物，或豆科植物根瘤菌将氮气转化为氨。
2、（2）人工固氮：如工业合成氨。模块二 一氧化氮、二氧化氮一、NO、NO2的性质NONO2物理性质无色、有毒气体、不溶于水_色、有刺激性气味、有毒气体、易溶于水化学性质常温下易与O2反应：_与水反应，制硝酸：_自身化合：2NO2N2O4【答案】红棕 2NO + O2= 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO思考与交流（1）NO、NO2是酸性氧化物吗？（2）如何收集NO、NO2气体？（3）氮氧化物可造成什么环境污染问题？【答案】（1）不是。N2O3和N2O5才是酸性氧化物。（2）NO用排水法，NO2用向上排空气法（3）酸雨、光化学烟雾实验探究NO2溶于水实验操作实验现象实验结论在
3、一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器无明显现象NO不溶于水打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹无色气体变为红棕色，注射器活塞向左移动NO与O2反应生成红棕色的NO2振荡注射器红棕色气体变为无色，注射器活塞继续向左移动NO2溶于水生成无色的NO题型一：氮的固定【例1】起固定氮作用的化学反应是A氮气与氢气在一定条件下反应生成氨气B一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮C氨气经催化氧化生成一氧化氮D由氨气制碳酸氢铵和硫酸铵【答案】A【分析】氮的固定是指将游离态的氮转变为化合态的氮。【详解】A. 氮元素由游离态转化为化合态，故A正确；B
4、. 氮元素始终是化合态，故B错误；C. 氮元素始终是化合态，故C错误；D. 氮元素始终是化合态，故D错误；答案选A。题型二：氮的循环【变2-2】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。（1）循环图中能够说明含氮有机物可以转化为无机物的是_(填转化序号)。（2）循环图中转化的反应之一可表示为N+2O2X+2H+H2O，写出X的化学式：_。（3）下列有关氮循环说法正确的是_。a图中转化都属于氮的固定b雷雨天气容易发生转化的过程c动植物蛋白质中一定含有氮元素（4）氨气与二氧化氮在一定条件下可以发生反应，生成参与大气循环的物质，写出反应的化学方程式：_。【
5、答案】（1）（2）N（3）bc（4）8NH3+6NO27N2+12H2O【解析】（1）氮循环中铵盐和蛋白质可相互转化，铵盐属于无机物，蛋白质属于有机物，含氮有机物可以转化为无机物的是转化；（2）由质量守恒定律可知，生成物和反应物的原子差1个N和3个O原子，结合电荷守恒，可知X的化学式为：N；（3）a氮的固定是将氮元素的单质转化为化合物的过程，转化是化合态转为另一个化合态，不属于氮的固定，a错误；b雷雨天气下氮气与氧气在闪电作用下反应生成NO，再经氧化等系列反应发生转化的过程，b正确；c蛋白质的组成元素中一定含氮元素，则动植物蛋白质中一定含有氮元素，c正确；故选：bc；（4）氨气和二氧化氮反应生
6、成无污染的物质，则生成氮气与水，反应方程式为：8NH3+6NO27N2+12H2O。题型三：氮气的性质【例3】下列关于氮气的说法错误的是A氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，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在高温高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂【答案】D【详解】A氮气的化学性质很稳定，在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸，A项正确；B液氨汽化吸热，可用于制造低温环境，B项正确；C氮气的化学性质很稳定，可用作焊接金属的保护气，C项正确；D氮气与氢气生成氨气的反应中，N的化合价从0降低到，作
7、氧化剂，D项错误；答案选D。题型四：一氧化氮和二氧化氮的性质【变4-1】下列关于和的说法正确的是A是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物B可由和直接化合得到C和均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集D和在一定条件下可以相互转化【答案】D【详解】A不是酸性氧化物，A项错误；B在高温或放电条件下，和直接化合生成，与反应生成，B项错误；C易与空气中的氧气反应生成，只能用排水法收集，能与水反应，只能用排空气法收集，C项错误；D和反应生成，与反应生成和，D项正确；答案选D。【变4-3】工业制HNO3的过程中排放的NO2和NO常用NaOH溶液吸收，反应的化学方程式为NO+NO2+2NaOH=2NaNO2
8、+H2O、2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O，NO不能被NaOH溶液吸收。若同温同压下NO2与NO的体积之比如下，其中不能被NaOH溶液完全吸收的是（）A1：1B1：3C2：1D3：1【答案】B【解析】【详解】A. 根据可知，当NO2与NO的体积之比为1：1时，恰好被完全吸收，故A项不符合题意；B. 当NO2与NO的体积之比为1：3时，一氧化氮过量，多余的一氧化氮不能被氢氧化钠溶液吸收，故B项符合题意；C、D. 当NO2与NO的体积之比为2：1或3：1时，反应后二氧化氮有剩余，由可知，多余的二氧化氮可以直接被氢氧化钠溶液完全吸收，故C、D项不符合题意；故答案为B。【例5】某混
9、合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将此无色透明的混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色。对于原混合气体成分的判断中，正确的是A肯定有SO2和NOB可能有O2和NO2C可能有Cl2和O2D肯定只有NO【答案】A【详解】由于气体呈无色，所以其中一定没有Cl2、NO2，气体通过品红，品红褪色，说明混合气体中含有SO2，剩余气体排入空气中呈红棕色，说明其中含有NO，结合原混合气体无色，说明混合气体中没有O2，故该气体中一定含有NO、SO2，一定不含NO2、O2和Cl2，故答案为：A。题型五：二氧化氮溶于水的实验与计算【变6】现有
10、等体积混合而成的4组气体：NO2NO、NO2O2、HClN2、Cl2SO2。现将其分别通入体积相同的试管中并立即倒立在足量水中，试管内水面上升的高度分别为h1、h2、h3、h4，则高度关系是Ah4h2h3h1Bh4h3h2h1Ch2h3h1h4Dh3h2h1h4【答案】A【解析】【详解】设试管的高度都是h，则根据3NO2H2O=2HNO3NO、4NO2O22H2O=4HNO3、Cl2SO22H2O=2HClH2SO4可知，中水的高度是h/3、中是5h/8、水充满试管，氯化氢极易溶于水，而氮气不溶于水，所以水的高度是h/2，则答案选A。【变7-2】将体积为(已换算成标准状况)的充满体积为的试管后
11、倒扣在水中，如图所示。(1)溶于水的化学方程式是_。(2)使试管中恰好完全被水吸收需要缓慢通入氧气，标准状况下通入氧气的体积为_。最终试管中所得硝酸的物质的量浓度为_(假设溶质不扩散)。(3)为了消除的污染，可将它与氨气在催化剂作用下反应，生成水和一种无污染的物质，该物质是空气的主要成分之一，该反应的化学方程式是_。【答案】【详解】(1)溶于水生成和，反应的化学方程式是。故答案为：；(2)由化学方程式可推出，使试管中恰好完全被水吸收，需要通入标准状况下氧气的体积为，根据化学方程式可知最终试管中所含的硝酸的物质的量浓度为。故答案为：；(3)为了消除的污染，可将它与氨气在催化剂作用下反应，生成水和
12、一种无污染的物质，该物质是空气的主要成分之一，该物质是氮气，反应的化学方程式是。故答案为：。（2）NaOH溶液吸收NO2避免污染环境收集N2badc题型六：氮及其氧化物的性质【例8】下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是N2NO2 NO2NO NO2HNO3 N2NO N2NH3ABCD【答案】C【详解】(1)必须加入氧化剂；(2)通过一步反应就能完成。反应、从化合价角度来看都是升高，但反应N2NO2不能通过一步反应完成；而反应NO2HNO3虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能完成，如3NO2H2O=2HNO3NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应N2NO必须加
13、入氧化剂且通过一步反应就能完成。答案选C。题型七：尾气处理（氮氧化物）【例9】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，反应方程式如下： NO + NO2 + 2NaOH 2NaNO2 + H2O 2NO2 + 2NaOH NaNO2 + NaNO3 + H2O（1）在反应中，参加反应的氧化剂和还原剂的质量之比为_。（2）在反应中，氧化产物是_，还原产物是_。（填化学式）（3）在反应中，参加反应的 NaOH 均为 2mol 时，两个反应转移电子数的关系是_（填“”、“=”或“”）。【答案】23:15NaNO3NaNO2=【分析
14、】反应中NO2是氧化剂，NO是还原剂，NaNO2即是氧化产物也是还原产物，2mol NaOH参加反应，转移1mol电子；反应中只有氮元素的化合价发生变化，所以NO2既是氧化剂也是还原剂，氧化产物为NaNO3，还原产物为NaNO2，2mol NaOH参加反应，转移1mol电子。【详解】（1）根据反应可知，产物NaNO2中N元素的化合价为3价，其中NO2中氮元素的化合价从4价降低到3价，NO中氮元素的化合价显从2价升高到3价，因此氧化剂和还原剂的物质的量之比是1:1，质量之比为23:15，故答案为23:15；（2）在反应中只有氮元素的化合价发生变化，所以NO2既是氧化剂也是还原剂，氧化产物为NaN
15、O3，还原产物为NaNO2，故答案为NaNO3；NaNO2；（3）反应中2mol NaOH参加反应，转移1mol电子，反应中2mol NaOH参加反应，转移1mol电子，故答案为=。【点睛】本题考查氧化还原反应，注意从元素化合价变化的角度认识氧化还原反应的相关概念和物质的性质是解答关键。【题1】有关氮元素的说法不正确的是A氮元素是一种活泼的非金属元素，但N2性质稳定B人类从动植物中获得氮元素C植物能直接从空气中合成获得氮元素D氮元素能促进植物的生长【答案】C【解析】【详解】A氮元素是一种活泼的非金属元素，氮气分子的结构式为NN，破坏氮氮三键需要很大的能量，所以氮气分子的性质稳定，故A正确；B氮
16、元素是动植物生长不可缺少的元素，动植物中都含有蛋白质，蛋白质中含有的氮元素能被人类摄取，故B正确；C氮元素是构成蛋白质的主要成分，对茎叶的生长和果实的发育有重要作用，但植物不能直接从空气中合成获得氮元素，故C错误；D氮元素对茎叶的生长和果实的发育有重要作用，增施氮肥可加快植物的生长、延缓和防止植物器官衰老、延长蔬果保鲜期，故D正确；故选C。【题3】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 C，通入一段时间空气后再加热DDE 中碱石灰的作用是吸收
17、尾气【答案】C【解析】【详解】A.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，选项A错误；B.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, 选项B错误；C.实验时，应先加热C，通入一段时间空气除去氧气，然后再加热D , 选项C正确；D.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，避免进入D中干扰实验，选项D错误；答案选C。【题4】把少量NO2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【答案】C【解析】【详解】
18、假设3mol二氧化氮和水反应生成2mol硝酸和1mol一氧化氮，2mol硝酸和小苏打反应生成2mol二氧化碳，2mol二氧化碳和过氧化钠反应生成1mol氧气，1mol一氧化氮和0.5mol氧气反应生成1mol二氧化氮，所以剩余气体有二氧化氮和氧气，选C。【题5】如图所示，将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内，充分反应后，试管内残留m/2体积的气体，该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为（）A32B23C83D38【答案】C【解析】【详解】在一定条件下，将m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水中且盛满水的容器中内，充分反应， NO和O2全部溶于水时
19、按照下列反应进行，化学方程式为：4NO + 3O2+ 2H2O = 4HNO3，由于气体与空气接触后立即变为红棕色，所以容器内残留气体为NO，那么与O2反应的NO气体为m-=，NO和O2按照4：3混合溶于水恰好全部溶解所以 =4 ：3，所以m：n=8：3；故选C。【题7】如图所示：在B水槽中装有500 mL水，容积为a mL的试管A充满了NO2和NO的混合气体(标准状况)，将试管A倒插入B水槽的水中。充分反应后，试管A中余下气体的体积为0.5a mL。（1）将A倒插入B槽中发生反应的化学方程式为_，该反应中氧化剂与还原剂的质量比为_，原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为_。（2）通过导气管
20、C向余下0.5a mL气体的试管A中持续通入氧气，A中可能观察到的现象是_。（3）当试管A中充满气体时停止通入氧气，然后将试管取出水槽，水槽B中溶液的物质的量浓度为_ molL1(设溶液的体积仍为500 mL)。【答案】 3NO2+H2O=2HNO3+NO 12 31 无色气体变为红棕色，试管中液面不断上升至全充满。继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体【解析】【分析】（1）将A倒插入B水槽中发生反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，根据化合价变化判断氧化剂、还原剂及其质量之比；根据气体体积减小量，利用差量法计算二氧化氮的体积，进而计算NO的体积，体积之比等于物质的量之比；（2）剩
21、余NO，持续通入氧气，会发生4NO+3O2+2H2O=4HNO3，据此分析实验现象；（3）根据氮元素守恒可知n（HNO3）=n（NO2）+n（NO），再根据c=n/V计算所得硝酸的浓度。【详解】（1）将A倒插入B水槽中，二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮气体，反应的化学方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO，该反应中,二氧化氮中+4价N元素被氧化成+5价的硝酸，同时被还原成+2价的一氧化氮，则3mol二氧化氮参与反应，作氧化剂被还原的二氧化氮为1mol，作还原剂被氧化的有2mol，因此氧化剂与还原剂的质量之比为1:2；充满了NO2和NO的混合气体(标准状况)试管A倒插入B水槽中，充分反应后
22、试管A中余下气体的体积为0.5a mL，设NO为ymL，NO2为xmL，则3NO2+H2O=2HNO3+NO31xx/3因此y+x/3=0.5a，又因为x+y=a，解x=0.75a，y=0.25a，相同条件下体积之比是物质的量之比，因此原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为3：1；（2）剩余NO，持续通入氧气会发生4NO+3O2+2H2O=4HNO3，无色气体变为红棕色气体，试管中液面不断上升至全充满，继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体，因此本题正确答案是：无色气体变为红棕色，试管中液面不断上升至全充满。继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体；（3）根据氮元素守恒可知
23、水槽中生成硝酸的物质的量为n（HNO3）=n（NO2）+n（NO）=a/22400 mol，故硝酸的浓度为c(HNO3)=a/22400 mol0.5L=a/11200 mol/L。【点睛】本题考查混合物有关计算、氮的氧化物性质等知识，明确反应原理为解答关键，注意质量守恒定律在化学计算中的应用。【练1】下列过程不属于氮的固定的是A闪电时大气中氮的氧化物的生成B由制备C用N2和H2合成氨D豆科植物的根瘤菌把大气中的氮转化成氨【答案】B【分析】将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫氮的固定，据此判断。【详解】A闪电时大气中的氮气放电条件下与氧气反应生成一氧化氮，空气中游离态的氮转化为含氮化合物
24、，属于固氮，故A不选；B由NH3制备NH4Cl是氮的化合物之间的转化，不属于固氮，故B选；C用N2和H2合成氨，空气中游离态的氮转化为含氮化合物，属于固氮，故C不选；D豆科植物的根瘤菌把大气中的氮转化成氨，游离态的氮转化为化合态，属于固氮，故D不选；故答案选B。【练2】下列关于氮的循环，叙述错误的是A氮气转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定B氮的固定可以通过自然固氮和人工固氮的方式实现C人类的生产活动参与了氮的循环过程D氮的循环过程中只有氮元素被氧化的过程【答案】D【详解】A氮气转化为氮的化合物的过程即游离态的氮变为化合态的氮叫做氮的固定，故A正确；B氮的固定可以通过自然固氮和人工固氮的方式实现
25、，雷雨生庄稼是自然固氮，合成氨是人工固氮，故B正确；C人类的生产活动参与了氮的循环过程，如人工合成氨，氮肥的使用等，故C正确；D氮的循环过程中可以是氮元素被氧化，也可以是氮元素被还原，故D错误。综上所述，答案为D。【练3】下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是N2NO2 NO2NO NO2HNO3 N2NO N2NH3ABCD【答案】C【解析】【详解】(1)必须加入氧化剂；(2)通过一步反应就能完成。反应、从化合价角度来看都是升高，但反应N2NO2不能通过一步反应完成；而反应NO2HNO3虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能完成，如3NO2H2O=2HNO3NO，在该反应中，N
26、O2既是氧化剂又是还原剂；只有反应N2NO必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成。答案选C。【练4】下列关于NO的说法正确的是ANO是一种红棕色且难溶于水的气体B等物质的量的NO和CO所含电子数相等CNO只有氧化性，无还原性DNO易与人体血红蛋白结合，使人中毒【答案】D【详解】A一氧化氮是一种无色且难溶于水的气体，故A错误；B1个一氧化氮分子所含电子数为15，1个一氧化碳分子所含电子数为14，则等物质的量的一氧化氮和一氧化碳所含电子数不相等，故B错误；C一氧化氮中氮元素的化合价为，氮元素的最高化合价为，则氮元素处于中间价态的一氧化氮既具有还原性也具有氧化性，故C错误；D一氧化氮易与人体血红蛋白结
27、合，使人中毒，故D正确；故选D。【练5】已知：3NO2+H2O=2HNO3+NO。盛满NO2气体的试管，倒置在水槽中，反应后，液面上升的高度是试管的ABCD【答案】C【详解】根据反应可知，反应生成的硝酸直接溶于水中，造成试管内压力减小，3体积的二氧化氮变为1体积的一氧化氮，水槽内的水会压入试管，随着反应的进行，最终试管内存留三分之一试管容量的气体，液体上升的高度是试管的三分之二；答案选C。【练6】如图所示的转化关系中，不能一步实现的是（）ABCD【答案】D【练7】将40mLNO2和NO的混合气体通入倒立于水槽且盛满水的试管中，充分反应后试管中剩余20mL气体，则原混合气体中与NO的体积比为 A
28、BCD【答案】C【解析】【详解】40mlNO2和NO的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的试管中发生反应为3NO2+H2O=2HNO3+NO，剩余20ml气体，反应前后气体体积减少20ml，根据化学反应3NO2+H2O=2HNO3+NOV(气体体积减少) 计算V(NO2)= 30mL，原气体中V(NO)=10mL，所以原混合气体的体积比为：V(NO2)：V(NO)=3:1，故C符合题意；故答案：C。【练8】以下是氮循环的一部分：（1）通常状况下，NO2的颜色是_；（2）反应的化学方程式是_；（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
29、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2mol N2时，被还原的NO为_mol。【答案】红棕色 N2+O22NO NO2 HNO3 4【解析】【详解】（1）NO2的颜色是红棕色。（2）反应就是N2和O2在放电条件的反应，化学方程式是N2+O22NO。（3）NO2易溶于水，发生化学反应是3NO2+H2OHNO3+NO。该反应中NO2的氮元素化合价既有降低又有升高，NO2既是氧化剂有事还原剂。（4）从上述方程式可以知道A的化学式是HNO3。（5）从 2NO + 2CO = 2CO2 + N2看出NO 和N2的比为21，则生成2mol N2时被
30、还原的NO为4mol。【练9】汽车尾气(含CO2、N2、CO、SO2、NOx等)是城市空气的污染源之一；（1）汽车尾气对环境的危害主要有温室效应、雾霾、_、_等。（2）在汽车的排气管上安装一个“催化转化器”，可将尾气中的CO和NO转化为参与大气循环的气体和无毒的气体，该反应的化学方程式为_；但使用“催化转化器”的缺点是一定程度提高了空气的酸度，其原因是_。（3）在一定条件下，NH3可将NOx转化为无污染的物质。写出NH3与NO2在一定条件下反应的化学方程式：_。（4）NOx储存还原技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下NOx的排放。如图所示NOx的储存和还原在不同时段交替进行。通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原。储存时，部分NO发生反应的化学方程式为_；储存NOx的物质是_。还原性尾气CO与Ba(NO3)2反应生成N2的化学方程式是_。【答案】酸雨光化学烟雾2NO+2CO N2+2CO2促使SO2转化为SO3 形成酸雨6NO2+8NH37N2+12H2O2NO+O2=2NO2BaO5CO + Ba(NO3)2N2 + BaO + 5CO2