高考化学 第4章非金属及其化合物第4节 氮及其重要化合物 考点1氮气及其常见氧化.docx
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高考化学第4章非金属及其化合物第4节氮及其重要化合物考点1氮气及其常见氧化
非金属及其化合物
李仕才
考点一 氮气及其常见氧化物
1.氮元素在自然界中的存在及氮的固定
2.氮气
(1)分子式:
N2,电子式:
N⋮⋮N
,结构式:
N≡N。
(2)物理性质:
无色无味的气体,密度比空气略小,难溶于水,熔点、沸点很低。
(3)化学性质
①与氧气反应:
N2+O2
2NO(导致汽车尾气中产生氮的氧化物和雷电固氮);
②与氢气反应:
N2+3H2
2NH3(工业合成氨的反应原理);
③与Mg反应:
3Mg+N2
Mg3N2。
3.氮的氧化物
(1)氮的氧化物
氮有多种价态的氧化物,如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3、N2O5等,其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。
(2)NO和NO2性质的比较
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
1.NO2溶于水时生成HNO3,故NO2是硝酸的酸酐。
( × )
2.CO、NO、NO2都是大气污染气体,在空气中都能稳定存在。
( × )
3.NO2溶于水时发生氧化还原反应。
( √ )
4.NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象。
( × )
5.NO2溶于水时,NO2是氧化剂,水是还原剂,二者的物质的量之比为3∶1。
( × )
6.溴蒸气和NO2都为红棕色气体用湿润的淀粉-KI试纸可以鉴别。
( × )
7.标准状况下,6.72LNO2与水充分反应转移的电子数目为0.1NA。
( × )
8.制二氧化氮时,用水或NaOH溶液吸收尾气。
( × )
1.氮的氧化物都有毒,其中NO2与N2O4存在下列平衡:
2NO2N2O4,因此实验测得NO2的平均相对分子质量总大于46,也没有纯净NO2和N2O4气体。
2.验证某无色气体是NO的方法是让无色气体接触氧气或空气,无色气体变为红棕色。
3.NO2、NO可用碱液处理,如NaOH溶液吸收原理为NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O、2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O。
4.NO2虽然与水反应生成HNO3,但不是硝酸的酸酐。
NO2既有氧化性又有还原性,以氧化性为主。
如NO2能使湿润的淀粉-碘化钾试纸变蓝:
2NO2+2KI===2KNO2+I2。
5.鉴别NO2和溴蒸气常用①AgNO3溶液、②H2O、③CCl4。
一、氮及其氧化物的性质及其对环境的影响
1.关于氮的变化关系图如图:
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.上述所有反应都是氧化还原反应
D.上述反应中只有③属于氮的固定
解析:
工业上生产硝酸的流程是氮气和氢气生成氨气,氨气与氧气反应4NH3+5O2
4NO+6H2O路线①,一氧化氮与氧气反应2NO+O2===2NO2路线②,二氧化氮被水吸收3NO2+H2O===2HNO3+NO路线③,路线①②③是工业生产硝酸的主要途径,A正确;在放电条件下,氮气和氧气发生化合反应:
N2+O2
2NO路线Ⅰ;NO不稳定,易被氧气氧化为二氧化氮:
2NO+O2===2NO2路线Ⅱ,二氧化氮溶于水生成硝酸:
3NO2+H2O===2HNO3+NO路线Ⅲ,B正确;从氮的变化关系图可知:
N从N2(0价)→NO(+2价)→NO2(+4价)→HNO3(+5价),都是氧化还原反应,C正确;上述反应中空气中的氮气转变为含氮化合物,符合氮的固定的定义,属于氮的固定,②③含氮化合物转变为其他物质,是氮的化合物之间的转化,不是氮的固定,D错误。
答案:
D
2.下列说法正确的是( )
A.CO、NO、NO2都是大气污染物,在空气中都能稳定存在
B.NO可用于某些疾病的治疗
C.NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象
D.NO是一种红棕色气体
解析:
NO易被氧化为NO2;NO2通入溶液中生成HNO3,能把Fe2+氧化成Fe3+,溶液由浅绿色变成棕黄色;NO为无色气体。
答案:
B
3.随着我国汽车年销量的大幅增加,空气环境受到了很大的污染。
汽车尾气装置里,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示,下列说法正确的是( )
A.反应中NO为氧化剂,N2为氧化产物
B.汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2
C.NO和O2必须在催化剂表面才能反应
D.催化转化总化学方程式为2NO+O2+4CO
4CO2+N2
解析:
反应过程中NO、O2为氧化剂,N2为还原产物;汽车尾气中的N2不是污染物;NO和O2的反应不需要催化剂;根据题中的图示,可将反应的过程分成如下两步写:
2NO+O2===2NO2,2NO2+4CO===N2+4CO2,将两步反应式合并可得总化学方程式为2NO+O2+4CO
4CO2+N2。
答案:
D
4.已知化学反应:
①2NO+2CO
N2+2CO2,②NO2+SO2NO+SO3。
下列说法正确的是( )
A.反应①可用于汽车尾气处理,NO是还原剂,CO2是氧化产物
B.反应②是非氧化还原反应,反应前后气体分子总数不变
C.反应②中,NO2的氧化性比SO2的氧化性强
D.利用上述两反应处理尾气,能达到保护环境要求
解析:
反应①中N元素的化合价由+2价降为0,被还原作氧化剂,A错误;反应②中,N、S元素的化合价均发生了变化,为氧化还原反应,B错误;反应②中的产物NO、SO3均是污染物,D错误。
答案:
C
5.下列反应必须加入氧化剂且一步反应就能完成的是( )
①N2→NO2 ②NO2→NO ③NO2→HNO3 ④N2→NO
⑤N2→NH3
A.① B.②⑤ C.④ D.③④
解析:
本题有两个要求:
(1)必须加入氧化剂;
(2)一步反应就能完成。
反应①、③、④从化合价角度来看都升高,但反应①N2→NO2不能一步反应完成;而反应③NO2→HNO3,虽然氮的化合价升高,但不加氧化剂也能实现,如3NO2+H2O===2HNO3+NO,在该反应中,NO2既是氧化剂又是还原剂;只有反应④N2→NO必须加入氧化剂且一步反应就能完成。
答案:
C
二、氮及其氧化物的简单计算
6.已知氮的氧化物跟NaOH溶液发生的化学反应如下:
3NO2+2NaOH===2NaNO3+NO+H2O;NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O;现有mmolNO2和nmolNO组成的混合气体,要用NaOH溶液使其被完全吸收无气体剩余,现有浓度为amol·L-1的NaOH溶液,则需此NaOH溶液的体积为( )
A.
LB.
LC.
LD.
L
解析:
生成物不论是硝酸钠还是亚硝酸钠,根据原子守恒可知氢氧化钠的物质的量就是NO2和NO的物质的量之和,则氢氧化钠是(m+n)mol,则氢氧化钠溶液的体积为(m+n)/aL。
答案:
C
7.如图所示,试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物),当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内水面上升,但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,可以观察到试管中水柱继续上升,经过多次重复后,试管内完全被水充满,原来试管中盛装的气体是( )
A.可能是N2与NO2的混合气体
B.只能是O2与NO2的混合气体
C.可能是NO与NO2的混合气体
D.只能是NO2一种气体
解析:
解答本题要注意以下两点:
(1)明确氮气不溶于水,且常温下不与O2发生化学反应;
(2)NO2可与水反应生成不溶于水的NO,NO2和NO分别与氧气按适当的比例可被水完全吸收。
答案:
C
8.氮的氧化物(用NOx表示)是大气污染物,必须进行处理。
(1)汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质,这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。
①汽车尾气中的CO来自于_____________________________,
NO来自于___________________________________________。
汽车尾气对环境的危害主要有____________________________
____________________________________________(至少填两种)。
②汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理,使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体,反应的化学方程式可表示为___________________________________________。
(2)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。
已知:
4NH3+6NO
5N2+6H2O,8NH3+6NO2
7N2+12H2O。
同温同压下,3.5LNH3恰好将3.0LNO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________。
(3)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理,若NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后得到一种钠盐,该钠盐的化学式是________。
解析:
(1)①汽车汽缸内不断进行着汽油的燃烧反应,当空气不足时,汽油不完全燃烧,会产生CO;当空气过量时,N2和O2在放电或高温条件下反应生成NO。
汽车尾气对环境的危害很大,可以形成硝酸型酸雨,导致光化学烟雾,产生温室效应。
②CO、NOx反应后生成的无毒气体为CO2和N2。
(2)V(NO)+V(NO2)=3.0L,
V(NO)+
V(NO2)=3.5L,则V(NO)=0.75L,V(NO2)=2.25L,V(NO)∶V(NO2)=1∶3。
(3)NO中氮的化合价为+2价,NO2中氮的化合物为+4价,二者1∶1混合时与NaOH反应生成盐的化合价必然为+3价,即为NaNO2。
答案:
(1)①汽油的不完全燃烧 N2与O2在汽车汽缸内的高温环境下的反应 形成酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应(任写两种即可)
②2xCO+2NOx
2xCO2+N2
(2)1∶3 (3)NaNO2
氮的氧化物溶于水的计算
一、原理
解答氮氧化物溶于水的计算问题首先明确原理,无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体,反应的实质是3NO2+H2O===2HNO3+NO,2NO+O2===2NO2,故若有气体剩余只能是NO或O2,不能是NO2。
二、方法
氮的氧化物与O2、H2O反应的计算,常见的有三种方法
1加合式法
(1)NO2和O2混合气体溶于水的计算
由4NO2+O2+2H2O===4HNO3可知:
V(NO2)∶V(O2)
(2)NO与O2同时通入水中
2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO
总的化学方程式为4NO+3O2+2H2O===4HNO3
可知:
V(NO)∶V(O2)
(3)NO2、NO、O2三种混合气体通入水中:
①可先将NO和O2转化为NO2,再按上述各种情况分别处理。
②也可先将NO2和H2O反应转化为NO,再按4NO+3O2+2H2O===4HNO3情况处理。
2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。
n(N)∶n(O)
3电子守恒法
NO与O2的混合气体通入水中发生反应:
2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO,在这当中,存在着NO向NO2转化、NO2向HNO3转化的同时又生成NO的循环反应。
但总体来讲,NO→HNO3,N的化合价升高是由于被O2氧化,因此可写出
在氧化还原反应中得失电子数必然相等。
1.将盛有12mLNO2和O2的混合气体的量筒倒立于水槽中,充分反应后,还剩余2mL无色气体,则原混合气体中O2的体积和剩余的2mL气体分别是( )
A.1.2mL,NO B.2.4mL,O2
C.3.5mL,O2D.4mL,NO
解析:
解题依据的化学反应原理:
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-
(12mL-x)=2mL,解得x=4mL,B、C错误;
②若剩NO,则V剩=
[(12mL-x)-4x]=2mL,解得x=1.2mL,D错误,A正确。
答案:
A
2.如图,同温同压下,反应完全后有氧气剩余的是( )
A.试管通入了40mLNO2和10mLO2
B.试管通入了40mLNO和10mLO2
C.试管通入了40mLNO、10mLNO2和10mLO2
D.试管通入了10mLNO、20mLNO2和20mLO2
解析:
A项,n(N)∶n(O)=4∶10,恰好完全反应;B项,n(N)∶n(O)=4∶6,剩余气体为NO;C项,n(N)∶n(O)=5∶8,剩余气体为NO;D项,n(N)∶n(O)=3∶9,剩余气体为O2。
答案:
D
3.室温时,在容积为amL的试管中充满NO2气体,然后倒置在水中至管内水面不再上升时为止;再通入bmLO2,则管内液面又继续上升,测得试管内最后剩余气体为cmL,且该气体不支持燃烧。
则a、b、c的关系是( )
A.a=4b+3cB.a=4b+c
C.a∶b=4∶1D.a∶b=4∶3
解析:
剩余气体不支持燃烧,故为NO气体,即相当于NO2与O2混合作用于水时剩余3cmLNO2,
4NO2+O2+2H2O===4HNO3
4 1
(a-3c)b
则4∶1=(a-3c)∶b
整理得a=4b+3c。
答案:
A
4.将充有amLNO和bmLNO2气体的试管倒立于水槽中,然后通入amLO2。
气体体积均在同温同压下测定,且b>a,则充分反应后,试管中气体在同温同压下的体积为( )
A.
mL B.
mL C.
mL D.
mL
解析:
已知反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3,4NO+3O2+2H2O===4HNO3;由这两个反应可得NO+NO2+O2+H2O===2HNO3,b>a,则同温同压下反应中NO2过量(b-a)mL,而过量的NO2与水反应生成
mLNO。
答案:
A
5.同温同压下,在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体,它们是①NO和NO2,②NO2和O2,③NH3和N2。
将3支试管均倒置于盛水的水槽中,充分反应后,试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3,则下列关系正确的是( )
A.V1>V2>V3B.V1>V3>V2
C.V2>V3>V1D.V3>V1>V2
解析:
设各种气体的体积都为1体积。
①根据3NO2+H2O===2HNO3+NO,即剩余NO体积V1=
体积。
②根据4NO2+O2+2H2O===4HNO3,即剩余O2体积V2=
体积。
③剩余N2体积V3=1体积。
即B项符合题意。
答案:
B
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