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第1课时　氮及氮的氧化物
课时目标　1.结合氮元素的“位、构、性”,了解氮元素在自然界中的存在形式及氮的固定。2.了解N2、NO和NO2的主要性质。3.能从物质类别和氮元素化合价的角度认识氮氧化物的性质与转化及简单计算。
一、氮气与氮的固定
1.氮元素
(1)氮元素的“位—构—性”
氮元素的位置 原子结构示意图 元素性质 主要化合价
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 -3、0、+2、 +4、+5
(2)氮元素在自然界的存在
2.氮气
(1)物理性质
颜色 密度 气味 溶解性
无 比空气略小 无 难溶于水
(2)分子结构
氮气分子内两个氮原子间以共价三键结合,电子式为︰N N︰,结构式为N≡N。
小题对点过
根据氮原子核外电子排布和氮气分子的结构,推测氮气的化学活性。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
答案　由于氮分子内两个氮原子间以共价三键。(N≡N)结合,断开该化学键需要较多的能量,所以氮气的化学性质很稳定,通常情况下难以与其他物质发生化学反应
(3)化学性质
在高温、放电等条件下,氮气可以与镁、氢气、氧气等物质发生化合反应。
写出氮气与下列物质发生反应的化学方程式:
①金属镁:N2+3MgMg3N2,氮气表现氧化性;
②氢气:N2+3H22NH3,氮气表现氧化性;
③氧气:N2+O22NO,氮气表现还原性。
小题对点过
根据空气的成分及性质回答下列问题:
(1)写出镁条在空气中燃烧发生反应的化学方程式。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)镁在空气燃烧后所得产物中,能与水发生剧烈反应的是　　　　,其化学反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)2Mg+O22MgO、3Mg+N2Mg3N2、2Mg+CO22MgO+C　(2)Mg3N2　Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2↓+2NH3
3.氮的固定
(1)含义
将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。
(2)分类
氮的固定
1.下列有关氮气与氮的固定的说法正确的是　　　　。
(1)N2和O2在放电的条件下会直接生成NO2
(2)氮原子与其他原子只能形成共价键,不能形成离子键
(3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气
(4)氮的固定中氮元素一定被氧化
(5)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮
答案　(3)
2.下列有关氮气的叙述中,错误的是(　　)
A.镁在空气中燃烧除生成氧化镁外还生成氮化镁
B.在雷雨天,空气中的N2和O2可反应生成NO
C.氮气既可作氧化剂又可作还原剂
D.1 mol N2可与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3
答案　D
解析　N2、H2合成氨的反应是可逆反应,1 mol N2与3 mol H2不能完全反应,故生成NH3的量小于2 mol,D错误。
3.(2025·广安高一月考)氮是各种生物体生命活动不可缺少的重要元素,下列过程属于氮的固定的是(　　)
A.在一定条件下由氨气和二氧化碳合成尿素
B.雷雨闪电时,大气中产生了一氧化氮
C.氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢
D.工业上用氨气和硝酸合成硝酸铵
答案　B
解析　氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定,A、C、D项中的转化属于不同化合态的氮之间的转化,不属于氮的固定,故选B。
二、一氧化氮和二氧化氮
1.NO和NO2的物理性质
氧化物 颜色 状态 气味 水溶性
NO 无色 气体 - 不溶
NO2 红棕色 气体 有刺激性气味 易溶
2.NO和NO2的化学性质
(1)实验探究
装置
操作 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器 ①打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹; ②振荡注射器
现象 无明显现象 ①无色气体变为红棕色; ②红棕色气体逐渐变为无色,注射器活塞向左移动
(2)实验结论及解释
①NO不溶于水,也不与水反应,但能与空气中的氧气反应生成红棕色的NO2,化学方程式:2NO+O2===2NO2。
②NO2能与水反应生成无色的NO,化学方程式:3NO2+H2O===2HNO3+NO。
小题对点过
根据NO、NO2的性质回答下列问题:
①对于反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,用双线桥法标出电子转移的方向和数目:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,
在反应中若有6 mol NO2参与反应时,有　　　　 mol电子发生转移。
②假设试管内充有100 mL NO,并倒置于盛有足量水的水槽中,要使水充满试管应通入O2的体积为　　　　。
③将充有100 mL NO2的试管倒置于盛有足量水的水槽中时,观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
要使水充满试管应通入O2的体积为　　　　。
答案　①　4
②75 mL
③试管内液面逐渐上升至试管容积的处,液面上的红棕色气体变成无色　25 mL
解析　②已知:2NO+O2===2NO2　a,3NO2+H2O===2HNO3+NO　b,由反应a×3+b×2得:4NO+3O2+2H2O===4HNO3,即当NO和O2的体积比为4∶3时水可以充满试管,故需通入75 mL O2。③试管倒置于水中发生的反应是3NO2+H2O===2HNO3+NO　a,3体积NO2生成了1体积NO,故液面上升至试管容积的处;再通入O2使水充满试管发生的反应是2NO+O2===2NO2　b,那么反应a×2+b可得:4NO2+O2+2H2O===4HNO3,也就是当NO2和O2的体积比为4∶1时,水就可以充满试管,所以通入的O2应为25 mL。
(3)NO和NO2的比较
物质 NO NO2
与氧气 反应 2NO+O2===2NO2 不反应
与水反应 不反应 3NO2+H2O===2HNO3+NO(自身氧化还原)
与氧气、水 同时作用 4NO+3O2+2H2O===4HNO3 4NO2+O2+2H2O===4HNO3
与NaOH 的反应 不反应 2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O
收集方法 排水法 向上排空气法
(4)对工业生产硝酸的启示
工业上生产硝酸时,向吸收后的废气中再通入适量的氧气或空气,充分利用原料,并能减少NO的排放以保护环境。
小题对点过
(1)按图进行实验。试管中装有12 mL NO,然后间歇而又缓慢地通入8 mL O2,下列是有关最终状态的描述:①试管内气体呈红棕色,②试管内气体呈无色,③试管内液面不变,④试管内液面上升,⑤试管内气体是O2,⑥试管内气体是NO。其中正确的是　　　　。
(2)现有NO2、O2的混合气体12 mL,通入足量水中,充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下),则原混合气体中氧气的体积可能是　　　　。
答案　(1)②④⑥　(2)4 mL或1.2 mL
解析　(1)由反应4NO+3O2+2H2O===4HNO3可得,NO过量,剩余气体为NO,试管内液面上升。
(2)(总反应式法)根据有关的反应:
4NO2+O2+2H2O===4HNO3、3NO2+H2O===2HNO3+NO
设原混合气体中O2的体积为V(O2),剩余气体可能是O2,也可能是NO。
①若剩余O2,则V剩=V(O2)-[12 mL-V(O2)]=2 mL,解得V(O2)=4 mL。
②若剩余NO,则V剩=[12 mL-V(O2)-4V(O2)]=2 mL,解得V(O2)=1.2 mL。
(1)NO2和O2的混合气体与水反应
由4NO2+O2+2H2O===4HNO3可知
(2)NO和O2的混合气体与水反应
由4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知
1.下列关于氮的氧化物的说法错误的是　　　　。
(1)由于NO极易与O2反应,并且其密度与空气相差不多,因此收集NO只能用排水法
(2)由于NO2极易与水反应且密度比空气大,因此收集NO2只能用向上排空气法
(3)NO2与H2O反应生成HNO3,故NO2是酸性氧化物
(4)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2与溴蒸气
答案　(3)(4)
2.下列对NO和NO2的描述不正确的是(　　)
A.NO2与水的反应中,NO2既是氧化剂又是还原剂
B.NO是无色气体,可用向上排空气法收集
C.NO2与H2O反应生成HNO3,但NO2不是酸性氧化物
D.从元素化合价角度看,NO既有氧化性又有还原性
答案　B
解析　NO2与水发生反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,氮元素由+4价变为+2价和+5价,则NO2既是氧化剂又是还原剂,A正确;NO易与O2反应生成NO2,不能用排空气法收集,可采用排水法收集,B错误;NO2与H2O反应生成HNO3,N的价态发生了变化,故NO2不是酸性氧化物,C正确;NO中氮元素显+2价,处于中间价态,则NO既有氧化性又有还原性,D正确。
3.有一只充有20 mL NO2和NO混合气体的试管,倒置于盛有水的水槽中,充分反应后,仍有12 mL无色气体,则原混合气体中NO和NO2体积比为(气体体积均在相同状况下测得)　　　　。
答案　2∶3
解析　设混合气体中二氧化氮的体积为V,则:
所以V==12 mL,即二氧化氮的体积为12 mL,则混合气体中一氧化氮的体积为20 mL-12 mL=8 mL,则原混合气体中NO和NO2体积比为8 mL∶12 mL=2∶3。
1.(2025·南通高一期末)自然界中存在的下列过程属于氮的固定的是(　　)
A.雷电作用下N2和O2反应生成NO
B.蛋白质被分解为氨基酸
C.水体中的铵盐被氧化为硝酸盐
D.硝酸盐在细菌作用下生成氮气
答案　A
解析　A项,雷电作用下N2和O2反应生成NO是游离态的氮转化为氮的化合物的过程,因此属于氮的固定,正确;B项,蛋白质被分解为氨基酸是含氮元素的化合物之间的转化,不属于氮的固定,错误;C项,水体中的铵盐被氧化为硝酸盐是含氮元素的化合物之间的转化,不属于氮的固定,错误;D项,硝酸盐在细菌作用下生成氮气的过程是含氮元素的化合物转化为单质,不属于氮的固定,错误。
2.氮元素是人体必需元素之一,自然界中含氮物质存在循环过程。下列含氮物质之间的转化不能通过一步反应实现的是(　　)
A.N2—→NO B.N2—→NO2
C.NO—→NO2 D.NO2—→NO
答案　B
解析　A项,N2→NO,可通过反应N2+O22NO实现;C项,NO→NO2可通过反应2NO+O2===2NO2实现;D项,NO2→NO可通过反应3NO2+H2O===2HNO3+NO实现。
3.下列关于氮的氧化物的叙述正确的是(　　)
A.氮的氧化物只有NO、NO2
B.氮的氧化物均为红棕色气体
C.氮的氧化物均有毒
D.氮的氧化物在空气中均能稳定存在
答案　C
解析　氮的氧化物包括NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等,故A错误;NO、N2O4等均为无色气体,故B错误;氮的氧化物均有毒,故C正确;NO在空气中易被O2氧化为NO2,故D错误。
4.将盛有NO和NO2混合气体的试管倒立于水中,经过足够长的时间后,试管内气体的体积缩小为原来的一半,则原混合气体中NO和NO2的体积之比是(　　)
A.1∶1 B.1∶2
C.1∶3 D.1∶4
答案　C
解析　设混合气体中含有x mol NO、y mol NO2,经过足够长的时间后,试管内的气体体积缩小为原来的一半.则物质的量减小为原来的一半。
(x+) mol∶(x+y) mol=1∶2,解得x∶y=1∶3,故选C。
5.氮氧化物进入大气后,不仅会形成硝酸型酸雨,还可能形成光化学烟雾,因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。
(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物,反应的化学方程式如下:
NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O　①
2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O　②
在反应①中,氧化剂是　　　　　　,还原剂是　　　　;在反应②中,氧化剂和还原剂的物质的量之比为　　　　。
(2)汽车尾气中含有CO和NO,消除这两种物质对大气的污染的方法是安装催化转化器,使它们发生反应生成对大气无污染的气体,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)NO2　NO　1∶1
(2)2NO+2CON2+2CO2
解析　(1)在反应①中,NO2中氮元素的化合价降低,作氧化剂,NO中氮元素的化合价升高,作还原剂;在反应②中氧化剂和还原剂都是NO2,它们的物质的量之比为1∶1。(2)根据质量守恒定律结合题目信息可知,一氧化氮与一氧化碳反应生成的对大气无污染的物质应为氮气和二氧化碳。
基础落实
选择题只有1个选项符合题意
题组一　氮气及氮的固定
1.(2025·洛阳高一月考)氮气的用途很广泛,下列不属于氮气用途的是(　　)
A.合成氨制作氮肥
B.充入灯泡作保护气
C.液氮可用作制冷剂
D.医疗上可作为危重病人的急救气
答案　D
解析　氮气与氢气反应能合成氨,可用于制作氮肥,A不符合题意;氮气充入灯泡可用作保护气,B不符合题意;液氮汽化吸热,可用作制冷剂,C不符合题意;氮气不具有供给呼吸的性质,医疗上不可作为危重病人的急救气,D符合题意。
2.(2025·合肥高一检测)实现氮气按照一定方向转化一直是科学领域研究的重要课题,如图为N2分子在催化剂的作用下发生的一系列转化的示意图。下列叙述正确的是(　　)
A.N2→NH3、NH3→NO均属于氮的固定
B.催化剂在反应过程中不参与中间过程,两个反应前后催化剂质量不变
C.人工合成NH3的反应条件只需高温、催化剂
D.在催化剂a作用下氮元素发生了还原反应
答案　D
解析　NH3→NO不属于氮的固定,故A错误;催化剂参与中间过程,但在反应前后催化剂的质量和化学性质均不变,故B错误;工业合成氨的反应条件是高温、高压并且需要合适的催化剂,故C错误;在催化剂a作用下N2转化为NH3,氮元素的化合价降低,发生了还原反应,故D正确。
3.(2025·连云港高一期中)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。下列有关氮循环的说法不正确的是(　　)
A.雷雨天气容易发生转化②的过程
B.图中转化②③④都属于氮的固定
C.动植物蛋白质中一定含有氮元素
D.转化⑥说明有机物可以转化为无机物
答案　B
解析　氮的固定是游离态的氮转化为化合态的氮的过程,图中转化④不属于氮的固定,故选B。
题组二　氮的氧化物
4.(2025·丹东高一月考)据研究,NO广泛分布于生物体内各组织中,可将积存在血管壁上的脂肪、胆固醇带走,被称为“血管清道夫”。下列说法中错误的是(　　)
A.NO极易与氧气反应生成一种红棕色气体
B.NO可以是某些低价含氮物质的氧化产物
C.人体吸入大量NO气体,可以预防心血管疾病
D.NO是汽车尾气排放的污染物之一
答案　C
解析　NO遇到氧气立即反应生成红棕色气体NO2,故A正确;NO中N元素的化合价为+2价,可以是某些低价含氮物质的氧化产物,故B正确;吸入大量NO气体,会造成人体中毒,故C错误;汽车尾气中含有NO,故D正确。
5.诺贝尔化学奖曾授予德国化学家格哈德·埃特尔,以表彰他在固体表面化学研究过程中的重大发现。使CO、NOx等在铂表面发生化学反应转变成无毒气体,以减少汽车尾气中有毒气体的排放,正是此项研究的重要应用之一。下列有关说法不正确的是(　　)
A.CO在铂表面被氧化生成CO2,铂起催化作用
B.汽车尾气中NOx在铂表面发生反应的产物是N2
C.NOx可以引起光化学烟雾
D.NOx、CO、CO2均易与人体中的血红蛋白结合
答案　D
解析　根据题给信息可以得出CO在铂表面被氧化生成CO2,汽车尾气中NOx在铂表面发生反应转化为N2;光化学烟雾主要是由氮氧化物引起的;CO2是无毒气体,人在CO2浓度高的地方容易窒息死亡,但CO2不易与人体中的血红蛋白结合,故选D。
6.(2025·泰安高一月考)氮的氧化物性质探究实验如下:
步骤1:在一支50 mL的注射器中充入20 mL无色气体NO,然后吸入5 mL蒸馏水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,如图所示。振荡注射器,无明显现象。
步骤2:打开弹簧夹,快速吸入少量O2后夹上弹簧夹,气体变成红棕色。
步骤3:振荡注射器,气体又变为无色,注射器活塞向内滑动,溶液仍为无色。
下列说法不正确的是(　　)
A.步骤1说明NO难溶于水
B.步骤2中红棕色气体是NO2
C.步骤3中发生反应的氧化剂和还原剂的质量之比为2∶1
D.重复步骤2、步骤3多次,可使NO充分转化
答案　C
解析　根据步骤1,振荡注射器,无明显现象,说明NO未溶于蒸馏水中,故A正确;根据步骤2,吸入O2后,气体变为红棕色,是因为发生反应2NO+O2===2NO2,故B正确;根据步骤3,气体由红棕色变为无色,说明红棕色气体与水发生了反应:3NO2+H2O===NO+2HNO3。氧化剂和还原剂均为NO2,其质量之比为1∶2,故C错误;O2可将NO氧化为NO2,NO2再与水反应生成NO和HNO3,重复步骤2、步骤3多次,可使NO充分转化,故D正确。
题组三　氨的氧化物溶于水的相关计算
7.将体积为V的试管充满NO气体,按如图所示进行实验。相同条件下,当通入49 mL O2时,液面仍在原来位置,则试管体积V为(　　)
A.49 mL B.28 mL
C.80 mL D.24.5 mL
答案　B
解析　通入氧气发生4NO+3O2+2H2O===4HNO3,如NO过量,发生4NO+3O2+2H2O===4HNO3,则体积不可能与原来相等,应为氧气过量,则
49 mL-V=V,V=28 mL。
8.(2025·鞍山高一月考)在一定温度和压强下,把装有NO和NO2的混合气体的试管倒立于水中,充分反应后,试管内气体的体积缩小为原气体体积的,则原混合气体中NO和NO2的体积之比为(　　)
A.2∶3 B.3∶2
C.5∶3 D.3∶5
答案　A
解析　设原气体的体积为5体积,则缩小的气体体积为2体积,
由化学方程式可知,当NO2的体积为3体积时,总体积刚好缩小2体积,故NO和NO2的体积之比为2∶3。
9.(2025·石家庄高一月考)为了有效实现NO和NO2的相互转化,设计如下实验。按图组装好实验装置,并检验装置气密性,实验前用排水法收集半瓶NO气体。
(1)打开止水夹a,推动针筒活塞,使O2进入烧瓶。关闭止水夹a,首先观察到烧瓶中的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,产生此现象的化学方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)轻轻摇动烧瓶,观察到烧瓶中的现象为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,产生此现象的化学方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)欲使烧瓶中尽可能充满液体,操作的关键是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)若烧杯中盛放的是酸性高锰酸钾溶液,能吸收尾气,已知NO能与Mn和Mn2+,写出该反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色　2NO+O2===2NO2　(2)红棕色气体变为无色,烧瓶中液面上升　3NO2+H2O===2HNO3+NO　(3)慢慢通入氧气,并不断摇动烧瓶　(4)5NO+3Mn++3Mn2++2H2O
解析　(1)无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2,故观察到烧瓶中气体由无色变为红棕色。(2)轻轻摇动烧瓶,使得NO2与水发生反应3NO2+H2O===2HNO3+NO,所以烧瓶中红棕色气体又变为无色,烧瓶中液面上升。(3)欲使烧瓶中尽可能充满液体,应慢慢通入氧气,并不断摇动烧瓶,使NO、O2完全转化为N。
能力提升
10.如图所示,相同条件下,两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体,分别倒置于水槽中,然后通过导管缓慢通入氧气,边通边慢慢摇动试管,直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散,则两个试管内溶液的物质的量浓度之比为(　　)
A.1∶1 B.5∶7
C.7∶5 D.4∶3
答案　A
解析　4NO2+O2+2H2O===4HNO3、4NO+3O2+2H2O===4HNO3,V(NO2)=V(NO),n(NO2)=n(NO),则生成的HNO3的物质的量相等,溶液的体积也相同,故两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度相等。
11.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)。下列说法不正确的是(　　)
A.装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸
B.若去掉装置C,对产品纯度有影响
C.实验时应先加热装置C,通入一段时间空气后再加热装置D
D.装置E中碱石灰的作用是吸收尾气
答案　D
解析　A对,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;B对,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;C对,实验时,应先加热装置C,通入一段时间空气除去氧气,然后再加热装置D;D错,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。
12.(2025·聊城高一月考)探究一氧化氮能否被Na2O2完全吸收,设计了如下实验。装置如下(加热装置及部分夹持装置省略):
查阅资料:
①C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O;
②2NO+Na2O2===2NaNO2;
③酸性条件下,NO或NO2都能与酸性KMnO4溶液反应生成N。
回答下列问题:
(1)仪器a的名称为　　　　。
(2)B装置内装的物质是　　　　,发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)若NO能被Na2O2完全吸收,E装置中的现象为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)C装置的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)分液漏斗　(2)水(或H2O)　3NO2+H2O===2HNO3+NO　(3)酸性高锰酸钾溶液不褪色(或溶液紫色不褪去)　(4)除去水和CO2(合理答案均可)
解析　(2)根据浓硝酸和碳在加热条件下反应生成二氧化碳、二氧化氮和水,二氧化氮可以和水反应生成一氧化氮,所以B装置内装的物质是水。(3)如果NO被完全吸收,则没有NO进入E装置中,则酸性高锰酸钾溶液不褪色。(4)气体经过B装置时会带入水蒸气,并且A装置生成的气体中含有二氧化碳,所以C装置的作用是吸收二氧化碳和水蒸气,防止干扰实验。
13.某校化学兴趣小组用如图装置验证NO2的氧化性和NO的还原性。
已知:①装置甲中发生的反应为Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
②硝酸具有挥发性,可将I-氧化成I2。
请回答下列问题:
(1)装置乙中的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)说明NO具有还原性的操作和现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)小组一成员对实验设计提出了疑问,他认为乙中的现象不足以证明NO2的氧化性,他的理由是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)小组另一成员为探究NO2的氧化性,进行如图实验。
由图B和图C中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)溶液变蓝色
(2)打开止水夹,挤压空气囊,丙中气体由无色变为红棕色
(3)挥发出来的HNO3,以及NO2和水反应生成的HNO3,也可将I-氧化成I2,使溶液变蓝
(4)NO2+SO2===NO+SO3
解析　(1)碘化钾被氧化为单质碘,淀粉遇碘变蓝。(2)丙中NO2与水反应生成的NO会和氧气反应生成红棕色的NO2,证明NO具有还原性,故操作和现象为打开止水夹,挤压空气囊,丙中气体由无色变为红棕色。(3)浓硝酸具有挥发性,且NO2与水反应生成硝酸,硝酸具有强氧化性,也能将碘离子氧化成单质碘,使溶液变蓝,对NO2的性质检验造成干扰。(4)题图B中为“无色气体”,C中“有红棕色气体产生”,说明B中NO2和SO2反应生成了NO,NO2表现氧化性,而SO2则表现还原性,故反应的化学方程式为NO2+SO2===NO+SO3。(共59张PPT)
第五章　化工生产中的重要非金属元素
第二节　氮及其化合物
第1课时　氮及氮的氧化物
1.结合氮元素的“位、构、性”,了解氮元素在自然界中的存在形式及氮的固定。2.了解N2、NO和NO2的主要性质。3.能从物质类别和氮元素化合价的角度认识氮氧化物的性质与转化及简单计算。
课时目标
一、氮气与氮的固定
知能通关
1.氮元素
(1)氮元素的“位—构—性”
二
氮元素
的位置 原子结构
示意图 元素性质 主要化合价
第　　　周期、第　　　族 　　　　得、失电子,一般通过　　　　　　与其他原子结合 　　　　、 0、+2、
　　　　、 +5
ⅤA
不容易
共用电子对
-3
+4
(2)氮元素在自然界的存在
2.氮气
(1)物理性质
无
颜色 密度 气味 溶解性
比空气略　　
(2)分子结构
氮气分子内两个氮原子间以　　　　　　　结合,电子式为　　　　　　　,结构式为　　　　。
小
无
难溶于水
共价三键
︰N N︰
N≡N
根据氮原子核外电子排布和氮气分子的结构,推测氮气的化学活性。
小题对点过
由于氮分子内两个氮原子间以共价三键。(N≡N)结合,断开该化学键需要较多的能量,所以氮气的化学性质很稳定,通常情况下难以与其他物质发生化学反应
(3)化学性质
在高温、放电等条件下,氮气可以与镁、氢气、氧气等物质发生化合反应。
写出氮气与下列物质发生反应的化学方程式:
①金属镁:　　　　　　　　　　　　, 氮气表现　　　　性;
②氢气:　　　　　　　　　　　　　, 氮气表现　　　　性;
③氧气:　　　　　　　　　　　　　, 氮气表现　　　　性。
氧化
氧化
还原
根据空气的成分及性质回答下列问题:
(1)写出镁条在空气中燃烧发生反应的化学方程式。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)镁在空气燃烧后所得产物中,能与水发生剧烈反应的是　　　　　,其化学反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
小题对点过
Mg3N2
Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2↓+2NH3
3.氮的固定
(1)含义
将大气中　　　　的氮转化为　　　　　　的过程叫做氮的固定。
(2)分类
氮的固定
游离态
氮的化合物
工业合成氨
1.下列有关氮气与氮的固定的说法正确的是　　　　。
(1)N2和O2在放电的条件下会直接生成NO2
(2)氮原子与其他原子只能形成共价键,不能形成离子键
(3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气
(4)氮的固定中氮元素一定被氧化
(5)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮
(3)
2.下列有关氮气的叙述中,错误的是(　　)
A.镁在空气中燃烧除生成氧化镁外还生成氮化镁
B.在雷雨天,空气中的N2和O2可反应生成NO
C.氮气既可作氧化剂又可作还原剂
D.1 mol N2可与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3
解析　N2、H2合成氨的反应是可逆反应,1 mol N2与3 mol H2不能完全反应,故生成NH3的量小于2 mol,D错误。
D
3.(2025·广安高一月考)氮是各种生物体生命活动不可缺少的重要元素,下列过程属于氮的固定的是(　　)
A.在一定条件下由氨气和二氧化碳合成尿素
B.雷雨闪电时,大气中产生了一氧化氮
C.氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢
D.工业上用氨气和硝酸合成硝酸铵
解析　氮由游离态转化为化合态,属于氮的固定,A、C、D项中的转化属于不同化合态的氮之间的转化,不属于氮的固定,故选B。
B
二、一氧化氮和二氧化氮
知能通关
1.NO和NO2的物理性质
无
氧化物 颜色 状态 气味 水溶性
NO 　　　色 气体 - 　　　溶
NO2 　　　色 气体 　　　　　气味 　　　溶
不
红棕
有刺激性
易
2.NO和NO2的化学性质
(1)实验探究
无明显现象
装置
操作 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器 打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹;
②振荡注射器
现象 ①无色气体变为　　　　　　;
②____________________________
______________________________
红棕色
红棕色气体逐渐变为无色,注射
器活塞向左移动
(2)实验结论及解释
①NO不溶于水,也不与水反应,但能与空气中的氧气反应生成红棕色的NO2,化学方程式:　　　　　　　　　　　　。
②NO2能与水反应生成无色的NO,化学方程式:　　　　　　　　　　　　　。
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
根据NO、NO2的性质回答下列问题:
①对于反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,用双线桥法标出电子转移的方向和数目:
　　　　　　　　　　　, 在反应中若有6 mol NO2参与反应时,有　　　　 mol电子发生转移。
②假设试管内充有100 mL NO,并倒置于盛有足量水的水槽中,要使水充满试管应通入O2的体积为　　　　。
③将充有100 mL NO2的试管倒置于盛有足量水的水槽中时,观察到的现象是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
要使水充满试管应通入O2的体积为　　　　。
小题对点过
4
75 mL
25 mL
(3)NO和NO2的比较
4NO+3O2+2H2O
===4HNO3
物质 NO NO2
与氧气反应 2NO+O2===2NO2 不反应
与水反应 不反应 3NO2+H2O===2HNO3+NO(自身氧化还原)
与氧气、水
同时作用
与NaOH
的反应 不反应

收集方法
4NO2+O2+2H2O===4HNO3
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O
NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O
排水法
向上排空气法
(4)对工业生产硝酸的启示
工业上生产硝酸时,向吸收后的废气中再通入适量的氧气或空气,充分利用原料,并能减少NO的排放以保护环境。
(1)按图进行实验。试管中装有12 mL NO,然后间歇而又缓
慢地通入8 mL O2,下列是有关最终状态的描述:①试管内气
体呈红棕色,②试管内气体呈无色,③试管内液面不变,④试
管内液面上升,⑤试管内气体是O2,⑥试管内气体是NO。其
中正确的是　　　　　。
(2)现有NO2、O2的混合气体12 mL,通入足量水中,充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下),则原混合气体中氧气的体积可能是　　　　　　　　　　。
②④⑥
小题对点过
4 mL或1.2 mL
(1)NO2和O2的混合气体与水反应
由4NO2+O2+2H2O===4HNO3可知
(2)NO和O2的混合气体与水反应
由4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知
1.下列关于氮的氧化物的说法错误的是　　　　。
(1)由于NO极易与O2反应,并且其密度与空气相差不多,因此收集NO只能用排水法
(2)由于NO2极易与水反应且密度比空气大,因此收集NO2只能用向上排空气法
(3)NO2与H2O反应生成HNO3,故NO2是酸性氧化物
(4)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2与溴蒸气
(3)(4)
2.下列对NO和NO2的描述不正确的是(　　)
A.NO2与水的反应中,NO2既是氧化剂又是还原剂
B.NO是无色气体,可用向上排空气法收集
C.NO2与H2O反应生成HNO3,但NO2不是酸性氧化物
D.从元素化合价角度看,NO既有氧化性又有还原性
解析　NO2与水发生反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,氮元素由+4价变为+2价和+5价,则NO2既是氧化剂又是还原剂,A正确;NO易与O2反应生成NO2,不能用排空气法收集,可采用排水法收集,B错误;NO2与H2O反应生成HNO3,N的价态发生了变化,故NO2不是酸性氧化物,C正确;NO中氮元素显+2价,处于中间价态,则NO既有氧化性又有还原性,D正确。
B
3.有一只充有20 mL NO2和NO混合气体的试管,倒置于盛有水的水槽中,充分反应后,仍有12 mL无色气体,则原混合气体中NO和NO2体积比为(气体体积均在相同状况下测得)　　　　。
2∶3
课堂 达标训练
1.(2025·南通高一期末)自然界中存在的下列过程属于氮的固定的是(　　)
A.雷电作用下N2和O2反应生成NO B.蛋白质被分解为氨基酸
C.水体中的铵盐被氧化为硝酸盐 D.硝酸盐在细菌作用下生成氮气
解析　A项,雷电作用下N2和O2反应生成NO是游离态的氮转化为氮的化合物的过程,因此属于氮的固定,正确;B项,蛋白质被分解为氨基酸是含氮元素的化合物之间的转化,不属于氮的固定,错误;C项,水体中的铵盐被氧化为硝酸盐是含氮元素的化合物之间的转化,不属于氮的固定,错误;D项,硝酸盐在细菌作用下生成氮气的过程是含氮元素的化合物转化为单质,不属于氮的固定,错误。
A
2.氮元素是人体必需元素之一,自然界中含氮物质存在循环过程。下列含氮物质之间的转化不能通过一步反应实现的是(　　)
A.N2—→NO B.N2—→NO2
C.NO—→NO2 D.NO2—→NO
B
3.下列关于氮的氧化物的叙述正确的是(　　)
A.氮的氧化物只有NO、NO2
B.氮的氧化物均为红棕色气体
C.氮的氧化物均有毒
D.氮的氧化物在空气中均能稳定存在
解析　氮的氧化物包括NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等,故A错误;NO、N2O4等均为无色气体,故B错误;氮的氧化物均有毒,故C正确;NO在空气中易被O2氧化为NO2,故D错误。
C
4.将盛有NO和NO2混合气体的试管倒立于水中,经过足够长的时间后,试管内气体的体积缩小为原来的一半,则原混合气体中NO和NO2的体积之比是(　　)
C
5.氮氧化物进入大气后,不仅会形成硝酸型酸雨,还可能形成光化学烟雾,因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。
(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物,反应的化学方程式如下:
NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O　①
2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O　②
在反应①中,氧化剂是　　　　　　,还原剂是　　　　;在反应②中,氧化剂和还原剂的物质的量之比为　　　　。
(2)汽车尾气中含有CO和NO,消除这两种物质对大气的污染的方法是安装催化转化器,使它们发生反应生成对大气无污染的气体,该反应的化学方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
NO2
NO
1∶1
解析　(1)在反应①中,NO2中氮元素的化合价降低,作氧化剂,NO中氮元素的化合价升高,作还原剂;在反应②中氧化剂和还原剂都是NO2,它们的物质的量之比为1∶1。(2)根据质量守恒定律结合题目信息可知,一氧化氮与一氧化碳反应生成的对大气无污染的物质应为氮气和二氧化碳。
课后 巩固训练
基础落实
选择题只有1个选项符合题意
题组一　氮气及氮的固定
1.(2025·洛阳高一月考)氮气的用途很广泛,下列不属于氮气用途的是(　　)
A.合成氨制作氮肥 B.充入灯泡作保护气
C.液氮可用作制冷剂 D.医疗上可作为危重病人的急救气
解析　氮气与氢气反应能合成氨,可用于制作氮肥,A不符合题意;氮气充入灯泡可用作保护气,B不符合题意;液氮汽化吸热,可用作制冷剂,C不符合题意;氮气不具有供给呼吸的性质,医疗上不可作为危重病人的急救气,D符合题意。
D
2.(2025·合肥高一检测)实现氮气按照一定方向转化一直是科学领域研究的重要课题,如图为N2分子在催化剂的作用下发生的一系列转化的示意图。下列叙述正确的是(　　)
A.N2→NH3、NH3→NO均属于氮的
固定
B.催化剂在反应过程中不参与中间
过程,两个反应前后催化剂质量不变
C.人工合成NH3的反应条件只需高温、催化剂
D.在催化剂a作用下氮元素发生了还原反应
D
解析　NH3→NO不属于氮的固定,故A错误;催化剂参与中间过程,但在反应前后催化剂的质量和化学性质均不变,故B错误;工业合成氨的反应条件是高温、高压并且需要合适的催化剂,故C错误;在催化剂a作用下N2转化为NH3,氮元素的化合价降低,发生了还原反应,故D正确。
3.(2025·连云港高一期中)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。下列有关氮循环的说法不正确的是(　　)
A.雷雨天气容易发生转化②的过程
B.图中转化②③④都属于氮的固定
C.动植物蛋白质中一定含有氮元素
D.转化⑥说明有机物可以转化为无机物
解析　氮的固定是游离态的氮转化为化合态的氮的过程,图中转化④不属于氮的固定,故选B。
B
题组二　氮的氧化物
4.(2025·丹东高一月考)据研究,NO广泛分布于生物体内各组织中,可将积存在血管壁上的脂肪、胆固醇带走,被称为“血管清道夫”。下列说法中错误的是(　　)
A.NO极易与氧气反应生成一种红棕色气体
B.NO可以是某些低价含氮物质的氧化产物
C.人体吸入大量NO气体,可以预防心血管疾病
D.NO是汽车尾气排放的污染物之一
解析　NO遇到氧气立即反应生成红棕色气体NO2,故A正确;NO中N元素的化合价为+2价,可以是某些低价含氮物质的氧化产物,故B正确;吸入大量NO气体,会造成人体中毒,故C错误;汽车尾气中含有NO,故D正确。
C
5.诺贝尔化学奖曾授予德国化学家格哈德·埃特尔,以表彰他在固体表面化学研究过程中的重大发现。使CO、NOx等在铂表面发生化学反应转变成无毒气体,以减少汽车尾气中有毒气体的排放,正是此项研究的重要应用之一。下列有关说法不正确的是(　　)
A.CO在铂表面被氧化生成CO2,铂起催化作用
B.汽车尾气中NOx在铂表面发生反应的产物是N2
C.NOx可以引起光化学烟雾
D.NOx、CO、CO2均易与人体中的血红蛋白结合
D
解析　根据题给信息可以得出CO在铂表面被氧化生成CO2,汽车尾气中NOx在铂表面发生反应转化为N2;光化学烟雾主要是由氮氧化物引起的;CO2是无毒气体,人在CO2浓度高的地方容易窒息死亡,但CO2不易与人体中的血红蛋白结合,故选D。
6.(2025·泰安高一月考)氮的氧化物性质探究实验如下:
步骤1:在一支50 mL的注射器中充入20 mL无色气体NO,然后吸入5 mL蒸馏水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,如图所示。振荡注射器,无明显现象。
步骤2:打开弹簧夹,快速吸入少量O2后夹上弹簧夹,气体变成红棕色。
步骤3:振荡注射器,气体又变为无色,注射器活塞向内滑动,溶液仍为无色。
下列说法不正确的是(　　)
A.步骤1说明NO难溶于水
B.步骤2中红棕色气体是NO2
C.步骤3中发生反应的氧化剂和还原剂的质量之比为2∶1
D.重复步骤2、步骤3多次,可使NO充分转化
C
解析　根据步骤1,振荡注射器,无明显现象,说明NO未溶于蒸馏水中,故A正确;根据步骤2,吸入O2后,气体变为红棕色,是因为发生反应2NO+O2===2NO2,故B正确;根据步骤3,气体由红棕色变为无色,说明红棕色气体与水发生了反应:3NO2+H2O ===NO+2HNO3。氧化剂和还原剂均为NO2,其质量之比为1∶2,故C错误;O2可将NO氧化为NO2,NO2再与水反应生成NO和HNO3,重复步骤2、步骤3多次,可使NO充分转化,故D正确。
题组三　氨的氧化物溶于水的相关计算
7.将体积为V的试管充满NO气体,按如图所示进行实验。
B
A
9.(2025·石家庄高一月考)为了有效实现NO和NO2的相互转化,设计如下实验。按图组装好实验装置,并检验装置气密性,实验前用排水法收集半瓶NO气体。
(1)打开止水夹a,推动针筒活塞,使O2进入烧
瓶。关闭止水夹a,首先观察到烧瓶中的现
象是　　　　　　　　　　　　　　　　,
产生此现象的化学方程式为　　　　　　　　　　。
(2)轻轻摇动烧瓶,观察到烧瓶中的现象为　　　　　　　　　　　　　　　　,产生此现象的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　。
烧瓶中气体由无色变为红棕色
2NO+O2===2NO2
红棕色气体变为无色,烧瓶中液面上升
3NO2+H2O===2HNO3+NO
慢慢通入氧气,并不断摇动烧瓶
能力提升
10.如图所示,相同条件下,两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体,分别倒置于水槽中,然后通过导管缓慢通入氧气,边通边慢慢摇动试管,直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散,则两个试管内溶液的物质的量浓度之比为(　　)
A.1∶1 B.5∶7
C.7∶5 D.4∶3
A
解析　4NO2+O2+2H2O===4HNO3、4NO+3O2+2H2O===4HNO3,V(NO2)=V(NO), n(NO2)=n(NO),则生成的HNO3的物质的量相等,溶液的体积也相同,故两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度相等。
11.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)。下列说法不正确的是(　　)
A.装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸
B.若去掉装置C,对产品纯度有影响
C.实验时应先加热装置C,通入一段时间空气后再加热装置D
D.装置E中碱石灰的作用是吸收尾气
D
解析　A对,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;B对,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;C对,实验时,应先加热装置C,通入一段时间空气除去氧气,然后再加热装置D;D错,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。
12.(2025·聊城高一月考)探究一氧化氮能否被Na2O2完全吸收,设计了如下实验。装置如下(加热装置及部分夹持装置省略):
(1)仪器a的名称为　　　　　　。
(2)B装置内装的物质是　　　　　　,发生反应的化学方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)若NO能被Na2O2完全吸收,E装置中的现象为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)C装置的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
分液漏斗
水(或H2O)
3NO2+H2O===2HNO3+NO
酸性高锰酸钾溶液不褪色(或溶液紫色不褪去)
除去水和CO2(合理答案均可)
解析　(2)根据浓硝酸和碳在加热条件下反应生成二氧化碳、二氧化氮和水,二氧化氮可以和水反应生成一氧化氮,所以B装置内装的物质是水。(3)如果NO被完全吸收,则没有NO进入E装置中,则酸性高锰酸钾溶液不褪色。(4)气体经过B装置时会带入水蒸气,并且A装置生成的气体中含有二氧化碳,所以C装置的作用是吸收二氧化碳和水蒸气,防止干扰实验。
13.某校化学兴趣小组用如图装置验证NO2的氧化性和NO的还原性。
已知:①装置甲中发生的反应为Cu+
4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。
②硝酸具有挥发性,可将I-氧化成I2。
请回答下列问题:
(1)装置乙中的现象是　　　　　　　　。
(2)说明NO具有还原性的操作和现象是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
溶液变蓝色
打开止水夹,挤压空气囊,丙中气体由无色变为红棕色
解析　(1)碘化钾被氧化为单质碘,淀粉遇碘变蓝。(2)丙中NO2与水反应生成的NO会和氧气反应生成红棕色的NO2,证明NO具有还原性,故操作和现象为打开止水夹,挤压空气囊,丙中气体由无色变为红棕色。
(3)小组一成员对实验设计提出了疑问,他认为乙中的现象不足以证明NO2的氧化性,他的理由是 。
(4)小组另一成员为探究NO2的氧化性,进行如图实验。
由图B和图C中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式:　　　　　　　　　　。
挥发出来的HNO3,以及NO2和水反应生成的HNO3,也可将
I-氧化成I2,使溶液变蓝
NO2+SO2===NO+SO3
解析　(3)浓硝酸具有挥发性,且NO2与水反应生成硝酸,硝酸具有强氧化性,也能将碘离子氧化成单质碘,使溶液变蓝,对NO2的性质检验造成干扰。(4)题图B中为“无色气体”,C中“有红棕色气体产生”,说明B中NO2和SO2反应生成了NO,NO2表现氧化性,而SO2则表现还原性,故反应的化学方程式为NO2+SO2===NO+SO3。

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