第5章 第2节氮及其化合物
第1课时氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
基础达标
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1．NO2可以用氢氧化钠溶液吸收，或在一定条件下用氨气与其反应使之转化为无污染的物质，发生反应的化学方程式分别是2NO2＋2NaOH===M＋NaNO3＋H2O，8NH3＋6NO2===7X＋12H2O。则M、X代表的物质的化学式分别是( )
A．NaNO2、N2 B．HNO2、N2
C．NO、HNO3 D．N2、N2
2．N2O俗称“笑气”，早期被用于牙科手术的麻醉，是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。反应3CO＋2NO2===3CO2＋N2O能产生N2O。下列关于N2O的说法一定正确的是( )
A．上述反应中，每消耗2 mol NO2，就会生成22.4 L N2O(标准状况下测定)
B．N2O有氧化性，且为HNO2的酸性氧化物
C．当生成3 mol CO2时，转移的电子数为12NA
D．N2O使用时必须少量，否则会与人体血红蛋白结合，使人中毒
3．在一大试管中装入10 mL NO倒立于水槽中，然后向其中缓慢通入6 mL O2(气体体积均在相同条件下测定)，下面有关实验最终状态的描述，正确的是( )
A．试管内气体呈红棕色
B．试管内气体呈无色，是4 mL NO
C．试管内气体呈无色，是2 mL O2
D．试管内液面上升
4．氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分，人类活动影响了氮循环中的物质转化，如图所示。下列说法中，不正确的是( )
A．工业合成氨属于人工固氮过程
B．硝化过程中氮元素被还原
C．含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化
D．反硝化过程有助于稳定N2在大气中的含量
二、非选择题
5．某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应，特进行如下实验(如图所示)。
(1)图1两集气瓶中下(填“上”或“下”)瓶颜色深。
(2)图2中反应的现象是 。
(3)图3中“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有 ，说明NO2在该反应中表现 性。
(4)由图2和图3中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式： 。
6．NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。
(1)NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式： 。其中氮元素的化合价在此反应中发生的变化是 (填序号)。
A．不变 B．仅升高
C．仅降低 D．既有升高又有降低
(2)在汽车尾气系统中安装催化转化器，可有效降低NOx的排放。
①当尾气中空气不足时，NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式： 。
②根据上述反应，若反应掉1.5 mol的NO，转移电子的物质的量为 mol。
(3)设空气中O2体积分数为0.25，N2体积分数为0.75，有水存在的条件下，氮的氧化物和一定量空气混合恰好完全反应，反应后气体体积减少一半，该氮的氧化物是 (填序号)。
A．NO
B．NO2
C．NO和NO2物质的量之比为2∶1的混合物
D．NO和NO2物质的量之比为1∶1的混合物
能力提升
一、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)
1．某无色透明的混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将此混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色。下列对于原混合气体成分的判断中正确的是( )
A．肯定有SO2、O2和NO
B．肯定没有Cl2、O2和NO2
C．可能有Cl2和O2
D．肯定只有NO
2．把少量NO2气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
3．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，试管内液面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中液面继续上升，经过多次重复后，试管内完全充满液体，原来试管中盛装的气体是( )
A．可能是N2和NO2的混合气体
B．一定是NO2气体
C．可能是NO与NO2的混合气体
D．可能是NO2一种气体
4．无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种，将一定量的甲气体经过下图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为( )
A．NO2、N2 B．NO、CO2
C．NO2、CO2 D．NO、CO2、N2
5．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是( )
A．1.2 mL B．2.4 mL
C．3 mL D．4 mL
二、非选择题
6．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，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。
(1)打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，观察到的现象是 。原因是 。
(2)然后轻轻摇动烧瓶，烧瓶中观察到的现象是 。产生此现象的原因是 。
(3)若最后烧瓶中充满了水，则原烧瓶中NO与通入氧气的体积之比为 (同温同压下)。用化学方程式说明原因 。
7．某课外活动小组欲探究镁与NO2的反应。已知镁与CO2的反应为2Mg＋CO22MgO＋C。
(1)该小组类比Mg与CO2的反应对Mg与NO2的反应进行猜测，写出Mg与NO2反应的化学方程式： 。
(2)该小组设计如下实验验证上述猜测，实验装置(用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸)如图所示。
资料信息：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
①装置A中的试剂是 。
②干燥管和装置B的作用分别是 。
③正确的实验操作步骤是 。
a．通入NO2
b．打开弹簧夹
c．点燃酒精灯
d．当硬质玻璃管充满红棕色气体后，关闭弹簧夹
第5章 第2节氮及其化合物
第1课时氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
基础达标
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1．NO2可以用氢氧化钠溶液吸收，或在一定条件下用氨气与其反应使之转化为无污染的物质，发生反应的化学方程式分别是2NO2＋2NaOH===M＋NaNO3＋H2O，8NH3＋6NO2===7X＋12H2O。则M、X代表的物质的化学式分别是( A )
A．NaNO2、N2 B．HNO2、N2
C．NO、HNO3 D．N2、N2
解析：根据化合价升降关系以及原子守恒，判断M为NaNO2，X为N2，故选A。
2．N2O俗称“笑气”，早期被用于牙科手术的麻醉，是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。反应3CO＋2NO2===3CO2＋N2O能产生N2O。下列关于N2O的说法一定正确的是( A )
A．上述反应中，每消耗2 mol NO2，就会生成22.4 L N2O(标准状况下测定)
B．N2O有氧化性，且为HNO2的酸性氧化物
C．当生成3 mol CO2时，转移的电子数为12NA
D．N2O使用时必须少量，否则会与人体血红蛋白结合，使人中毒
解析：由方程式可知，反应中每消耗2 mol NO2，可生成1 mol N2O，标准状况下的体积为22.4 L，A正确；N2O中氮元素的化合价为＋1价，HNO2中氮元素的化合价为＋3价，N2O不是亚硝酸的酸性氧化物，B错误；反应中碳元素的化合价由＋2价升高到＋4价，当生成3 mol CO2时转移6 mol电子，C错误；N2O能作麻醉剂，说明其不能和人体血红蛋白结合，D错误。
3．在一大试管中装入10 mL NO倒立于水槽中，然后向其中缓慢通入6 mL O2(气体体积均在相同条件下测定)，下面有关实验最终状态的描述，正确的是( D )
A．试管内气体呈红棕色
B．试管内气体呈无色，是4 mL NO
C．试管内气体呈无色，是2 mL O2
D．试管内液面上升
解析：根据4NO＋3O2＋2H2O=== 4HNO3可知，V(NO)∶V(O2)>4∶3时，NO有剩余。由题意，V(NO)∶V(O2)＝5∶3可知，NO剩余2 mL，试管内液面上升。
4．氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分，人类活动影响了氮循环中的物质转化，如图所示。下列说法中，不正确的是( B )
A．工业合成氨属于人工固氮过程
B．硝化过程中氮元素被还原
C．含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化
D．反硝化过程有助于稳定N2在大气中的含量
二、非选择题
5．某化学学习小组为探究NO2和SO2的反应，特进行如下实验(如图所示)。
(1)图1两集气瓶中下(填“上”或“下”)瓶颜色深。
(2)图2中反应的现象是下瓶中的红棕色逐渐消失，最终变为无色。
(3)图3中“有红棕色气体产生”说明SO2和NO2反应的产物中有NO，说明NO2在该反应中表现氧化性。
(4)由图2和图3中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式：NO2＋SO2===NO＋SO3。
解析：图3中反应生成的气体遇空气显红棕色，说明图2中反应生成了NO，即NO2和SO2反应，NO2转化为NO，表现氧化性，而SO2则表现还原性，被氧化，硫元素化合价升高，只能变成＋6价，应转化为SO3。
6．NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。
(1)NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。其中氮元素的化合价在此反应中发生的变化是D(填序号)。
A．不变 B．仅升高
C．仅降低 D．既有升高又有降低
(2)在汽车尾气系统中安装催化转化器，可有效降低NOx的排放。
①当尾气中空气不足时，NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式：2NO＋2CON2＋2CO2。
②根据上述反应，若反应掉1.5 mol的NO，转移电子的物质的量为3mol。
(3)设空气中O2体积分数为0.25，N2体积分数为0.75，有水存在的条件下，氮的氧化物和一定量空气混合恰好完全反应，反应后气体体积减少一半，该氮的氧化物是D(填序号)。
A．NO
B．NO2
C．NO和NO2物质的量之比为2∶1的混合物
D．NO和NO2物质的量之比为1∶1的混合物
解析：(1)NO2与H2O反应生成HNO3与NO。由于NO2中的氮元素的化合价为＋4价，而生成物NO中的氮元素的化合价是＋2价，而硝酸中的氮元素的化合价是＋5价，所以NO2中氮元素的化合价既有升高又有降低。(2)①NO被CO还原成N2，由得失电子守恒和元素守恒可知CO被氧化为CO2；②根据化学方程式2NO＋2CON2＋2CO2可知，反应中氮元素的化合价由＋2价变成0价，所以反应掉1.5 mol NO转移电子的物质的量是3 mol。(3)混合气体全部与空气中的氧气反应，没有物质是过量的，最终氮的氧化物与氧气、水反应生成HNO3，反应后气体体积减少一半，剩余气体为氮气，令剩余氮气为0.75 mol，则氮的氧化物为1.5 mol－0.75 mol－0.25 mol＝0.5 mol，结合选项令氮的氧化物的平均组成为NOx，根据电子转移守恒，则：(5－2x)×0.5＝0.25×4，解得x＝1.5，故氮的氧化物为NO和NO2的混合物，令NO和NO2的物质的量分别为a mol、b mol，则：a＋b＝0.5，(a＋2b)/0.5＝1.5，解得a＝0.25，b＝0.25，故NO和NO2的物质的量之比为0.25 mol∶0.25 mol＝1∶1，故选D。
能力提升
一、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)
1．某无色透明的混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将此混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色。下列对于原混合气体成分的判断中正确的是( B )
A．肯定有SO2、O2和NO
B．肯定没有Cl2、O2和NO2
C．可能有Cl2和O2
D．肯定只有NO
解析：无色气体，说明无Cl2、NO2；使品红褪色，说明有SO2；通入空气变红棕色，说明有NO，无O2。
2．把少量NO2气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( C )
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
解析：少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，逸出的气体是NO、CO2，二者物质的量比为1∶2，同时还有少量水蒸气逸出，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，CO2与过氧化钠反应生成的O2与NO反应生成NO2，O2有剩余，同时逸出的少量水蒸气与过氧化钠反应也生成O2，所以最后收集到的气体是NO2和O2。
3．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，试管内液面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中液面继续上升，经过多次重复后，试管内完全充满液体，原来试管中盛装的气体是( CD )
A．可能是N2和NO2的混合气体
B．一定是NO2气体
C．可能是NO与NO2的混合气体
D．可能是NO2一种气体
解析：试管内气体为红棕色，故一定含有NO2，也可能含有NO，因为2NO＋O2===2NO2，生成的NO2又可与水反应，使液面上升，NO2、O2与水反应的总反应的化学方程式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，故当试管内气体为NO2或NO2与NO的混合物时，通入适量O2，最终试管内可完全充满液体。由于N2不溶于水，故不可能含有N2。由此可知答案为CD。
4．无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种，将一定量的甲气体经过下图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为( B )
A．NO2、N2 B．NO、CO2
C．NO2、CO2 D．NO、CO2、N2
解析：混合气体无色，气体中不含NO2，气体通过Na2O2后显红棕色，说明原混合气体中含有NO，且有与Na2O2反应生成O2的气体CO2，通入水中，溶液呈酸性，且几乎无气体剩余，说明原气体中不含N2。
5．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是( AD )
A．1.2 mL B．2.4 mL
C．3 mL D．4 mL
解析：(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。
二、非选择题
6．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，并检查装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。
(1)打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，观察到的现象是烧瓶中气体由无色变为红棕色。原因是发生了反应2NO＋O2===2NO2。
(2)然后轻轻摇动烧瓶，烧瓶中观察到的现象是烧瓶中红棕色气体又变为无色，烧杯中水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升)。产生此现象的原因是发生了反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
(3)若最后烧瓶中充满了水，则原烧瓶中NO与通入氧气的体积之比为4∶3(同温同压下)。用化学方程式说明原因发生的反应为①2NO＋O2===2NO2，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，①×3＋②×2可得方程式：4NO＋3O2＋2H2O=== 4HNO3，当NO与氧气的体积之比为4∶3时，气体完全溶于水。
解析：(1)无色的NO能与O2反应产生红棕色的NO2。(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，因为烧瓶内气体的量减少，引起烧瓶内气体的压强降低。所以烧杯内的水会倒吸入烧瓶中，使烧瓶中液面上升。(3)发生的反应为①2NO＋O2===2NO2，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，①×3＋②×2可得方程式：4NO＋3O2＋2H2O=== 4HNO3，当NO与氧气的体积之比为4∶3时，气体完全溶于水。
7．某课外活动小组欲探究镁与NO2的反应。已知镁与CO2的反应为2Mg＋CO22MgO＋C。
(1)该小组类比Mg与CO2的反应对Mg与NO2的反应进行猜测，写出Mg与NO2反应的化学方程式：4Mg＋2NO24MgO＋N2。
(2)该小组设计如下实验验证上述猜测，实验装置(用于连接玻璃管的乳胶管均内衬锡纸)如图所示。
资料信息：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
①装置A中的试剂是NaOH溶液。
②干燥管和装置B的作用分别是吸收NO2避免污染环境、收集N2。
③正确的实验操作步骤是badc。
a．通入NO2
b．打开弹簧夹
c．点燃酒精灯
d．当硬质玻璃管充满红棕色气体后，关闭弹簧夹
解析：(1)由题意分析可知，Mg与NO2发生置换反应，反应的化学方程式为4Mg＋2NO24MgO＋N2。(2)①由反应2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O可知，装置A中的试剂是NaOH溶液，作用是除去N2中混有的NO2。②干燥管的作用是吸收NO2避免污染环境。装置B是利用排水法收集N2的装置。③正确的实验操作步骤是：打开弹簧夹→通入NO2(排尽装置中的空气)→当硬质玻璃管充满红棕色气体后，关闭弹簧夹，点燃酒精灯。
