2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点20氮及其氧化物学案

2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点20氮及其氧化物学案

考点20　氮及其氧化物 知识条目 加试要求 ‎1.氮氧化物的产生、转化及其性质 a ‎2.氮及其化合物的相互转化关系 c 一、氮气 ‎1．氮的存在及氮的固定 自然界中N元素大部分以游离态存在于空气中，也有一部分以化合态存在于动、植物体内，土壤及无机盐中。游离态的氮转化为化合态的氮的过程，叫作氮的固定。‎ ‎2．分子结构和物理性质 电子式 结构式 颜色 气味 水溶性 密度 N⋮⋮N N≡N 无色 无味 难溶于水 与空气接近 ‎3.化学性质 通常情况下，N2化学性质很稳定，只在高温、放电、催化剂等条件下才能发生一些化学反应。‎ ‎(1)与H2反应：N2＋3H22NH3‎ ‎(2)与O2反应：N2＋O22NO ‎(3)与Mg反应：N2＋3MgMg3N2‎ 二、氮的氧化物 氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。‎ ‎1．NO和NO2的比较 NO NO2‎ 物理性质 颜色 无色 红棕色 溶解性 不溶 能溶 毒性 有毒 有毒 化学性质 与O2反应 ‎2NO＋O2===2NO2‎ 与H2O反应 ‎3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 实验室制法 ‎(填化学方程式)‎ ‎3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 与人体、‎ 环境的关系 ‎①与血红蛋白结合使人中毒；②转化成NO2形成酸雨、光化学烟雾 形成酸雨、光化学烟雾 ‎2.氮的氧化物与水反应的几种情况 ‎(1)NO2或NO2与N2(非O2且不溶于水的其他气体均可)的混合气体溶于水 可依据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，利用气体体积差值进行计算。‎ ‎(2)NO2和O2混合气体溶于水的计算 由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知，当体积比：V(NO2)∶V(O2)＜4∶1时，O2过量，剩余气体为O2；V(NO2)∶V(O2)＝4∶1时，恰好完全反应；V(NO2)∶V(O2)＞4∶1时，NO2过量，剩余气体为NO。‎ ‎(3)NO与O2同时通入水中 ‎2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。总反应方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。当体积比：V(NO)∶V(O2)＜4∶3时，余O2；V(NO)∶V(O2)＝4∶3时，恰好完全反应；V(NO)∶V(O2)＞4∶3时，余NO。‎ ‎3．NO2与溴蒸气的鉴别方法 由于NO2和Br2在性质上有不少相似性：①均具有氧化性；②溶于水均有酸生成；③均可与碱反应；④均为红棕色等。所以不能用淀粉－KI试纸、pH试纸、NaOH溶液来鉴别，但二者性质又有差别，可以用下列方法鉴别：①AgNO3溶液；②CCl4；③用水洗法。‎ ‎【例1】　某氮的氧化物和一氧化碳在催化剂的作用下充分反应，生成氮气和二氧化碳。若测得氮气和二氧化碳的物质的量之比为1∶2，则该氮的氧化物为(　　)‎ A．N2O B．NO C．NO2 D．N2O5‎ ‎【解析】　设该氮氧化物的分子式为NOx，根据氧化还原反应规律写出反应的化学方程 式为2NOx＋2xCON2＋2xCO2，由于n(N2)∶n(CO2)＝1∶2，得出x＝1，因此该氮的氧化物为NO。‎ ‎【答案】　B ‎【提炼】　本题主要考查运用氧化还原反应规律分析、解决氮氧化物相关问题，由此推广到其他类似的题目也可用相同的方法分析。‎ ‎【例2】　将容积为50 mL的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体，倒置量筒在盛满水的水槽里，一段时间后，量筒里剩余气体体积为5 mL。则原混合气体中NO2和O2的体积比可能是________或________。‎ ‎【解析】　NO或NO2与O2的混合气体与水的反应计算关系式，可由下列化学方程式推导出来。‎ ‎2NO＋O2===2NO2 ①‎ ‎3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ②‎ 由②×2＋①得 ‎4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ③‎ 由①×3＋②×2‎ ‎4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 ④‎ ‎③、④两式就是平时计算经常用到的关系式。‎ 假设剩余的5 mL为O2，则参加反应③的NO2和O2的总体积为50 mL－5 mL＝45 mL。‎ 则原混合气体里，NO2的体积为45 mL×4/5＝36 mL，‎ O2的体积为50 mL－36 mL＝14 mL，‎ 即NO2与O2的体积比为36∶14＝18∶7。‎ 假设剩余的5 mL为NO，由②式得过量的NO2体积为15 mL，则发生反应③的NO2和O2的总体积为50 mL－15 mL＝35 mL。则原混合气体里，O2的体积为35 mL×1/5＝7 mL，NO2的体积为50 mL－7 mL＝43 mL，即NO2与O2的体积为43∶7。‎ ‎【答案】　18∶7　43∶7‎ ‎【提炼】　本题主要考查氮氧化物与O2、H2O反应的计算，相关分析见【知识整理归纳】。‎ ‎【例3】　氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NOx反应进行了探究。回答下列问题：‎ ‎(1)氨气的制备 ‎①氨气的发生装置可以选择上图中的________，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置→______________(按气流方向，用小写字母表示)。‎ ‎(2)氨气与二氧化氮的反应 将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。‎ 在一定温度下按图示装置进行实验。‎ 操作步骤 实验现象 解释原因 打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中 ‎①Y管中____________________________________________‎ ‎②反应的化学方程式________________________________________‎ 将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到温室 Y管中有少量水珠 生成的气态水凝聚 打开K2‎ ‎③____________________________________________‎ ‎④____________________________________________‎ ‎【解析】　(1)①实验室制取氨气的常用方法是Ca(OH)2与NH4Cl混合加热，或者CaO中滴入浓氨水(不需要加热)。这里提供的装置只有A适合第一种方法。②要收集干燥的氨气应用碱石灰进行干燥，干燥管应“大进小出”，即d进c出；由于氨气的密度比空气小，应用向下排空气法进行收集，即f进e出；最后应进行尾气处理，并要防止倒吸，应接i。‎ ‎(2)①②：NH3和NO2反应，根据氧化还原反应规律，生成N2，反应的化学方程式为8NH3＋6NO27N2＋12H2O，产物均无色，因此随着反应的进行，NO2的红棕色会逐渐变浅。③④：当产物中的H2O为液体时，反应过程中气体总物质的量减小，恢复原体积后装置中气压小于大气压，因此NaOH溶液会倒吸。‎ ‎【答案】　(1)①A　Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O　②d→c→f→e→i ‎(2)①气体红棕色逐渐变浅　②8NH3＋6NO27N2＋12H2O　③NaOH溶液倒吸入Y管　④当产物中的H2O为液体时，反应过程中气体的总物质的量减小，恢复原体积后装置中气压小于大气压 ‎【提炼】　‎ 本题主要考查氨的制备、净化、收集和尾气吸收，以及通过氨的还原性来分析、解决问题。可针对气体的发生装置、收集装置、尾气处理等进行适当小结归纳。‎ ‎【例4】　研究氮氧化物反应机理，对于控制汽车尾气、保护环境有重要意义。‎ ‎(1)NO在空气中存在如下反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH 上述反应分两步完成，其中第一步反应①如下，写出第二步反应②的热化学方程式(其反应的焓变ΔH2用含ΔH、ΔH1的式子来表示)：‎ ‎①2NO(g)N2O2(g)　ΔH1＜0　②______________‎ ‎(2)工业制HNO3的尾气中含有的NO2和NO常用NaOH溶液吸收，反应的化学方程式为：NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O,2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，现有平均组成为NOx的NO、NO2混合气体，通入足量的NaOH溶液中，充分反应后没有气体剩余，则：‎ ‎①x的取值范围为________________。‎ ‎②反应后溶液中n(NO)∶n(NO)＝__________________(用含x的代数式表示)。‎ ‎(3)电解法处理氮氧化合物是目前大气污染治理的一个新思路，原理是将NOx在电解池中分解成无污染的N2和O2除去，如图所示，两电极间是新型固体氧化物陶瓷，在一定条件下可自由传导O2－，电解池的阴极反应为________________________________________________________________________。‎ ‎【解析】　(1)由盖斯定律①＋②可得总反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，所以总的热化学方程式－①可得②，则②的热化学方程式为O2(g)＋N2O2(g)2NO2(g)　ΔH2＝ΔH－ΔH1。‎ ‎(2)平均组成为NOx的NO、NO2混合气体，通入足量的NaOH溶液中，充分反应后没有气体剩余，根据反应NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O和2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，说明只有当n(NO2)∶n(NO)≥1时，混合气体才能被NaOH溶液完全吸收。当n(NO)∶n(NO2)＝1时，x＝1.5；当只有NO2时，x＝2；故x取值范围为1.5≤x＜2。NOx被NaOH溶液完全吸收时，根据氧化还原反应中得失电子守恒规律，可写出反应的化学方程式：2NOx＋2NaOH===(5－2x)NaNO2＋(2x－3)NaNO3＋H2O，因此反应后溶液中n(NO)∶n(NO)＝(5－2x)∶(2x－3)。‎ ‎(3)阴极发生还原反应，根据题意，阴极上是NOx获得电子生成N2与O2－，因此电极反应式为2NOx＋4xe－===N2＋2xO2－。‎ ‎【答案】　(1)O2(g)＋N2O2(g)2NO2(g)　ΔH2＝ΔH－ΔH1‎ ‎(2)①1.5≤x＜2　②(5－2x)∶(2x－3)‎ ‎(3)2NOx＋4xe－===N2＋2xO2－‎ ‎【提炼】　本题主要考查在氮氧化物情景中盖斯定律的应用、氧化还原反应中的电子守恒规律和电极反应方程式的书写，可以总结电极反应方程式的书写规律：①先确定阴、阳极，根据阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应的规律分析两极分别发生反应的物质或微粒；②书写电极反应式，分析电子得失；③根据电解质分析电荷守恒，配平需要添加的微粒；④根据原子守恒配平。‎