5-2-1-氮氣與氮的固定(精講)高一化學(xué)(人教版2019必修第二冊)(解析版)

5.2.1氮氣與氮的固定（精講）思維導(dǎo)圖思維導(dǎo)圖常見考點常見考點考點一氮氣【例1-1】（2022四川南充）液氮能長時間保存活體組織和生物樣品，主要利用氮氣的性質(zhì)是A．密度小 B．沸點低 C．難溶于水 D．無色無味【答案】B【解析】液氮能長時間保存活體組織和生物樣品說明氮氣的沸點低，故選B?！纠?-2】（2022山東濟）N2是空氣的重要組成部分，因此有科學(xué)家根據(jù)蒸汽機的原理，設(shè)計制造出液氮蒸汽機，即利用液態(tài)氮的蒸發(fā)來驅(qū)動機車，從而達到環(huán)境保護的目的。其主要依據(jù)是A．液態(tài)氮的沸點為-195.8℃，遠低于常溫B．N2在空氣中燃燒放熱C．N2與H2反應(yīng)放熱D．N2在空氣中約占78%(體積分數(shù))【答案】A【解析】氮氣化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不容易參加化學(xué)反應(yīng)；液氮的沸點很低，極易汽化，汽化時吸收熱量，體積膨脹而驅(qū)動機車轉(zhuǎn)動，此過程中不產(chǎn)生污染物，保護了環(huán)境，跟氮氣的化學(xué)性質(zhì)及在空氣中的體積分數(shù)無關(guān)；故選A?！疽挥缛础?.（2022秋·海南儋州·高一校考階段練習(xí)）下列敘述錯誤的是A．氮元素位于元素周期表的第二周期，第VA族B．氮元素主要以氮分子的形式存在自然界中C．氮元素最外層有5個電子D．氮分子中的兩個氮原子通過離子鍵結(jié)合【答案】D【解析】A．氮原子核外電子數(shù)為7，核外K、L層依次排有2、5個電子，氮元素位于元素周期表的第二周期、第VA族，A項正確；B．在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空氣中，部分氮元素存在于動植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)中，還有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中，B項正確；C．氮原子核外電子數(shù)為7，核外K、L層依次排有2、5個電子，即最外層有5個電子，C項正確；D．氮分子中兩個氮原子間以共價三鍵(N≡N)結(jié)合，D項錯誤；答案選D。2．（2022秋·黑龍江佳木斯·高一校考期末）下列關(guān)于氮氣性質(zhì)的說法中正確的是A．點燃條件下，N2在氧氣中燃燒生成NOB．點燃時，N2與金屬Mg反應(yīng)生成Mg3N2，N2作還原劑C．合成氨反應(yīng)中，N2發(fā)生氧化反應(yīng)D．氮氣的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，其原因是兩個氮原子之間以共價三鍵結(jié)合【答案】D【解析】A．氮氣在放電或高溫條件下生成一氧化氮，A錯誤；B．點燃時，N2與金屬Mg反應(yīng)生成Mg3N2，N2得電子化合價降低作氧化劑，B錯誤；C．合成氨反應(yīng)中，N2得電子化合價降低發(fā)生還原反應(yīng)，C錯誤；D．氮氣的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，其原因是兩個氮原子之間以共價三鍵結(jié)合，鍵能大，不易斷裂，物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)溫度，D正確；故選D。3．（2022春·江蘇·高二江蘇省包場高級中學(xué)?？奸_學(xué)考試）是空氣的主要成分之一，作為原料廣泛用于合成氨工業(yè)、硝酸工業(yè)等。工業(yè)上用氨催化氧化生產(chǎn)硝酸，發(fā)生的反應(yīng)為，，；生產(chǎn)硝酸的尾氣中主要含有、等大氣污染物，可將其與石灰乳反應(yīng)轉(zhuǎn)化成、等而除去。下列物質(zhì)的性質(zhì)與對應(yīng)用途不正確的是A．氮氣性質(zhì)穩(wěn)定，可作保護氣 B．氧氣具有助燃性，可作燃料C．氨氣易液化，可作制冷劑 D．氫氧化鈣能吸水，可作常干燥劑【答案】B【解析】A．氮氣化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，一般不參加化學(xué)反應(yīng)，可以用作保護氣，A正確；B．氧氣具有助燃性、沒有可燃性，所以不能作燃料，B錯誤；C．氨氣易液化，液氨汽化吸收大量的熱，所以液氨常用作制冷劑，C正確；D．氫氧化鈣可以吸收水蒸氣，可以用作干燥劑，D正確；故選B?？键c二氮的固定【例2-1】（2022秋·高一單元測試）下列反應(yīng)屬于氮的固定作用的是A．NH3與氯化氫反應(yīng) B．硝酸工廠用NH3氧化制取NOC．雷雨時空氣中的N2轉(zhuǎn)化為NO D．由NH3制碳酸氫銨和硫酸銨【答案】C【解析】A．NH3與氯化氫反應(yīng)時，NH3分子中含有化合態(tài)的氮，A不符合題意；B．硝酸工廠用NH3氧化制取NO時，NH3分子中含有化合態(tài)的氮元素，B不符合題意；C．雷雨時空氣中的N2轉(zhuǎn)化為NO時，N2中含有游離態(tài)的氮元素，C符合題意；D．由NH3制碳酸氫銨和硫酸銨時，反應(yīng)物NH3中含有化合態(tài)的氮元素，D不符合題意；故選C?！纠?-2】（2022·上?！じ咭粚ｎ}練習(xí)）下列反應(yīng)屬于氮的固定的是A．2NO+O2=2NO2 B．3NO2+H2O=2HNO3+NOC．NH3+HCl=NH4Cl D．N2+3H22NH3【答案】D【解析】氮的固定是將空氣中的游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程，NO、NO2、NH3、N2中只有N2為游離態(tài)的氮，綜上所述N2+3H22NH3反應(yīng)屬于氮的固定，故選D?！疽挥缛础?．（2022·上?！じ咭粚ｎ}練習(xí)）下列屬于氮的固定的是A．植物從土壤中吸收氮肥B．大豆的根瘤菌將含氮的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锏鞍踪|(zhì)C．將空氣中的氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)楹衔顳．NO和反應(yīng)生成【答案】C【解析】A．氮的固定是指由游離態(tài)的氮元素轉(zhuǎn)化為氮的化合物，植物從土壤中吸收的氮元素，是含氮化合物，不屬于氮的固定，A錯誤；B．含氮的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锏鞍踪|(zhì)是含氮化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，不屬于單的固定，B錯誤；C．空氣中的氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)楹衔?，是從單質(zhì)到化合物，屬于單的固定，C正確；D．NO和反應(yīng)生成是含氮化合物之間的轉(zhuǎn)化，不是氮的固定，D錯誤；故選C。2．（2022·上海閔行·統(tǒng)考一模）下列轉(zhuǎn)化屬于工業(yè)固氮的是A． B．C． D．【答案】A【解析】工業(yè)固氮是人為將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程。A．，游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮，符合氮的固定定義，屬于工業(yè)固氮，故A選；B．，是同種價態(tài)的氮的化合物之間轉(zhuǎn)化，不屬于固氮，故B不選；C．，為不同化合態(tài)氮之間轉(zhuǎn)化，不屬于固氮，故C不選；D．，氮元素由游離態(tài)變?yōu)榛蠎B(tài)，屬于自然固氮，故D不選；故選A。3．（2022秋·黑龍江·高二統(tǒng)考學(xué)業(yè)考試）下圖為自然界氮循環(huán)的示意圖，其中哪一過程屬于人工固氮A．① B．② C．③ D．④【答案】B【解析】過程①氮氣和氧氣在閃電作用下反應(yīng)生成NO，是自然固氮，過程②氮氣和氫氣在催化劑、高溫下反應(yīng)生成氨氣，屬于人工固氮，過程③為含氮部分轉(zhuǎn)化為尿素，不是氮的固定，過程④是細菌分解生成氨氣，則屬于人工固氮的是過程②，故選：B。4．（2022春·遼寧）自然界中的氮循環(huán)部分轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。下列說法錯誤的是A．氮氣分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，常溫很難和其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)B．Ⅰ過程屬于氮的固定C．工業(yè)上也是利用圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個轉(zhuǎn)化來生產(chǎn)硝酸的D．圖中Ⅱ、Ⅲ為硝化過程，均可通過加入氧化劑實現(xiàn)【答案】C【解析】A．氮氣分子中含有氮氮三鍵結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，常溫很難和其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，故A正確；B．氮的固定是指游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮，Ⅰ過程從N2到，屬于氮的固定，故B正確；C．工業(yè)上是通過氨的催化氧化生成NO、NO被氧化為NO2、NO2和水反應(yīng)三個轉(zhuǎn)化來生產(chǎn)硝酸的，故C錯誤；D．圖中Ⅱ中氮從-3價升高到+3價、Ⅲ中氮從+3價升高到+5價，都為硝化過程，均可通過加入氧化劑實現(xiàn)，故D正確；故答案為：C?？键c三一氧化氮與二氧化氮【例3-1】（2022秋·黑龍江綏化·高一校考期中）病毒學(xué)研究證實，一氧化氮對病毒有直接控制作用。下列關(guān)于一氧化氮的敘述正確的是A．一氧化氮是一種紅棕色氣體B．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集C．一氧化氮可由氮氣和氧氣在放電條件下直接化合得到D．常溫常壓下，一氧化氮不能與空氣中的氧氣直接化合【答案】C【解析】A．一氧化氮是一種無色氣體，A錯誤；B．一氧化氮難溶于水，可以用排水法收集，B錯誤；C．氮氣和氧氣在放電條件下生成一氧化氮，C正確；D．常溫常壓下，一氧化氮與空氣中的氧氣直接反應(yīng)生成二氧化氮，D錯誤；故選C?！纠?-2】（2022遼寧·）銅與濃硝酸反應(yīng)能生成NO2。下列關(guān)于NO2敘述正確的是A．NO2是無色氣體 B．NO2是紅棕色氣體C．NO2可用排水法收集 D．NO2可用向下排空氣法收集【答案】B【解析】NO為無色氣體，而NO2為紅棕色氣體，NO2與水反應(yīng)，不能用排水法收集，NO2的密度比空氣大，可用向上排空氣法收集，綜上所述故選B。【例3-3】（2022秋·廣西南寧·高一?？茧A段練習(xí)）為了有效實現(xiàn)NO和NO2的相互轉(zhuǎn)化，設(shè)計如下實驗：按圖組裝好實驗裝置，并檢驗裝置氣密性，實驗前用排水法收集半瓶NO氣體。(1)打開止水夾a，推動針筒活塞，使O2進入燒瓶。關(guān)閉止水夾，首先觀察到燒瓶中的現(xiàn)象：_______，產(chǎn)生此現(xiàn)象的化學(xué)方程式為_______。(2)輕輕搖動燒瓶，觀察到燒瓶中的現(xiàn)象為①燒瓶中的氣體從_______色變成_______色；②燒杯中導(dǎo)管的水位_______(填上升、下降或不變)。產(chǎn)生此現(xiàn)象的化學(xué)方程式為_______?！敬鸢浮?1)

燒瓶內(nèi)，無色氣體變?yōu)榧t棕色

2NO+O2=2NO2(2)

紅棕

無色

上升

3NO2+H2O=2HNO3+NO【解析】（1）無色的NO能與O2反應(yīng)產(chǎn)生紅棕色的NO2，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NO+O2=2NO2，故觀察到燒瓶中氣體由無色變?yōu)榧t棕色；（2）①輕輕搖動平底燒瓶，使得NO2與水發(fā)生反應(yīng)3NO2+H2O=2HNO3+NO，所以燒杯中紅棕色氣體又變?yōu)闊o色，燒瓶中液面上升；②燒瓶中發(fā)生反應(yīng)3NO2+H2O=2HNO3+NO，氣體壓強減小，故燒杯中導(dǎo)管水位上升?！疽挥缛础?．（2022吉林白山）1998年，三位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)NO在心血管系統(tǒng)中起信號分子的作用而獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)獎，使得NO成為保健藥物的"明屋"分子。下列關(guān)于NO的說法正確的是A．NO是酸性氧化物 B．NO具有還原性，在空氣中極易被氧化C．NO的大量排放導(dǎo)致霧霾 D．人工合成是產(chǎn)生NO的唯一途徑【答案】B【解析】A．NO不能與堿反應(yīng)生成鹽和水，屬于不成鹽氧化物，故A錯誤；B．NO具有還原性，在空氣中極易被氧化為二氧化氮，故B正確；C．固體顆粒的大量排放導(dǎo)致霧霾，NO是氣體，故C錯誤；D．自然界中的雷電也會使氮氣和氧氣反應(yīng)生成NO，故D錯誤。故選B。2．（2022秋·新疆塔城·高一烏蘇市第一中學(xué)?？茧A段練習(xí)）汽車尾氣的處理反應(yīng)為：。下列有關(guān)說法正確的是A．NO為紅棕色氣體B．NO易溶于水C．反應(yīng)中NO是還原劑D．NO在大氣中可轉(zhuǎn)化為【答案】D【解析】A．二氧化氮為紅棕色氣體，一氧化氮為無色氣體，故A錯誤；B．一氧化氮不溶于水，故B錯誤；C．N元素化合價降低，則NO做氧化劑，故C錯誤；D．一氧化氮和氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化成二氧化氮，二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸，故D正確；故選：D。3．（2022·四川·涼山）下列關(guān)于NO和NO2的敘述正確的是A．一氧化氮是一種紅棕色的氣體B．常溫常壓下，一氧化氮不能與空氣中的氧氣直接化合C．一氧化氮可由氮氣和氧氣在放電條件下直接化合得到D．NO2被水吸收的反應(yīng)中，發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)的物質(zhì)的量之比為2∶1【答案】C【解析】A．NO為無色氣體，二氧化氮為紅棕色氣體，故A錯誤；B．常溫常壓下，NO能與空氣中的氧氣反應(yīng)生成二氧化氮，故B錯誤；C．氮氣和氧氣在放電條件下直接化合物成NO，故C正確；D．NO2與H2O發(fā)生反應(yīng)3NO2+H2O=2HNO3+NO，氧化反應(yīng)為化合價升高的反應(yīng)，還原反應(yīng)為化合價降低的反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)方程式以及氮原子守恒，氧化反應(yīng)：2NO2～2HNO3，還原反應(yīng)：NO2～NO，即發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)的物質(zhì)的量之比為1∶2，故D錯誤；答案為C?？键c四氮的氧化物溶于水的計算【例4-1】（2022春·河南安陽·高二林州一中?？奸_學(xué)考試）在容積為672mL的燒瓶里充滿NO、的混合氣體，將其倒立在水槽里，去塞后再通入280mL氧氣，恰好完全反應(yīng)，且水充滿燒瓶(氣體體積都折合成標準狀況下)。下列有關(guān)敘述中，正確的是A．總反應(yīng)為B．總反應(yīng)為C．生成的物質(zhì)的量濃度接近D．生成的物質(zhì)的量濃度約為【答案】B【解析】無論是還是都能在水中與氧氣按一定比例反應(yīng)生成，同溫同壓下氣體物質(zhì)的量之比等于體積之比，。所以由電子守恒可知恰好反應(yīng)時總反應(yīng)為。280mL氧氣的物質(zhì)的量為=0.0125mol，可以生成=，容器容積為，所以硝酸溶液濃度為。故選B?！纠?-2】（2022秋·湖北襄陽·高一?？茧A段練習(xí)）有一充有10mLNO和NO2混合氣體的試管，倒置于盛有水的水槽中，充分反應(yīng)后，仍有6mL無色氣體，則原混合氣體中NO和NO2體積比為A．3：2 B．2：3 C．1：4 D．4：1【答案】B【解析】二氧化氮和水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮和水不反應(yīng)，所以，剩余的氣體為一氧化氮，設(shè)混合氣體中二氧化氮的體積為V，則所以V=6mL，即二氧化氮的體積為6mL，則混合氣體中一氧化氮的體積為4mL，所以原混合氣體中NO和NO2體積比為4mL：6mL=2：3。故選B?！纠?-3】（2022秋·新疆塔城·高一烏蘇市第一中學(xué)校考階段練習(xí)）將盛有8mLO2、NO混合氣體的試管倒立于水中，經(jīng)過足夠長的時間后，試管內(nèi)氣體的體積剩余1mL，則原氣體中NO的體積是A．5mL或3mL B．4mL或3mL C．5mL或2mL D．4mL或5mL【答案】D【解析】設(shè)原混合氣體中NO和O2的體積分別是aml和bml，（1）如果NO過量，NO和氧氣反應(yīng)之后，得到NO和NO2的混合氣體，則根據(jù)方程式2NO+O2=2NO2，NO2的體積為2bml，消耗掉的NO的體積為2b，再根據(jù)方程式3NO2+H2O=NO+2HNO3，可知生成的NO的體積為，根據(jù)所剩余1mlNO，可知，又因為，解之得a=5ml，b=3ml。（2）如果O2過量，則NO與氧氣反應(yīng)之后，得到NO2和O2的混合氣體，則根據(jù)方程式2NO+O2=2NO2，NO2的體積為aml，消耗掉的氧氣體積為，再根據(jù)方程式4NO2+O2+2H2O=4HNO3，消耗掉的氧氣的體積為，根據(jù)所剩余1mlO2，可知，又因為，解之得a=4ml，b=4ml。綜上所述，原混合氣體中NO的體積為5ml或4ml，故選D。【一隅三反】1．（2022春·云南玉溪·高一?？计谀?0mLNO和NO2的混合氣體通入裝滿水的倒立在水槽中的量筒，充分反應(yīng)后，最后剩余4mL氣體，(已知一氧化氮與水不反應(yīng)，二氧化氮與水反應(yīng)：3NO2+H2O=2HNO3+NO)則原混合氣體中NO的體積為A．1mL B．3mL C．5mL D．7mL【答案】A【解析】NO、NO2混合氣體通入裝滿水的倒立在水槽中的量筒中，NO2氣體發(fā)生反應(yīng)：3NO2+H2O=2HNO3+NO，根據(jù)方程式可知：每反應(yīng)消耗3體積NO2，反應(yīng)產(chǎn)生1體積NO，反應(yīng)后氣體體積減少2體積。現(xiàn)在氣體體積減少了10mL-4mL=6mL，則混合氣體中NO2的體積V(NO2)=，則混合氣體中含有NO的體積V(NO)=10mL-9mL=1mL，故合理選項是A。2．（2022秋·廣西南寧·高一校考階段練習(xí)）某集氣瓶中的氣體呈紅棕色，加入足量水，蓋上玻璃片振蕩，得橙色溶液，氣體顏色消失。再拿走玻璃片后，瓶中氣體又變?yōu)榧t棕色，則該氣體可能是下列混合氣體中的A．H2、NO2、NO B．NO2、NO、N2 C．NO2、NO、O2 D．NO2、CO2、Br2【答案】D【解析】某集氣瓶中的氣體呈紅棕色，其中可能含有NO2和Br2中的至少一種；加入足量水，蓋上玻璃片振蕩，得橙色溶液，說明氣體中一定含有Br2蒸氣；同時氣體顏色消失，再拿走玻璃片后，瓶中氣體又變?yōu)榧t棕色，說明該無色氣體中含有NO，NO遇空氣中的O2反應(yīng)產(chǎn)生紅棕色的NO2氣體，反應(yīng)方程式為：2NO+O2=2NO2，由于NO2溶于水時生成HNO3和NO，發(fā)生反應(yīng)：3NO2+H2O=2HNO3+NO，則該NO是NO2與水反應(yīng)產(chǎn)生，因此原氣體中一定含有Br2、NO2，根據(jù)各個選項的氣體成分分析可知合理選項是D。3．（2022·全國·高一假期作業(yè)）在一定溫度和壓強下，將裝有NO和NO2混合氣體的試管倒立在水中，經(jīng)充分反應(yīng)后，試管內(nèi)氣體的體積變?yōu)樵瓉淼?/5，則原混合氣體中NO與NO2氣體的體積比是。A．3∶