齐鲁名校教科研协作体山东湖北部分重点中学2018年高二(高三新起点)联考数学(理)试题
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第1课时氮气和氮的氧化物
素养要求
1.能从分子结构的角度认识氮气的化学稳定性,熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件,了解氮的固定和自然界中氮的循环。
2.能从物质类别和氮元素的化合价认识氮氧化物的性质与转化,熟知工业制硝酸的反应原理,促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。
一、氮气与氮的固定
1.自然界中氮的循环
(1)自然界:
①豆科植物根部的____________把氮气转化成________,从而实现自然固氮。
②在________条件下,空气中氮气与氧气化合为氮的氧化物,并随降雨进入水体和土壤中。
③微生物分解动植物中的蛋白质生成________________________,回到水体和土壤中。
(2)人类活动:
①将空气中氮气合成________,再进一步转化为其他含氮化合物,进入水体和土壤中。
②________________________________________所产生的氮氧化物通过大气进入陆地和海洋。
2.氮气的物理性质
3.氮气的化学性质
(1)N2与Mg反应:_____________________________
(2)N2与O2反应:___________________________________
(3)N2与H2的反应:__________________________________
4.氮的固定
(1)概念:将大气中________态的氮转化为氮的化合物的过程。
(2)分类:
【学而思】
1.医生为什么可以利用液氮给手术刀降温?已知:氮气的熔点-210 ℃,沸点-196 ℃,密度:1.25 g·L-1。
2.在国民经济和日常生活中,氮气有广泛的用途。
我们将它充灌在电灯泡里,可防止钨丝的氧化,延长灯泡的使用寿命。
还可用它来代替惰性气体作焊接金属时的保护气。
氮气为什么可以作保护气?
拓展空气的组成与氮循环
空气是一种混合物,大概的组成情况(体积分数)如下:氮气:78%;氧气:21%;稀有气体:0.94%;二氧化碳:0.03%;其他:0.03%。
空气是自然界中最大的氮元素容器,是氮循环的最大源泉。
二、一氧化氮和二氧化氮
1
2.化学性质【实验5—5】
实验现象实验结论
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。
【学而思】
1.如何鉴别NO和NO2?
2.二氧化氮和溴蒸气都是有刺激性气味的红棕色气体,能否用湿润的淀粉碘化钾试纸检验?已知硝酸可以将I-氧化为I2。
[即时练]
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)氮的固定过程中氮元素一定被氧化。
( )
(2)N2在高温条件下与O2发生燃烧生成NO。
( )
(3)NO在空气中易转化为红棕色NO2。
( )
(4)NO2与H2O的反应,NO2只作氧化剂。
( )
(5)闪电时氮气和氧气化合,生成的氮的化合物被植物吸收的过程,属于自然固氮。
( )
2.下列变化过程属于物理变化的是( )
A.活性炭使红墨水褪色
B.雷雨天氮气与氧气化合
C.二氧化氮溶于水
D.酸雨侵蚀建筑物
3.在NO2与水的反应中,水的作用是( )
A.是还原剂
B.既是氧化剂又是还原剂
C.是氧化剂
D.既不是氧化剂又不是还原剂
4.下列关于一氧化氮的叙述正确的是( )
A.一氧化氮是一种红棕色的气体
B.常温常压下,一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C.一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D.一氧化氮易溶于水,不能用排水法收集
5.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O2⑥试管内气体是NO
其中正确的是( )
A.①③ B.②④⑤
C.②④⑥ D.②③⑤
目标1 氮的循环与固定
例1. 下列反应属于氮的固定的是( )
①N2和H2在一定条件下合成NH3
②NO2和H2O反应生成HNO3和NO
③Mg在N2中燃烧生成Mg3N2
④NO被空气氧化为NO2
A.①②B.②③ C.①③D.①④
归纳
关键能力
一、氮在自然界中的循环
1.自然循环
2.人类活动的影响
二、氮的固定涉及的氮及其化合物之间的转化关系
对图的解释:(1)氮的固定,是以氮气为核心的氮及其化合物之间的转化。
(2)图中涉及的转化均可以通过氧化还原反应实现,涉及的化学方程式有:
①N2+3H22NH3
②N2+O2放电
===2NO
③2NO+O2===2NO2
④3NO2+H2O===2HNO3+NO
[对点练]
1.关于氮气的性质说法中,错误的是( )
A.氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在
B.通常情况下,氮气性质很不活泼
C.可在氧气中燃烧生成一氧化氮
D.大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环2.下列说法不正确的是( )
A.豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮是物理变化
B.汽车尾气中排放的氮氧化合物是由游离态氮转化来的
C.化石燃料燃烧通常会释放出氮氧化合物
D.植物秸秆燃烧时放出氮氧化合物,参与了氮的循环
目标2 氮的氧化物的实验与计算
例2. 某化学兴趣小组利用如图装置进行下列操作: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15 mL空气[假设只有两种气体,且V(N2)∶V(O2)=4∶1]后夹上弹簧夹,振荡注射器(注射器内压强始终与大气压相同)。
下列说法错误的是( )
A.整个实验过程可以看到无色气体变为红棕色后又变为无色的现象
B.实验结束后,注射器活塞停留在28 mL刻度附近
C.最终,注射器中气体为NO约16 mL、N2约12 mL
D.所得溶液的物质的量浓度约为0.036 mol·L-1(气体体积均为标准状况数据;溶液体积仍为5 mL)
关键能力
氮氧化物的计算类型
1.相关反应原理:
3NO2+H2O===2HNO3+NO①
2NO+O2===2NO2②
由方程式①×2+②得:
4NO2+O2+2H2O===4HNO3③
由方程式①×2+②×3得:
4NO+3O2+2H2O===4HNO3④
2.计算类型:
(1)NO2气体(或NO2与NO的混合气体)溶于水(反应①)利用气体体积差法进行计算。
V(NO2)。
V剩=V(NO)原+1
3
(2)NO2与O2的混合气体溶于水(反应③)。
(3)NO与O2的混合气体溶于水(反应④)
提醒当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子,若上述两种气体与O2混合通入水中时,O2得电子,且得失电子数必须相等,这是电子守恒法解答此类题目的依据。
[对点练]
3.
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O2 49 mL 时,液面仍在原来位置,则试管体积V为( )
A.49 mL B.28 mL
C.30 mL D.24.5 mL
4.[2023·福建三校协作高一联考]如图所示,将相同条件下的m体积NO和n体积O2
体积的气体,该气体同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内,充分反应后,试管内残留m
2
与空气接触后立即变为红棕色。
则m与n的比为( )
A.3∶2 B.2∶3
C.8∶3 D.3∶8
5.[2023·河南林州一中高一开学考试]将体积比为3∶1的NO2和NO混合气体(共4 mol)依次缓慢通过分别装有足量NaHCO3饱和溶液、浓硫酸、过氧化钠的装置后,用排水法将残余气体收集起来,则收集到的气体(同温同压下测定)是( )
A.0.5 mol O2
B.0.67 mol NO
C.1 mol NO2和0.25 mol O2
D.2 mol O2
6.
如图所示,集气瓶内充满某混合气体,将集气瓶置于光亮处,然后挤压胶头滴管使胶头滴管内的水进入集气瓶,发现烧杯中的水会倒吸进入集气瓶,则集气瓶内的混合气体可能是( )
①CO、O2②NH3、O2③NO2、O2④N2、H2
A.①② B.②④
C.③④ D.②③
第二节氮及其化合物
第1课时氮气和氮的氧化物
知识基础
一、
1.(1)①根瘤菌氨②放电③小分子的含氮化合物
(2)①氨②化石燃料燃烧、森林和农作物的枝叶燃烧
2.无稍小无难溶于水
3.(1)N2+3Mg 点燃
===Mg3N2
(2)N2+O2放电或高温
=======2NO
(3)
4.(1)游离(2)高能生物人工合成氨仿生
【学而思】
1.提示:液氮沸点低,变成气体时吸收热量造成周围温度降低。
2.提示:氮气化学性质很稳定,常温下不与氧气反应,可以作保护气。
二、
1.无红棕无味有刺激性大不有有
2.无明显现象NO不溶于水无红棕左红棕色NO2红棕无继续向左无NO
【学而思】
1.提示:NO 2是红棕色气体,NO 是无色气体且遇空气变为红棕色。
2.提示:不能,NO 2溶于水生成硝酸,可使淀粉碘化钾试纸变蓝,Br 2氧化性大于I 2,也可使淀粉碘化钾试纸变蓝。
[即时练]
1.答案:(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ 2.答案:A 3.答案:D
4.解析:NO 是无色气体,不溶于水,在放电的条件下N 2与O 2化合生成NO 。
答案:C
5.解析:由反应4NO +3O 2+2H 2O===4HNO 3可得,剩余气体应为NO ,体积为4
3 mL ,试管内液面上升。
答案:C 核心素养
[例1] 解析:氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程。
答案:C
[对点练]
1.解析:通常情况下氮气的性质很不活泼,在放电或高温条件下,能跟氧气反应。
答案:C 2.答案:A
[例2] 解析:吸入空气后NO 被O 2氧化生成红棕色气体NO 2,NO 2能与水发生反应3NO 2
+H 2O===2HNO 3+NO ,可观察到气体又变为无色,A 正确;NO 不与水反应,有氧气存在时发生反应4NO +3O 2+2H 2O===4HNO 3,由题给信息知,吸入的15 mL 空气中氮气体积为12 mL ,氧气体积为3 mL ,氧气不足,NO 有剩余,共有3 mL 氧气和4 mL NO 与水发生反应,则最终注射器内的气体体积为V (N 2)+V (NO) =12 mL +(20-4) mL =28 mL ,还有5 mL 溶液,注射器活塞停留在33 mL 刻度附近,B 错误,C 正确;反应消耗4 mL NO ,标准状况下4 mL NO 的物质的量为V V m
=
4×10-3L
22.4 L mol·L
-1
=1×10-35.6
mol ,n (HNO 3)=n (NO)=
1×10-35.6
mol ,溶液体积V =5 mL ,
所得溶液中HNO 3的物质的量浓度c =
n(HNO 3)
V
=
1×10-3
5.65×10-3
mol·L -1
≈0.036 mol·L -1
,D 正确。
答案:B
[对点练]
3.解析:通入氧气发生4NO +3O 2+2H 2O===4HNO 3,如果NO 过量,则体积不可能与原来相等,应为氧气过量,则
4NO +3O 2+2H 2O===4HNO 3,
V 3
4V
49 mL -3
4V =V ,V =28 mL 。
答案:B
4.解析:在一定条件下,将m 体积NO 和n 体积O 2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内,充分反应的化学方程式为4NO +3O 2+2H 2O===4HNO 3。
由于试管内残留气体与空气接
触后立即变为红棕色,所以残留气体为NO,则与O2反应的NO气体体积为m-m
2=m
2
,参与反
应的NO和O2的体积之比为m
2
∶n=4∶3,所以m∶n=8∶3,故选C。
答案:C
5.解析:由题意可知,通入的气体为3 mol NO2和1 mol NO,混合气体通入足量NaHCO3饱和溶液,3 mol NO2和H2O反应生成2 mol HNO3和1 mol NO,2 mol HNO3和NaHCO3反应生成2 mol CO2。
此时主要气体为2 mol CO2和2 mol NO,通过浓硫酸干燥后,再通入过氧化钠中,2 mol CO2和Na2O2反应生成1 mol O2,1 mol O2和2 mol NO反应生成2 mol NO2。
用排水法收集时,2 mol NO2和H2O反应生成约0.67 mol NO,故选B。
答案:B
6.解析:①CO和O2在光照条件下不反应,且均难溶于水,不符合题意;②NH3极易溶于水,符合题意;③在O2存在的条件下,NO2可与水发生反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3,生成物易溶于水且没有气体生成,符合题意;④N2和H2在光照条件下不反应,且均难溶于水,不符合题意。
答案:D。