5.2 氮及其化合物-2021-2022学年高一化学同步教学讲义（人教版2019必修第二册）

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第一节 氮及其化合物 一、氮气与氮的固定　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．氮元素的结构及存在 (1)氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族。氮原子最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。一般通过共用电子对与其他原子相互结合成物质。 (2)氮元素在自然界中的存在 氮元素主要以N2分子的形式存在于空气中，部分氮元素以化合物的形式存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。 2．氮气 (1)N2的物理性质 通常情况下，氮气是无色、无味的气体，密度比空气的稍小，难溶于水。 (2)N2的化学性质 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，通常情况下很难与其他物质发生化学反应，但在一定条件下氮气也可以和一些物质发生化学反应。写出氮气和下列物质反应的化学方程式。 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。 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。 (2)分类 氮的固定 二、一氧化氮和二氧化氮 1．一氧化氮、二氧化氮的物理性质 氧化物 颜色 状态 气味 水溶性 NO 无色 气态 无味 难溶 NO2 红棕色 气态 刺激性气味 易溶 2.一氧化氮、二氧化氮的性质探究 操作一：在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，观察颜色，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。 现象：一氧化氮为无色气体，注射器内无明显变化。 结论：NO难溶于水 操作二：打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气，夹上弹簧夹。 现象：注射器内气体变为红棕色。 结论：NO和O2反应生成NO2。 操作三：振荡注射器 现象：气体红棕色消失，得到无色溶液。 结论：NO2和H2O反应生成了HNO3和NO。 写出下列转化的化学方程式： (1)NO―→NO2：2NO＋O2===2NO2。 (2)NO2―→NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，该反应中NO2既表现氧化性，又表现还原性。 【补充】 (1)4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 V(NO2)∶V(O2) (2)4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 V(NO)∶V(O2) 【例题讲解】 1．自然界的氮循环如图所示。下列说法中，不正确的是 A．工业合成氨属于人工固氮 B．雷电作用下N2与O2发生化学反应 C．在氮循环过程中不涉及氧化还原反应 D．含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化 2．将盛满下列气体的试管分别插入水中(夹持仪器已略去)，一段时间后观察，最终的实验现象与图相符的是 A．氨气 B．氮气 C．二氧化氮 D．二氧化硫 3．NH3、NH4Cl、NO、NO2、HNO3等是氮重要的化合物，NO2与N2O4能相互转化，热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g) △H=+57kJ•mol-1。在给定条件下，下列物质间所示的转化不能实现的是 A．NH3N2 B．NO2HNO3 C．NONaNO2 D．NON2 4．某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将此无色透明的混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色。对于原混合气体成分的判断中，正确的是 A．肯定有SO2和NO B．可能有O2和NO2 C．可能有Cl2和O2 D．肯定只有NO 5．（多选）将一定体积的NO2、NO和O2依次通入倒置于水槽且装满水的容器，充分反应后容器中仍充满溶液，则通入的NO2、NO和O2的体积比可能是 A．1：1：1 B．4：3：2 C．4：16：13 D．4：3：4 6．I.如图所示：在B水槽中装有500mL水，容积为a mL的试管A充满了NO2和NO的混合气体(标准状况)，将试管A倒插入B水槽的水中。充分反应后，试管A中余下气体的体积为0.5a mL。 (1)通过导气管C向余下0.5a mL气体的试管A中持续通入氧气，A中可能观察到的现象是___________。 (2)当试管A中充满气体时停止通入氧气，然后将试管取出水槽，水槽B中溶液的物质的量浓度为___________mol·L−1(设溶液的体积仍为500mL)。 II.将一定量铁粉和铜粉混合均匀后分为四等份，分别加入同浓度的稀硝酸，充分反应，在标准状况下生成NO的体积和剩余金属的质量如表所示(设HNO3的还原产物只有NO)： 实验序号 I II III IV 稀硝酸的体积/mL 50 100 150 175 剩余金属的质量/g 9.0 4.8 0