5.2.1 氮气和氮氧化物（word）-2021-2022学年高一新教材化学人教版必修第二册 【步步高】学习笔记

第二节　氮及其化合物 第1课时　氮气和氮氧化物 [核心素养发展目标]　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.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。氮原子最外电子层有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构成物质。 (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)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)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合反应，但在一定条件下氮气也可以和一些物质发生化合反应。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 (1)氮元素有多种化合价，其最高正价为＋5价(√) (2)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(×) (3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气(√) (4)氮的固定中氮元素一定被氧化(×) (5)豆科植物的根瘤菌固氮属于自然固氮中的高能固氮(×) (6)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮(×) (7)N2和O2在放电条件下会生成NO2(×) (8)N2中N元素价态为0价，处于中间价态，因此既有氧化性，又有还原性(√) 氮在自然界中的循环如下图所示。 (1)过程①称为________，写出合成氨反应的化学方程式：_____________________， 该反应中氮气显________性(填“氧化”或“还原”，下同) (2)过程②中能通过________的作用将空气中的氮气固定下来，写出③中固氮反应的化学方程式：____________________，该反应中氮气显________性。 (3)过程④中的亚硝酸盐有毒，工业上若直接排放将造成对环境的污染。已知NaNO2遇到还原性较强的NH会被还原为N2，在废液中加入下列物质不能使NaNO2无害化排放的是_______(填字母)。 a.H2O2　　b.NH4Cl　　c.KNO3　　d.NaOH 答案　(1)人工固氮　N2＋3H22NH3　氧化 (2)豆科植物根瘤菌　N2＋O22NO　还原 (3)acd 解析　(3)据题给信息，NaNO2可以被NH还原为N2，因此NH4Cl可以处理废水中的NO，而H2O2、KNO3都为氧化剂，不能将NaNO2还原为无毒的N2，NaOH和NaNO2不反应，故acd符合题意。 (1)氮的固定必须为将游离态的N2转化为化合态含氮物质的过程，为氧化还原反应。 (2)氮气性质的“一惰性、两反应”。氮气化学性质很稳定，通常状况下，很难与其他物质反应，但是在一定条件下，也能与氢气、氧气等反应。 (3)氮元素是多价态元素，氮气中氮元素呈0价，处于中间价态，故氮气既有氧化性(与H2反应)，又有还原性(与O2反应)。 二、一氧化氮和二氧化氮 1.氮的氧化物 氮的氧化物种类很多，如N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等 N的化合价 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5 对应氧化物 N2O(笑气) NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5 2.一氧化氮、二氧化氮的物理性质 氧化物 颜色 状态 气味 水溶性 毒性 NO 无色 气态 — 不溶 均有毒 NO2 红棕色 气态 刺激性气味 易溶 3.一氧化氮、二氧化氮的化学性质 (1)实验探究 装置 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 ①打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹 ②振荡注射器 现象 无明显现象 ①无色气体变为红棕色 ②红棕色气体逐渐变为无色，注射器活塞向左移动 (2)实验结论及解释 ①NO不溶于水，能与空气中的氧气反应生成红棕色的NO2，化学方程式：2NO＋O2===2NO2。 ②NO2能与水反应生成无色的NO，化学方程式：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。此反