5 第二节 第1课时 氮气和氮氧化物-【金版新学案】2024-2025学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 双选）

第二节　氮及其化合物 第1课时　氮气和氮氧化物 [学习目标]　1.认识氮元素在自然界中的存在形式，了解氮的固定的意义。　2.掌握N2的性质。　3.掌握NO、NO2的性质及二者的相互转化。4.掌握NO、NO2与O2混合溶于水的计算。 任务一　氮气与氮的固定 1．氮元素 (1)氮原子的结构特点 ①位：在元素周期表中位于第二周期第ⅤA族。 ②构：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。 ③性：一般通过共价键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 ①游离态：氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中。 ②化合态：存在于动植物体内的蛋白质中、土壤和海洋里的硝酸盐和铵盐中。 2．氮气的化学性质 [交流研讨1]　根据氮原子核外电子排布和氮气分子的结构，推测氮气的化学活性。 提示：由于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，通常情况下难以与其他物质发生化学反应。在高温、放电等条件下，氮气可以与氧气、氢气、镁等物质发生化合反应。 (1)还原性：N2＋O22NO。 (2)氧化性 ①N2与H2反应：N2＋3H22NH3。 ②在点燃条件下与金属镁反应：N2＋3MgMg3N2。 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 4．自然界中氮的循环 [交流研讨2]　(1)大家在吃薯条等膨化食品时，会发现袋子里东西并不多却鼓鼓囊囊的，袋子里填充的是食品级的氮气而非空气，请说出该食品级氮气的作用。 提示：主要作用有三个方面：①延长食品的保质期；②可以抵御外界潮气的侵入；③保护食品不被压碎。 (2)通过同学间交流或查阅资料分析液氮用于医疗手术的原理是什么。 提示：液氮挥发，吸收热量，使温度迅速下降，通过极度冷冻将病区细菌迅速杀死，使得病区适宜进行医疗手术。 1．下列关于N2的说法中错误的是(　　) A．豆科植物的根瘤菌将N2转化为氮的化合物不属于氮的固定 B．N2＋O22NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一 学生用书第14页 C．N2在空气中约占空气总体积的78% D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中N2作氧化剂 答案：A 解析：A．豆科植物的根瘤菌将空气中的氮转化为化合态的氮，属于生物固氮，A错误；B．汽车中的火花塞在打火过程中能引发氮气和氧气反应生成NO，产生的NO会导致空气污染，B正确；C．氧气约占空气体积的21%，氮气约占空气体积的78%，C正确；D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中，氮由0价变为－3价，氮气是氧化剂，D正确；故选A。 2．氮在自然界中的循环如下图所示。 (1)过程①称为　　　　　　，写出工业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。 答案：(1)人工固氮　N2＋3H22NH3　氧化 (2)豆科植物根瘤菌　N2＋O22NO　还原 任务二　一氧化氮和二氧化氮 1．物理性质 物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性 NO 无色 气体 — 有毒 不溶于水 NO2 红棕色 气体 有刺激性 有毒 易溶于水 2.化学性质 【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，观察现象 ①打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象； ②振荡注射器，再观察现象 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 【实验结论】 (1)NO不溶于水；2NO＋O2===2NO2； (2)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 [交流研讨1]　(1)常温下能用排空气法收集一氧化氮吗？为什么？实验室中应该怎样收集一氧化氮？ 提示：不能。因为发生反应：2NO＋O2===2NO2。实验室中应该用排水法收集一氧化氮。 (2)农业上有一句俗语“雷雨发庄稼”。其中就涉及氮及其化合物的转化：在一定条件下，氮气最终转化为硝酸，然后HNO3与土壤中的矿物作用生成硝酸盐，为庄稼提供氮肥。请你结合本节知识，写出氮气转化为硝酸的化学方程式。 提示：N2＋O22NO、2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 3．NO、NO2溶于水的相关计算 [交流研讨2]　为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验：按图组装好实验装置（夹持装置已省略），并检查装置的气密性，实验前用排水法收集100 mL NO。 打开止水夹，不断地缓慢推动注射器活塞，使O2进入烧瓶。试计算通入多少毫升O2才能使水充满烧瓶。 提示：①2NO＋O2===2NO2，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，由①×3＋②×2得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，即当NO和O2的体积比为4∶3时水可以充满烧瓶，故需通入75 mL O2。 学生用书第15页 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　① 2NO＋O2===2NO2　② ①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 　　 1．正误判断，错误的说明原因。 (1)由于NO极易与O2反应，并且其密度与空气相差不多，因此收集NO只能用排水法。 (2)由于NO2极易与水反应且密度比空气大，因此收集NO2只能用向上排空气法。 (3)NO2与H2O反应生成HNO3，故NO2是酸性氧化物。 答案：(1)正确　 (2)正确 (3)错误，因为反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO为氧化还原反应，NO2中N元素化合价由＋4价歧化为＋5价和＋2价，而酸性氧化物是与H2O反应生成对应的酸且化合价不发生变化 2．下列关于NO和NO2的说法正确的是(　　) A．一氧化氮是一种红棕色气体 B．NO2不能由N2和O2直接化合得到 C．NO和NO2均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集 D．NO在空气中可以长久地存在 答案：B 解析：A．一氧化氮是无色气体，故A错误；B．N2和O2在放电或高温条件下直接化合得到NO，故B正确；C．NO与氧气反应，NO不能用排空气法收集，NO2能与水反应，NO2不能用排水法收集，故C错误；D．NO与氧气反应生成NO2，NO不能在空气中长久地存在，故D错误；选B。 3．标准状况下，在一不规则的玻璃容器内充满NO2气体后，将其倒置于水槽中，假设容器中的物质不扩散至容器外，则充分反应后容器中所得溶液的物质的量浓度近似是　　　　　　。 答案：0.045 mol·L-1 解析：假设该容器的容积为3 L，则二氧化氮的体积为3 L，则： 3NO2＋H2O===2HNO3　＋　NO 3×22.4 L 2 mol 1×22.4 L 3 L mol 1 L 反应前后气体的体积由3 L变为1 L，则所得溶液的体积为2 L；该溶液的溶质为硝酸，所以硝酸的物质的量浓度为c＝＝≈0.045 mol·L-1。 4．将盛有12 mL一氧化氮和36 mL二氧化氮混合气体的烧瓶倒置于水中，通入一定量的氧气，完全反应后，剩余气体的体积为4 mL，则充入的氧气的体积为　　　　。 答案：15 mL或22 mL 解析：已知4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3、4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，若剩余气体为氧气，则充入的氧气总体积为4 mL＋12 mL×＋36 mL×＝22 mL；若剩余气体为NO，则充入的氧气总体积为8 mL×＋36 mL×＝15 mL。 1．（2023·镇远县月考）下列反应属于氮的固定的是(　　) A．用NH3制碳酸氢铵和硫酸铵 B．NO遇O2转化为NO2 C．硝酸工厂用NH3氧化制NO D．N2和H2在一定条件下反应生成NH3 答案：D 解析：A．NH3、碳酸氢铵和硫酸铵中的N都是化合态，不属于氮的固定，A错误；B．一氧化氮和二氧化氮都是化合态的氮，不属于氮的固定，B错误；C．氨气和一氧化氮都是化合态的氮，不属于氮的固定，C错误；D．氮气是游离态的氮，氮气和氢气反应生成的氨气是化合态的氮，属于氮的固定，D正确；故选D。 2．（2024·佳木斯市期末）下列关于氮气性质的说法中正确的是(　　) A．点燃条件下，N2在氧气中燃烧生成NO B．点燃时，N2与金属Mg反应生成Mg3N2，N2作还原剂 C．合成氨反应中，N2发生氧化反应 D．氮气的化学性质稳定，其原因是两个氮原子之间以共价三键结合 答案：D 解析：A．氮气和氧气在放电或高温条件下生成一氧化氮，A错误；B．点燃时，N2与金属Mg反应生成Mg3N2，N2得电子化合价降低作氧化剂，B错误；C．合成氨反应中，N2得电子化合价降低发生还原反应，C错误；D．氮气的化学性质稳定，其原因是两个氮原子之间以共价三键结合，断开该化学键需要较多能量，物质化学性质稳定，D正确；故选D。 3．NO2在火箭燃料中作氧化剂，下列有关二氧化氮的说法正确的是(　　) A．NO2为红棕色且有刺激性气味的气体 B．NO2属于酸性氧化物 C．NO2经转化被植物吸收，属于氮的固定 D．常温下空气中N2与O2可以化合成NO2 答案：A 解析：A．NO2 为红棕色且有刺激性气味的气体，A正确；B．NO2与氢氧化钠溶液反应生成硝酸钠、亚硝酸钠和水，故不属于酸性氧化物，B错误；C．氮的固定是指N2转化为化合物，C错误；D．N2与O2可在放电或高温下反应生成NO，常温下在空气中 N2与 O2不可以化合成NO2，D错误；故答案选A。 4．现有NO2、O2的混合气体12 mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2 mL（同温同压下），则原混合气体中氧气的体积是(　　) A．1.3 mL B．2.4 mL C．3 mL D．4 mL或1.2 mL 答案：D 解析：根据有关的反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。设原混合气体中O2的体积为V(O2)，剩余气体可能是O2，也可能是NO。①若剩余O2，则V剩＝V(O2)－×[12 mL－V(O2)]＝2 mL。解得V(O2)＝4 mL。②若剩余NO，则V剩＝×[12 mL－V(O2)－4V(O2)]＝2 mL。解得V(O2)＝1.2 mL。 5．氮氧化物会严重污染大气，所以实验室必须对含有 学生用书第16页 氮氧化物的废气进行处理。用NaOH溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应方程式如下： ①NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O ②2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O (1)在反应①中，参加反应的氧化剂和还原剂的质量之比为　　　　。 (2)在反应②中，氧化产物是　　　　，还原产物是　　　　（填化学式）。 (3)在反应①②中，参加反应的NaOH均为2 mol时，两个反应转移电子数的关系是①　　　　②（填“＞”、“＝”或“＜”）。 答案：(1)23∶15　(2)NaNO3　NaNO2　(3)＝ 解析：(1)根据反应①可知，氧化剂(NO2)和还原剂(NO)的物质的量之比是1∶1，质量之比为23∶15。(2)在反应②中只有氮元素的化合价发生变化，所以NO2既是氧化剂也是还原剂，氧化产物为NaNO3，还原产物为NaNO2。(3)反应①中2 mol NaOH参加反应，转移1 mol电子，反应②中2 mol NaOH参加反应时，转移1 mol电子。 学科网（北京）股份有限公司 $$