第5章 第2节 课时1 氮及氮的氧化物-【正禾一本通】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 单选）

第二节　氮及其化合物 第1课时　氮及氮的氧化物 学习目标 素养解读 1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解氮及其化合物的主要性质。 2．认识氮及其化合物在生产中的应用和对生态环境的影响 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 任务一　氮气与氮的固定 氮是活泼的非金属元素，氮气是一种无色无味的气体，是空气的主要成分之一，为什么可以利用氮气作灯泡填充气和粮食瓜果的保护气？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：N2的结构式为N≡N，断裂氮氮三键需要较多的能量，因此氮气的化学性质很稳定，不易发生反应，利用氮气作灯泡填充气和粮食瓜果的保护气，可起到隔绝空气、防止氧化的作用。 1．氮元素 在元素周期 表中的位置 第二周期、第ⅤA族 原子结构示意图 成键方式 氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质 存在形式 ①游离态：N2； ②化合态：动植物体内的蛋白质中及土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中 2.氮气的化学性质 (1)氮气分子结构式为N≡N，断开三键需要较多的能量，故N2化学性质很稳定。 (2)化学反应 ①与Mg反应：N2＋3MgMg3N2。 ②与O2反应：N2＋O22NO。 ③与H2的反应：N2＋3H22NH3。 3．氮的固定 (1)定义：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。 (2)分类 ①自然固氮：大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨。 ②人工固氮：通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物。最重要的人工固氮途径就是工业合成氨。 (3)自然界中氮的循环 【易错辨析】 (1)氮元素非金属性很强，所以氮气比较活泼(×) (2)氮的固定中氮元素一定被氧化(×) (3)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮(×) (4)N2和足量的O2在放电条件下会生成NO2(×) 【对点练】 1．下列关于N2的说法错误的是(　　) A．通常情况下N2的性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气 B．反应N2＋O22NO是汽车尾气造成污染的主要原因之一 C．N2的质量约占空气总质量的 D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中，N2作氧化剂 解析：选C。氮气的体积约占空气总体积的，C错误。 2．下列关于自然界中的氮循环的说法不正确的是(　　) A．工业合成氨属于人工固氮 B．雷电作用下N2与O2能发生化学反应 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 答案：C 【方法】 从结构角度认识N2和O2性质的差异 ①N和O元素分别处于第二周期的第ⅤA、ⅥA族，O的非金属性强于N，但非金属性相差不大。 ②N2分子中存在N≡N，O2分子中存在O===O，断裂三键需要的能量高于断裂双键需要的能量，因此N2的化学性质比O2稳定。 任务二　一氧化氮和二氧化氮 有句谚语叫做“雷雨发庄稼”，在雷电交加的时候，自然界中的含氮物质是如何转化的？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：雷电发生时，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化为NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤作用生成硝酸盐可被植物吸收。N2＋O22NO，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 1．氮的氧化物 N的化合价 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5 对应氧化物 N2O(笑气) NO N2O3 NO2、N2O4 N2O5 其中属于酸性氧化物的是N2O3和N2O5，对应的酸分别是HNO2(亚硝酸)和HNO3。 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 无味 不溶 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，也不与水反应，但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。工业上利用这一原理生产硝酸。 [开拓思维] ①如果要将注射器中的NO充分转化，应采取什么措施？上述实验对工业生产硝酸有什么启示 ? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：可以用注射器不断吸入空气，然后使注射器里的气体充分与水反应。工业生产硝酸时，常在吸收反应进行过程中补充一些空气，使生成的NO被氧化成NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO，经过多次氧化和吸收，NO可以完全转化为HNO3，减少环境污染。 ②如何除去NO气体中混有的少量NO2气体杂质？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：将混合气体通入盛有水的洗气瓶，然后重新收集气体。 化学兴趣小组的同学利用下面的简易反应装置，在一定条件下探究氮的氧化物与水的反应。 问题1.把一支充满NO2气体的试管倒置在水槽中充分反应后，水能否充满试管？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：不能。NO2与水反应的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，由此可知最后水只能充满整个试管的。 问题2.NO2和O2混合气体的体积之比大于4∶1，将混合气体溶于水，最后得到的气体为NO2吗？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：不是。NO2和O2混合气体的体积之比大于4∶1时，NO2过量，但过量的NO2气体再与水反应生成HNO3和NO，所以最后得到的气体为NO。 问题3.向一支充有10 mL NO的试管中通入多少O2才能使水充满整个试管？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：已知 2NO＋O2===2NO2 ① 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ② 由方程式①×3＋②×2得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，即当NO和O2的体积比为4∶3时水可以充满试管，需通入7.5 mL O2。 【要点归纳】 1．NO、NO2的化学性质比较 物质 NO NO2 与氧气反应 2NO＋O2===2NO2 不反应 与水反应 不反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 与NaOH溶液反应 不反应(NO2＋NO＋2NaOH ===2NaNO2＋H2O) 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O 氧化性 6NO＋4NH35N2＋6H2O 强氧化性，在溶液中能氧化S2-、I－、Fe2+等离子；6NO2＋8NH3 2.氮的氧化物溶于水的计算规律 (1)相关反应原理 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ① 2NO＋O2===2NO2 ② 由方程式①×2＋②得： 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 ③ 由方程式①×2＋②×3得： 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 ④ (2)计算类型 ①NO2(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剩＝V(NO)原＋V(NO2)。 ②NO2与O2的混合气体溶于水(反应③) 当V(NO2)∶V(O2) ③NO与O2的混合气体溶于水(反应④) 当V(NO)∶V(O2) [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，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。 (3)利用原子个数比分析氮氧化物与氧气的混合气体溶于水 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3和4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3中的“4NO2＋O2”和“4NO＋3O2”从组成上看均相当于“N2O5”的组成，也就是N、O的原子个数比符合2∶5时，氮的氧化物和氧气均无剩余，上述两个反应均可利用混合气体中N、O的原子个数比来分析： N(N)∶N(O) 【典例分析】 【典例】 一定条件下20 mL NO2和O2的混合气体，通入水后，得到相同条件下5 mL无色气体，且该气体不支持燃烧。原混合气体中O2的体积是(　　) A．5 mL B．8 mL C．1 mL D．3.33 mL 解析：选C。20 mL NO2和O2的混合气体，与水反应后得到5 mL无色气体，该气体不支持燃烧，则该气体为NO。该过程涉及反应：①4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。已知V(NO)＝5 mL，参与反应②的NO2的体积为15 mL，从而可知参与反应①的NO2和O2的总体积为20 mL－15 mL＝5 mL，结合反应①可得，原混合气体中O2的体积为5 mL×＝1 mL。 【对点练】 3.如图所示，试管中盛装的气体呈红棕色，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水面继续上升，经过多次重复后，试管被水充满，对原试管中盛装的气体说法正确的是(　　) A．可能是N2与NO2的混合气体 B．可能是N2O气体 C．可能是NO与NO2的混合气体 D．只可能是NO2一种气体 解析：选C。试管中盛装的气体呈红棕色，那么一定有二氧化氮存在。根据题述现象可知，原试管中盛装的气体的成分可能为①NO2、②NO2和O2(少量)、③NO2和NO等。 4．(2024·河北沧州检测)将盛有NO2和N2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体体积缩小为原体积的一半，原混合气体中N2与NO2的体积比为(　　) A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．3∶1 解析：选C。N2不溶于水，NO2与水发生化学反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，生成的NO不溶于水，气体体积减少，设原试管气体体积为V，发生反应气体减少，原混合气体中NO2的体积为x， 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　气体减少 3 1 2 x 解得x＝，则N2体积为，原混合气体中N2与NO2的体积比为∶＝1∶3。 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列关于氮氧化物的说法正确的是(　　) A．NO、NO2可在大气中稳定存在 B．NO、NO2均为大气污染气体 C．NO、NO2均易溶于水 D．NO、NO2均能与水发生反应 解析：选B。一氧化氮会与氧气反应，因此不能在空气中稳定存在，A项错误； NO、NO2均能形成酸雨，会污染空气，B项正确；一氧化氮难溶于水，C项错误；一氧化氮不与水发生反应，D项错误。 2．近年来，中国汽车销量大幅度增长，同时空气污染也日渐严重。汽车尾气处理装置中，气体在催化剂表面吸附与解吸的过程如下图所示。下列说法正确的是(　　) A．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2 B．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物 C．NO与O2必须在催化剂表面才能反应 D．催化转化总反应为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2 解析：选D。汽车尾气的主要污染成分有CO、NO等，N2不属于污染物，A错误；由图可知，NO、O2、CO在催化剂表面反应生成CO2和N2，则NO是氧化剂，CO2是氧化产物，B错误；NO与空气中的O2相遇即可发生反应生成NO2，不需要催化剂，C错误；NO、O2、CO在催化剂表面反应生成CO2和N2，反应的化学方程式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2，D正确。 3．同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2、②NO2和O2、③NO和N2。现将3支试管倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，下列关系正确的是(　　) A．V1＞V2＞V3 B．V1＞V3＞V2 C．V2＞V3＞V1 D．V3＞V1＞V2 解析：选D。假设各支试管中两种气体的体积均各为1 L，①中发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，反应生成 L NO，V1＝1 L＋ L＝ L；②中发生反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，反应后剩余 L O2，V2＝ L；③中NO和N2都不溶于水，V3＝2 L。故剩余气体的体积：V3>V1>V2。 4．氮氧化物进入大气后，不仅会形成硝酸型酸雨，还可能形成光化学烟雾。因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。 (1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，发生反应的化学方程式为NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，在该反应中，氧化剂是________，还原剂是________。 (2)在一定条件下氨可用来将氮氧化物转化为无污染的物质。写出氨和二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式：______________________________________，反应中氧化剂是________，还原剂是________。 答案：(1)NO2　NO　(2)6NO2＋8NH37N2＋12H2O　NO2　NH3 学科网（北京）股份有限公司 $$