第五章 第二节 第1课时 氮气和氮氧化物-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学必修第二册同步导学案配套PPT课件（人教版）单选

第二节　氮及其化合物 第1课时　氮气和氮氧化物 优化探究 第五章　化工生产中的重要非金属元素 [学习目标]　1.通过对氮元素“位—构—性”的分析,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 任务二　一氧化氮和二氧化氮 课时作业　巩固提升 任务一　氮气与氮的固定 1.氮气 (1)氮气属于非金属单质,能与金属、非金属发生反应,由于氮气中氮元素的化合价为0价,可升高也可降低,因此氮气既有还原性,也有氧化性。 (2)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。 (3)在高温、放电等条件下,氮气可以与镁、氢气、氧气等物质发生化合反应。 ①金属镁:　　　　　　　　　　　,氮气表现　　　　性。  ②氢气:N2+3H2 2NH3,氮气表现　　　　性。  ③氧气:　　　　　　　　　　　　　　　　,氮气表现　　　　性。  N2+3MgMg3N2 氧化 氧化 N2+O22NO 还原 2.氮的固定 氮的固定 游离态 氮的化合物 镁在空气中燃烧会生成哪些物质?写出有关反应的化学方程式。 提示:氧化镁、氮化镁和碳;2Mg+O22MgO、3Mg+N2 Mg3N2、2Mg+CO22MgO+C。 1.下列有关氮气及氮的固定的说法中,正确的是　　　　(填序号)。  (1)N2和O2在放电的条件下会直接生成NO2 (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)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮 (3) 2.氮在自然界中的循环如图所示。 (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　　　　(填“氧化”或“还 原”)性。  (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　　　　(填“氧化”或“还原”)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N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 人工固氮 N2+3H2 2NH3 氧化 豆科植物的根瘤菌 N2+O22NO 还原 acd 解析:(3)据题给信息,NaNO2可以被N还原为N2,因此NH4Cl可以处理废水中的N,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。 任务二　一氧化氮和二氧化氮 1.NO和NO2的物理性质 氧化物 颜色 状态 气味 水溶性 NO 　　色  气体 - 　　溶  NO2 　　色  气体 　　　　气味  　　溶  无　 不　 红棕　 有刺激性　 易 2.NO和NO2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 ____________ ①无色气体变为_________ ②_______________________ ____________________ 无明显现象 红棕色 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气体NO2,反应的化学方程式:2NO+O2===2NO2。 ②NO2能与水反应生成无色气体NO,反应的化学方程式: 3NO2+H2O===2HNO3+NO。 1.如果要将注射器中的NO完全转化为硝酸,可以采取什么措施?上述实验对工业上生产硝酸有什么启示? 提示:采取的措施是继续通入过量的空气。在用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中,要不断地补充空气,使NO2尽可能多的转化为硝酸。 2.若将充满NO2的试管倒置在装满水的水槽里,会有什么现象?若同时向倒置试管中不断地缓慢通入O2,最终现象是什么? 提示:若将充满NO2的试管倒置于水槽中,试管中的红棕色逐渐褪去,水槽里的水倒吸入试管中,最终试管里剩余气体占。若同时向倒置试管中不断地缓慢通入O2,则水槽中的液体最终充满整个试管。 归纳总结 (1)无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体溶于水,若有气体剩余只能是NO或O2,不可能是NO2。 (2)对于连续发生的化学反应,可用化学方程式叠加的方法而得到复合反应,解决问题更简便。 3NO2+H2O===2HNO3+NO　① 2NO+O2===2NO2　② ①×2+②得:4NO2+O2+2H2O===4HNO3, ①×2+②×3得:4NO+3O2+2H2O===4HNO3。 1.下列关于NO和NO2的说法中,正确的是　　　　(填序号)。  (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 (4)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2与溴蒸气 (1)(2) 2.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可能是　 　　　。  4 mL或1.2 mL 解析:(总反应式法)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),则剩余气体可能是O2,也可能是NO。 ①若剩余气体是O2,则V剩=V(O2)-[12 mL-V(O2)]=2 mL, 解得V(O2)=4 mL。 ②若剩余气体是NO,则V剩=[12 mL-V(O2)-4V(O2)]=2 mL, 解得V(O2)=1.2 mL。 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 C 解析: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。 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [A组　基础落实] 题组一　氮气与氮的固定 1.氮气能大量存在于空气中的根本原因是(　　) A.氮气性质稳定,即使在高温下也不与其他物质发生反应 B.氮气比空气轻且不溶于水 C.氮气分子中两个氮原子结合很牢固,分子结构稳定 D.氮气既无氧化性,也无还原性,不与其他物质反应 9 10 11 12 C 解析:N2性质稳定,但在放电、高温下可与O2等物质发生反应,在反应中表现出还原性或氧化性。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 2.下列属于氮的固定的是(　　) A.雷雨闪电时空气中的N2和O2化合生成NO B.NH4Cl和Ca(OH)2反应生成NH3 C.豆科作物把含氮化合物转变为蛋白质 D.将氨转化为硝酸,再转化为其他含氮化合物 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 A 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:雷雨闪电时空气中的N2和O2化合生成NO,游离态氮元素变为了化合态氮元素,故A符合题意;B、C、D项均不是游离态氮元素变为化合态氮元素,不属于氮的固定,故不符合题意。 11 12 3.自然界中时刻存在着氮的转化。实现氮按照一定方向转化一直是科学领域研究的重要课题,如图为N2分子在催化剂的作用下发生的一系列转化示意图: 下列叙述正确的是(　　) A.NH3→NO属于氮的固定 B.在催化剂a作用下,N2发生了氧化反应 C.N2很稳定,不支持任何物质的燃烧 D.催化剂a、b表面均有非极性共价键的断裂 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:把游离态的氮转化为氮的化合物,称为氮的固定,NH3→NO不属于氮的固定,故A错误;在催化剂a作用下,N2→NH3,氮原子化合价从0价降低至-3价,发生了还原反应,故B错误;Mg能在N2中燃烧生成Mg3N2,故C错误。 11 12 题组二　一氧化氮和二氧化氮 4.下列对NO和NO2的描述正确的是(　　) A.NO2与水的反应中,NO2既是氧化剂又是还原剂 B.NO是无色气体,可用向上排空气法收集 C.NO、NO2均可用排水法收集 D.从元素化合价角度看,NO只有还原性 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 A 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:NO2与水发生反应:3NO2+H2O===2HNO3+NO,氮元素由+4价变为+2价和+5价,则NO2既是氧化剂又是还原剂,A正确;NO易与O2反应生成NO2,不能用排空气法收集,可采用排水法收集,B错误;NO2与H2O反应,不能用排水法收集,C错误;NO中氮元素显+2价,处于中间价态,则NO既有氧化性又有还原性,D错误。 11 12 5.某集气瓶中的气体呈红棕色,加入足量水,盖上玻璃片,振荡,得到橙色溶液,气体颜色消失,再移走玻璃片后,瓶中气体又变为红棕色,该气体可能是下列混合气体中的(　　) A.N2、NO2、Br2　　　 B.NO2、NO、N2 C.NO2、O2、NO D.N2、O2、Br2 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 A 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:集气瓶中的气体呈红棕色,可能含Br2蒸气或NO2气体。加水后原气体红棕色消失,溶液呈橙色,说明混合气体中一定含Br2蒸气;移走玻璃片后瓶中气体又变红棕色,说明原气体溶于水后产生了NO,NO由NO2溶于水得到,发生反应为3NO2+H2O===2HNO3+NO,故原混合气体中一定含有Br2蒸气和NO2气体。 11 12 6.将装有50 mL NO2、NO混合气体的量筒倒立在水槽中,反应后气体体积缩小为30 mL,则原混合气体中NO2和NO的体积比是(　　) A.5∶3 B.3∶5 C.3∶2 D.2∶3 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:设原混合气体中NO的体积为x,由化学方程式得, 3NO2　　~　　 NO (50-x) mL mL mL+x=30 mL, x=20 mL, 即原混合气体中NO2体积为50 mL-20 mL=30 mL, 所以V(NO2)∶V(NO)=30 mL∶20 mL=3∶2。 11 12 [B组　培优训练] 7.下列说法正确的是(　　) A.氮气的化学性质不活泼,原因是N元素的非金属性较弱 B.氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应,氧气过量直接生成NO2 C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料,实现氮的固定 D.“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:氮气的化学性质不活泼,原因是N≡N的键能大,A错误;氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应生成NO,NO进一步被氧气氧化生成NO2,B错误;氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程,C错误;“雷雨发庄稼”所包含的化学变化:放电时氮气被O2氧化产生NO,NO被O2氧化为NO2,NO2与H2O反应生成HNO3,硝酸进一步转变为硝酸盐,D正确。 11 12 8.实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示(夹持和加热装置略去)。下列说法正确的是(　　)   A.装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液 B.若去掉装置C,对产品纯度无影响 C.实验时应先加热装置C,通入一段时间空气后再加热装置D D.装置E中碱石灰的作用是吸收尾气 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:A错,要制备氮化镁,需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气,则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸;B错,若去掉装置C,镁与氧气反应生成氧化镁,对产品纯度有影响;C对,实验时,应先加热装置C,通入一段时间空气除去氧气,然后再加热装置D;D错,装置E中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳。 11 12 9.近几年,我国汽车销量大幅增长,同时汽车尾气排放也是目前人类面临的环境问题之一。有一种汽车尾气处理装置,气体在催化剂表面吸附与解吸的过程如图所示,下列说法正确的是(　　) A.反应中N2为氧化剂,NO为还原产物 B.汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2 C.NO和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 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:NO、O2、CO反应产生N2,在反应中N元素化合价降低,得到电子被还原,所以NO是氧化剂,N2为还原产物,A错误;汽车尾气中含有CO、NO、N2和CO2,其中主要污染成分包括CO、NO,而N2是空气成分,不是污染物,B错误;NO和O2在室温下相遇会发生反应生成NO2,而不是必须在催化剂表面才能反应,C错误;根据电子守恒、原子守恒,可知催化转化的总反应的化学方程式为2NO+O2+4CO4CO2+N2,D正确。 11 12 10.NO与NO2中氮元素的价态均处于中间价态,则NO与NO2均既有氧化性又有还原性。 (1)NO极易与氧气反应,化学方程式为　 ;  在一定条件下NO与氨气发生归中反应生成N2,其化学方程式为  　 。  (2)NO2可发生自身歧化反应,NO2与H2O反应的化学方程式为 　 , 氧化剂和还原剂的物质的量之比为　　　　,NO2与NaOH溶液反应可生成两种盐,其中一种是NaNO3,其化学方程式为　 　 。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 2NO+O2===2NO2 4NH3+6NO5N2+6H2O 3NO2+H2O===2HNO3+NO　 1∶2 2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11.汽车尾气中常含有CO、NOx等气体,为减轻污染,一般汽车都加装了“催化净化器”,可将汽车尾气中的有毒气体转化为无污染的气体。某化学兴趣小组在实验室模拟汽车尾气处理,设计了如图所示装置(部分夹持装置已略去)。 11 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (1)装置Ⅲ的主要作用为 　 。  (2)停止加热,打开活塞K,通入适量氧气时,装置Ⅱ中可观察到的现象是 　 。  (3)该套装置的不完善之处是 　 。  (4)汽车尾气中含有CO和NOx,消除它们对大气污染的方法是安装催化转化器,使它们发生反应生成两种无毒的气体,其中一种是单质,该反应的化学方程式为 　 。  11 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (5)工业上常用纯碱溶液来吸收NOx,有关反应的化学方程式为2NO2+Na2CO3===NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO3===2NaNO2+CO2。现有标准状况下a L NO2和b L NO的混合气体恰好被200 mL Na2CO3溶液完全吸收,则a、b应满足的关系为　　　　　　。Na2CO3溶液的物质的量浓度为　　　 mol·L-1。  11 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 答案:(1)检验CO是否转化为CO2　(2)出现红棕色气体　(3)无尾气处理装置　(4)2xCO+2NOxN2+2xCO2　(5)a∶b≥1∶1(或a≥b)　 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 解析:(1)一氧化碳和一氧化氮在催化剂和加热的条件下转化为氮气和二氧化碳,二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊,所以装置Ⅲ的主要作用是检验CO是否转化为CO2。(2)由于部分一氧化氮没有转化为氮气,向装置中通入氧气时,装置Ⅱ中一氧化氮与氧气反应生成红棕色气体二氧化氮,因此装置Ⅱ中的现象为出现红棕色气体。(3)尾气中仍残留未反应的一氧化氮和一氧化碳,该装置缺少尾气处理装置。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 (5)依据反应2NO2+Na2CO3===NaNO2+NaNO3+CO2、NO2+NO+Na2CO3===2NaNO2+CO2可知,二氧化氮和一氧化氮的物质的量之比应大于或等于1∶1,气体才反应完全。与二氧化氮和一氧化氮反应的碳酸钠的物质的量为 mol,与二氧化氮单独反应的碳酸钠的物质的量为 mol,所以碳酸钠的物质的量浓度为= mol·L-1。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 12.“纳米零价铁-H2O2”体系可将烟气中难溶的NO氧化为可溶的N。 (1)制备纳米零价铁:将FeSO4溶液与碱性NaBH4溶液混合可生成纳米零价铁、H2和NaBO2等,该反应的离子方程式为 ___________________ (NaBH4、NaBO2中B元素均为+3价)。 (2)NO的氧化:在一定温度下,将H2O2溶液和HCl溶液雾化后与烟气按一定比例混合,以一定流速通过装有纳米零价铁的反应装置,可将烟气中的NO氧化。 11 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 ①Fe2+催化H2O2分解产生HO·,HO·将NO氧化为N的机理如图1所示,则Y为 　　　　。    ②NO与H2O2反应生成HNO3的化学方程式为 　 。  ③纳米零价铁的作用是 　　 。  11 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 ④NO脱除率随温度的变化如图2所示。温度高于120 ℃时,NO脱除率随温度升高呈现下降趋势的主要原因是 　　 。  11 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (3)氧化产物的吸收:氧化后的产物在烟气的携带下被Ca(OH)2溶液吸收,转化为　　　　　　　　(填化学式)。  11 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 答案:(1)2Fe2++B+4OH-===2Fe+B+2H2↑+2H2O (2)①Fe3+(或FeCl3) ②2NO+3H2O2===2HNO3+2H2O ③与HCl溶液反应产生Fe2+ ④H2O2的分解速率随温度升高而加快,H2O2浓度减小,NO脱除率降低 (3)Ca(NO3)2 11 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:(1)FeSO4溶液与碱性NaBH4溶液反应生成纳米零价铁、H2和NaBO2等,其反应的离子方程式为2Fe2++B+4OH-===2Fe+B+2H2↑+2H2O。(2)①Fe2+催化H2O2分解产生HO·和OH-,O元素化合价降低,所以铁元素化合价升高,则Y为Fe3+或FeCl3。②NO与H2O2反应生成HNO3,其反应的化学方程式为2NO+3H2O2===2HNO3+2H2O。(3)氧化后的产物为硝酸,在烟气的携带下被Ca(OH)2溶液吸收,转化为Ca(NO3)2。 11 12 $$