人教版必修二氮及其化合物(化学)

第五章化工生产中的重要非金属元素第二节氮及其化合物第1课时氮气与氮的固定一氧化氮和二氧化氮一、氮气与氮的固定1.氮气(1)氮元素的存在①氮原子的结构原子结构示意图:________,一般通过___________与其他原子结合。共用电子对②自然界中,氮元素主要以氮气的形式存在于空气中,(2)氮气的物理性质颜色状态气味密度溶解性_____气体_____密度与空气接近___溶于水无色无味难(3)氮气的化学性质氮气的化学性质_____,通常很难与其他物质发生化学反应。①还原性_________________稳定N2+O22NO放电或高温=========②氧化性a.N2与H2反应生成NH3,反应的化学方程式为_____________________。b.在点燃条件下与金属镁反应,化学方程式为___________________N2+3H22NH3N2+3MgMg3N2点燃====高温、高压催化剂【情境·思考】氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护,国内外不乏先例。美国的《独立宣言》就密封在氮气环境中;中国博物馆和中南海毛主席故居纪念馆也是应用氮气保护法;北京房山云居寺“99石经回藏”也是氮气保护的成功典范。为什么氮气可以作为保护气?提示:氮气性质稳定,常温下不与物质发生反应,故可作保护气。2.氮的固定(1)含义:将大气中_______的氮转化为___________的过程叫做氮的固定。(2)分类:游离态含氮化合物【巧判断】(1)氮的固定中氮元素一定被氧化。()提示:×。人工固氮合成氨反应中氮元素被还原。(2)雷雨天含氮物质发生的反应都属于氮的固定。()提示:×。雷雨天只有反应N2+O22NO属于氮的固定。放电====3.自然界中氮的循环二、NO和NO21.物理性质物质颜色状态气味毒性水溶性NO_____气体_____有毒___溶于水NO2_______气体_______有毒___溶于水无色无味不红棕色刺激性易2.化学性质(1)实验探究:实验装置实验操作在一支50mL的注射器里充入20mLNO,然后吸入5mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器打开弹簧夹,快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹,观察现象,然后再振荡注射器现象____________________________,振荡后________________无明显现象无色气体变红棕色红棕色变为无色(2)结论:在一定条件下,NO与NO2可以相互转化,反应的化学方程式为①NO→NO2:______________;②NO2→NO:____________________(工业制取硝酸)。2NO+O2====2NO23NO2+H2O====2HNO3+NO【微思考】(1)NO和NO2分别采用什么方法收集?说明原因。提示:常温下NO能与O2反应,只能用排水法收集;NO2能与水反应生成NO,故只能用排空气法收集。(2)NO2转化为NO的变化中,NO2只能作氧化剂吗?提示:NO2与水反应转化为NO的同时生成HNO3,NO2既作氧化剂又作还原剂。【情境·思考】某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加,但树木、灌木、草等植被非常茂密,但很少有人敢进入这个山谷。你能解释该山谷植被茂密的原因吗?提示:雷雨天时在闪电的作用下,空气中氮气与氧气反应生成NO,然后发生NO→NO2→HNO3,HNO3随雨水进入土壤,为植被提供了丰富的氮肥。知识点氮的氧化物的性质及有关计算【重点释疑】1.NO和NO2性质的对比NONO2色、态、味、毒性无色、无味红棕色、刺激性气味有毒气体NONO2水溶性不溶易溶且与水反应与O2反应2NO+O2====2NO2与H2O反应3NO2+H2O====2HNO3+NONONO2与O2、H2O共同反应4NO+3O2+2H2O====4HNO34NO2+O2+2H2O====4HNO3氧化性6NO+4NH35N2+6H2O6NO2+8NH37N2+12H2O,NO2+SO2====SO3+NO,NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝催化剂=====催化剂=====2.氮的氧化物溶于水的计算(1)原理解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理,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,反应的实质是3NO2+H2O====2HNO3+NO,2NO+O2====2NO2,故若有气体剩余只能是NO或O2,不能是NO2。(2)方法——加合式法①NO2和O2混合气体溶于水的计算由4NO2+O2+2H2O====4HNO3可知:②NO与O2同时通入水中2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO总的化学方程式为4NO+3O2+2H2O====4HNO3可知:③NO2、NO、O2三种混合气体通入水中:a.可先将NO和O2转化为NO2,再按上述各种情况分别处理。b.也可先将NO2和H2O反应转化为NO,再按4NO+3O2+2H2O====4HNO3情况处理。【知识拓展】氮的氧化物溶于水的计算的其他方法(1)原子守恒法4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成,都与N2O5+H2O====2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。(2)电子守恒法NO与O2的混合气体通入水中发生反应:2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO,在这当中,存在着NO向NO2转化、NO2向HNO3转化的同时又生成NO的循环反应。但总体来讲,NO→HNO3,N的化合价升高是由于被O2氧化,因此可写出在氧化还原反应中得失电子数必然相等。【思考·讨论】(1)要使充满NO2和O2混合气体的试管倒扣水槽中,让水充满试管,必须按什么样的体积比混合?提示:由3NO2+H2O====2HNO3+NO和2NO+O2====2NO2得4NO2+O2+2H2O====4HNO3,即当NO2和O2的体积比为4∶1时可完全溶于水。(2)将10mL充满NO2和O2的混合气体的试管,倒置在水槽中,反应停止后试管内剩余2mL的无色气体,则原混合气体中O2为多少毫升?提示:①若剩余的是NO,由反应3NO2+H2O====2HNO3+NO,得NO2体积为2mL×3=6mL。则原有O2体积为(10mL-6mL)×=0.8mL。②若剩余的是O2,则有10mL-2mL=8mLNO2和O2的混合气体按反应4NO2+O2+2H2O====4HNO3进行。所以NO2的体积为8mL×=6.4mL,O2体积为10mL-6.4mL=3.6mL。141441【案例示范】【典例1】下列对NO、NO2的描述,不正确的是()A.NO2是红棕色气体,易溶于水,不是酸性氧化物B.NO可以用排水法收集,但不能由N2和O2直接化合而得到C.NO、NO2在一定条件下可相互转化,且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物D.NO、NO2都有毒,且NO是汽车尾气的有害成分之一【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)N2和O2直接化合得到NO,不能得到NO2。(2)NO与NO2均不是酸性氧化物。【解析】选B。NO2是红棕色气体,易溶于水,与水发生反应:3NO2+H2O====2HNO3+NO,由于反应前后元素的化合价发生了变化,因此NO2不是酸性氧化物,A正确;NO不溶于水,可以用排水法收集,由于N2性质稳定,室温下不容易反应,但在放电时可由N2和O2直接化合而得到,B错误;NO与氧气发生反应会产生NO2;NO2溶于水反应产生硝酸和NO,因此二者在一定条件下可相互转化,且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物,C正确;NO、NO2都有毒,且在汽车发动时,在电火花作用下N2和O2化合产生NO,NO是汽车尾气的有害成分之一,D正确。【易错提醒】(1)NO不能和碱反应,是不成盐化合物;NO2和碱反应化合价发生了变化,所以二者均不是酸性氧化物。(2)N2和O2反应,不管量和条件如何变化,均只能生成NO。【典例2】(2019·郑州高一检测)将盛有1molNO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中,再通入0.4molO2,充分反应后,整个试管充满水。则原混合气体中NO与NO2体积比为()A.1∶2B.2∶5C.3∶7D.无法确定【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)NO2与O2混合物完全溶于水的比值为4∶1。(2)NO与O2混合物完全溶于水的比值为4∶3。【解析】选C。设1molNO和NO2的混合气体中有amolNO和(1-a)molNO2,根据4NO+3O2+2H2O====4HNO3和4NO2+O2+2H2O====4HNO3可得:所以a=0.3,V(NO)∶V(NO2)=3∶7。31aa0.444，【母题追问】(1)1molNO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中剩余气体0.4mol,则NO与NO2体积比为多少?提示:1∶9。设n(NO2)=amol3NO2+H2O====2HNO3+NO气体减少3mol1mol2molamol(1-0.4)mola=0.9故NO与NO2体积比为1∶9。(2)1molNO和NO2混合气体中两者体积之比为1∶1,试管倒立于盛满水的水槽中,为使整个试管充满水,需通入多少O2?提示:0.5。通入的氧气的物质的量为×0.5mol+mol=0.5mol。340.54【迁移·应用】1.科学家研究发现SARS病毒的全部基因组组分都可以在蝙蝠的粪便里找到,且SARS样冠状病毒基因内部多个位点频繁重组。病毒学研究证实,一氧化氮对SARS病毒有直接抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是()A.一氧化氮是一种红棕色的气体B.常温常压下,一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合C.一氧化氮可以由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到D.一氧化氮易溶于水,不能用排水法收集【解析】选C。A项,NO是无色气体,NO2是红棕色气体;B项,NO与O2能直接发生化合反应2NO+O2====2NO2;C项,N2+O22NO;D项,NO不溶于水,可用排水法收集。放电====2.如图所示,室温下向盛有3.0mLNO的试管中缓缓通入1.5mLO2(所有气体体积均在标准状况下测定)。试回答下列问题:世纪金榜导学号(1)写出观察到的现象:①__________________________;②__________________________;③__________________________。(2)最终试管中剩余的气体是________,体积为________。【解析】通入的O2与NO发生反应生成NO2:2NO+O2====2NO2,所以看到有红棕色气体生成;生成的NO2溶于水:3NO2+H2O====2HNO3+NO。两个反应的总方程式为4NO+3O2+2H2O====4HNO3。气体被消耗,所以看到试管内液面上升;根据总反应方程式可以计算出,氧气全部反应,剩余NO的体积是1.0mL,NO为无色气体,这是可观察到的第三个现象。答案:(1)①通入O2后试管内气体变为红棕色②试管内液面升高③最后试管内剩余一种无色气体(2)NO1.0mL【补偿训练】将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中,经过足够长的时间后,试管内气体的体积缩小为原来的一半,则原混合气体中N2和NO2的体积比是()A.1∶1B.1∶2C.1∶3D.3∶1【解析】选C。将试管倒立于水中,只有NO2和H2O反应,生成的NO与不反应的N2为剩余气体。设原气体的体积为V,NO2的体积为x,根据差量法求解:3NO2+H2O====2HNO3+NOΔV减312xV2解得:x=V(N2)=V-故3V4，3VV44，22V(N)1V(NO)3。【素养提升】中国汽车销量增长幅度很大,同时也带来了空气污染。汽车尾气转化装置里,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。(1)汽车尾气的主要污染成分包括哪些?(2)由图分析写出汽车尾气转化装置里发生的反应?在反应中氮的氧化物分别表现什么性质?(3)由图可以推出NO和O2必须在催化剂表面才能反应吗?(4)汽车尾气的排放有哪些危害?【解析