高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物第1课时导学案及答案

第1课时　氮气与氮的氧化物

一、氮气与氮的固定

1．氮元素的位置、结构与存在

(1)氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族。氮原子的最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此，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。

(2)氮元素在自然界中主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。

2．氮气的物理性质

N2是一种无色、无味的气体，ρ(N2)＜ρ(空气)，难溶于水。

3．氮气的结构与化学性质

(1)N2的结构

N2的结构式为N≡N，氮氮键很难断裂，化学性质很稳定。

(2)化学性质

N2在高温、放电等条件下，N2获得足够的能量，使N≡N断裂。写出N2与Mg、H2、O2反应的化学方程式。

①3Mg＋N2Mg3N2；②N2＋3H22NH3；

③N2＋O22NO。

4．氮的固定：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。

(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：人类通过控制条件，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。

　Mg在空气中燃烧时可以发生的反应有哪些？写出化学方程式。

提示：2Mg＋O22MgO，3Mg＋N2Mg3N2，

2Mg＋CO22MgO＋C。

二、一氧化氮和二氧化氮

1．物理性质

2.化学性质

(1)NO在空气中易转化为红棕色的NO2，反应方程式为

2NO＋O2===2NO2。

(2)NO2与H2O反应生成HNO3和NO，反应方程式为

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮气属于氮的固定，是化学变化。 (　　)

(2)汽车尾气中的氮氧化合物是由游离态氮转化来的。 (　　)

(3)C易燃烧而N2需放电才反应，说明C的非金属性比N的强。 (　　)

(4)N2的电子式为N⋮⋮N。  (　　)

(5)2NO＋O2===2NO2属于氮的固定。 (　　)

[答案]　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×

2．最新的病毒学研究证实，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

[答案]　C

3．俗话说“雷雨发庄稼”，这说明雷雨中含有能被植物吸收利用的化合态的氮。请写出三个有关的化学方程式：

(1)___________________________________________________；

(2)___________________________________________________；

(3)___________________________________________________。

[答案]　(1)N2＋O22NO　(2)2NO＋O2===2NO2

(3)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

N2的性质与NO、NO2的相互转化

NO2、NO溶于水的实验探究，根据探究填下表中的空白。

1．N2的性质与氮的固定

2．NO、NO2的相互转化

1．下列关于N2的说法中错误的是(　　)

A.通常情况下N2的化学性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气

B.N2＋O22NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一

C.N2在空气中约占空气总质量的

D.在反应：3Mg＋N2Mg3N2中，N2作氧化剂

C　[N2在空气中约占空气总体积的，C错误。]

2．发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生的大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红烟。产生红烟的原因是(　　)

A.高温下N2遇空气生成NO2

B.NO遇空气生成NO2

C.CO2与NO反应生成CO和NO2

D.NO和H2O反应生成H2和NO2

B　[高温下N2遇空气不会直接生成NO2，A错误；NO遇氧气发生反应2NO＋O2===2NO2，生成红棕色的NO2，B正确；高温条件下一氧化碳在空气中不可能为反应产物，CO2与NO高温条件下不反应，C错误；一氧化氮和水之间不会发生反应，D错误。]

3．如图所示，试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物)，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柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满。原来试管中盛装的(　　)

A.可能是N2与NO2的混合气体

B.可能是O2与NO2的混合气体

C.不可能是NO与NO2的混合气体

D.只能是NO2一种气体

B　[若是N2与NO2的混合气体，无论鼓入多少氧气，最后都有N2剩余，试管内不可能完全被水充满；若是O2与NO2的混合气体，由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，水可以充满试管；若是NO与NO2的混合气体通入适量O2，水可以充满试管。]

化学兴趣小组的同学利用下面的简易反应装置探究氮的氧化物与水的反应。

1．把一支充满NO2气体的10 mL试管倒置在水槽中充分反应后，水能否充满试管？最后液体进入试管的体积占试管体积的比例是多少？

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体积的2/3。

2．将上述没有充满水的试管充满水，需通入多少mL O2?

提示：根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

          10 mL                  ×10 mL，

4NO　＋　3O2　　＋　2H2O　===　4HNO3

×10 mL V(O2)

V(O2)＝×10 mL×＝ mL＝2.5 mL。

3．若把NO2与O2的体积比大于4∶1的混合气体充入试管中，按上述实验，最后试管中得到的气体是什么？为什么？

提示：NO。因为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。

4．把一支充满10 mL NO的试管倒置在水槽中，需向试管中通入多少mL O2才能使水充满试管？

提示：根据反应：2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，得总反应：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可知V(O2)＝V(NO)＝7.5 mL。

通过NO2、NO、O2溶于水的定性与定量实验，培养学生“证据推理与模型认知”的核心素养。

1．下列关于氮气的说法错误的是(　　)

A.氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸

B.液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境

C.利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气

D.在高温、高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂

D　[氮气的化学性质很稳定，在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸，A项正确；液氮汽化吸热，可用于制造低温环境，B项正确；氮气的化学性质很稳定，可用作焊接金属的保护气，C项正确；氮气与氢气生成氨气的反应中，N的化合价从0降低到－3，作氧化剂，D项错误。]

2．下列反应属于氮的固定的是(　　)

①N2和H2在一定条件下合成NH3　②NO2和H2O反应生成HNO3和NO　③Mg在N2中燃烧生成Mg3N2　④NO被空气氧化为NO2

A.①②　　　 B．②③

C．①③　　　 D．①④

C　[氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮。]

3．下列关于NO和NO2的说法正确的是(　　)

A.NO2是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物

B.NO2可由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和NO2在一定条件下可以相互转化

D　[NO2不是酸性氧化物，A项错误；在高温或放电条件下，N2和O2直接化合生成NO，NO与O2反应生成NO2，B项错误；NO易与空气中的氧气反应生成NO2，只能用排水法收集，NO2能与水反应，只能用排空气法收集，C项错误；NO和O2反应生成NO2，NO2与H2O反应生成HNO3和NO，D项正确。]

4.按图进行实验。试管中装有12 mL NO，然后间歇而又缓慢地通入8 mL O2，下列是有关最终状态的描述：

①试管内气体呈红棕色　②试管内气体呈无色　③试管内液面不变　④试管内液面上升　⑤试管内气体是O2　⑥试管内气体是NO。其中正确的是(　　)

A.①③     B．②④⑤ 

C．②④⑥     D．②③⑤

C　[根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可得，剩余气体应为NO，体积为 mL，试管内液面上升。]

5．(素养题)氮氧化物会严重污染大气，所以实验室必须对含有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“＜”)。

[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。

[答案]　(1)23∶15　(2)NaNO3　NaNO2　(3)＝