高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物优秀第一课时导学案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物优秀第一课时导学案，共7页。

第一课时 氮的氧化物


[明确学习目标] 1.了解氮气的性质及固氮方法。2.认识一氧化氮、二氧化氮的性质，熟知氮的氧化物溶于水反应的化学方程式。


学生自主学习





氮气与氮的固定


1．氮气无色、无味、不溶于水，约占空气体积的eq \f(4,5)。通常情况下，化学性质很稳定，与其他物质难以反应。在放电或高温下，与氧气反应的化学方程式为eq \(□,\s\up3(01))N2＋O2eq \(=====,\s\up15(放电或高温))2NO。


N2与镁、氢气反应的方程式分别是：eq \(□,\s\up3(02))N2＋3Mgeq \(=====,\s\up15(点燃))Mg3N2；eq \(□,\s\up3(03))N2＋3H2eq \(,\s\up15(高温、高压),\s\d15(催化剂))2NH3。


2．氮的固定


(1)定义：使eq \(□,\s\up3(04))游离态的氮转化为eq \(□,\s\up3(05))氮的化合物的过程。


(2)类别





一氧化氮与二氧化氮


1．一氧化氮是eq \(□,\s\up3(01))无色、无味、不溶于水的有毒气体，与氧气反应的化学方程式为eq \(□,\s\up3(02))2NO＋O2===2NO2。


2．二氧化氮是eq \(□,\s\up3(03))红棕色、有eq \(□,\s\up3(04))刺激性气味的有毒气体，易液化，eq \(□,\s\up3(05))易溶于水，与水反应的化学方程式为eq \(□,\s\up3(06))3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，工业上利用这一原理生产eq \(□,\s\up3(07))硝酸。


[特别提醒] (1)实验室里收集NO气体是用排水集气法而不能用排空气法。


(2)检验NO气体的方法是向气体中通入O2(或空气)，气体由无色变为红棕色。





1．实验室能否用排空气法收集NO气体？能否用排水法收集NO2？为什么？


提示：不能。NO与空气的密度十分接近且易与空气中的O2反应，故不能用排空气法收集，一般用排水法收集；NO2易与H2O发生反应，故不能用排水法收集，一般用向上排空气法收集。


2．如何除去NO气体中混有的少量NO2气体杂质？


提示：根据NO2与H2O反应能生成NO，既能除去NO2杂质，又不引入其他杂质，故可将混合气体通入盛有水的洗气瓶，然后重新收集气体。


课堂互动探究





氮的氧化物与水反应的实验探究


(1)操作方法


将充满NO2、NO的试管分别倒置于水槽中，并通过导管通入少量的氧气。





(2)相关反应原理


3NO2＋H2O===2HNO3＋NO①


2NO＋O2===2NO2②


由方程式①×2＋②得：


4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③


由方程式①×2＋②×3得：


4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④





如图所示，试管中盛装的是红棕色气体，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，对原试管中盛装气体的说法正确的是( )





①可能是N2与NO2的混合气体


②可能是NO2气体


③可能是NO与NO2的混合气体


④只可能是NO2一种气体


A．①② B．②③ C．③④ D．①④


[批注点拨]





[解析] 是红棕色气体，那么一定有二氧化氮的存在，与水反应后生成一氧化氮，所以没有充满试管，继续通入氧气，最终充满试管，则①肯定错误；③中通入足量的氧气，NO也可以全部被吸收。


[答案] B


[练1] 在一定温度和压强下，将一容积为15 mL的试管充满NO2后，倒置于一个盛有水的水槽中。当试管内液面上升至一定高度不再变化时，在相同条件下再通入O2，若要使试管内液面仍保持在原高度，则通入O2的体积为( )


A．3.75 mL B．7.5 mL


C．8.75 mL D．10.5 mL


答案 C


解析 15 mL NO2与水反应后生成5 mL NO，根据反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，使5 mL NO完全被氧化需O2体积为5 mL×eq \f(3,4)＝3.75 mL。据题意，通入的O2应过量5 mL，则共需通入O2 8.75 mL。


[练2] 将10 mL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2 mL的无色气体，求原混合气体中NO2和O2各多少毫升？


答案 剩余2 mL气体可能是NO或O2，分两种情况讨论：(1)剩余的是NO，可以看成先发生了反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，剩余的NO2又与水作用，最终有2 mL NO产生。由反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得剩余的NO2体积为2 mL×3＝6 mL。则原有O2体积为(10 mL－6 mL)×eq \f(1,4＋1)＝0.8 mL，NO2体积为10 mL－0.8 mL＝9.2 mL。


(2)剩余的是O2，则有10 mL－2 mL＝8 mL是NO2和O2的混合气体，按反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3进行计算。所以NO2的体积为8 mL×eq \f(4,1＋4)＝6.4 mL，O2体积为10 mL－6.4 mL＝3.6 mL。


eq \a\vs4\al([知识拓展]) 氮的氧化物与水反应的计算规律


(1)NO2单独溶于水(按反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算)


剩余气体是NO，V(NO)＝eq \f(1,3)V(NO2)。


(2)NO2与O2的混合气体溶于水(按反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3计算)


eq \f(VNO2,VO2)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\a\vs4\al(<4∶1 O2过量，剩余O2，, V＝VO2－\f(1,4)VNO2,＝4∶1 恰好完全反应，无剩余气体,>4∶1 NO2过量，剩余NO，V＝, \f(1,3)[VNO2－4VO2])))


(3)NO与O2的混合气体溶于水(按反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3计算)


eq \f(VNO,VO2)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(<\f(4,3) O2过量，剩余O2，, V＝VO2－\f(3,4)VNO,＝\f(4,3) 恰好完全反应，无剩余气体,>\f(4,3) NO过量，剩余NO，, V＝VNO－\f(4,3)VO2))


本课归纳总结


1.一氧化氮是无色、无味、不溶于水的有毒气体，易与空气中的氧气反应生成二氧化氮，即2NO＋O2===2NO2。


2．二氧化氮是红棕色有刺激性气味的有毒气体，易


溶于水生成HNO3和NO，化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。


3．氮的氧化物溶于水的总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3,4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。


学习效果检测


1．湿润的淀粉碘化钾试纸接触某气体而显蓝色，该气体可能是下列气体中的( )


①Cl2 ②NO2 ③H2S ④SO2 ⑤溴蒸气 ⑥HCl


A．①③④ B．①②⑤ C．①②⑥ D．②④⑥


答案 B


解析 显蓝色表明接触过程中发生氧化还原反应生成了单质I2。其反应如下：①Cl2＋2KI===I2＋2KCl，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，HNO3将KI氧化成I2，⑤Br2＋2KI===I2＋2KBr。


2．将盛有30 mL NO和NO2混合气体的试管倒置于放满水的水槽中，最后试管中气体的体积是20 mL，则原混合气体中NO的体积是( )


A．24 mL B．15 mL C．18 mL D．12 mL


答案 B


解析 NO2与水反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，设原混合气体中NO与NO2的体积分别为x、y，则据题意，剩余气体体积20 mL是原NO气体与上述反应生成的NO气体的总体积，列方程即可得NO和NO2体积都是15 mL。


3．在NO2被水吸收的反应中，发生还原反应的物质和发生氧化反应的物质的物质的量之比为( )


A．3∶1 B．1∶3 C．1∶2 D．2∶1


答案 C


解析 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,3 ml NO2中，有2 ml氮原子的价态升高，1 ml氮原子的价态降低，所以发生还原反应的NO2与发生氧化反应的NO2的物质的量之比为1∶2。


4．下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是( )


①N2→NO2 ②NO2→NO ③NO2→HNO3


④N2→NO ⑤N2→NH3


A．① B．②⑤ C．④ D．③④


答案 C


解析 该题有两个要求：(1)必须加入氧化剂；(2)通过一步反应就能完成。反应①、③、④从化合价角度来看都是升高，但反应①N2→NO2不能通过一步反应完成；而反应③NO2→HNO3虽然氮的化合价升高，但不加氧化剂也能完成，如3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，在该反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂；只有反应④N2→NO必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成。


5．一氧化氮是大气污染物之一。目前，有一种治理方法是在400 ℃左右、有催化剂存在的情况下，用氨把一氧化氮还原为氮气和水。请写出该反应的化学方程式：__________________________________。


答案 6NO＋4NH3eq \(=====,\s\up15(催化剂),\s\d15(400 ℃))5N2＋6H2O


6．利用如图所示装置收集以下7种气体(图中烧瓶的位置不得变化)。





①H2 ②Cl2 ③CH4 ④HCl ⑤NH3 ⑥NO ⑦SO2


(1)若烧瓶是干燥的，则由B口进气收集的气体有________(写序号)。


(2)若烧瓶充满水，可收集的气体有________，这时气体由________口进入。


(3)若烧瓶是干燥的，则由A口进气，可收集的气体有________。


(4)若在烧瓶内装入浓硫酸使气体干燥，则可用此装置来干燥的气体有________，这时气体由________口进入。


答案 (1)②④⑦ (2)①③⑥ A (3)①③⑤


(4)①②③④⑥⑦ B


实验装置
实验现象
试管充满水需满足的条件
红棕色气体逐渐变为无色，试管内液面上升，持续通入适量O2，试管内可充满水
V(NO2)∶V(O2)＝4∶1
无色气体先变成红棕色，后逐渐变为无色，试管内液面上升，持续通入适量O2，试管内可充满水
V(NO)∶V(O2)＝4∶3