人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物学案

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第1课时氮气氮的氧化物
1.了解氮元素的存在和结构，了解氮气的物理性质和化学性质；2.通过了解氮的固定，认识化学对社会和工农业生产的重要作用；3.了解一氧化氮和二氧化氮的物理性质和化学性质。
1.原子结构
氮元素位于第二周期、第 = 5 \* ROMAN \* MERGEFORMAT VA族。氮原子最外电子层有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它原子相互结合构成物质。
氮的原子结构
常见的化合价有 ＋1 、 ＋2 、 ＋3 、 ＋4 、 ＋5 、 －3 ，
其氧化物有 N2O 、 NO 、 N2O3 、 NO2 、 N2O4 、 N2O5 共有六种，
其中 N2O5 是HNO3的酸酐， N2O3 是HNO2的酸酐（氮的氧化物都有毒）。
2.自然界中的存在形态
a.游离态:以氮分子的形式存在于空气中。
b.化合态:存在于动植物体内的蛋白质中,以及土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
一.氮气
1.物理性质
纯净的N2是一种无色无味的气体，难溶于水，在空气中约占五分之四左右。
2.化学性质
（1）常温下，N2的化学性质不活泼，可代替稀有气体作保护气体。
原因：氮分子内两个氮原子间以共价三键结合，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，通常难以与其它物质反应。
（2）在放电条件或高温下 氮气 跟氧气化合生成 一氧化氮
N2＋O2eq \(=====,\s\up7(放电或高温))2NO
（3）镁在氮气中燃烧：3Mg＋N2eq \(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2；（4）人工合成氨：N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3；二．氮的固定和循环
1．氮的固定
将游离态氮转变为化合态氮的过程叫氮的固定。
（1）自然固氮eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(雷雨天产生NO气体,豆科植物根瘤菌固氮))
（2）人工固氮：工业合成氨。
2．氮的循环
三.二氧化氮和一氧化氮
1.NO和NO2的化学性质
(1)在常温下，NO很容易与O2反应，化学方程式为 2NO+O2 === 2NO2 。
(2)NO2溶于水时发生反应的化学方程式为 3NO2+H2O === 2HNO3+NO 。
2.二氧化氮溶于水的实验
(1)实验过程
(2)对工业生产硝酸的启示
工业上生产硝酸时，向吸收后的废气中再通入适量的氧气或空气,能充分利用原料，并能减少NO的排放以保护环境。
【规律总结】
1.常见的NOx尾气处理方法
①碱液吸收法
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx处理。
②催化转化法
在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。
2.有关氮氧化物溶于水计算的两种方法
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，不可能是NO2。
(1)关系式法：
①若NO和O2通入水中，总关系式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。
②若NO2和O2通入水中，总关系式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3。
(2)电子守恒法
当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。
【例题】在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12mL通入足量水中，充分反应后剩余2mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为( )
①1.2mL ②2.4mL ③3mL ④4mL
A．①② B．②③C．③④D．①④
【答案】D
【解析】混合气体通入水中，涉及的反应有①4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。若12mL全部为NO2，发生反应②，剩余气体4mL大于实际剩余气体2mL，故剩余气体为NO或O2。若剩余的气体是O2，则V(NO2)＝eq \f(4,5)×(12－2)mL＝8mL，V(O2)＝12mL－8mL＝4mL。若剩余的气体是NO(2mL)⇒6mLNO2，则V(O2)＝eq \f(1,5)×(12－6)mL＝1.2mL。
1．下列用途中应用了氮气的稳定性的是：（ ）
A．以氮气为原料之一制造硝酸B．合成氨气后，制氮肥
C．金属焊接时的保护气D．镁可以和氮气反应
【答案】C
【解析】A、利用N2制备硝酸，发生的反应为N2＋3H22NH3、4NH3＋5O24NO＋6H2O、2NO＋O2=2NO2、3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，与N2的稳定性无关，故A不符合题意；B、根据A选项分析，合成氨气，制备氮肥，与N2的稳定性无关，故B不符合题意；C、单质氮的化学性质相对稳定，因此氮气常作金属焊接时的保护气，与氮气的稳定性有关，故C符合题意；D、Mg能与N2反应生成Mg3N2，与N2的稳定性无关，故D不符合题意。
2．（2021·辽宁沈阳市·高一期末）下列关于氮及其化合物，说法不正确的是()
A．氮的固定是将N2转化成含氮化合物
B．氮元素在自然界中既有游离态又有化合态
C．NO和NO2都可稳定存在于空气中
D．N2既可作氧化剂又可做还原剂
【答案】C
【解析】A．氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。如豆类植物共生的根瘤菌。它们能吸收大气中的氮气分子，将其转变成氨及铵离子，A正确；B．自然界中N有游离态，如N2，也有化合态，如铵盐、硝酸盐等，B正确；C．NO不稳定，易与O2反应生成NO2，C错误；D．N2中N元素处于中间价态，既可以升高又可以降低，N2既可以做氧化剂又可以做还原剂，D正确；故答案选C。
3．（2020·宝山区·上海交大附中高一期末）不属于氮的固定的过程是
A．放电条件下氮气与氧气化合
B．在一定条件下用NH3与CO2合成尿素
C．豆科植物根瘤菌把空气中的氮气变成含氮化合物
D．工业合成氨
【答案】B
【解析】A.氮气与氧气化合生成NO，属于氮的固定，故A不符合题意；B.工业上用氨和二氧化碳合成尿素，均为化合态的氮，显然不是将游离态的氮转化为化合态的氮，不是氮的固定，故B符合题意；C.豆科植物的根瘤菌将空气中的氮气转化为含氮化合物，属于氮的固定，故C不符合题意；D.工业合成氨是N2和H2在一定条件下合成氨，属于氮的固定，故D不符合题意；故选：B。
4．下列转化必须加入氧化剂且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
5．电闪雷鸣的雨天，空气中的N2会发生一系列反应，生成氮的化合物。雷雨时，一般不可能生成的氮的
化合物是( )
①NH3 ②NO ③NO2 ④N2O3 ⑤N2O5 ⑥HNO3
A．②④⑥ B．②③⑤⑥
C．①④⑤ D．①③⑤
【答案】C
【解析】放电时，空气中的N2和O2会化合生成NO，NO很容易与O2反应生成NO2，NO2溶于水生成HNO3和NO，N2O3、N2O5溶于水易形成对应的酸。
6．（2021·广西玉林市·高一期末）某化学反应在催化剂条件下的转化过程的微观示意图如图所示。下列有关说法不正确的是
A．该反应中，氧化性：NO＞CO2
B．该反应可表示为2NO+2CON2+2CO2
C．该反应中，被氧化与被还原的元素的质量之比为7：6
D．每生成标准状况下2.24LN2，转移的电子数为0.4NA
【答案】C
【解析】A．该反应中，NO为氧化剂，CO2为氧化产物，则氧化性：NO＞CO2，A说法正确；B．分析可知，该反应可表示为2NO+2CON2+2CO2，B说法正确；C．该反应中，被氧化的元素是碳元素，被还原的元素是氮元素，则被氧化与被还原的元素的质量之比为6：7，C说法错误；D．每生成标准状况下2.24LN2，转移的电子0.4ml，即电子数为0.4NA，D说法正确；答案为C。
7．（2021·陕西宝鸡市·高一期末）在标准状况下，将50mlNO2和O2的混合气体通入水中，最终得到10ml无色气体，则NO2和O2的体积之比可能是()
A．4：1B．4：3C．16：9D．16：19
【答案】C
【解析】若氧气过量，则剩余10mL无色气体为氧气，设参加反应的氧气的体积为x，根据题意有：则4x+x=50mL-10mL=40mL，解得x=8mL；原混合气体中氧气的体积为：8mL+10mL=18mL，二氧化氮的体积为32mL，NO2和O2的体积比为：32:18=16:9；若NO2过量，则剩10mL无色气体为NO，设氧气的体积为y，
根据题意得：50mL-y-4y=10mL×3，得y=4mL，则原混合物中含有4mL氧气，二氧化氮的体积为46mL，NO2和O2的体积比为：46:4=23:2；故原混合气体中NO2和O2的体积比为16:9或23:2，故C正确；答案选 C 。氮的氧化物
NO
NO2
物理
性质
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶于水
易溶于水
化学
性质
与O2反应
2NO＋O2===2NO2
不反应
与H2O
反应
不反应
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
实验
装置
实验
操作
在如图注射器里充入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
振荡注射器
实验
现象
无明显现象
无色气体变为红棕色
红棕色气体变浅至消失,有无色气体生成,注射器活塞向内滑动
化学
方程式
2NO+O2 === 2NO2 、
3NO2+H2O === 2HNO3+NO