第五章　第二节　第1课时　氮气和氮氧化物 学案（含答案）

第二节　氮及其化合物
第1课时　氮气和氮氧化物
[核心素养发展目标]　1.能从分子结构的角度认识氮气的化学稳定性，熟知氮气与镁、氧气、氢气的化学反应及其条件，了解氮的固定和自然界中氮的循环。2.能从物质类别和氮元素的化合价认识氮氧化物的性质与转化，熟知工业制硝酸的反应原理，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。
一、氮气与氮的固定
1．氮元素
(1)结构
氮原子一般通过____________与其他原子相互结合构成物质。
(2)氮元素在自然界中的存在
2．氮气
(1)物理性质
通常情况下，氮气是________、________的气体，密度比空气的________，______于水。
(2)化学性质
氮分子内两个氮原子间以______________结合，断开该化学键需要________的能量，所以氮气的化学性质很________，通常情况下________与其他物质发生化学反应，但在________、________等条件下，氮气也可以与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应。写出氮气与下列物质反应的化学方程式。
①金属镁：___________________________________________________________________，
氮气表现________性；
②氢气：________________________________________________________________________，
氮气表现________性；
③氧气：________________________________________________________________________，
氮气表现________性。
(3)用途
①氮气常用作保护气，如焊接金属、填充灯泡、保存食品等。
②氮气是合成氨、制硝酸的重要原料。
③液氮可用作制冷剂，应用于医学、科技等领域。
3．氮的固定
(1)含义：将大气中__________的氮转化为____________的过程。
(2)分类
(1)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(　　)
(2)氮的固定中氮元素一定被氧化(　　)
(3)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮(　　)
(4)N2和足量的O2在放电条件下会生成NO2(　　)
(5)镁条在空气中燃烧时，可以与O2、N2、CO2等反应生成MgO、Mg3N2、C(　　)
氮在自然界中的循环如下图所示。
(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”，下同)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________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NH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
(1)氮的固定必须为将游离态的N2转化为化合态含氮物质的过程，为氧化还原反应。
(2)氮气性质的“一惰性、两反应”。氮气化学性质很稳定，通常状况下，很难与其他物质反应，但是在一定条件下，也能与氢气、氧气等反应。
(3)氮元素是多价态元素，氮气中氮元素呈0价，处于中间价态，故氮气既有氧化性(与H2等反应)，又有还原性(与O2等反应)。
二、一氧化氮和二氧化氮
1．氮的氧化物
氮的氧化物种类很多，如下表：
N的化合价 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5
对应氧化物 N2O(笑气) N2O3 ______、N2O4
其中属于酸性氧化物的是____________和________，对应的酸分别是HNO2(亚硝酸)和HNO3。
2．一氧化氮、二氧化氮的物理性质
氧化物 颜色 状态 气味 水溶性 毒性
NO ____色 气态 无味 ____溶 均有毒
NO2 ____色 气态 ______气味 ____溶
3.一氧化氮、二氧化氮的化学性质
(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_________________________________________________
(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的NO2，化学方程式：
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
②NO2能与水反应生成无色的NO，化学方程式：_______________________________________
_______________________________________________________________________________。
工业上利用这一原理生产硝酸。
(3)思考与讨论
①如果要将注射器中的NO充分转化，应采取的措施是_________________________________
_______________________________________________________________________________。
②上述实验对工业上生产硝酸的启示是______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(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易溶于水生成HNO3，故NO2是酸性氧化物(　　)
(4)N2与O2反应时，不论O2是否足量，其一步反应都只能得到NO，不能生成NO2(　　)
(5)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2与溴蒸气(　　)
1．俗话说“雷雨发庄稼”，试说出其中的原理，写出反应的化学方程式。
2．工业生产硝酸时，由于NO2与H2O反应会生成HNO3和NO，NO又可与O2反应生成NO2，因此通入适量的氧气可使NO或NO2恰好完全溶于水。
(1)试根据反应
①3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
②2NO＋O2===2NO2
推出NO2与O2的混合气体、NO与O2的混合气体被水完全吸收转化为HNO3的化学方程式：________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)将一支充有12 mL NO2气体的试管倒置于水槽中，充分反应。
①下列图示正确的是________(填字母)。
②若水不能充满试管，需再向试管中缓缓充入O2，现象为______________________________，
最终充入____ mL氧气，才能使水全部充满。
(1)NO易与O2反应、不溶于水、不与水反应，因此收集NO用排水法，不可用排空气法。NO2易与水反应，但很难被O2氧化，因此收集NO2用向上排空气法，不可用排水法。
(2)NO2和N2O4是两种不同的氧化物，通常情况下，NO2能进行自身二聚：2NO2(红棕色)??N2O4(无色)，故NO2中总混有N2O4。
1．氮元素在海洋中的循环，是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用如图表示。下列关于海洋氮循环的说法正确的是(　　)
A．海洋中的氮循环起始于氮的氧化
B．海洋中的氮循环属于固氮作用的是③
C．海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与
D．向海洋排放含NO的废水，会影响海洋中NH的含量
2．最新病毒学研究证实，一氧化氮对SARS病毒有直接的抑制作用。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
3．下列有关NO2的说法中正确的是(　　)
A．NO2能与水反应生成硝酸，在反应中NO2只是还原剂
B．除去O2中混有的NO2，可将混合气体通过水，将NO2溶解
C．NO2与溴蒸气的鉴别可用NaOH溶液，溶于NaOH溶液得无色溶液的是NO2，得橙色溶液的为溴蒸气
D．在NO2与水的反应中氧化剂与还原剂的质量之比为1∶2
4．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
5．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，反应的化学方程式如下：
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物质的量之比为__________。
(2)下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的是________(填字母)。
A．加快通入尾气的速率
B．采用气、液逆流的方式吸收尾气
C．吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液
(3)吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，该晶体中的主要杂质是________________(填化学式，下同)；吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是__________________。
(4)NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气，可提高尾气中NO的去除率。在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl－和NO，反应的离子方程式为____________________________
_______________________________________________________________________________。
第二节　氮及其化合物
第1课时　氮气和氮氧化物
一、
1．(1)二　ⅤA　2　5　共用电子对　(2)氮分子　蛋白质　硝酸盐　铵盐
2．(1)无色　无味　稍小　难溶　(2)共价三键(N≡N)　较多
稳定　很难　高温　放电　①N2＋3MgMg3N2　氧化
②N2＋3H22NH3　氧化　③N2＋O22NO　还原
3．(1)游离态　氮的化合物　(2)人工
正误判断
(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
应用体验
(1)人工固氮　N2＋3H22NH3　氧化
(2)豆科植物的根瘤菌　N2＋O22NO　还原
(3)acd
二、
1．NO　NO2　N2O5　N2O3　N2O5
2．无　不　红棕　刺激性　易
3．(1)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)①2NO＋O2===2NO2　②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　(3)①继续通入过量的空气　②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尽可能多地转化为硝酸
正误判断
(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×
深度思考
1．雷电发生时，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化为NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤作用生成硝酸盐，NO可被植物吸收。N2＋O22NO,2NO＋O2===2NO2,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
2．(1)①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
(2)①C　②无色气体变为红棕色，液面逐渐上升　3
解析　(2)①NO2溶于水发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,12 mL NO2参与反应，生成的NO为4 mL，生成NO的体积占试管体积的，故选C。②向试管中缓缓充入O2，发生反应②2NO＋O2===2NO2，故气体颜色由无色变为红棕色，然后发生反应①3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故液面逐渐上升，将①和②两式相组合得4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，要使水全部充满试管，需充入3 mL氧气。
随堂演练　知识落实
1．D
2．C　[NO是无色气体，不溶于水，易与O2化合生成NO2，在放电的条件下N2与O2化合生成NO。]
3．D　[除去O2中混有的NO2，将混合气体通过水，NO2溶解的同时又生成新的杂质NO，且NO又能与O2反应，故B项错误；NO2、溴蒸气分别与NaOH溶液反应均得无色溶液，所以NaOH溶液无法鉴别NO2与溴蒸气，故C项错误。]
4．C　[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。]
5．(1)1∶1　(2)BC　(3)NaNO3　NO　(4)3HClO＋2NO＋H2O===3Cl－＋2NO＋5H＋