高中化学人教版（2019）必修二第五章第二节氮气及其化合物第一课时学案（含答案）

高中化学必修二第五章第二节氮气及其化合物
第一课时学案
【学习目标】
1．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；
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；
3．掌握NO、NO2与O2、H2O反应的有关计算。
【目标一】氮气与氮的固定
1．氮元素的结构及存在
⑴ 氮元素位于元素周期表的____________族，原子结构示意图为____________，一般通过共用电子对与其他原子相互结合成物质。
⑵ 氮元素的存在
自然界中，氮元素主要以______的形式存在于空气中，部分存在于动植物的蛋白质中以及存在于土壤、海洋里的________和______中。
2．N2
⑴ 物理性质：通常情况下，氮气是____、____的气体，密度比空气的____，____于水。通常状况下，1体积水中只能溶解大约0.02体积的氮气。熔点－210℃，沸点－196℃。
⑵ 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。但是，在一定条件下，如高温、高压、放电等，就能与一些物质如H2、O2等发生化学反应。
①氮气与氧气： ，N2表现_______性。
②氮气与氢气：N2＋3H2 2NH3（工业上合成氨），N2表现_______性。
③氮气与金属镁： ，N2表现_______性。
3． 氮的固定
⑴ 含义：将大气中_______的氮转化为___________的过程叫做氮的固定。
⑵ 分类：氮的固定分为___________和___________。
4．氮气的用途
⑴ 在工业上，氮气是合成氨制硝酸的原料；
⑵ 因化学性质不活泼，所以常用它作为保护气；
⑶ 在医学上，常用液氮作为冷冻剂；
⑷ 在高科技领域中常用液氮制造低温环境。
【目标二】氮的氧化物
氮有多种化合价：－3、0、+1、+2、+3、+4、+5，五种正价可形成六种氧化物：
、 、 、 、 、
氮的氧化物都是大气污染物。
1．NO和NO2的物理性质
氧化物 颜色 状态 气味 水溶性
NO 色 气态 味 溶
NO2 色 气态 气味 溶
2．NO和NO2的性质探究
实验装置：
⑴ 操作一：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。现象： 。结论： 。
⑵ 操作二：打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后再振荡注射器。
，振荡后 。
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）。
【思考1】NO和NO2分别采用什么方法收集？说明原因。
【思考2】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。
3．氮的氧化物的吸收
⑴ NO、NO2等氮的氧化物污染空气，是形成酸雨的主要原因之一，工业上常用碱液吸收，
有关反应方程式为：
NO2 + NaOH === （氮元素的歧化反应）
NO + NO2 + NaOH === （氮元素的归中反应）
⑵ 2NO2N2O4； N2O4为无色气体。
⑶ 和 分别是HNO2和HNO3的酸酐。
4．氮的氧化物的有关计算
⑴ 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。
⑵ 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：
V(NO2)∶V(O2) < 4∶1
V(NO2)∶V(O2) = 4∶1
V(NO2)∶V(O2 ) > 4∶1
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：V(NO)∶V(O2) < 4∶3
V(NO)∶V(O2) = 4∶3
V(NO)∶V(O2 ) > 4∶3
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。
【导练1】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，则原混合气体中O2为多少毫升？
【目标三】NO、NO2、SO2对大气的污染
1．SO2、NO2主要来源
⑴ 煤、石油的燃烧，某些含 或 的金属矿物的冶炼，往往会产生SO2。
⑵ 汽车尾气中含 ，除此之外，还含有 、 、
和 等。
2．氮的氧化物的危害
⑴ 它们会引起
⑵ 对环境：
酸雨 ① 含义：
② 形成原理：
NO2还是造成光化学烟雾的罪魁祸首。
⑶ 如何防治
【导练2】汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NO及汽油、柴油等物质，这种尾气越来越成为城市空气污染的主要来源，必须予以治理。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”(用铂、钯合金作催化剂)。它的特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使汽油、柴油等物质充分燃烧及SO2的转化。
⑴ 汽车尾气中NO的来源是
A．汽油、柴油中含氮，是其燃烧产物
B．是空气中的N2与汽油、柴油的反应产物
C．是空气中的N2与O2在汽车气缸内的高温环境下的反应产物
D．是汽车高温尾气导致了空气中N2与O2的化合反应
⑵ 写出CO与NO反应的化学方程式：
⑶ “催化转化器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度，其原因是：
⑷ 控制或者减少城市汽车尾气污染的方法可以有
A．开发氢能源 B．使用电动车 C．限制车辆行驶 D．使用乙醇汽油[]
【思考1】NO和O2反应，不能用排空气法收集，可以用排水法收集，NO2和水反应，不能用排水法收集，可用向上排空气法收集。
【思考2】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。
(1) 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
V(NO2)∶V(O2)
(2) 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
V(NO)∶V(O2)
【导练1】①若剩余的是NO，由反应3NO2+H2O===2HNO3+NO，得NO2体积为2 mL×3=6 mL。则原有O2体积为（10 mL-6 mL）× =0.8 mL。 ②若剩余的是O2，则有10 mL-2 mL=8 mL NO2和O2的混合气体按反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3进行。所以NO2的体积为8 mL×=6.4 mL，O2体积为10 mL-6.4 mL=3.6 mL。
【导练2】
⑴ C ； ⑵ 2CO＋2NO2CO2＋N2 ；
⑶ SO2转化为SO3，产生了硫酸酸雾 ； ⑷ ABCD
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