第五章 第二节 第1课时　氮气和氮氧化物 学案（含答案）—2024春高中化学人教版必修二

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.通过对氮元素“位—构—性”的分析，认识氮元素在自然界中的存在形式，了解氮的固定的意义。
2.掌握N2的性质。
3.掌握NO、NO2的性质及二者的相互转化。
4.掌握NO、NO2与O2混合溶于水的计算。
一、氮气与氮的固定
1．氮元素
(1)
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
思考1　根据氮原子核外电子排布和氮气分子的结构，推测氮气的化学活性。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
在高温、放电等条件下，氮气可以与镁、氢气、氧气等物质发生化合反应。
写出氮气与下列物质发生反应的化学方程式：
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。
思考2　写出镁条在空气中燃烧发生反应的化学方程式。
________________________________________________________________________
3．氮的固定
氮的固定
1．判断正误
(1)N2和O2在放电的条件下会直接生成NO2(　　)
(2)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(　　)
(3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气(　　)
(4)氮的固定中氮元素一定被氧化(　　)
(5)工业上将NH3转化为其他铵态化肥属于人工固氮(　　)
2．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”)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________(填“氧化”或“还原”)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
二、一氧化氮和二氧化氮
1．NO和NO2的物理性质
氧化物 颜色 状态 气味 水溶性
NO ____色 气体 － ____溶
NO2 ____色 气体 __________气味 ____溶
2.NO和NO2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：_____________________________。
思考1　如果要将注射器中的NO充分转化为硝酸，可以采取什么措施？上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？
________________________________________________________________________
3．NO、NO2溶于水的相关计算
思考2　若将充满NO2的试管倒置在装满水的水槽里，会有什么现象？若同时向倒置试管中不断地缓慢通入O2，最终现象是什么？
________________________________________________________________________
由上述思考：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　①
2NO＋O2===2NO2　②
①×2＋②得：________________________，①×2＋②×3得：_________________________。
(1)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溶于水，若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。
(2)对于连续发生的化学反应，可用化学方程式叠加的方法而得到复合反应，解决问题更简便。
1．判断正误
(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与H2O反应生成HNO3，故NO2是酸性氧化物(　　)
(4)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2与溴蒸气(　　)
2．现有NO2、O2的混合气体12 mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积可能是____________________。
1．(2023·四川绵阳高一期中)下列说法正确的是(　　)
A．氮气化学性质不活泼，原因是N的非金属性较弱
B．氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应，氧气过量直接生成NO2
C．植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料，实现氮的固定
D．“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐
2．(2023·日照高一期末)下列对NO和NO2的描述正确的是(　　)
A．NO2与水的反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂
B．NO是无色气体，可用向上排空气法收集
C．NO、NO2均可用排水法收集
D．从元素化合价角度看，NO只有还原性
3.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
4．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．思考1　由于氮分子内两个氮原子间以共价三键(N≡N)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，通常情况下难以与其他物质发生化学反应。
①N2＋3MgMg3N2　氧化　②N2＋3H22NH3　氧化　③N2＋O22NO　还原
思考2　2Mg＋O22MgO、3Mg＋N2Mg3N2、2Mg＋CO22MgO＋C。
3．游离态　氮的化合物
应用体验
1．(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
2．(1)人工固氮　N2＋3H22NH3　氧化
(2)豆科植物的根瘤菌　N2＋O22NO　还原
(3)acd
解析　(3)据题给信息，NaNO2可以被NH还原为N2，因此NH4Cl可以处理废水中的NO，而H2O2、KNO3都为氧化剂，不能将NaNO2还原为无毒的N2，NaOH和NaNO2不反应，故acd符合题意。
二、
1．无　不　红棕　有刺激性　易
2．(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
思考1　采取的措施是继续通入过量的空气。上述实验对工业上生产硝酸的启示是在用水吸收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。
3．思考2　若将充满NO2的试管倒置于水槽中，试管中的红棕色逐渐褪去，水槽里的水倒吸入试管中，最终试管里剩余气体占。若同时向倒置试管中通入O2，则水槽中的液体最终充满整个试管。
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3　4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
应用体验
1．(1)√　(2)√　(3)×　(4)×
2．4 mL或1.2 mL
随堂演练　知识落实
1．D　2.A
3．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。]
4．(1)1∶1　(2)BC　(3)NaNO3　NO　(4)3HClO＋2NO＋H2O===3Cl－＋2NO＋5H＋