《创新课堂》第五章 5 第二节 第1课时 氮气和氮的氧化物 讲义（教师版）化学必修二人教版

第二节　氮及其化合物
第1课时　氮气和氮的氧化物
【学习目标】　1.能从分子结构的角度认识氮气的化学性质，了解氮的固定和自然界中氮的循环。
2．能从物质类别和化合价角度认识氮氧化物的性质与转化，了解工业制硝酸的反应原理。
知识点一　氮气与氮的固定
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1．氮元素
(1)原子结构
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(2)自然界中的存在形态
INCLUDEPICTURE "22CH42学.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/22CH42学.TIF" \* MERGEFORMAT
2．氮气
(1)物理性质
通常情况下，氮气是______色、______味的气体，密度比空气的________，______溶于水。
(2)化学性质
写出相关反应的化学方程式：
①__________________________________________________，
氮气表现________性。
②__________________________________________________，
氮气表现________性。
③_____________________________________________________，
氮气表现________性。
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　镁条在空气中燃烧时，可发生哪些反应？请写出化学方程式。
提示：2Mg＋O22MgO、3Mg＋N2Mg3N2、2Mg＋CO22MgO＋C。
3．氮的固定
(1)含义：将大气中______________转化为____________的过程。
(2)分类
4．自然界中氮的循环
[答案自填] 二　ⅤA　2　5　共用电子对　氮分子　无　无　稍小　难　N2＋3MgMg3N2　氧化　N2＋3H22NH3　氧化　N2＋O22NO
还原　游离态的氮　氮的化合物
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(1)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气(　　)
(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)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键　(　　)
答案：(1)√　 (2)×　 (3)×　(4)×
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1．下列关于氮元素的说法中，不正确的是(　　)
A．工业上氢气和氮气合成氨属于人工固氮
B．闪电时，大气中氮的氧化物的生成属于氮的固定
C．氮元素在自然界有游离态和化合态
D．非金属单质氮气在化学反应中只能作为氧化剂
解析：选D。A．氮的固定是指将游离态氮转化为化合态氮的过程。工业上氢气和氮气合成氨属于人工固氮，故A正确；B．闪电时，大气中的氮气转化为氮的氧化物属于氮的固定，故B正确；C．氮元素在自然界有游离态(氮气)和化合态(铵态氮和硝态氮等)，故C正确；D．非金属单质氮气在化学反应中既能作为氧化剂，也能作为还原剂，如氮气与氧气反应中，氮气作为还原剂，故D错误。
2．(教材习题改编)下列关于氮气的说法正确的是(　　)
A．通常情况下，氮气性质比较稳定
B．可在氧气中燃烧，生成一氧化氮
C．1 mol氮气可与3 mol氢气完全反应生成2 mol氨　
D．将点燃的镁条伸入氮气中，镁条不能继续燃烧
解析：选A。氮气分子中含有氮氮三键，性质比较稳定，A项正确；氮气不能在氧气中燃烧，氮气与氧气在放电或高温条件下反应生成一氧化氮，B项错误；氮气与氢气的反应是可逆反应，1 mol 氮气与3 mol 氢气不能完全反应生成2 mol氨，C项错误；镁条可以在氮气中燃烧，D项错误。
3．(教材习题改编)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：
___________________________________________________________，
该反应中氮气表现________(填“氧化性”或“还原性”)。
(2)写出过程③中固氮反应的化学方程式：
_____________________________________________________________，
该反应中氮气表现________(填“氧化性”或“还原性”)。
(3)过程④中的亚硝酸盐有毒，工业上若直接排放则会对环境造成污染。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
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为氧化剂，不能将NaNO2还原为无毒的N2，NaOH和NaNO2不反应。
答案：(1)人工固氮　N2＋3H22NH3　氧化性　(2)N2＋O22NO　还原性　(3)acd
知识点二　一氧化氮和二氧化氮
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1．氮的氧化物
N元素的化合价 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5
对应氧化物 N2O(笑气) ____ ____ ____、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．物理性质
氧化物 色、态 气味 水溶性 毒性
NO ______色气体 — ____溶 均有毒
NO2 ________色气体 __________气味 ____溶
3.化学性质
(1)实验探究
实验装置
实验操作 如上图所示，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 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，振荡注射器
实验现象 ____________ ______色气体先变为________色，振荡后气体又由________色变为______色，注射器活塞向______滑动
(2)实验结论
在一定条件下，NO与NO2可以相互转化，化学方程式为________________________，________________________________。
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　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？
提示：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。
[答案自填] NO　N2O3　NO2　N2O5
N2O3　N2O5　无　不　红棕　有刺激性
易　无明显现象　无　红棕　红棕　无
内　2NO＋O2===2NO2　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
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(1)NO和NO2都是无色有毒气体(　　)
(2)NO极易与O2反应，因此收集NO只能用排水法　(　　)
(3)NO2能与水反应且密度比空气的大，因此收集NO2只能用向上排空气法(　　)
(4)NO2易溶于水生成HNO3，故NO2是酸性氧化物　(　　)
(5)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO2与溴蒸气(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×
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1．下列有关NO2的说法正确的是(　　)
A．除去O2中混有的NO2，可将混合气体通入水中将NO2溶解除去
B．NO2有毒，但因其易溶于水且能与水反应，因此NO2不属于大气污染物
C．NO2既有氧化性又有还原性
D．NO2为红棕色气体，因此将NO2通入水中，溶液显红棕色
解析：选C。NO2和O2混合气体通入水中，NO2、O2会和水发生反应，从而损失部分O2，A项错误；NO2属于大气污染物，B项错误；NO2与H2O反应生成NO和HNO3，说明NO2既有氧化性又有还原性，C项正确；将NO2通入水中，反应生成NO和HNO3，溶液呈无色，D项错误。
2．NO在生物体内是一种重要的信使分子，具有保护心血管、降低血压以及提升记忆力的作用。下列关于NO的说法正确的是(　　)
A．NO是无色气体，易溶于水
B．NO在人体内能扩张血管，提高免疫力等，因此大气中的NO对人体无害
C．NO在空气中可以转为NO2，二者都是大气污染物
D．NO在化学反应中，只能作为还原剂，不能作为氧化剂
解析：选C。NO是无色、不溶于水的气体，A项错误；NO有毒，对人体有害，B项错误；NO和O2发生反应2NO＋O2===2NO2，NO、NO2都是大气污染物，C项正确；NO分子中氮元素化合价为＋2价，为中间价态，在化学反应中既可作为氧化剂，又可作为还原剂，D项错误。
3．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，分别推出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，则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。
解析：(2)①NO2溶于水发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，12 mL NO2参与反应，生成4 mL NO，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2NO＋O2===2NO2，故气体颜色由无色变为红棕色，然后发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，故液面逐渐上升，根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可知，要使水全部充满试管，需充入3 mL氧气。
答案：(1)4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
(2)①C　②无色气体变为红棕色，液面逐渐上升　3
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氮氧化物溶于水的计算
(1)二氧化氮与氧气混合溶于水的反应分析
2NO＋O2===2NO2①
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO②
由①＋②×2得4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，当体积比V(NO2)∶V(O2)
(2)一氧化氮与氧气混合溶于水的反应分析
由①×3＋②×2得4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，当体积比V(NO)∶V(O2)
[注意]　因为水溶液中发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以无论何种情况下，水溶液中均不会剩余NO2。　
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1．(教材习题改编)自然界的氮循环如下图所示，下列说法错误的是(　　)
A．氮的固定主要有自然固氮和人工固氮两种方式
B．氧元素参与了氮循环
C．①中N2与O2反应直接生成NO2，NO2与水反应生成HNO3
D．②中的合成氨反应中N2为氧化剂
解析：选C。A．自然固氮和人工固氮是氮的固定的主要方式，A正确；B．由题图可知，氧元素参与了氮循环，B正确；C．①中N2与O2反应生成NO，C错误；D．②中的合成氨反应中N2转变成NH3，N元素化合价由0价降低到－3价，N2为氧化剂，D正确。
2．下图是氮元素的转化示意图：
下列说法不正确的是(　　)
A．反应①是自然界中的氮的固定
B．反应②的现象是气体由无色变为红棕色
C．反应③中氧化剂与还原剂的物质的量之比是2∶1
D．X的化学式为HNO3
解析：选C。A．反应①是氮气和氧气在放电条件下生成NO，属于自然固氮，故A正确；B．NO是无色气体、NO2是红棕色气体，反应②的现象是气体由无色变为红棕色，故B正确；C．反应③的化学方程式为H2O＋3NO2===2HNO3＋NO，NO2中N元素化合价由＋4价升高为＋5价、由＋4价降低为＋2价，NO2既是氧化剂又是还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比是1∶2，故C错误；D．H2O＋3NO2===2HNO3＋NO，X的化学式是HNO3，故D正确。
3．下列反应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
解析：选C。①N2→NO2不能一步完成；②③NO2与H2O反应即可，但H2O不是氧化剂；④N2→NO中N2被氧化，需要加入氧化剂；⑤N2与H2反应生成NH3，加入的H2是还原剂。
4．如下图所示，相同条件下，两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体，分别倒置于水槽中，然后通过导管缓慢通入氧气，边通入边慢慢摇动试管，直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散，两个试管内溶液中溶质的物质的量浓度之比为(　　)
A．1∶1 B．5∶7
C．7∶5 D．4∶3
解析：选A。因为NO2和NO的体积相等，在同温同压下二者的物质的量相等，根据氮原子守恒，生成HNO3的物质的量相等，因此两试管内HNO3的物质的量浓度相等。
5．汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx(氮氧化物)等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一，根据NOx的性质特点，已开发出多种化学治理氮氧化物污染的方法。
(1)已知某硝酸厂排放的尾气中NO、NO2的体积之比为1∶1，该厂采用NaOH溶液来处理尾气，处理后所得溶液中只有一种含氮的钠盐。该含氮的钠盐中，氮元素的化合价为________。
(2)某氮氧化物和CO在催化剂的作用下充分反应，生成N2和CO2，可消除CO与该氮氧化物的污染。若测得N2和CO2的物质的量之比为1∶2，则该氮氧化物的化学式是________。
(3)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体，例如，8NH3＋6NO27N2＋12H2O。该反应中的氧化剂是______，还原产物和氧化产物的质量之比为________。如果用氨来处理NO，有关反应的化学方程式为
___________________________________________________________
___________________________________________________________。
解析：(1)NO、NO2的体积之比为1∶1，二者中氮元素的化合价分别为＋2价、＋4价，根据归中反应中得失电子守恒可知，含氮的钠盐中，氮元素的化合价为＋3价。(2)设氮氧化物的化学式为NOx，由题意得2NOx＋2xCON2＋2xCO2，N2、CO2的物质的量之比为1∶2，故x＝1，NOx为NO。(3)该反应中NO2中氮元素的化合价降低，NO2是氧化剂；还原产物和氧化产物都是N2，7 mol N2中还原产物的物质的量为3 mol，氧化产物的物质的量为4 mol，还原产物和氧化产物的质量之比为3∶4；用氨来处理NO，有关反应的化学方程式为4NH3＋6NO5N2＋6H2O。
答案：(1)＋3价　(2)NO　(3)NO2　3∶4　4NH3＋6NO5N2＋6H2O