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第1课时 氮气和氮氧化物
第五章 化工生产中的重要非金属元素 第二节 氮及其化合物
一、导入新课
氮元素位于元素周期表的第二周期，VA族。氮原子的最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子，一般通过共用电子对与其他原子结合构成物质。在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
氮是自然界各种生命体生命活动不可缺少的重要元素，自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？
1.氮——重要的非金属元素
(1)氮元素位于元素周期表的第二周期、第 族，氮元素的非金属性比氧元素 ，比碳元素 ，硝酸的酸性比磷酸 。
(2)氮元素原子最外层有 个电子，氮原子很难 电子形成离子键，一般通过 与其他原子相互结合构成物质。
(3)氮元素在自然界中的存在
①游离态：主要以 的形式存在于空气中。
②化合态：部分存在于动植物体内的 中；部分存在于土壤、海洋里的
中。
ⅤA
弱
强
强
5
得失
共用电子对
氮分子
蛋白质
硝酸盐和铵盐
二、氮气与氮的固定
2.氮气
(1)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。
(2)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。
共价三键(N≡N)
较多
稳定
很难
氧化
氧化
还原
二、氮气与氮的固定
3.氮的固定
氮的固定
—
概念：将大气中 的氮转化为 的过程
分类
自然固氮
高能固氮(如雷雨天气N2转化为NO)
生物固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮)
人工固氮
合成氨(工业上合成氨)
仿生固氮(某些金属有机化合物可起到根瘤菌
的作用)
游离态
氮的化合物
二、氮气与氮的固定
(1)氮元素有多种化合价，其最高正价为＋5价( )
(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)白磷(P4)在空气中能自燃而氮气能稳定存在，说明磷元素非金属性比氮元素强( )
(5)硝酸盐在某些细菌作用下转化成氮气为自然固氮( )
(6)在高温、高压、催化剂条件下，1 mol N2与3 mol H2混合可生成2 mol NH3
( )
【判断正误】
√
×
√
×
×
×
二、氮气与氮的固定
1.汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物，已成为城市空气的主要污染源。汽油和柴油中基本不含氮元素，那么汽车尾气中的NO是如何产生的？写出有关反应的化学方程式。(忽略空气中二氧化碳)
深度思
提示 汽车尾气中的NO是由空气中的氮气和氧气在内燃机中高温条件下反应
而生成，N2＋O2 2NO。
【深度思考】
二、氮气与氮的固定
2.金属镁在空气(忽略空气中二氧化碳)中燃烧可生成哪些产物？写出有关反应的化学方程式。
二、氮气与氮的固定
3.氮在自然界中的循环如下图所示。
二、氮气与氮的固定
(2)人体里的蛋白质中的氮元素是从哪儿来的？
提示 人体里蛋白质中的氮是从外界摄入的，特别是肉类、蛋类物质等。若溯本求源，则来自大气中的N2。
(1)氮在自然界中主要存在形式有哪些？
提示 大部分以氮气的形式存在，少部分以化合物的形式(如硝酸盐、铵盐、蛋白质等)存在。
二、氮气与氮的固定
(3)自然界中有哪些固定氮的途径？
提示 自然界中固氮主要有自然固氮和人工固氮，自然固氮有高能固氮(雷电作用)、生物固氮(豆科植物)。
二、氮气与氮的固定
(4)氮循环中含氮物质有多种形式的转化，有的对人类生产生活有益，有的则产生负面作用，请举例说明。
二、氮气与氮的固定
提示 ①对人类有益的有：人工固氮如合成氨，不仅为农作物的生长提供了必需的氮元素，而且为其他化工产品的生产提供了重要的原料。
②对人类有害的有：工业废气、汽车尾气中的氮氧化物会造成大气污染等；工厂废液、生活废水中的氮元素对水体造成污染。
二、氮气与氮的固定
1.不同价态的氮的氧化物
氮的氧化物 N2O(笑气) NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5
氮元素化合价 ____ ___ ____ ___ ____ ____
＋1
＋2
＋3
＋4
＋4
＋5
上述氮的氧化物中属于酸性氧化物的是 。
N2O5和N2O3
三、一氧化氮和二氧化氮
2.一氧化氮、二氧化氮性质探究
(1)在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，观察颜色： ，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： 。
(2)打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，现象： ；振荡注射器。现象： 。
结论：在一定条件下，NO和NO2可以相互转化。
无色
注射器内无明显变化
NO难溶于水
注射器内气体变
为红棕色
气体的红棕色消失
三、一氧化氮和二氧化氮
3.二氧化氮的性质
(1) 、有刺激性气味的 气体，密度比空气的大。
(2)易溶于水且与水反应： 。
(3)具有强氧化性：能与SO2、KI等反应。
(4)自身二聚：2NO2 N2O4(无色气体)。
红棕色
有毒
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
写出下列转化的化学方程式：
①NO→NO2： ；
②NO2→NO： 。
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
三、一氧化氮和二氧化氮
【归纳总结】
NO和NO2性质比较
氮氧化物 NO NO2
色、味、态 无色无味气体 红棕色、有刺激性气味气体
溶解性 不溶于水 易溶于水且与水反应
氧化物
类别 非酸性氧化物(不成盐氧化物) 非酸性氧化物(不成盐氧化物)
三、一氧化氮和二氧化氮
氧化性或
还原性 具有氧化性、还原性，主要表现强还原性 具有氧化性、还原性，主要表现强氧化性，能氧化SO2、KI等物质
毒性 有毒(易结合血红蛋白使人中毒) 有毒(刺激腐蚀呼吸道黏膜)
相互转化 2NO＋O2===2NO2；3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
三、一氧化氮和二氧化氮
(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能与碱反应生成硝酸盐、亚硝酸盐和水，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溴蒸气和二氧化氮两种红棕色气体( )
(6)NO和NO2都是有刺激性气味的有毒气体，它们都是大气污染物( )
【判断正误】
√
√
×
√
×
×
三、一氧化氮和二氧化氮
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。
三、一氧化氮和二氧化氮
【深度思考】
2.在上述NO、NO2性质实验中
(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________________________________
_____________________________________________________。
继续通入过量的空气
在用水吸收NO2制取硝酸的反应过程
中，要不断地补充一些空气，使NO2尽可能多地转化为硝酸
三、一氧化氮和二氧化氮
四、课堂小结
解析 活泼金属钠、镁、铝可以在N2中燃烧。
1.下列关于性质的叙述中错误的是
A.任何物质在氮气中都不能燃烧
B.氮气既具有氧化性，又具有还原性
C.将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定
D.氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮
√
五、课堂检测
2.下列叙述与氮的固定无关的是
A.工业上氮气与氢气化合成氨
B.工业上将氨转化为硝酸和其他含氮化合物
C.豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为含氮化合物
D.电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气会与氧气发生反应并最终转化为硝酸盐被
植物吸收
解析 氮的固定是指把空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。
√
五、课堂检测
3.氮的循环在自然界元素的循环中具有重要的意义，有些氮的转化是从氮气转化为含氮的化合物，有的转化发生在含氮的化合物之间。下列过程中，以游离态的氮为原料，最终产生含氮的化合物的是
A.汽车尾气中的氮氧化物形成酸雨
B.硝化细菌的硝化过程
C.动物尸体腐烂
D.豆科植物的根瘤菌固氮
√
五、课堂检测
解析 氮氧化物形成酸雨是其与水反应生成硝酸的缘故；硝化细菌的硝化过程是将氨或铵盐转化成硝酸盐；动物尸体腐烂是从高分子有机氮到小分子有机氮的过程；豆科植物的根瘤菌固氮过程是在固氮酶的作用下将氮气转化为含氮的化合物。
五、课堂检测
4.下列关于氮的氧化物的叙述正确的是
A.氮的氧化物只有NO、NO2
B.氮的氧化物均为红棕色气体
C.氮的氧化物均有毒
D.氮的氧化物在空气中能稳定存在
√
解析 氮的氧化物包括NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，A项错误；
NO、N2O4等均为无色气体，B项错误；
氮的氧化物均有毒，C项正确；
NO在空气中易被O2氧化为NO2，D项错误。
五、课堂检测
5.对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是
A.氧化剂与还原剂的质量比为1∶2
B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
C.NO2是氧化剂，H2O是还原剂
D.在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移
解析 该反应中NO2既是氧化剂又是还原剂，硝酸为氧化产物，NO为还原产物。硝酸与NO的物质的量之比为2∶1，还原剂(NO2)与氧化剂(NO2)的物质的量之比为2∶1。若有6 mol NO2参与反应，则转移电子4 mol。
√
6.按图进行实验。试管中装有12 mL NO，然后间歇而又缓慢地通入8 mL O2，下列是有关最终状态的描述：
①试管内气体呈红棕色 ②试管内气体呈无色 ③试管内液面不变 ④试管内液面上升 ⑤试管内气体是O2 ⑥试管内气体是NO。其中正确的是
A.①③ B.②④⑤
C.②④⑥ D.②③⑤
√
解析 根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可得，剩余气体应为NO，体积为 mL，试管内液面上升。
再 见
氮及其化合物
第1课时
教学目标
1、通过分析氮的原子结构，推断含氮物质可能的化学特性，理解结构和性质的关系。
2、通过实验探究，了解一氧化氮与氧气的反应，二氧化氮与水的反应等性质，感受化学变化的奇妙。
3、了解NO、NO2、O2溶于水的简单计算（对生成硝酸的启示）。
教学重难点
1、重点：氮气、一氧化氮、二氧化氮的化学性质。
2、难点：NOx溶于水的计算。
教学过程
一、导入新课
氮元素位于元素周期表的第二周期，VA族。氮原子的最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子，一般通过共用电子对与其他原子结合构成物质。在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。氮是自然界各种生命体生命活动不可缺少的重要元素，自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？
二、讲授新课
（一）氮气
(1) 氮气的物理性质
颜色 状态 气味 密度 溶解性
_____ 气体 _____ 密度与空气接近 ___溶于水
(2) 氮气的化学性质 氮气的结构
氮气的化学性质_____，通常很难与其他物质发生化学反应。
① 还原性：氮气与氧气的反应，其化学方程式为 。
② 氧化性
a. N2与H2反应生成NH3，化学方程式为 。
b. 在点燃条件下与Mg反应，方程式为 。
（二）氮的固定
(1) 含义: 将大气中_______的氮转化为___________的过程叫做氮的固定。
(2) 分类:
【视频】雷雨发庄稼
（三）一氧化氮和二氧化氮
(1) 物理性质
物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性
NO 气体 有毒 ___溶于水
NO2 气体 有毒 ___溶于水
(2) 化学性质【实验5-5】
实验 装置
实验 操作 在一支50?mL的注射器里充入20?mL?NO，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10?mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后再振荡注射器
现象 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)。
【思考与讨论】
实验5-5发生了哪些化学反应？如果将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？上述实验对工业生成硝酸有什么启示？
（四）工业生成硝酸的启示
(1) 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。
1、 NO与O2同时通入水中 2NO+O2===2NO2 ① 3NO2+H2O===2HNO3+NO ② ①×3+②×2 总的化学方程式为 4NO+3O2+2H2O===4HNO3
② NO2和O2混合气体溶于水的计算 3NO2+H2O===2HNO3+NO ① 2NO+O2===2NO2 ② ①×2+② 总的化学方程式为 4NO2+O2+2H2O===4HNO3
【思考与讨论】
(1) NO和NO2分别采用什么方法收集？
(2)NO2转化为NO的变化中，NO2只能作氧化剂吗?
三、学习小结
四、达标检测
1.下列关于性质的叙述中错误的是( )
A.任何物质在氮气中都不能燃烧
B.氮气既具有氧化性，又具有还原性
C.将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定
D.氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮
答案 A
解析 活泼金属钠、镁、铝可以在N2中燃烧。
2.下列叙述与氮的固定无关的是( )
A.工业上氮气与氢气化合成氨
B.工业上将氨转化为硝酸和其他含氮化合物
C.豆科植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为含氮化合物
D.电闪雷鸣的雨天，空气中的氮气会与氧气发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收
答案 B
解析 氮的固定是指把空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。
3.氮的循环在自然界元素的循环中具有重要的意义，有些氮的转化是从氮气转化为含氮的化合物，有的转化发生在含氮的化合物之间。下列过程中，以游离态的氮为原料，最终产生含氮的化合物的是( )
A.汽车尾气中的氮氧化物形成酸雨 B.硝化细菌的硝化过程
C.动物尸体腐烂 D.豆科植物的根瘤菌固氮
答案 D
解析 氮氧化物形成酸雨是其与水反应生成硝酸的缘故；硝化细菌的硝化过程是将氨或铵盐转化成硝酸盐；动物尸体腐烂是从高分子有机氮到小分子有机氮的过程；豆科植物的根瘤菌固氮过程是在固氮酶的作用下将氮气转化为含氮的化合物。
4.下列关于氮的氧化物的叙述正确的是( )
A.氮的氧化物只有NO、NO2
B.氮的氧化物均为红棕色气体
C.氮的氧化物均有毒
D.氮的氧化物在空气中能稳定存在
答案 C
解析 氮的氧化物包括NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，A项错误；NO、N2O4等均为无色气体，B项错误；氮的氧化物均有毒，C项正确；NO在空气中易被O2氧化为NO2，D项错误。
5.对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是( )
A.氧化剂与还原剂的质量比为1∶2
B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
C.NO2是氧化剂，H2O是还原剂
D.在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移
答案 A
解析 该反应中NO2既是氧化剂又是还原剂，硝酸为氧化产物，NO为还原产物。硝酸与NO的物质的量之比为2∶1，还原剂(NO2)与氧化剂(NO2)的物质的量之比为2∶1。若有6 mol NO2参与反应，则转移电子4 mol。
6.按图进行实验。试管中装有12 mL NO，然后间歇而又缓慢地通入8 mL O2，下列是有关最终状态的描述：
①试管内气体呈红棕色 ②试管内气体呈无色 ③试管内液面不变 ④试管内液面上升 ⑤试管内气体是O2 ⑥试管内气体是NO。其中正确的是 ( )
A.①③ B.②④⑤
C.②④⑥ D.②③⑤
答案 C
解析 根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可得，剩余气体应为NO，体积为 mL，试管内液面上升。
