2019_2020学年高中化学第3章自然界中的元素第2节第1课时自然界中氮的循环、氮气、氮的氧化物学案鲁科版.docx

自然界中氮的循环、氮气、氮的氧化物核心素养发展目标1.知道自然界中氮循环的基本过程，认识氮循环过程中的重要物质。2.熟知一氧化氮和二氧化氮的性质，了解自然界中形成硝酸的过程。一、自然界中氮的循环、氮气1.自然界中氮的循环(1)氮的存在形态氮元素(2)氮在自然界中的循环自然循环人类活动的影响氮气NH3氮肥、硝酸等含氮化合物。燃烧产生的氮氧化物通过大气进入陆地和海洋，参与氮的循环。2.氮气(1)物理性质颜色状态密度气味水中的溶解性无色气态比空气小无难溶于水(2)化学性质写出下列反应的化学方程式：可逆反应：在相同条件下，能同时向正、反两个方向进行的反应。在可逆反应的化学方程式中用“”代替“=”。(3)氮的固定概念：使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程。分类氮的固定(1)对氮气性质的理解通常情况下氮气的化学性质很不活泼，很难和其他物质发生化学反应。氮元素有多种变价，N2中氮元素为0价，处于中间价态，故N2既有氧化性，又有还原性。N2与O2反应表现还原性，N2与H2、Mg等活泼金属反应表现氧化性。N2与Mg反应：N23MgMg3N2。(2)可逆反应的理解相同条件下正、逆反应同时进行。可逆反应体系中，与化学反应有关的各种物质共存。例1下列关于N2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。思维启迪氮气与氧气在放电条件下不能生成二氧化氮，氮气与金属、氢气反应时表现氧化性，氮气与氧气反应时表现还原性。例2下列反应起到了固氮作用的是()A.工业上N2与H2在一定条件下合成NH3B.NO与O2反应生成NO2C.NH3被O2氧化成NO和H2OD.由NH3制备化肥NH4HCO3答案A解析由定义知，氮的固定是将空气中游离态的氮转化成含氮化合物。易错警示化合态的氮转化为化合态的氮不是氮的固定。二、一氧化氮和二氧化氮1.氮的氧化物的种类化合价12345对应氧化物N2ONON2O3NO2、N2O4N2O52.NO和NO2的性质比较物质NONO2色、态、毒性无色、无味、有毒气体红棕色、有刺激性气味、有毒气体水溶性不溶于水易溶于水与氧气反应2NOO2=2NO2(还原性)不反应与水反应不反应3NO2H2O=2HNO3NO(自身氧化还原)相互转化2NOO2=2NO2，3NO2H2O=2HNO3NO3.NO2性质实验探究实验装置图实验步骤现象反应方程式(1)将盛有NO2的试管倒置在水中水进入试管，液面逐渐上升；红棕色气体逐渐变为无色；试管内液面上升至试管容积的处3NO2H2O=2HNO3NO(2)向试管中通入少量O2无色气体变为红棕色后又变为无色；试管内液面上升2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO(3)持续通入少量O2，直至试管内充满水无色气体变为红棕色；液面逐渐上升，气体体积逐渐缩小，最终试管内充满液体合并反应后为4NO2O22H2O=4HNO3(1)水吸收NO2制硝酸的原理：3NO2H2O=2HNO3NO,2NOO2=2NO2,4NO2O22H2O=4HNO3。(2)氮的氧化物(NO、NO2)与O2、H2O反应的有关计算a.有关化学方程式3NO2H2O=2HNO3NO4NO2O22H2O=4HNO34NO3O22H2O=4HNO32NOO2=2NO2b.不同情况及剩余气体的体积气体反应剩余气体剩余气体的量NO2NOV(NO2)NO2NONOV(NO)原V(NO2)NO2O241无041O2V(O2)原V(NO2)41NOV(NO2)4V(O2)NOO243无043NOV(NO)原V(O2)43O2V(O2)原V(NO)例3下列关于NO和NO2的说法中正确的是()A.NO2是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物B.NO2可由N2和O2直接化合得到C.NO和NO2均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集D.NO和NO2在一定条件下可以相互转化答案D解析A项，NO2不是酸性氧化物；B项，在高温或放电条件下，N2和O2直接化合生成NO；C项，NO易与空气中的氧气反应生成NO2，只能用排水法收集，NO2能与水反应，只能用排空气法收集；D项，NO和氧气反应生成NO2，NO2与水反应生成HNO3和NO。例4将装有50mLNO2、NO混合气体的量筒倒立于水槽中，反应后气体体积缩小为30mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是()A.53B.35C.32D.23答案C解析运用差量法计算。设混合气体中NO2的体积为x，3NO2H2O=2HNO3NOV312x50mL30mL20mL，解得x30mL。则原混合气体中NO为50mL30mL20mL。所以V(NO2)V(NO)30mL20mL32。规律总结可用差量法计算二氧化氮及“惰性(即与水不反应)气体”混合气体与水反应前后气体体积变化问题。例5按图进行实验。试管中装有12mLNO，然后间歇而又缓慢地通入8mLO2，下列是有关最终状态的描述：试管内气体呈棕色试管内气体呈无色试管内液面不变试管内液面上升试管内气体是O2试管内气体是NO。其中正确的是 ()A.B.C.D.答案C解析根据4NO3O22H2O=4HNO3可得，剩余气体应为NO，体积为mL，试管内液面上升。思维启迪解答氮的氧化物和氧气混合通入水中的计算及实验现象描述时，应根据反应原理先判断哪种气体过量，根据实际反应后的产物或剩余的气体回答实验现象，且描述实验现象时应按时间先后顺序。1.判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)实验室能用排空气法收集N2、NO和NO2()(2)工业上合成氨及生产尿素均为氮的固定()(3)合成氨反应属于高能固氮()(4)N2在通常情况下与O2反应生成NO2()(5)向一定容积容器中充入1molN2和3molH2，充分反应能得到2molNH3()(6)氮气可在氧气中燃烧生成NO()(7)2H2O2H2O2和2H2O22H2O属于可逆反应()(8)电闪雷鸣的雨天，雨水中含有一定量的硝酸，其中可能发生的反应有N22O22NO2()(9)除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水()(10)NO、NO2、N2O3、N2O5都属于酸性氧化物()2.下列关于自然界中氮循环(如下图)的说法不正确的是()A.氮元素均被氧化B.工业合成氨属于人工固氮C.含氮无机物和含氮有机物可相互转化D.碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环答案A解析A项，合成氨反应中，氮元素的化合价降低被还原，错误；B项，工业合成氨属于人工固氮，正确；C项，硝酸盐转化为蛋白质经动物消化使蛋白质转化为氨气和铵盐，实现了含氮无机物和含氮有机物的相互转化，正确；D项，碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环，正确。3.发射“天宫”一号的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温无色气体(CO2、H2O、N2、NO)，从火箭尾部喷出。但在发射现场看到火箭尾部喷出大量红棕色的气体，产生红棕色气体的原因是()A.NO遇空气生成NO2B.高温下N2遇空气生成NO2C.CO2与N2反应生成CO和NO2D.NO和H2O反应生成H2和NO2答案A解析NO与空气中的氧气反应生成NO2，NO2是红棕色气体，所以在卫星发射现场看到火箭喷射出大量红棕色烟。4.对3NO2H2O=2HNO3NO反应的下列说法正确的是()A.氧化剂与还原剂的质量比为12B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为12C.NO2是氧化剂，H2O是还原剂D.在反应中若有6molNO2参与反应时，有3mol电子发生转移答案A5.将充满NO2和O2的量筒倒立于盛有水的水槽中，经过一段时间后，水上升到量筒体积的一半处停止，则剩余气体的成分是()A.NO2B.NOC.O2D.NO或O2答案C解析设量筒体积为VL，剩余L的气体可能是NO或O2。若气体为NO，根据反应3NO2H2O=2HNO3NO，则过量NO2为L，不合题意。若气体为O2，则有LNO2与O2发生反应4NO2O22H2O=4HNO3，符合题意。6.将一充满NO的试管倒扣于水槽中，然后向试管中通入一定量的O2，试管中恰好充满水时，则原NO气体与通入的O2的体积比为_，若假设生成的溶质不向外扩散，且为标准状况，则所得溶液溶质的物质的量浓度应为_。答案430.045molL1解析NO与O2混合后完全溶于水，则总反应为4NO3O22H2O=4HNO3，因此NO与O2的体积比为43。假设原来NO体积为1 L，则反应后溶液体积为1 L。n(NO) mol，反应生成HNO3的物质的量为 mol，溶液溶质的浓度为 molL10.045 molL1。题组1氮气的性质及其应用1.下列关于氮气的说法中错误的是()A.通常情况下N2性质很稳定，所以N2可以在电焊时做保护气B.N2O22NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一C.N2在空气中约占质量比的D.在反应3MgN2Mg3N2中N2做氧化剂答案C解析N2很稳定，常用做保护气，但在高温下N2与O2产生的NO易被氧化为NO2，故汽车尾气会造成环境污染，N2在空气中的体积含量约为，N2与金属、H2反应时做氧化剂。2.下列叙述与氮的固定无关的是()A.工业合成氨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。题组2氮氧化物的性质及应用3.最近的病毒学研究发现，一氧化氮对非典病毒抑制作用明显。下列关于NO的说法正确的是()A.NO是酸性氧化物B.NO只能通过人工合成C.NO可以是某些含低价态氮元素的物质的氧化产物D.NO与O2按41体积比混合后与足量水反应可完全转化为硝酸答案C解析NO为不成盐氧化物，不是酸性氧化物，A错误；自然界中N2、O2在闪电作用下可生成NO，B错误；NO与O2按43体积比混合后与足量水可完全反应。4.某研究小组借助如图仪器装置收集NO气体，正确的操作是()A.从口进气，用排水法集气B.从口进气，用排气法集气C.从口进气，用排水法集气D.从口进气，用排气法集气答案C解析NO易与氧气反应，只能用排水法集气，当集气瓶内充满水时，气体要从上部进入，使水从底部排出。5.在NO2被水吸收的反应中，发生还原反应的物质和发生氧化反应的物质的质量比为()A.31B.13C.12D.21答案C解析3O2H2O=2HO3O,3molNO2中，有2mol氮的价态升高，1mol氮的价态降低，所以发生还原反应的NO2与发生氧化反应的NO2的质量比为12。6.下列关于氮的氧化物的说法中正确的是()A.氮的氧化物都是酸性氧化物，都是大气污染物B.氮的氧化物都既有氧化性，又有还原性C.NO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物D.只能用排水法收集NO答案D解析氮的氧化物均会对大气产生污染，NO、NO2不是酸性氧化物，A项错误；N2O5中氮元素为最高价，只有氧化性，B项错误；酸性氧化物是指能与碱反应生成盐和水的氧化物，有些酸性氧化物可与水化合生成酸，反应中中心元素化合价不变，HNO3对应的酸性氧化物是N2O5，C项错误。7.把少量的NO2气体通入过量的小苏打溶液中，再使逸出的气体通过装有足量过氧化钠颗粒的干燥管，最后收集到的气体是()A.O2B.NO2C.NO2和O2D.CO2和NO答案C解析少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，逸出的气体为NO、CO2，二者物质的量比为12，同时还有少量水蒸气逸出，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，CO2与过氧化钠反应生成的O2与NO反应生成NO2，O2有剩余，同时逸出的少量水蒸气与过氧化钠反应生成O2，所以最后收集到的气体是NO2和O2。8.(2018深圳中学调研)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，试管内液面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中液面继续上升，经过多次重复后，试管被水充满，对原试管中盛装的气体的说法正确的是()A.可能是N2和NO2的混合气体B.一定是NO2气体C.可能是NO与NO2的混合气体D.只可能是NO2一种气体答案C解析试管内气体为红棕色，故一定含有NO2，也可能含有NO，因为2NOO2=2NO2，生成的NO2又可与水反应，使液面上升，NO2、O2与水反应的总反应的化学方程式为4NO2O22H2O=4HNO3，故当试管内气体为NO2或NO2与NO的混合气体时，通入适量O2，最终试管内可完全充满液体。由于N2不溶于水，故不可能含有N2。由此可知答案为C。9.盛有NO和NO2混合气体的量筒倒立在盛有水的水槽中，过一段时间后，量筒内的气体体积减小为原来的一半。则原混合气体中NO和NO2的体积比是()A.31B.13C.21D.12答案B解析根据差量法计算。假设混合气体的体积为1L，则有3NO2H2O=2HNO3NOV32V(NO2) 0.5L解得：V(NO2)0.75L，则V(NO)1L0.75L0.25L，V(NO)V(NO2)13。10.(2018长沙高一检测)一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的()A.B.C.D.答案C解析由于NO和O2等体积，则一定条件下二者等物质的量，当二者溶于水时，发生反应4NO3O22H2O=4HNO34mol3mol设初始时NO和O2的物质的量均为4mol，则4molNO反应掉3molO2，还剩余1molO2，则剩余O2为原气体总体积的。11.在一定条件下，将充满NO2和O2的试管倒立于水槽中，充分反应后，剩余气体体积为原混合气体体积的，则原混合气体中NO2和O2的体积之比可能是()81737141A.B.C.D.答案C解析反应为4NO2O22H2O=4HNO3，设原气体体积为8L，则剩余气体为1L。若剩余的1L气体为O2。则V(NO2)(7) L，V(O2)(71) L。二者体积比为73。若剩余的1L气体为NO，而上述反应后剩余3LNO2，则V(NO2)(35) L，V(O2)(5) L。二者体积比为71。12.(2018西安交大附中)工业制HNO3的过程中排放的NO2和NO常用NaOH溶液吸收，反应的化学方程式为NONO22NaOH=2NaNO2H2O、2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O，NO不能被NaOH溶液吸收。若同温同压下NO2与NO的体积之比如下，其中不能被NaOH溶液完全吸收的是()A.11B.13C.21D.31答案B解析根据NONO22NaOH=2NaNO2H2O可知，当NO2与NO的体积之比为11时，恰好被完全吸收，故A项不符合题意；当NO2与NO的体积之比为13时，一氧化氮过量，多余的一氧化氮不能被氢氧化钠溶液吸收，故B项符合题意；当NO2与NO的体积之比为21或31时，反应后二氧化氮有剩余，由2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O可知，多余的二氧化氮可以直接被氢氧化钠溶液完全吸收，故C、D项不符合题意。13.为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验：按图组装好实验装置，并检验装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。(1)打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象：_，产生此现象的化学方程式为_。(2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为_；_。产生此现象的化学方程式为_。答案(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色2NOO2=2NO2(2)烧杯中红棕色气体又变为无色烧杯中水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升)3NO2H2O=2HNO3NO14.(2018临沂一中月考)如图所示，室温下向盛有3.0mLNO的试管中缓缓通入1.5mLO2(所有气体体积均在标准状况下测定)。试回答下列问题：(1)写出观察到的现象(可不写满，也可补充)：_；_；_。(2)最终试管中剩余的气体是_，体积为_。答案(1)通入O2，试管内气体变为红棕色试管内液面升高最后试管内有无色气体剩余(2)NO1.0mL解析试管中通入O2，NO与O2反应生成NO2，气体变为红棕色，NO2与水反应生成NO和HNO3，液面上升。根据反应4NO3O22H2O=4HNO3,1.5mLO2完全反应消耗2.0mLNO，故最后剩余气体为NO，体积为3.0mL2.0mL1.0mL。15.氮氧化物进入大气后，不仅会形成硝酸型酸雨，还可能形成光化学烟雾，应对含有氮氧化物的废气进行处理。(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O在反应中，氧化剂是_，还原剂是_，在反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之