学案- 氮的固定

1、第一单元 氮的固定学习目标1了解氮气的主要性质，认识合成氨在氮的循环及农业生产中的重要意义。2了解氮的固定及其类型，认识其在生产中的意义。3掌握氮的氧化物的主要性质。情景呈现闪电是大家非常熟悉的自然现象。你知道在雷电交加的时候，空气里的氮气和有关的含氮化合物发生了哪些化学反应，产生了哪些物质？这些化学反应和所产生的物质对于人类的生产和生活有什么意义？让我们走进教材，学习氮气与氮的固定、NO2、NO。新知预习一、氮气与氮的固定1氮气(1)氮分子的结构在自然界中，氮元素既有 态，也有 态，大部分以 的形式存在于空气中。氮分子的电子式为 ，结构式为 。(2)氮气的物理性质颜色状态气味密度溶解性 气体

2、 密度与空气接近 溶于水(3)氮气的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。还原性： 氧化性：aN2与H2反应生成NH3，反应的化学方程式为 。b在点燃条件下与金属镁反应，化学方程式为N23Mgeq o(,sup7(点燃)Mg3N2。2氮的固定(1)含义：将大气中 的氮转化为 的过程叫作氮的固定。(2)分类：eq avs4al(氮的,固定)eq blc(avs4alco1(自然固氮blcrc (avs4alco1(高能固氮（N2O2o(,sup7(放电)2NO）,生物固氮（豆科植物的根瘤菌固氮）),人工固氮blcrc (avs4alco1(合成氨（N23H2o(,sup7(高

3、温、高压),sdo5(催化剂)2NH3）,仿生固氮)3自然界中氮的循环二、NO和NO21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NONO2： ；NO2NO： (工业制取硝酸)。预习自测：1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NH3BNO与O2反应生成NO2CNH3被O2氧化成NO和H2OD由NH3制备化肥NH4HCO32大家在吃薯条等膨化食品时，会发现袋子里东西并不多却鼓鼓囊囊的，袋子里填充的是食品级的氮气而非空气。主要作用有三个方面：延长食品的保质期；可以抵御外界潮气的侵入；保护食品不被压碎。下列关于N2性质的

4、叙述中错误的是()A氮气在氢气中能燃烧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3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可以在电焊时作保护气BN2O2eq o(,sup7(高温)2NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一CN2在空气中约占质量比的eq f(4,5)D在反应3MgN2eq o(,sup7(高温)Mg3N2中N2作氧化剂4工业上常用原理：NOxNH3N2H2O，使其转化为无毒的N2，现有NO、NO2的混合气体3.0 L，可与3.5 L相同状况的NH3恰好完全反应，全部转化为N

5、2，则在原混合气体中NO和NO2的物质的量之比是()A11 B21C31 D135某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加，但树木、灌木、草等植被非常茂密，但很少有人敢进入这个山谷。你能解释该山谷植被茂密的原因吗？课堂探究氮的氧化物的性质及有关计算问题探究：1要使充满NO2和O2混合气体的试管倒扣水槽中，让水充满试管，必须按什么样的体积比混合？2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？归纳总结：1NO和NO2性质的对比NONO2色、态、味、毒性无色、无味红棕色、刺激性气味有毒气体水溶性不溶易溶且与水反应与O2反应2N

6、OO2=2NO2与H2O反应3NO2H2O=2HNO3NO与O2、H2O共同反应4NO3O22H2O=4HNO34NO2O22H2O=4HNO3氧化性6NO4NH3eq o(,sup7(催化剂)5N26H2O6NO28NH3eq o(,sup7(催化剂)7N212H2O，NO2SO2=SO3NO，NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝2氮的氧化物溶于水的计算(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3NO2H2O=2HNO3NO,2NOO2=2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。(2)

7、方法加合式法NO2和O2混合气体溶于水的计算由4NO2O22H2O=4HNO3可知：V(NO2)V(O2)eq blc(avs4alco1(41NO2过量，剩余气体为NO)NO与O2同时通入水中2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO总的化学方程式为4NO3O22H2O=4HNO3可知：V(NO)V(O2)eq blc(avs4alco1(43剩余NO)NO2、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4NO3O22H2O=4HNO3情况处理。典例剖析：典例：将盛有1 mol NO和NO2混

8、合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，再通入0.4 mol O2，充分反应后，整个试管充满水。(1)则原混合气体中NO与NO2体积比为多少？ 。(2)1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中剩余气体0.4 mol，则NO与NO2体积比为多少？ 。(3)1 mol NO和NO2混合气体中两者体积之比为11，试管倒立于盛满水的水槽中，为使整个试管充满水，需通入多少O2？ 。变式训练：1下列对NO、NO2的描述，不正确的是()ANO2是红棕色气体，易溶于水，不是酸性氧化物BNO可以用排水法收集，但不能由N2和O2直接化合而得到CNO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟

9、雾的大气污染物DNO、NO2都有毒，且NO是汽车尾气的有害成分之一2某混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种气体。现将该无色气体通入品红溶液中，品红溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变成红棕色。下列对于原混合气体成分的判断中正确的是()A肯定有SO2和NOB肯定没有Cl2、O2和NOC可能有O2和Cl2D肯定有NO23为有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验。按图组装好实验装置，并检查装置的气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。(1)打开止水夹a，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶中。关上止水夹a，观察到的现象是_，原因是_。(2)然后轻轻摇动烧瓶，烧瓶中观察到

10、的现象是_，产生此现象的原因是_。(3)若最后烧瓶中充满了水，则原烧瓶中NO与通入氧气的体积之比为_(同温同压下)，用化学方程式说明你是如何计算的_。【参考答案】新知预习一、氮气与氮的固定1(1)游离 化合 游离态 NN NN(2)无色 无味 难 (3)稳定N2O22NON23H22NH3 2(1)游离态 含氮化合物二、NO和NO21无色 无味 不红棕色 刺激性 易 22NOO2=2NO2 3NO2H2O=2HNO3NO预习自测：1A解析：氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程，只有A项符合题意。2A解析：N2与H2在高温、高压、催化剂作用下发生反应，A项错误；N2的化合价为0价，

11、既可升高又可降低，N2既有氧化性又有还原性，B项正确；根据氮的固定的定义，C项正确；N2与O2在放电条件下反应生成NO，D项正确。3C解析：N2的化学性质很稳定，常用作保护气，A项正确；N2与O2在高温或放电条件下生成NO，NO易被O2氧化成NO2，故汽车尾气会造成环境污染，B项正确；N2在空气中的体积分数约为eq f(4,5)，C项错误；N2与Mg的反应中N2的化合价降低做氧化剂，D项正确。4D解析：相同状况下，气体的体积比等于物质的量之比，则3.0 mol NO、NO2混合气体与3.5 mol NH3恰好反应生成N2，设NO为x mol，则NO2为(3x)mol，由得失电子守恒可知2x4(

12、3x)33.5，x0.75，故原混合气体中NO和NO2的物质的量之比为13。5雷雨天时在闪电的作用下，空气中氮气与氧气反应生成NO，然后发生NONO2HNO3，HNO3随雨水进入土壤，为植被提供了丰富的氮肥。课堂探究氮的氧化物的性质及有关计算问题探究：1提示：由3NO2H2O=2HNO3NO和2NOO2=2NO2得4NO2O22H2O=4HNO3，即当NO2和O2的体积比为41时可完全溶于水。2提示：若剩余的是NO，由反应3NO2H2O=2HNO3NO，得NO2体积为2 mL36 mL。则原有O2体积为(10 mL6 mL)eq f(1,41)0.8 mL。若剩余的是O2，则有10 mL2 m

13、L8 mL NO2和O2的混合气体按反应4NO2O22H2O=4HNO3进行。所以NO2的体积为8 mLeq f(4,41)6.4 mL，O2体积为10 mL6.4 mL3.6 mL。典例剖析：(1) 37 (2) 19 (3) 0.5 mol解析：(1)设1 mol NO和NO2的混合气体中有a mol NO和(1a)mol NO2，根据4NO3O22H2O=4HNO3和4NO2O22H2O=4HNO3可得：eq f(3,4)aeq f(1a,4)0.4，所以a0.3，V(NO)V(NO2)37。(2)设n(NO2)a mol3NO2H2O=2HNO3NO气体减少3 mol 1 mol 2

14、mola mol (10.4)mola0.9故NO与NO2体积比为19。(3)通入的氧气的物质的量为eq f(3,4)0.5 moleq f(0.5,4) mol0.5 mol。变式训练：1B 解析：NO2是红棕色气体，易溶于水，与水发生反应：3NO2H2O=2HNO3NO，由于反应前后元素的化合价发生了变化，因此NO2不是酸性氧化物，A正确；NO不溶于水，可以用排水法收集，由于N2性质稳定，室温下不容易反应，但在放电时可由N2和O2直接化合而得到，B错误；NO与氧气发生反应会产生NO2；NO2溶于水反应产生硝酸和NO，因此二者在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物，C正

15、确；NO、NO2都有毒，且在汽车发动时，在电火花作用下N2和O2化合产生NO，NO是汽车尾气的有害成分之一，D正确。2A 解析：此无色混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，说明一定含有SO2；把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色，说明原混合气体中一定含有气体NO，故A正确；肯定有NO气体，一定不含有O2，另外因混合气体无色，也不会有Cl2，故B错误；Cl2为黄绿色，该混合气体无色，则说明不含有Cl2，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色，说明含有气体NO，NO和氧气反应生成红棕色的二氧化氮，说明原混合气体中无氧气，故C错误；NO2气体为红棕色，此混合气体无色，所以一定不含NO2，故D错误。3解析：(1)无色的NO能与O2反应生成红棕色的NO2。(2)轻轻摇动烧瓶，使得NO2与水发生反应：3NO2H2O=2HNO3NO，所以烧瓶中的红棕色气体又变为无色，因为烧瓶内气体的量减少，引起烧瓶内气体的压强减小，所以烧杯内的水会倒吸入烧瓶中，使烧瓶中液面上升。(3)发生的反应为2NOO2=2NO