第04讲 氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮（学生版）（人教版2019必修第二册）

第04讲氮气与氮的固定一氧化氮和二氧化氮目标导航目标导航课程标准课标解读1．了解氮的固定及其类型，认识其在生产中的意义。2．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。3．了解氮氧化物的主要性质。1．能从物质类别和元素化合价的角度，预测氮气及氮的氧化物的性质及转化。2．通过二氧化氮与水反应的实验探究，认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动。知识精讲知识精讲知识点01氮气与氮的固定1．氮元素（1）结构①在元素周期表中的位置：第____周期、第____族②氮原子结构示意图：________________③构成物质：一般通过________与其他原子相互结合构成物质。（2）自然存在：主要以________的形式存在于空气中。2．氮气（1）结构：结构式为________，电子式为________。（2）物理性质：____色、____味、____溶于水，密度与空气相近，约占空气体积的____。（3）化学性质①稳定性：通常情况下很稳定，难与其他物质反应，原因是氮氮三键键能很大。②与氢气反应：____________________③与氧气反应：____________________④与金属镁反应：____________________3．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：【即学即练1】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知识点02NO和NO2的性质1．物理性质及毒性（1）一氧化氮：____色____味气体，密度比空气____，____溶于水，____毒。（2）二氧化氮：____色气体，有________气味，密度比空气____，易液化，____溶于水，____毒。2．化学性质（1）实验探究实验步骤①在一支50mL的注射器里充入20mLNO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。②打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。实验现象__________________气体变为______色，再振荡后气体又变为______色，同时注射器的活塞____________。原因解释__________________NO与O2反应生成______，气体变为______色；振荡后NO2溶于水生成_____和______，气体又变为_____色，同时气体的总体积有所_____。（2）NO和NO2的相互转化①NO→NO2化学方程式：___________________________②NO2→NO化学方程式：_____________________________________________（3）对工业生产硝酸的启示：向吸收后的废气中再通入适量的_________，充分利用原料，并能减少NO的排放以保护环境。【即学即练2】下列关于NO的说法中，正确的是（）。A．红棕色气体B．可用排空气法收集C．可用排水法收集D．相同状况下，密度比空气的小能力拓展能力拓展考法01氮氧化物的性质及应用【典例1】已知：Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O。某学校化学学习小组为探究二氧化氮的性质，按如图所示装置进行实验。请回答下列问题：（1）装置甲中盛放浓硝酸的仪器A的名称是__________________。（2）实验过程中，装置乙、丙中出现的现象分别是：______、______；装置丙中的试管内发生反应的离子方程式为__________________________。（3）为了探究NO的还原性，可以在装置丁的导气管C中通入一种气体，通入的这种气体的名称是________。（4）为了探究NO2的氧化性，取下装置丙中的试管D，在其中滴加FeSO4溶液，溶液变为______色，为了证明铁元素在该反应中的产物，可以再在溶液中滴加KSCN溶液，溶液变为______色。【知识拓展】氮氧化物的性质1．NO和NO2性质的对比NONO2色、味、态无色、无味气体红棕色、有刺激性气味气体毒性有毒，大气污染物之一有毒，大气污染物之一水溶性难溶易溶且与水反应与氧气反应2NO+O2NO2与水反应3NO2+H2O2HNO3+NO与氧气、水作用4NO+3O2+2H2O4HNO34NO2+O2+2H2O4HNO3氧化性有氧化性，但通常表现强还原性能氧化S2－、I－、Fe2+等离子，NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝2．二氧化氮与溴蒸气的鉴别方法（1）水溶法：分别向盛有二氧化氮和溴蒸气的集气瓶中倒入适量的蒸馏水，振荡集气瓶使气体溶解，观察现象。若集气瓶中形成了无色溶液，被溶解的气体为NO2。若集气瓶中形成了橙色溶液，被溶解的气体为溴蒸气。（2）硝酸银溶液试验法：将两种气体分别通入稀AgNO3溶液中，观察现象。若溶液中无明显现象，被检验的气体为NO2；若溶液中生成淡黄色沉淀，被检验的气体为溴蒸气。（3）有机溶剂溶解：分别将两种气体通入汽油中，气体不溶解的为NO2，得到橙色溶液的原气体为溴蒸气。【特别提醒】不能用湿润的KI－淀粉试纸检验，因为两种气体都能使试纸变蓝色。3．氮氧化物的吸收（1）碱液吸收法：利用碱性溶液将氮氧化物转化为硝酸盐或亚硝酸盐①2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O②NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O（2）催化还原法：利用还原剂将氮氧化物还原成无毒的氮气①6NO+4NH35N2+6H2O②CH4+4NO2N2+CO2+2H2O③4H2+2NO2N2+4H2O④2H2+2NON2+2H2O【误区警示】NO、NO2均不属于酸性氧化物。酸性氧化物是能够与碱反应生成盐和水的氧化物，而且生成的盐是该氧化物同价态的含氧酸所对应的盐。NO不能与碱反应，NO2与NaOH溶液的反应为2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O。但由于生成的不是相应的盐，因此二氧化氮也不是酸性氧化物。考法02氮氧化物溶于水的有关计算【典例2】（2022·深圳高一检测）在一定条件下，将6体积的NO2和一定体积的NO置于试管中，并将试管倒置于水中，当通入4.5体积的O2充分反应后，剩余1.5体积气体，则原NO体积可能为（）。①3体积②4体积③5体积④5.5体积⑤2体积A．③B．⑤C．④或⑤D．②或⑤【知识拓展】氮的氧化物溶于水的计算1．反应原理（1）基本反应①3NO2+H2O2HNO3+NO②2NO+O22NO2（2）推导反应①反应①×2+②⇒4NO2+O2+2H2O4HNO3②反应①×2+②×3⇒4NO+3O2+2H2O4HNO32．计算类型及方法（1）NO2溶于水的计算（2）NO2、O2溶于水的计算（3）NO、O2溶于水的计算（4）NO2、NO、O2溶于水的计算【方法导引】电子守恒法当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。分层提分分层提分题组A基础过关练1．水体中部分含氮有机物的循环过程如图，其中属于氮的固定的是（）。A．⑤⑥B．①②C．③④D．只有⑤2．为除去混入NO中的少量NO2，应将气体通过（）。A．Na2CO3溶液B．NaHCO3溶液C．H2OD．浓硫酸3．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：①延长食品的保质期；②可以抵御外界潮气的侵入；③保护食品不被压碎。下列关于N2性质的叙述中错误的是（）。A．氢气在氮气中能燃烧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4．尾号限行制度是为了缓解城市交通压力、改善空气质量而催生的一种交通制度。下列气体中，主要来自汽车尾气并能形成“酸雨”的是（）。A．O2B．N2C．CO2D．NO25．已知有如下3个反应：①N2+O22NO；②2NO+O22NO2；③6NO+4NH35N2+6H2O。由此可判断，在通常情况下N2、NO、NH3的还原性强弱顺序是（）。A．NH3＞NO＞N2B．NO＞NH3＞N2C．NO＞N2＞NH3D．NH3＞N2＞NO6．（2022·温州高一检测）某研究小组借助如图装置收集NO气体，正确的操作是（）。A．从①口进气，用排水法集气B．从①口进气，用排气法集气C．从②口进气，用排水法集气D．从②口进气，用排气法集气7．为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如图实验：按图组装好实验装置，并检查装置气密性，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为_______________，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：①_______________________________________；②________________________________________。产生此现象的化学方程式为____________________________________。8．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，反应化学方程式如下：①NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O②2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O（1）在反应①中，参加反应的氧化剂和还原剂的质量之比为__________________。（2）在反应②中，氧化产物是______，还原产物是______（填化学式）。（3）在反应①②中，参加反应的NaOH均为2mol时，两个反应转移电子数的关系是①______②（填“＞”“＝”或“＜”）。题组B能力提升练1．（2022·福州高一检测）下列说法正确的是（）。A．实验室能用排空气法收集N2、NO和NO2B．NO为红棕色气体，NO2为无色气体C．除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水D．NO、NO2、N2O4、N2O5都属于酸性氧化物2．（2022·河北邯郸高一下期中）氮元素在海洋中的循环是整个海洋生态系统的基础和关键，海洋中无机氮的循环过程如下图所示，下列说法正确的是（）。A．①～⑤均发生了氧化还原反应B．③、④反应均属于氮的固定C．NH4+、NO2－、NO3－的含量影响海洋生物的生长D．生物死亡后，氮不会参与海洋中的氮循环3．某无色的混合气体可能含NO、CO2、NO2、NH3、N2中的几种，将100mL该气体经过如图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则此气体的组成为（）。A．NH3、NO2、N2B．NH3、NO、CO2C．NH3、NO2、CO2D．NO、CO2、N24．将等体积的NO2和N2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，剩余气体的体积约为原总体积的（）。A．B．C．D．5．（2022·湖州高一检测）近年来，利用半导体光催化实现还原氮气制备氨气引起全世界极大关注。如图是在半导体光催化的作用下，N2被光催化材料捕获进而被还原实现“N2→NH3”的转化示意图。下列说法正确的是（）。A．此方法不属于人工固氮技术B．由转化示意图可知，氮气化学性质很活泼C．该反应过程中有极性键的断裂和形成D．该反应的化学方程式是N2+3H22NH36．（2021~2022学年甘肃嘉陵关市高一上学期期末）绿水青山是习近平总书记构建美丽中国的伟大构想，某工厂拟综合处理含NH4+废水和工业废气（主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分），设计了如图流程。已知：NO+NO2+2OH－2NO2－+H2O，下列说法正确的是（）。A．固体1中主要含有CaCO3、CaSO4B．X可以是空气，且需过量C．捕获剂所捕获的气体主要是COD．处理含NH4+废水时，发生的反应：NH4++5NO2－+4H+6NO↑+4H2O7．某校化学兴趣小组用如图装置验证NO2的氧化性和NO的还原性。已知：①装置甲中发生的反应为Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O。②硝酸具有挥发性，可将I－氧化成I2。请回答下列问题：（1）装置乙中的现象是_____________________。（2）说明NO具有还原性的操作和现象是_____________________。（3）小组一成员对实验设计提出了疑问，他认为乙中的现象不足以证明NO2的氧化性，他的理由是_______。（4）小组另一成员为探究NO2的氧化性，进行如下实验（如图所示）。由图B和图C中的现象写出NO2和SO2反应的化学方程式：_____________________。8．（2022·常州高一检测）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）氮氧化物与环境问题密切相关，可导致_______、_______等问题（任填两条）。（2）已知某硝酸厂排放的尾气中NO、NO2的体积比为1∶1，该厂采用NaOH溶液来处理该尾气，处理后所得溶液中只有一种含氮的钠盐。则该含氮的钠盐中，氮元素的化合价为_______。（3）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_____________________。（4）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_______。题组C培优拔尖练1．（2022·延安高一期末检测）事实上，很多非金属氧化物在一定条件下都能与Na2O2反应，且反应极有规律。如：Na2O2+SO2Na2SO4，2Na2O2+2SO32Na2SO4+O2。据此，你认为下列反应方程式中正确的是（）。①2Na2O2+2N2O54NaNO3+O2↑②Na2O2+2NO22NaNO2+O2③2Na2O2+2N2O34NaNO2+O2④Na2O2+N2O42NaNO3A．①②B．②③C．③④D．①④2．已知Cu（NO3）2在某一温度下受热分解的化学方程式为2Cu（NO3）22CuO+4NO2↑+O2↑，少量的Cu（NO3）2固体放入试管中加热，然后用带火星的木条放入试管中，木条复燃。下列说法正确的是（）。A．NO2能支持燃烧B．NO2不能支持燃烧C．木条复燃是因为硝酸铜分解产生了氧气的缘故D．以上说明均不正确3．（江苏省扬州市2021~2022学年高一下学期期中调研）用石灰乳吸收硝酸工业的尾气（含NO、NO2）可获得Ca（NO2）2，其部分工艺流程如下：下列说法不正确的是（）。A．吸收时主要反应的化学方程式为NO+NO2+Ca（OH）2Ca（NO2）2+H2OB．将石灰乳改为澄清石灰水吸收效率将会增大C．采用气液逆流接触有利于尾气中NO、NO2的充分吸收D．若尾气中n（NO2）∶n（NO）＜1∶1，吸收后排放的气体中NO含量升高4．（2022·湖南选择考）科学家发现某些生物酶体系可以促进H+和e－的转移（如a、b和c），能将海洋中的NO2－转化为N2进入大气层，反应过程如图所示。下列说法正确的是（）。A．过程Ⅰ中NO2－发生氧化反应B．a和b中转移的e－数目相等C．过程Ⅱ中参与反应的n（NO）∶n（NH4+）＝1∶4D．过程Ⅰ→Ⅲ的总反应为NO2－+NH4+N2↑+2H2O5．将1.25mol的NO、NO2、N2O4混合物（其中NO的体积分数为0.60）通入水中，在空气充足的条件下完全反应后可获得硝酸的物质的量可能是（）。A．1.25molB．1.50molC．1.75molD．2.00mol6．（2022·吉林白山高一上期末检测）标准状况下，分别将充满下列气体的容器倒扣于