5.2.1氮气与氮的固定一氧化氮和二氧化氮课件高一下学期化学人教版

第二节氮及其化合物目标素养1.能基于自然界中的氮循环描述氮元素的主要存在形式(物质),能说出氮的固定的含义。2.能基于实验探究和客观事实认识氮气、氮的氧化物、氨、铵盐、硝酸等物质的主要化学性质及重要应用。3.能基于物质的性质与转化关系认识硝酸的工业制法、氨的实验室制法以及铵根离子的检验等。4.能从物质类别和元素价态角度认识含氮物质之间的转化及其在资源综合利用和环境保护中的作用。知识概览第1课时氮气与氮的固定一氧化氮和二氧化氮一、氮气和氮的固定1.氮元素在周期表中的位置。氮元素位于元素周期表第

二

周期、第

ⅤA

族。氮原子的最外电子层有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

与其他原子相互结合构成物质。

2.N2的分子结构与性质。(1)N2的分子结构。N的原子结构示意图为___________;N2分子的电子式为___________,结构式为

N≡N。微解读由于N2分子中两个N原子之间形成氮氮三键(N≡N),N原子之间作用力很强,断开该化学键需要很高的能量,所以N2分子很稳定,通常情况难以发生化学反应,氮气常用作保护气。(2)N2的化学性质。在高温、放电等条件下,N2分子获得足够能量,使N≡N断裂,N2分子能够与其他物质发生反应。微训练下列关于N2性质的叙述中错误的是(

)。A.N2性质很稳定,不支持任何物质的燃烧B.氮气既具有氧化性,又具有还原性C.在一定条件下N2能与H2反应,但反应不能进行到底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:Mg可在N2中燃烧,A项错误;氮气中氮元素的化合价可以升高,也可以降低,既具有氧化性,又具有还原性,B项正确;N2与H2的反应属于可逆反应,C项正确;氮气与氧气在放电条件下反应生成NO,D项正确。3.自然界中氮的存在形式和氮的固定。

微判断1(1)大气中的氮只以游离态形式存在。(

)(2)豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮属于氮的固定,是化学变化。(

)×√一氧化氮与二氧化氮1.NO与NO2的性质比较。微思考请用一种简单方法证明某无色气体是NO,写出操作方法、实验现象及所依据的化学原理。提示:向无色气体中通入空气,若无色气体变为红棕色即可证明该无色气体是NO,2NO+O2═2NO2。微判断2(1)NO在空气中易转化为红棕色的NO2。(

)(2)NO2与H2O的反应,NO2既作氧化剂,又作还原剂。(

)(3)NO和NO2的颜色、气味、水溶性不同,但它们都是有毒的气体。(

)(4)在实验室里,NO和NO2均用排水法收集。(

)√√√×一

NOx性质的实验探究问题探究民间有谚语“雷雨发庄稼”。即在雷雨过后,庄稼生长得更旺盛。(1)请写出相关的化学方程式,并用文字表示其中蕴含的化学原理。提示:有关反应的化学方程式如下。由于硝酸与土壤中的矿物质作用生成硝酸盐,为土壤补充了氮肥,所以庄稼长得更旺盛。(2)实验室能否用排空气法收集NO气体,能否用排水法收集NO2气体?为什么?提示:均不能。原因是NO能与空气中的氧气发生反应,NO2能与水发生反应生成硝酸和NO,一般用排水法收集NO,用向上排空气法收集NO2。(3)如何除去NO气体中混有的少量NO2气体杂质?提示:可将混合气体通入盛有水的集气瓶,然后重新收集气体。重难归纳1.实验过程。2.对工业生产硝酸的启示。工业上生产硝酸的原理为3NO2+H2O═2HNO3+NO,2NO+O2═2NO2(或总反应为4NO2+O2+2H2O═4HNO3)。向吸收后的废气中再通入适量的氧气或空气,能充分利用原料,并能减少NO的排放以保护环境。典例剖析【例1】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,并检查装置的气密性,实验前用排水法收集半瓶NO气体。(1)打开弹簧夹,推动针筒活塞,使O2进入烧瓶。关上弹簧夹,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

。

答案:(1)烧瓶中气体颜色由无色变为红棕色2NO+O2═2NO2(2)①烧瓶中红棕色气体又变为无色②烧杯中的水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升)

3NO2+H2O═2HNO3+NO学以致用1.下列关于反应3NO2+H2O══2HNO3+NO的说法正确的是(

)。A.氧化剂与还原剂的质量比为1∶2B.氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2C.NO2是氧化剂,H2O是还原剂D.在反应中若有6molNO2参与反应,则有3mol电子发生转移答案:A解析:根据化学方程式可知,NO2既是氧化剂又是还原剂,氧化剂与还原剂的质量比是1∶2,在反应中若有6

mol

NO2参与反应,则有4

mol电子发生转移。2.NO2和溴蒸气都是有刺激性气味的红棕色有毒气体。已知Br2易溶于有机溶剂CCl4,而NO2在CCl4中不溶解。鉴别NO2和溴蒸气,下列试剂不可行的是(

)。A.CCl4

B.蒸馏水C.NaOH溶液 D.AgNO3溶液答案:C解析:NO2在CCl4中不溶解,而Br2易溶于CCl4,Br2的CCl4溶液为橙红色,A项试剂可行;NO2与水反应生成硝酸和NO,溶液颜色为无色,而溴蒸气溶于水,溴水为橙黄色,B项试剂可行;NO2和Br2均能与NaOH溶液反应,现象相同,C项试剂不可行;NO2通入AgNO3溶液中,有气体生成,而溴蒸气通入AgNO3溶液中生成AgBr淡黄色沉淀,现象不同,D项试剂可行。二NOx与O2、水反应的计算问题探究如图所示,试管中盛装的气体呈红棕色,把试管倒扣在盛有水的水槽中,试管内液面上升,但不能充满试管,当向试管内通入氧气后,可以观察到试管中液面继续上升,经过多次重复后,试管被液体充满。(1)该气体有没有可能是N2和NO2的混合气体?有没有可能是NO与NO2的混合气体?说明原因。提示:没有可能。有可能。N2和O2常温下不反应,试管内不会充满液体,而NO和NO2的混合气体中,NO2与水反应生成NO,4NO+3O2+2H2O═4HNO3,当NO和O2的体积比为4∶3时,试管内充满液体。(2)若该气体只含有NO2,则NO2与鼓入的O2的体积比为多少时,试管被液体充满。提示:若该气体只含有NO2,4NO2+O2+2H2O═4HNO3,则NO2与鼓入的O2的体积比为4∶1时,试管被液体充满。重难归纳氮的氧化物溶于水的计算有以下几种情况。1.NO2或NO2和N2的混合气体溶于水时可依据:3NO2+H2O═2HNO3+NO,利用气体体积差值进行计算,V剩=V(N2)+V(NO2)。2.NO2和O2的混合气体、NO和O2的混合气体与水反应的化学方程式如下所示。3NO2+H2O══2HNO3+NO①2NO+O2══2NO2

②由方程式①×2+②得:4NO2+O2+2H2O══4HNO3

③由方程式①×2+②×3得:4NO+3O2+2H2O══4HNO3

④3.NO2和O2混合后溶于水时,由4NO2+O2+2H2O══4HNO3可知,当体积比4.NO和O2混合后溶于水时,其反应关系式是4NO+3O2+2H2O══4HNO35.根据电子守恒或原子守恒计算。(1)当NO2或NO转化为HNO3时失去电子,若两种气体与O2混合通入水中时,O2得电子,且得失电子数必须相等,这是应用电子守恒解答此类题目的依据。(2)利用原子个数比分析氮氧化物与氧气的混合气体溶于水的化学方程式。在反应4NO2+O2+2H2O═4HNO3和4NO+3O2+2H2O═4HNO3中,“4NO2+O2”和“4NO+3O2”从组成上均相当于2N2O5的组成,也就是N、O的原子个数比符合2∶5时,氮的氧化物和氧气均无剩余,这两种情况均可利用混合气体中N、O的原子个数比来分析:典例剖析【例2】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(

)。①8∶1

②7∶3

③7∶1

④4∶1A.①② B.①③

C.②③ D.②④答案:C特别提醒氮的氧化物与O2混合通入水中,剩余气体只可能是NO或O2,不可能是NO2,因为过量的NO2会与水反应生成NO,且形成的溶液中的溶质为HNO3。学以致用3.按图进行实验。试管中装有12mLNO,然后间歇而又缓慢地向其中通入8mLO2,下列是有关最终状态的描述,其中正确的是(

)。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NOA.①③ B.②④⑤

C.②④⑥ D.②③⑤答案:C4.在一定条件下,将m体积NO与n体积O2先后通入倒立在水中且盛满水的容器中,充分反应后,容器内残留

体积的气体,该气体与空气接触后变为红棕色,则m与n的比值为(

)。A.3∶2 B.2∶3C.8∶3 D.3∶8答案:C5.将容积为50mL的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体,将量筒倒置在盛满水的水槽里,一段时间后,量筒里剩余气体的体积为5mL。则原混合气体中NO2和O2的体积比可能是

或

。

答案:18∶7

43∶7解析:NO2与O2和水的反应计算关系式可由下列化学方程式推导出来。2NO+O2══2NO2

①3NO2+H2O══2HNO3+NO②由②×2+①得

4NO2+O2+2H2O══4HNO3③若剩余的5

mL气体为O2,则参加反应③的NO2和O2的总体积为50

mL-5

mL=45

mL,则原混合气体里,NO2的体积为45

mL×=36

mL,O2的体积为50

mL-36

mL=14

mL,即NO2与O2的体积比为36∶14=18∶7。若剩余的5

mL气体为NO,由②式得过量的NO2体积为15

mL,则发生反应③的NO2和O2的总体积为50

mL-15

mL=35

mL,原混合气体里,O2的体积为35

mL×=7

mL,NO2的体积为50

mL-7

mL=43

mL,即NO2与O2的体积比为43∶7。规律总结解答氮的氧化物溶于水这类题型常用的三种方法——讨论法、差量法、电子守恒法。

(1)讨论法:由于某一条件的不确定,结果可能是两个或两个以上,这类题需要用讨论的方法解决。(2)差量法:差量法是根据化学反应中反应物和生成物的相差量与反应物的消耗量或生成物的增加量之间的比例关系为解题思路而建立起来的解题方法。解题的关键是找准变化量,进而列出比例关系进行计算,这是一种简捷的解题方法。

(3)电子守恒法: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。1.下列关于氮气的说法中,正确的是(

)。A.实验室利用电弧放电使氧气和氮气反应属于自然固氮B.氮气性质稳定,可用于工业制镁冷却时的保护气C.自然界中有游离态氮和化合态氮D.氮气在化学反应中只作氧化剂答案:C解析:实验室利用电弧放电使氧气和氮气反应属于人工固氮,A项错误;高温时镁与氮气反应,B项错误;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),C项正确;氮气在化学反应中能作氧化剂,也能作还原剂,如氮气与氧气反应中,氮气作还原剂,D项错误。2.下列反应属于氮的固定的是(

)。答案:D解析:氮的固定是指将大气中游离态的氮变为化合态的氮的过程,只有D项符合题意。3.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.NO和NO2均有毒答案:D解析: