氮气及氮的氧化物高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

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第1课时

氮及氮的氧化物

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___溶于水无色无味难收集氮气时用排水法！

熔点：-210℃

沸点：-196℃密度：1.25g/L✪提醒特性：易液化氮气在低温加压时可以液化形成液氮，液氮汽化会吸热使温度降低。冷冻治疗液氮食品一、氮气与氮的固定你知道液氮有什么用途吗？氮元素在周期表中的位置和氮原子的结构+725N氮元素在元素周期表中的位置第二周期，第VA族写出氮气的电子式和结构式电子式结构式NN球棍模型N••••••N••••N•••••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。由于断开N≡N化学键需要较多的能量，共价键很牢固，氮气化学性质很稳定。通常情况下难以与其他物质发生化学反应，无法被大多数生物体直接吸收。一、氮气与氮的固定一、氮气与氮的固定2、氮气的化学性质①常温下，N2的化学性质很稳定，可代替稀有气体作保护气体。氮气的用途①食品的保护。例如：虾条、薯片等②焊接金属时用氮气保护金属，使其不被氧化③白炽灯中充入氮气，防止钨丝的氧化④稀有的书卷保存——延缓代谢⑤液氮食品——制冷剂⑥医疗上可在液氮冷冻麻醉条件下做手术请同学举例，生活中哪些方面利用了氮气的稳定性?（2）还原性：（3）氧化性：在高温、放电等条件下，氮分子获得了足够的能量，使氮氮三键断裂，氮气能够与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应。一、氮气与氮的固定2、氮气的化学性质一、氮气与氮的固定3.氮元素在自然界中的存在形式⑴游离态的氮——主要以氮分子的形式存在于空气中。⑵化合态的氮——部分存在于动植物体内的蛋白质中；

部分存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。氮的固定空气的成分(按体积)(78%)氮气(21%)氧气生物固氮(如豆科植物的根瘤菌固氮)高能固氮(如雷雨天气N2转化为NO)合成氨(工业上合成氨)仿生固氮(仿生材料可起到根瘤菌的作用)分类自然固氮人工固氮“种豆子不上肥，连种几年地更肥”“雷雨发庄稼”(3)氮的固定：将大气中游离态的氮转化为含氮的化合物的过程。一、氮气与氮的固定NH3→NH3·H2O能称为氮的固定吗？含氮化合物之间的转化不能称为氮的固定，如NH3→NH4NO3。【科学史话】1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在500~600℃、17.5~20.0MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到6%以上，具备了工业化生产的可能性。为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施作出了重要贡献。由于合成氨工业生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就哈伯

博施氮在自然界中的循环氮是自然界各种生物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？一、氮气与氮的固定典例精讲1、判断正误,正确的画“√”，错误的画“×”。(1)N2在高温条件下与O2发生反应生成NO2。(

)(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)空气中自燃而氮气稳定存在，说明非金属性P比N强(

)××√×(5)闪电时氮气与氧气化合生成NO，属于自然固氮。(

)(6)将氨转化为固态铵盐的过程属于人工固氮。(

)(7氮气化学性质很稳定，所以镁着火时，可用氮气灭火。(

)(8)高温、高压、催化剂条件下,1molN2与3molH2混合可生成2molNH3。(

)√×××含氮化合物之间的转化不能称为氮的固定，如NH3→NH4NO3。D1．N2能大量存在于空气中，且能维持固定含量的最主要原因是A．氮元素的非金属性弱 B．氮元素的非金属性强C．氮气可作保护气 D．氮分子中N≡N键能大

即时训练2．关于氮气的性质的说法中，错误的是A．氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在B．通常情况下，氮气性质很不活泼C．在反应3Mg＋N2=Mg3N2中N2作氧化剂D．放电条件下可与氧气反应生成二氧化氮D【思考讨论】

据说在新疆与青海两省区交界处有一狭长山谷，这里经常在风和日丽的晴天顷刻电闪雷鸣，下起雷雨，奇怪的是这里牧草茂盛，四季常青，被当地牧民称为“魔鬼谷”。为什么魔鬼谷牧草旺盛?有句谚语“雷雨发庄稼”，你明白其中的化学道理吗?【思考讨论】雷雨发庄稼，将N2转化为硝酸盐要经过几步转化，从元素化合价角度思考。+O2+O2+H2O+NH3N2NONO2HNO3

NH4NO3N2+O2

2NO放电或高温=========2NO+O2===2NO2NO和NO2具有哪些性质？【思考】二、一氧化氮和二氧化氮氮的氧化物N2O(笑气)NON2O3NO2N2O4N2O5氮元素化合价______________________＋1＋2＋3＋4＋4＋5(1)N2O俗称笑气。具有麻醉作用(2)N2O3、N2O5是酸性氧化物（酸酐），可以与水反应分别生成HNO2、HNO3(3)NO2与N2O4可相互转化：2NO2（红棕色）⇌N2O4（无色）N的氧化物的种类——它们都有毒，是大气污染物【思考】NO和NO2具有哪些性质？酸酐：含氧酸失去水后的氧化物二、一氧化氮和二氧化氮氧化物颜色气味毒性状态水溶性收集方法NONO2无色红棕色无味刺激性气味有毒有毒气体气体不溶易溶排水法向上排空气法1.一氧化氮和二氧化氮的物理性质二、一氧化氮和二氧化氮NO2

标准状况下为黄褐色液体

NO2

熔点：-11℃

沸点：21℃

密度：2.05g/L易液化思考讨论1.NO2和溴蒸气都是红棕色、有刺激性气味的气体，怎样加以区别？NO2和Br2在性质上有不少相似性：①均具有氧化性；②溶于水均有酸生成；③均可与碱反应；④均为红棕色等。能用淀粉－KI试纸、pH试纸、NaOH溶液来鉴别？可以用下列方法鉴别：①CCl4；②AgNO3溶液；③用水洗法。物理方法：用CCl4溶解，溶解的是Br2，不溶解的是NO2化学方法：

①用AgNO3溶液，产生黄色沉淀的是Br2，无沉淀生成的是NO2

②用水，红棕色消失是NO2，溴水为黄色至棕黄色

[实验]如图所示，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，观察现象。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2.一氧化氮和二氧化氮的化学性质二、一氧化氮和二氧化氮实验装置

实验操作在一支50mL的注射器里充入20mLNO，观察颜色为

，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器现象___________结论无色NO难溶于水无明显现象2.一氧化氮和二氧化氮的化学性质二、一氧化氮和二氧化氮实验装置

实验操作打开弹簧夹快速吸入10mL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________________结论注射器内无色气体变红棕色气体的红棕色变为无色在一定条件下，NO和NO2可以相互转化。二、一氧化氮和二氧化氮2.一氧化氮和二氧化氮的化学性质3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO+O2=2NO2(工业制取硝酸)如果将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施?上述实验对工业生产硝酸有什么启示?+O23NO2+H2O=

2HNO3

+NO2NO+O2=2NO22NO+O2=2NO24NO2+O2+2H2O=4HNO34NO+3O2+2H2O=4HNO3一氧化氮、二氧化氮性质探究

化学性质①②①+②×2：

①×3+②×2：

硝酸工业常在吸收反应进行过程中，补充一些空气，使生成的NO被氧化成NO2，NO2溶于水又生成HNO3和NO，经过多次氧化和吸收，NO可以完全转化为HNO3

,

减少环境污染。若把NO或NO2与O2的混合气体通入水中会发生什么反应？剩余气体是什么？

关系式法①NO2和O2的混合气体②NO和O2的混合气体V(NO2):V(O2)<4:1O2剩余=4:1恰好完全反应>4:1NO剩余4NO2+O2+2H2O=4HNO34NO+3O2+2H2O=4HNO3V(NO):V(O2)<4:3O2剩余=4:3恰好完全反应>4:3NO剩余氮的氧化物或氮的氧化物与O2的混合气体溶于水时，剩余的气体可能是O2，也可能是NO，但不可能是NO2，因为NO2会与水反应又生成NO。3NO2+H2O=2HNO3+NO3.一定条件下，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.1/4

B.3/4

C.1/8

D.3/8C4NO+3O2+2H2O=4HNO3

即时训练43

4.四支试管中分别充满NO、SO2、NO2、Cl2中的一种，把它们分别倒置于盛有水的水槽中，放置一段时间后的现象如图所示。其中原试管充满NO2的是() 【答案】B【解析】根据化学方程式3NO2+H2O=2HNO3+NO可知，剩余气体是反应前的1/3，

故B项正确；NO不溶于水，对应D项；SO2对应A项；Cl2对应C项。

即时训练B若把NOx(NO或NO2)与O2的混合气体通入水中会发生什么反应？剩余气体是什么？

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。即3V(NO)+V(NO2)==4V(O2)

原子个数比法（参与反应的N、O原子）V(N):V(O)<2:5O2剩余=2:5恰好完全反应>2:5NO剩余③4NO2+O2+2H2O=4HNO3④4NO+3O2+2H2O=4HNO3①+②

总的化学方程式为NO

+

NO2+

O2

+

H2O==2HNO3

⑤三情况中的总反应式都与N2O5+H2O

==

2HNO3等效5、将amLNO、bmLNO2、xmLO2混合气体通入水中，充分反应后无气体剩余，则用a、b表示的x的代数式是___________。x=(3a+b)/4典例精讲原子个数比法得失电子守恒法3V(NO)+V(NO2)==4V(O2)N∶O＝2∶5

完全反应Na+b2Oa+2b+2x5＝

＝将混合气体通入盛有水的洗气瓶，除去NO2杂质，再通过盛无水CaCl2的干燥管收集NO气体。1、如何除去NO气体中混有的少量NO2气体杂质？【思考】2、NO2、NO均是污染性气体，如何尾气处理？①碱液吸收法2NO2＋2NaOH

NaNO3＋NaNO2＋H2ONO2＋NO＋2NaOH

2NaNO2＋H2O②催化转化法2NOx+2XCON2+2XCO2催化剂

∆二、一氧化氮和二氧化氮易错辨析NO和NO2是酸性氧化物吗？

NO和NO2都不是酸性氧化物。NO与碱、酸都不能反应生成盐和水，属于不成盐氧化物；NO2与碱溶液发生氧化还原反应生成两种盐，也不属于酸性氧化物。2NO2＋2NaOH====NaNO2＋NaNO3＋H2O。二、一氧化氮和二氧化氮(1)酸雨：

正常雨水的pH=5.6，酸雨是pH小于5.6的雨水。酸雨的成分：其主要成分是含有硫酸和硝酸。所以又称作硫酸型酸雨和硝酸型酸雨。(2)光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，

产生的一种有毒的烟雾。(3)破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。(4)NO与血红蛋白结合使人中毒:

NO使人中毒的原理与CO的相同，都是气体与血液中

血红蛋白结合而使其失去输送O2的功能。三、氮氧化物对环境的污染SSO2SO3H2SO4【课堂小结】氮和氮的氧化物N的存在形式氮的氧化物无色无味气体，难溶于水红棕色、刺激性气味气体，易溶于水

有毒，

2NO+O2===2NO2有毒，

3NO2+H2O===2HNO3+NO氮N2的化学性质氮的固定一氧化氮NO二氧化氮NO2空气，土壤、海洋，动植物自然固氮人工固氮还原性氧化性谢谢观看与支持PART03氮氧化合物溶于水的计算

四、氮氧化合物溶于水的计算例1、将20mLNO和NO2的混合气体的试管倒立于盛有H2O的水槽中，充分反应后，余于气体体积变为10mL，求原混合气体中NO和NO2各占多少？解法一：设NO体积为xmL，NO2体积为ymL

x+y=203NO2+H2O=2HNO3+

NO

31y

y/3

x

+

y/3

=

10

解得，x=5

y=15关系式法若混合气体是VLNO2和NO，剩余V1气体利用差量法，在题中寻找体积差。解法二：设NO2体积为xmL3NO2+H2O==2HNO3+NO△V31

2x20-10=10x=15典例精讲a.

NO与O2同时通入水中2NO

+

O2===2NO2①

3NO2

+

H2O

===2HNO3

+

NO

②①×3+②×2总的化学方程式为4NO+3O2+2H2O===4HNO3

③

叠加法四、氮氧化合物溶于水的计算典例精讲【例】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：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.②④⑤C.②④⑥ D.②③⑤C过量4NO+3O2+2H2O===4HNO3例2:将盛有8mLNO、O2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积剩余1mL，则原气体中NO的体积是()A．5mL或3mL B．4mL或3mL C．5mL或2mL D．4mL或5mLD若混合气体是NO和O2，剩余V1气体设NO体积为xmL，O2体积为ymL，x+y=8①若最终剩余的气体是NO，4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3

43x-1y3(x-1)=4y

x=5mly=3mL

②若最终剩余的气体是O2，4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3

43xy-1

3x=4(y-1)

x=4mLy=4ml2、一支试管中充有20mLNO气体，倒置于水槽中，现向其中通入一定量的O2，试管内最终有4mL气体，则通入O2的体积可能是多少？解：①若最终剩余的气体是NO，则与水反应的NO为20-4＝16mL

4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3

4316XX=12mL

②若最终剩余的气体是O2，则20mLNO均与水反应

4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3

4320X

X=15mL此时，通入O2的体积为15+4＝19mL

∴通入O2的体积可能是12mL或19mL典例精讲关系式法

2NO

+

O2===2NO2

①

3NO2+H2O===2HNO3

+

NO

②①+②×2总的化学方程式为4NO2+O2+2H2O===4HNO3

④

b.

NO2和O2混合气体溶于水的计算①+②

总的化学方程式为NO

+

NO2+

O2

+

H2O==2HNO3

⑤四、氮氧化合物溶于水的计算例3、在一支容积为30mL的试管内充满NO2

和O2的混合气体，把试管倒置于水中，充分反应后余5mL，则原混合气体中NO2

和O2的体积各是多少？解：设原混合气体中NO2的体积为xmL，O2的体积为ymL则x+y=30①若O2过量，则余下5mL气体为O2

，则所有的NO2全部参加反应，而参加反应的O2的体积为(y–5)mL4NO2+O2+2H2O==4HNO3

41xy-5

x

=4(y-5)

解得，x=20mLy=10mL典例精讲若混合气体是NO2和O2，剩余V1气体关系式法例3、在一支容积为30mL的试管内充满NO2

和O2的混合气体，把试管倒置于水中，充分反应后余5mL，则原混合气体中NO2

和O2的体积各是多少？②若NO2过量，则O2全部参加反应，而过量的NO2还会和H2O继续反应，余下的5mL气体为NO，4NO2+O2+2H2O==4HNO3

4

14y

y则过量的NO2体积为(x-4y)mL3NO2+H2O==2HNO3+NO

3

1(x

-

4y)

5则x

-

4y==15解之得，x=27mLy=3mL∴NO2和O2的体积是20mL和10mL或27mL和3mL解：设原混合气体中NO2的体积为xmL，O2的体积为ymL，则x+y=303、将盛有12mLNO2和O2混合气体的量筒倒立于盛满水的水槽中，充分反应后，量筒内还剩余2mL无色气体，则原混合气中O2的体积为()A.1.2mL

B.2.4mL

C.3.6mL

D.4mLAD典例精讲解：设原混合气体中NO2的体积为xmL，O2的体积为ymL则x+y=12①若O2过量，则剩余2mL气体为O2

，则所有的NO2全部参加反应，而参加反应的O2的体积为(y–2)mL4NO2+O2+2H2O==4HNO3

41xy-2

x

=4(y-2)

解得，x=8mLy=4mL②若NO2过量，则O2全部参加反应，而过量的NO2还会和H2O继续反应，余下的5mL气体为NO，4NO2+O2+2H2O==4HNO3

4

14y

y则过量的NO2体积为(x-4y)mL3NO2+H2O==2HNO3+NO

3

1(x

-

4y)

2

则x

-

4y==6解之得，x=10.8mLy=1.2mL（3）若将