5.2.1 氮气氮的氧化物（精品学案）-2021-2022学年高一化学同步学习高效学讲练（人教版2019必修第二册）.docx

1、2021-2022学年高一化学同步学习高效学与练（精品学案）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 氮气 氮的氧化物课程学习目标1.了解氮元素的存在和结构，了解氮气的物理性质和化学性质；2.通过了解氮的固定，认识化学对社会和工农业生产的重要作用；3.了解一氧化氮和二氧化氮的物理性质和化学性质。学科核心素养宏观辨识与微观探析：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科学探究与创新意识：能根据文献和实际需要提出综合性的探究课题，根据假设提出多种探究方案，评价和优化方案，能用数据、图表、符号等处理实验信息【新知学习】1氮的原子结构氮元素位于第二周期、第

2、VA族。氮原子最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此氮原子一般通过共用电子对与其它原子相互结合构成物质。氮的原子结构 常见的化合价有 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 3 ，其氧化物有 N2O 、 NO 、 N2O3 、 NO2 、 N2O4 、 N2O5 共有六种，其中 N2O5 是HNO3的酸酐， N2O3 是HNO2的酸酐（氮的氧化物都有毒）。2氮元素的存在a.游离态:以氮分子的形式存在于空气中。b.化合态:存在于动植物体内的蛋白质中,以及土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。一氮气1.物理性质纯净的N2是一种无色无味的气体，难溶于水，在空气中约占五分之四左

3、右。2.化学性质（1）常温下，N2的化学性质不活泼，可代替稀有气体作保护气体。原因：氮分子内两个氮原子间以共价三键结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常难以与其它物质反应。（2）在放电条件或高温下 氮气 跟氧气化合生成 一氧化氮 N2O22NO（3）镁在氮气中燃烧：3MgN2Mg3N2；（4）人工合成氨：N23H22NH3；二氮的固定和循环1.含义：将大气中_游离态_的氮转化为_含氮化合物_的过程叫做氮的固定。2.分类：3氮的循环三.二氧化氮和一氧化氮氮的氧化物NONO2物理性质颜色无色红棕色毒性有毒有毒溶解性不溶于水易溶于水化学性质与O2反应2NOO2=2NO2不反

4、应与H2O反应不反应3NO2H2O=2HNO3NO1.NO和NO2的化学性质(1)在常温下，NO很容易与O2反应，化学方程式为2NO+O2 = 2NO2。(2)NO2溶于水时发生反应的化学方程式为3NO2+H2O = 2HNO3+NO。2.二氧化氮溶于水的实验(1)实验过程实验装置实验操作在如图注射器里充入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳胶管和弹簧夹封住管口,振荡注射器打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹振荡注射器实验现象无明显现象无色气体变为红棕色红棕色气体变浅至消失,有无色气体生成,注射器活塞向内滑动化学方程式2NO+O2 = 2NO2、3NO2+H2O = 2HNO3

5、+NO(2)对工业生产硝酸的启示工业上生产硝酸时，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。【知识进阶】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？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？若剩余的是NO，由反应3NO2H2O=2HNO3NO，得N

6、O2体积为2 mL36 mL。则原有O2体积为(10 mL6 mL)0.8 mL。若剩余的是O2，则有10 mL2 mL8 mL NO2和O2的混合气体按反应4NO2O22H2O=4HNO3进行。所以NO2的体积为8 mL6.4 mL，O2体积为10 mL6.4 mL3.6 mL。【知识归纳总结】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2NOO2=2NO2与H2O反应3NO2H2O=2HNO3NO与O2、H2O共同反应4NO3O22H2O=4HNO34NO2O22H2O=4HNO3氧化性6NO4NH35N26H2O

7、6NO28NH37N212H2O，NO2SO2=SO3NO，NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝2.常见的NOx尾气处理方法碱液吸收法2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONO2NO2NaOH=2NaNO2H2ONO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)n(NO)。一般适合工业尾气中NOx处理。催化转化法在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。3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

8、、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)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)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)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】将盛

9、有1 mol NO和NO2混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？_。【答案】37 19 0.5mol【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

10、=4HNO3可得：a0.4，所以a0.3，V(NO)V(NO2)37。(2)设n(NO2)a mol3NO2H2O=2HNO3NO气体减少3 mol1 mol2 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0.5 mol mol0.5 mol。（变式训练1）在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为()1.2 mL 2.4 mL 3 mL 4 mLAB C D【答案】D【解析】混合气体通入水中，涉及的反应有4NO2O22H2O=4HNO3，3NO2H2O

11、=2HNO3NO。若12 mL全部为NO2，发生反应，剩余气体4 mL大于实际剩余气体2 mL，故剩余气体为NO或O2。若剩余的气体是O2，则V(NO2)(122)mL8 mL，V(O2)12 mL8 mL4 mL。若剩余的气体是NO(2 mL)6 mL NO2，则V(O2)(126)mL1.2 mL。（变式训练2）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【答案】B【

12、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。【效果检测】1（2021江苏南通市高一期末）氮气性质稳定的原因是A氮原子半径小

13、B氮气密度小C氮气沸点低DNN键不易断裂【答案】D【详解】N2的稳定性属于化学性质，由于在发生化学反应时需要断裂NN，而NN键能大，不易断裂，所以N2性质稳定，故答案选D。2下列关于N2的叙述错误的是( )AN2既可作氧化剂又可作还原剂B雷雨天，空气中的N2和O2可反应生成NOC氮的固定是将N2转化成含氮化合物的过程D氮气的化学性质比较活泼，通常情况下可以与很多物质发生反应【答案】D【详解】A、N2中N的化合价可以降低生成NH3，也可以升高生成NO等，故N2既可作氧化剂又可作还原剂，A正确；B、雷雨天时，空气中N2和O2可反应生成NO，B正确；C、氮的固定是将大气中游离态的氮(N2)转化为含氮

14、化合物的过程，C正确；D、氮气的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应，D错误;答案选D。3下列关于氮气的说法错误的是A氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸B液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境C利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气D在高温高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂【答案】D【详解】A氮气的化学性质很稳定，在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸，A项正确；B液氨汽化吸热，可用于制造低温环境，B项正确；C氮气的化学性质很稳定，可用作焊接金属的保护气，C项正确；D氮气与氢气生成氨气的反应中，N的化合价从0降低到，作氧化

15、剂，D项错误；答案选D。4（2021四川南充市高一期末）下列说法正确的是( )A氮的固定只有在高温、高压、催化剂存在的条件下才能实现BNO和NO2均有毒CNO2与H2O反应生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物DNO可用排空气法收集【答案】B【详解】A氮的固定是指是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程，包括雷雨固氮、人工固氮和生物固氮，不一定是在高温、高压、催化剂存在的条件下实现，A错误；BNO和NO2属于空气污染物，均有毒，B正确；CNO2与H2O反应生成HNO3和NO，化合价有变化，所以NO2不是酸性氧化物，C错误；DNO的密度与空气的相差不大，难溶于水，应该用排水法收集，不能用排空气法

16、收集，D错误；故选B。5（2021石嘴山市第三中学高一期末）下列说法正确的是A实验室能用排空气法收集N2、NO和NO2B合成氨反应属于高能固氮C除去NO中的NO2气体可以使混合气体通过蒸馏水DNO、NO2、N2O3、N2O5都属于酸性氧化物【答案】C【详解】AN2相对分子质量和空气接近，不能用排空气法收集；NO能和氧气反应，不能用排空气法收集，故A错误；B工业合成氨反应属于人工固氮，故B错误； CNO2能和水反应生成NO和硝酸，故C正确； D酸性氧化物是能和碱反应生成盐和水，所以NO、NO2不属于酸性氧化物，故D错误；故答案：C。6（2021江苏南通市高一期末）氮气性质稳定，常用作保护气。将游

17、离态的氮转变为化合态氮的过程叫做氮的固定。下列是自然界或生产生活中存在的一些氮元素的转化：铵盐NH3N2NONO2HNO3硝酸盐。上述转化中，属于氮的固定的是ABCD【答案】C【详解】氮的固定指将N2转化为含氮化合物，符合要求的是反应，而反应均是含氮化合物之间的转化，不属于氮的固定，故答案选C。7（2021贵州贵阳市高一期末）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。海洋中的氮循环起始于氮的固定，循环过程可用下图表示。下列关于海洋氮循环的说法正确的是A海洋中不存在游离的氮B海洋中的氮循环起始于氮的氧化C海洋中的氮循环属于固氮作用的一步是D向海洋排放含的废水不会影响海洋中的含量【答案

18、】C【详解】A在海洋表面水中溶解了少量的氮气，因此海洋中存在游离态的氮，故A错误；B图上可以看出海洋中氮的循环起始于氮气转化为，过程中N的化合价降低，被还原，故B错误；C氮的固定是指游离态的氮转化为化合态的氮，因此海洋中的氮循环属于固氮作用的一步是，故C正确；D根据转化关系，硝酸根离子增多，反硝化作用增强，因此向海洋排放含的废水会影响海洋中的含量，故D错误；故选C。8（2020河南郑州市郑州外国语学校高一月考）氮元素是空气中含量最多的元素，在自然界中的分布十分广泛，在生物体内亦有极大作用。一定条件下，含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。下列说法正确的是A图中属于“氮的固定”的是k和lB表示

19、循环中发生非氧化还原反应的过程只有aC若反应h是在NO2与H2O的作用下实现，则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2:1D若反应i是在酸性条件下由 NO3-与Fe2+的作用实现，则该反应的离子方程式为3Fe2+NO3- +4H+ = 3Fe3+ + NO +2H2O【答案】D【详解】A氮的固定是指氮由游离态转化为化合态，图中属于“氮的固定”的是k和c，A不正确；B表示循环中发生非氧化还原反应的过程有a和l，B不正确；C若反应h是在NO2与H2O的作用下实现，反应为3NO2+H2O=2HNO3+NO，则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:2，C不正确；D若反应i是在酸性条件下由 NO3

20、-与Fe2+的作用实现，则产物为NO、Fe3+和水，离子方程式为3Fe2+NO3- +4H+ = 3Fe3+ + NO +2H2O，D正确；故选D。9（2021宁夏银川市银川一中高一期末）将V mL NO和NO2的混合气体通过水吸收后，得到无色气体A。将此无色气体A与等体积的O2通入水中充分吸收后，得到5 mL无色气体B，下列说法不正确的是( )AA气体是NO，B气体是O2BA气体的体积是20 mLCV的取值范围是20 mLV60 mLD将盛有体积比为4:1 NO2和O2的混合气体的烧瓶倒立于水槽中充分反应后，烧瓶中所得溶液的物质的量浓度为mol/L【答案】D【详解】A因NO不与水反应，NO2

21、能与水反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，所以无色气体A为NO；无色气体A与等体积的O2混合通过水后发生反应：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，可知O2过量，则无色气体B为O2，A正确；B由于过量的氧气为5 mL，而开始反应时NO与O2的体积相等，根据反应4NO+3O2+2H2O=4HNO3，剩余O2体积占反应的O2总体积的，可知NO的体积为V(NO)=V(O2)=20 mL ，B正确；C由B可知：NO2与水反应产生的NO和原来的NO共20 mL，若NO气体全部来源于原气体，则V=20 mL；若NO气体全部是由NO2与水反应产生，根据反应3NO2+H2O=2HNO3+NO可知V=32

22、0 mL=60 mL，所以V mL气体的取值范围是20 mLV60 mL，C正确；D将盛有体积比为4:1 NO2和O2的混合气体的烧瓶倒立于水槽中充分反应，发生反应为4NO2+O2+2H2O=4HNO3，恰好完全转化为硝酸，但由于未指明气体所处的外界条件，不能确定气体摩尔体积，就不能计算气体的物质的量及其形成的硝酸溶液的浓度，D错误；故合理选项是D。10氮元素的单质和常见的化合物在工、农业生产中用途广泛（1）工业上利用分离空气的方法得到氮气空气各主要成分的沸点如下：N2O2ArCO2-196-183-186-78现将空气深度冷却液化，然后缓慢升温，则最先分离出来的气体是_。（2）雷雨时空气中的

23、N2转化为NO，生成物NO是_色的气体，_（填“易”或“难”）溶于水；NO在空气中很容易被氧化成NO2，NO2能与水发生化学反应。NO2与水反应的化学方程式为_。【答案】N2（氮气） 无 难 3NO2+H2O=2HNO3+NO 【分析】（1）逐渐升温的过程中，沸点低的物质先分离，据此解答；（2）NO为无色气体；难溶于水；NO2与H2O反应生成硝酸和NO，据此解答；【详解】（1）逐渐升温的过程中，沸点低的物质先分离，由表可知，最先分离出来的气体时N2；故答案为：N2（氮气）；（2）NO为无色气体；难溶于水；NO2与H2O反应生成硝酸和NO，且反应方程式为：3NO2+H2O=2HNO3+NO。故答

24、案为：无；难；3NO2+H2O=2HNO3+NO。11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，因此必须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：，。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比为_。(2)在一定条件下，氨气也可将氮氧化物转化为无污染的物质。写出氨气和二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式：_。【答案】 【详解】(1)在反应中，中氮元素的化合价降低，作氧化剂，中氮元素化合价升高，作还原剂；在反应中，氧化剂和还原剂都是，氧化剂和还原剂的物质的量之比为。故答案为：；(2)根据质量守恒定律结合题目信息可知，氨气和二氧化氮反应生成无污染的物质为氮气和水。故答案为：。