第二節(jié)　第1課時　氮氣與氮的固定　一氧化氮和二氧化氮

1、高中同步學案優(yōu)化設計GAO ZHONG TONG BU XUE AN YOU HUA SHE JI第1課時氮氣與氮的固定 一氧化氮和二氧化氮第五章2022內容索引0102課前篇 素養(yǎng)初探課堂篇 素養(yǎng)提升素養(yǎng)目標1.通過分析氮氣分子的結構,了解氮氣的化學穩(wěn)定性。2.結合生產(chǎn)、生活實例,了解氮的固定的定義及意義,提升科學態(tài)度與社會責任等學科核心素養(yǎng)。3.掌握氮氣、氮氧化物的重要化學性質,提升變化觀念等學科核心素養(yǎng)。課前篇 素養(yǎng)初探【自主梳理】一、氮氣與氮的固定1.自然界中的氮元素2.氮氣的化學性質(1)穩(wěn)定性:通常情況下氮氣難與其他物質發(fā)生化學反應,無法被大多數(shù)生物體直接吸收?！疚⑺伎?】從分子結

2、構角度分析,為什么氮氣的化學性質很穩(wěn)定?提示 氮分子內兩個氮原子之間以共價三鍵結合,斷開該化學鍵需要較多的能量。(2)氮氣與金屬或非金屬單質的反應 【微思考2】氮氣保護技術通常應用于珍貴文物的保存和保護。為什么氮氣可以作為保護氣?提示 氮氣性質穩(wěn)定,常溫下難與其他物質發(fā)生反應,故可作保護氣。3.氮的固定 轉化形式:N2含氮化合物(1)定義:將大氣中游離態(tài)的氮轉化為氮的化合物的過程。(2)分類氮的固定二、一氧化氮和二氧化氮1.物理性質物質顏色、狀態(tài)氣味水溶性NO無色氣體無味不溶于水NO2紅棕色氣體特征性顏色有刺激性氣味易溶于水2.化學性質(1)實驗探究實驗裝置實驗操作在一支50 mL的注射器里充

3、入20 mL NO,然后吸入5 mL水,用乳膠管和彈簧夾封住管口,振蕩注射器打開彈簧夾,快速吸入10 mL空氣后夾上彈簧夾,觀察現(xiàn)象,然后再振蕩注射器現(xiàn)象無明顯現(xiàn)象無色氣體變?yōu)榧t棕色,振蕩后氣體由紅棕色變?yōu)闊o色(2)結論在一定條件下,NO與NO2可以相互轉化,反應的化學方程式為:NONO2:2NO+O2 = 2NO2;NO2NO:3NO2+H2O = 2HNO3+NO(工業(yè)制取硝酸)?！咀晕覚z測】正誤判斷(正確的打“”,錯誤的打“”)(1)NO和NO2的顏色、氣味、水溶性不同,但它們都是有毒的氣體。()(2)實驗室用排水法收集NO,用向上排空氣法收集NO2。()(3)NO具有較強的還原性,在空

4、氣中極易被氧化。()(4)將盛滿NO的試管打開塞子置于空氣中,無色氣體變?yōu)榧t棕色。()(5)雷雨天含氮物質發(fā)生的反應都屬于氮的固定。()(6)NO2轉化為NO的變化中,NO2只能作氧化劑。() 課堂篇 素養(yǎng)提升任務氮的氧化物溶于水的有關計算【問題探究】【實驗探究】NO2被H2O吸收的實驗NO2能溶于H2O并發(fā)生反應,為了使NO2盡可能被H2O吸收,某化學興趣小組設計了如下實驗步驟,以探究NO2被H2O吸收的程度。步驟:將盛滿NO2氣體的試管倒置于盛水的水槽中,如圖甲所示。步驟:將O2緩慢通入步驟的試管中,如圖乙所示。甲 乙1.步驟中試管內氣體的顏色和水位有何變化?發(fā)生反應的化學方程式是什么?

5、2.步驟中試管內氣體的顏色和體積怎樣變化,試管內水位怎樣變化?主要發(fā)生哪些反應?提示 緩慢通入O2時,試管內無色氣體變?yōu)榧t棕色,后又變?yōu)闊o色,但氣體體積減小,液面不斷上升。發(fā)生反應:2NO+O2 = 2NO2,3NO2+H2O = 2HNO3+NO。3.當液體充滿整個試管時,通入的O2與原試管內的NO2體積之比是多少?寫出總反應的化學方程式。提示 當液體充滿試管時,NO2和通入的O2恰好完全反應生成HNO3,即4NO2+O2+2H2O = 4HNO3,因此V(NO2)V(O2)=41。4.在相同條件下,向同一試管中分別通入NO和O2,然后倒置于水槽中,若溶液充滿試管,則通入的NO和O2的體積比

6、為多少?寫出反應的化學方程式。提示 43。4NO+3O2+2H2O = 4HNO3?！旧罨卣埂?.NO和NO2的性質對比物質NONO2顏色、狀態(tài)、氣味、毒性無色、無味紅棕色、刺激性氣味有毒氣體水溶性不溶易溶且與水反應與O2反應2NO+O2=2NO2與H2O反應3NO2+H2O=2HNO3+NO物質NONO2與O2、H2O共同反應4NO+3O2+2H2O=4HNO34NO2+O2+2H2O=4HNO3氧化性6NO+4NH3 5N2+6H2O6NO2+8NH3 7N2+12H2O,NO2+SO2=SO3+NO,NO2能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍2.氮的氧化物溶于水的有關定量關系(1)相關反應原理3

7、NO2+H2O = 2HNO3+NO2NO+O2 = 2NO2由方程式2+得:4NO2+O2+2H2O = 4HNO3由方程式2+3得:4NO+3O2+2H2O = 4HNO3(2)氮氧化物溶于水的不同情況及剩余氣體分析NO2與O2的混合氣體溶于水(反應)NO與O2的混合氣體溶于水(反應) 溫馨提示 :氮的氧化物與O2的混合氣體溶于水時,剩余的氣體可能是O2,也可能是NO,但不可能是NO2,因為NO2會與水反應生成HNO3和NO。【素能應用】典例將V mL NO和NO2的混合氣體通過水吸收后,得到無色氣體A。將此無色氣體A與等體積的O2通入水中充分吸收后,得到5 mL無色氣體B,下列說法不正確

8、的是()A.氣體A是NO,B氣體是O2B.氣體A的體積是20 mLC.V的取值范圍是20V60D.將盛有體積比為41的NO2和O2混合氣體的燒瓶倒立于水槽中充分反應后,燒瓶中所得溶液的物質的量濃度為 molL-1答案 D解析 NO不與水反應,NO2能與水反應:3NO2+H2O = 2HNO3+NO,則無色氣體A為NO;無色氣體A與等體積的O2混合通過水后發(fā)生反應:4NO+3O2+2H2O = 4HNO3,由此可知O2過量,則無色氣體B為O2,A正確;由于過量的氧氣為5 mL,而開始反應時NO與O2的體積相等,根據(jù)反應4NO+3O2+2H2O = 4HNO3,剩余O2體積占反應前O2總體積的 ,

9、可知NO的體積為V(NO)=V(O2)=5 mL4=20 mL,即氣體A的體積是20 mL,B正確;由B可知,NO2與水反應產(chǎn)生的NO和原來的NO共20 mL,若NO氣體全部來源于原氣體,則V=20;若NO氣體全部是由NO2與水反應產(chǎn)生,根據(jù)反應3NO2+H2O = 2HNO3+NO可知V=320=60,則V的取值范圍是20V60,C正確;將盛有體積比為41的NO2和O2的混合氣體的燒瓶倒立于水槽中充分反應,發(fā)生的反應為4NO2+O2+2H2O = 4HNO3,恰好完全轉化為硝酸,但由于未指明氣體所處的外界條件,不能確定氣體摩爾體積,就不能計算氣體的物質的量及其形成的硝酸溶液的濃度,D錯誤?！?/p>

10、變式設問】將NO、O2和NO2的混合氣體通入水中被完全吸收,當氧化劑與還原劑的物質的量之比為13時,NO、O2和NO2的體積之比為。提示 125解析 將NO、O2和NO2的混合氣體通入水中被完全吸收,反應中O2是氧化劑,NO和NO2是還原劑,若氧化劑與還原劑的物質的量之比為13,設n(O2)=1 mol,則有n(NO)+n(NO2)=3 mol,設NO、NO2的物質的量分別為x、y,則有x+y=3 mol;據(jù)得失電子守恒可得:1 mol4=3x+y,綜合上述兩式可得x=0.5 mol,y=2.5 mol。根據(jù)阿伏加德羅定律及推論可知,相同條件下,氣體的體積之比等于其物質的量之比,故NO、O2、

11、NO2的體積之比為0.5 mol1 mol2.5 mol=125。變式訓練 將40 mL NO2和NO的混合氣體通入倒立于水槽中盛滿水的試管里,充分反應后試管中剩余20 mL氣體,則原混合氣體中NO2和NO的體積比為()A.21 B.13C.31 D.11答案 C解析 3NO2+H2O = 2HNO3+NO V3 mL 1 mL2 mLV(NO2) (40 mL-20 mL)所以原混合氣體中V(NO)=40 mL-30 mL=10 mL,因此V(NO2)V(NO)=30 mL10 mL=31。 隨堂檢測1.(原創(chuàng)題)下列關于氮氣性質的說法正確的是()A.點燃條件下,N2在氧氣中燃燒生成NOB.

12、點燃時,金屬Mg與N2反應生成Mg2N3,N2是還原劑C.合成氨反應中,N2發(fā)生氧化反應D.氮氣的化學性質穩(wěn)定,其原因是兩個氮原子之間以共價三鍵結合答案 D解析 N2不能在O2中燃燒,在高溫或放電條件下,二者反應生成NO,A錯誤;點燃時,金屬Mg與N2反應生成Mg3N2,氮元素由0價降低到-3價,則N2是氧化劑,B錯誤;合成氨反應中,氮元素由0價降低到-3價,則N2是氧化劑,發(fā)生還原反應,C錯誤;N2分子中存在NN,較難斷裂,故N2的化學性質穩(wěn)定,D正確。2.(2021山東濟南高一期末)下列對NO和NO2的描述正確的是()A.NO2與水的反應中,NO2既是氧化劑又是還原劑B.NO是無色氣體,可

13、用向上排空氣法收集C.NO2可由N2和O2直接化合得到D.從元素化合價角度看,NO只有還原性答案 A解析 NO2與水發(fā)生反應3NO2+H2O = 2HNO3+NO,氮元素由+4價變?yōu)?5價和+2價,則NO2既是氧化劑又是還原劑,A正確;NO易與O2反應生成NO2,不能用排空氣法收集,只能采用排水法收集NO,B錯誤;N2和O2在高溫或放電條件下反應生成NO,不能直接得到NO2,C錯誤;NO中氮元素顯+2價,處于中間價態(tài),則NO既有氧化性又有還原性,D錯誤。3.(2021山東棗莊高一期末)自然界的氮循環(huán)如下圖所示。下列說法不正確的是()A.工業(yè)合成氨屬于人工固氮B.雷電作用下N2與O2發(fā)生化學反應

14、C.在氮循環(huán)過程中不涉及氧化還原反應D.含氮無機物與含氮有機化合物可相互轉化答案 C解析 工業(yè)合成氨是將N2與H2在一定條件下反應生成NH3,屬于人工固氮,A正確;雷電作用下N2與O2發(fā)生化學反應生成NO,B正確;N2與O2發(fā)生化學反應生成NO的反應是氧化還原反應,所以在氮循環(huán)過程中涉及氧化還原反應,C錯誤;由氮循環(huán)的示意圖可知,通過生物體可以將銨鹽和蛋白質相互轉化,實現(xiàn)了含氮無機物與含氮有機化合物的相互轉化,D正確。4.(原創(chuàng)題)某同學設計實驗探究NO2在水中的溶解性,注射器的容積為50 mL,充入20 mL NO,然后吸入5 mL水(如圖所示),夾緊彈簧夾,振蕩注射器,觀察現(xiàn)象1。打開彈簧夾,快速吸入10 mL空氣后夾緊彈簧夾,觀察現(xiàn)象2。振蕩注射器,再觀察