氮氣和氮的氧化物 【知識精講精研】 高一下學期化學人教版（2019）必修第二冊

第二節(jié)氮及其化合物(1)

——N2、NOx高一化學備課組第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素回顧：N的“位”“構(gòu)”“性”1位置：2

結(jié)構(gòu)：第二周期VA族3

性質(zhì)：原子結(jié)構(gòu)示意圖+725氮元素非金屬性——比氧弱，比碳強硝酸的酸性——比磷酸強最外層有5個電子，既不容易得到3個電子，也不容易失去5個電子一般通過共用電子對與其他原子結(jié)合4

自然界存在：【P11】主要以N2的形式存在于空氣中動植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)中土壤、海洋里的硝酸鹽\銨鹽中一、氮氣的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途1.氮氣的物理性質(zhì)顏色氣味密度溶解性沸點無色無味1.25g/L比空氣稍小難溶于水-196℃液氮可作冷凍劑收集氮氣時用排水法不用排空氣法一、氮氣的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途2.氮氣的結(jié)構(gòu)

電子式：

結(jié)構(gòu)式：

預測N2的化學性質(zhì)：N≡N斷開N≡N化學鍵需要較多的能量，共價鍵很牢固，氮氣化學性質(zhì)很穩(wěn)定。氮氣可用作保護氣一、氮氣的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途下列反應體現(xiàn)N2的

氧化性or還原性？即使Mg、Ca、Sr、Ba等活潑金屬，只有在加熱的情形下才能反應。在高溫高壓及催化劑條件下，才能和H2反應生成NH3。在放電的情況下才能和O2化合生成NO。3.氮氣的化學性質(zhì)氧化性N2顯氧化性N2顯還原性N2顯-3-3+2一、氮氣的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途4.氮氣的制備、用途工業(yè)上由液態(tài)空氣分餾來獲得氮氣實驗室：亞硝酸銨（NH4NO2）固體加熱歸中-3+3用途：冷凍劑、保護氣、食品加工助劑、合成氨/硝酸等二、自然界中氮的循環(huán)“魔鬼谷“之謎在新疆與青海交界處有一山谷，常常電閃雷鳴，并有大量牲畜死亡，當?shù)啬撩穹Q之為“魔鬼谷”，但是這里卻牧草茂盛，四季長青。Q:閱讀教材第11-12頁，分析歸納“自然固氮”、“人工固氮”的概念。二、自然界中氮的循環(huán)1.氮的固定概念：將大氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為氮的化合物的過程分類自然固氮高能固氮(雷雨天氣N2轉(zhuǎn)化為NO)生物固氮(豆科植物的根瘤菌固氮)人工固氮合成氨(工業(yè)合成氨)仿生固氮

(某些有機催化劑可起到類似根瘤菌的作用)二、自然界中氮的循環(huán)2.氮的循環(huán)N2NO+雨水+礦物質(zhì)(復分解)銨鹽氨氨或銨鹽亞硝酸鹽硝酸鹽+O2+O2+O2NO2硝酸三、氮的氧化物屬于酸酐\酸性氧化物的只有——

N2O3

和N2O5

化合價：+1+2+3+4+5N2O（笑氣）

NON2O3

NO2、N2O4N2O5無色紅棕色、無色N2O俗名笑氣，是一種麻醉劑N2O3是亞硝酸(HNO2)的酸酐【不穩(wěn)定】N2O5是硝酸(HNO3)的酸酐，是一種白色固體＋1＋3＋5三、氮的氧化物——NO和NO21.物理性質(zhì)物質(zhì)顏色狀態(tài)氣味毒性水溶性NO_____氣體_____有毒___溶于水NO2_______氣體_______有毒___溶于水無色無味不紅棕色刺激性易三、氮的氧化物——NO和NO2現(xiàn)象:結(jié)論:1.觀察到NO2為紅棕色氣體;2.與水反應后，試管中液面上升，小試管內(nèi)紅棕色氣體消失；3.紫色石蕊變紅。紅棕色NO2氣體與水發(fā)生反應生成硝酸和無色的NO氣體；NO難溶于水。1.在一支小試管里裝有一定量NO2氣體，觀察顏色。2.打開橡膠塞，放入盛有水的水槽中一段時間，觀察現(xiàn)象。3.取少量溶液，加入紫色石蕊試液，測溶液酸堿性。操作:實驗探究3NO2+H2O＝2HNO3+NO2NO+O2＝2NO2三、氮的氧化物——NO和NO2①

NO→NO2:_____________________②NO2→NO:_____________________________

2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NONO在常溫下很容易與O2化合，生成NO2NO2溶于水時生成HNO3和NO，工業(yè)上利用這一原理生產(chǎn)HNO32.化學性質(zhì)+2+4+4+5+2如何收集？4NO2+O2+2H2O＝4HNO3NO2、O2何比例混合通入水，氣體完全吸收？“雷雨作用”的固氮過程（雷雨發(fā)莊稼）寫出轉(zhuǎn)化過程中化學反應方程式。③3NO2+H2O=2HNO3+NO②2NO+O2＝2NO2①“魔鬼谷“之謎解密N2與O2NOO2NO2HNO3硝酸鹽礦物質(zhì)閃電①②③氮肥H2O三、氮的氧化物——NO和NO2①

NO→NO2:_____________________（驗證NO的方法）②NO2→NO:________________________（NO2單獨通入水）

2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO2.化學性質(zhì)③

NO2通入堿溶液：______________________________④

等量NO/NO2通入堿溶液:

___________________________________

NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O+2+4+4+5+22NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O

+4+5+3+4差異理解？HNO2不穩(wěn)定2HNO2=H2O+NO↑+NO2↑+2+3注：NO單獨通入堿溶液，并不反應三、氮的氧化物——NO和NO2模型思考？NO2、NO、O2

三者混合通入水，完全吸收時的要求？NO2、NO兩者混合通入足量NaOH(aq)，完全吸收時的要求？n(NO)小于等于n(NO2)得失電子守恒：n(O2)=?n(NO)+?

n(NO2)三、氮的氧化物——NO和NO23.收集與檢驗NO難溶于水，易與空氣反應

NO2易溶于水，易與水反應檢驗方法：NO——向氣體中通入少量O2或空氣，氣體由無色變?yōu)榧t棕色，則該氣體為NO；NO2——將紅棕色氣體通入水中，若看到紅棕色褪去，而在瓶口又可以重新出現(xiàn)紅棕色，則該氣體為NO2。NO

——排液法收集NO2——向上排空氣法收集收集三、氮的氧化物——NO和NO24.氮氧化物對環(huán)境的污染①光化學煙霧：在紫外線作用下，NOx與碳氫化合物發(fā)生一系列光化學反應，產(chǎn)生了一種有毒的煙霧。②酸雨：NOx排入大氣中后，與水反應生成HNO2和HNO3，隨雨雪降到地面【硝酸型酸雨】硫酸/硝酸型酸雨的形成過程相互交織——

NO2+SO2=NO+SO3【NO2的氧化性】③破壞臭氧層：NOx可使平流層中的臭氧減少，導致地面紫外線輻射量增加。城市中過量NOx的來源

——汽車氣缸高溫性質(zhì)NONO2物理性質(zhì)毒性與水反應與氧氣反應實驗室制備收集方法其他對環(huán)境影響無色、無味的有毒氣體，難溶于水紅棕色、有刺激性氣味的有毒氣體不反應(難溶于水)3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO+O2=2NO2不反應銅與稀硝酸反應銅與濃硝酸反應常用排水法常用向上排空氣法2NO2N2O4導致光化學煙霧和酸雨，破壞臭氧層有毒有毒小結(jié)1.下列敘述中與氮的固定無關的是(

)A.工業(yè)合成氨B.工業(yè)上將氨轉(zhuǎn)化成硝酸和其他氮的氧化物C.豆科植物的根瘤菌吸收空氣中的

N2使之轉(zhuǎn)化成植物蛋白質(zhì)D.電閃雷鳴的雨天,N2與O2會發(fā)生反應并最終轉(zhuǎn)化為硝酸鹽被植物吸收解析:氮的固定過程是使游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮,B項,NH3轉(zhuǎn)化為HNO3不符合要求。B2.下列屬于人工固氮的化學反應是(

) A.N2與H2在一定條件下合成NH3 B.NO與O2反應生成NO2 C.NH3被O2氧化成NO和H2O D.由NH3制備化肥NH4HCO3解析:固氮的方式有自然固氮和人工固氮,工業(yè)合成氨為人工固氮,雷雨天氣產(chǎn)生NO氣體屬于自然固氮。另外,豆科植物的根瘤菌能將空氣中的氮氣直接轉(zhuǎn)化為植物體內(nèi)的蛋白質(zhì),也屬于自然固氮。A3.下列有關氮氣的說法正確的是(

)A.氮氣是由氮原子構(gòu)成的雙原子分子,所以化學性質(zhì)不活潑B.醫(yī)學上常用液氮做冷凍劑,在冷凍麻醉條件下做手術,是利用氮氣化學性質(zhì)的不活潑性C.H2與N2在一定條件下反應生成NH3,反應中N2體現(xiàn)氧化性D.電閃雷鳴的雨天,雨水中會含有一定量的硝酸,其中可能發(fā)生的反應有N2+2O22NO2C解析:A項,氮氣性質(zhì)穩(wěn)定的原因是兩個氮原子之間的作用力比較強,破壞這種作用力時需要很高的能量;B項,液氮汽化時需要吸收大量的能量,使周圍環(huán)境溫度降低,與其化學性質(zhì)的不活潑無關;C項,反應的化學方程式為N2+3H22NH3,反應中氮元素化合價降低,氮氣做氧化劑;D項,N2和O2在放電條件下生成NO,不能直接生成NO2。4.下列有關氮氣的敘述中,錯誤的是(

)A.工業(yè)上,氮氣常用作焊接金屬的保護氣B.在雷雨天,空氣中的N2和O2可反應生成NOC.氮氣既可做氧化劑又可做還原劑D.向某容器中充入1molN2可與3molH2完全反應生成2molNH3解析:N2與H2的反應屬于可逆反應,1

mol

N2和3

mol

H2不可能完全反應生成2

mol

NH3,故D項錯誤;因氮氣的化學性質(zhì)很不活潑,常用作焊接金屬的保護氣;N2中的氮元素為0價,處于中間價態(tài),故N2既可做氧化劑,又可做還原劑。D5.運載火箭的推進劑引燃后產(chǎn)生的氣體主要是CO2、H2O、N2、NO,這些氣體均為無色,但在衛(wèi)星發(fā)射現(xiàn)場看到火箭噴出大量紅棕色煙霧。產(chǎn)生紅棕色煙霧的原因是(

)A.高溫下N2遇空氣生成NO2B.NO遇空氣生成NO2C.CO2遇NO反應生成CO和NO2D.NO和H2O反應生成H2和NO2解析:根據(jù)火箭噴出的大量紅棕色煙霧可推知其應是NO2,而高溫下N2與O2不能生成NO2。B例1：在標況下，把一個大量筒裝滿水，倒置于水槽中，先通入10mLNO，然后通入20mLO2，問最后剩余氣體為多少？解：

4NO+3O2+2H2O==4HNO310mLxmL現(xiàn)有氧氣20mL,所以O2過量，應根據(jù)NO的體積計算

剩余氧氣有12.5mL.故x=7.5mL例2：將12mLNO2與O2混合氣體被水充分吸收后，發(fā)現(xiàn)剩余2mL氣體，問原混合氣體體積各為多少？討論：（1）若剩余氣體為O2，則4NO2+O2+2H2O===4HNO3ΔV415

xmL

[過量]

12–2=10mL

V(NO2)0＝x=4×10÷5=8mLV(O2)0＝

(12–8)mL＝

4mL【2mL反應，剩2mL】例2：將12mLNO2與O2混合氣體被水充分吸收后，發(fā)現(xiàn)剩余2mL氣體，問原混合氣體體積各為多少？討論：設V(NO2)0

＝(4x+6)mL解得V(O2)0＝

x＝

1.2mL

V(NO2)0＝

x＝

10.8mL（2）若剩余氣體是NO，則考慮兩組反應3NO2+H2O=2HNO3+NO

2mL6mL4NO2+O2+2H2O=4HNO34x

xV0總=(4x+6)+x=12mL則V(O2)0

＝xmL例3：將40mLNO和NO2的混合氣體跟