5.2.1氮及其化合物

第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第2節(jié)氮及其化合物氮氣與氮的固定一氧化氮和二氧化氮通過視頻你能獲取哪些信息？

氮元素位于元素周期表的第二周期、第VA族。氮氣占空氣體積分數(shù)的78%，氮氣是一種無色無味的氣體，熔點：-210℃，沸點：-196℃，密度：，密度與空氣接近，難溶于水。液氮可做制冷劑，提供高溫超導(dǎo)體的臨界溫度，冷凍、運輸食品，醫(yī)學(xué)上用于冷凍治療皮膚病。常溫下性質(zhì)穩(wěn)定，不支持燃燒，不會與大多數(shù)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。氮氣的物理性質(zhì)及氮元素的存在氮是生物體的重要組成元素，也是維持高等動植物生命活動的必需元素。大氣中含有大量的氮氣，但是不能被多數(shù)生物直接吸收，多數(shù)生物只能吸收含氮元素的化合物。那么，怎樣才能把氮氣轉(zhuǎn)化為植物能吸收的含氮化合物？氮氣的結(jié)構(gòu)氮原子的最外電子層有5個電子，既不容易得到3個電子，也不容易失去5個電子。因此，氮原子一般通過共用電子對與其他原子相互結(jié)合構(gòu)成物質(zhì)。由于氮分子內(nèi)兩個氮原子間以共價三鍵結(jié)合，斷開該化學(xué)鍵需要較多的能量，所以氮氣的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，通常情況下難以與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在高溫、放電等條件下，氮分子獲得了足夠的能量，使氮氮三鍵斷裂，氮氣能夠與鎂、氧氣、氫氣等物質(zhì)發(fā)生化合反應(yīng)氮氣的化學(xué)性質(zhì)氮氣的化學(xué)性質(zhì)N2N2+O2

2NO放電或高溫=========N2+3Mg

Mg3N2點燃====N2+3H2

2NH3高溫、高壓催化劑被氧化被還原氮的固定2．

氮的固定（1）含義：將大氣中_______的氮轉(zhuǎn)化為___________的過程叫做氮的固定。（2）分類：游離態(tài)含氮化合物氮的固定【巧判斷】（1）氮的固定中氮元素一定被氧化。（

）提示：×。人工固氮合成氨反應(yīng)中氮元素被還原。（2）雷雨天含氮物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)都屬于氮的固定。（）提示：×。雷雨天只有反應(yīng)N2+O2

2NO屬于氮的固定。自然界中氮的循環(huán)【情境·思考】某山谷經(jīng)常電閃雷鳴、雷雨交加，但樹木、灌木、草等植被非常茂密，但很少有人敢進入這個山谷。你能解釋該山谷植被茂密的原因嗎？提示：雷雨天時在閃電的作用下，空氣中氮氣與氧氣反應(yīng)生成NO，然后發(fā)生NO→NO2→HNO3，HNO3隨雨水進入土壤，為植被提供了豐富的氮肥。+5+40-3氮元素化合價物質(zhì)的類別氫化物單質(zhì)氧化物酸鹽NH3N2NONO2HNO3NO3-NH3.H2O+2NH4+被氧化被還原堿無色無味氣體密度比空氣略小有毒NO不溶于水NO2紅棕色氣體，有刺激性氣味有毒密度比空氣大易溶于水氮的氧化物NO的化學(xué)性質(zhì)2NO+O2=2NO21.判斷反應(yīng)中的氧化劑和還原劑2.如何判斷NO的存在實驗探究5-5：NO2溶于水實驗NO2的化學(xué)性質(zhì)NO2的化學(xué)性質(zhì)實驗操作在一支50mL的注射器里充入20mLNO，然后吸入5mL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10mL空氣后夾上彈簧夾，觀察現(xiàn)象，然后再振蕩注射器現(xiàn)象____________________________，振蕩后___________無明顯現(xiàn)象無色氣體變紅棕色紅棕色變?yōu)闊o色實驗裝置

2．化學(xué)性質(zhì)（1）實驗探究：NO2的化學(xué)性質(zhì)（2）結(jié)論：在一定條件下，NO與NO2可以相互轉(zhuǎn)化，反應(yīng)的化學(xué)方程式為①NO→NO2：___________________；②NO2→NO：__________________________（工業(yè)制取硝酸）。2NO+O2====2NO23NO2+H2O====2HNO3+NONO2的化學(xué)性質(zhì)【微思考】（1）NO和NO2分別采用什么方法收集？說明原因。提示：常溫下NO能與O2反應(yīng)，只能用排水法收集；NO2能與水反應(yīng)生成NO，故只能用排空氣法收集。（2）NO2轉(zhuǎn)化為NO的變化中，NO2只能作氧化劑嗎？提示：NO2與水反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NO的同時生成HNO3，NO2既作氧化劑又作還原劑。NONO2水溶性不溶易溶且與水反應(yīng)與O2反應(yīng)2NO+O2==2NO2

與H2O反應(yīng)3NO2+H2O====2HNO3+NONONO2色、態(tài)、味、毒性無色、無味紅棕色、刺激性氣味有毒氣體知識點氮的氧化物的性質(zhì)及有關(guān)計算【重點釋疑】1．NO和NO2性質(zhì)的對比NONO2與O2、H2O共同反應(yīng)4NO+3O2+2H2O====4HNO3

4NO2+O2+2H2O====4HNO3

氧化性6NO+4NH35N2+6H2O6NO2+8NH37N2+12H2O，NO2+SO2====SO3+NO，NO2能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍催化劑=====催化劑=====2．氮的氧化物溶于水的計算（1）原理解答氮的氧化物溶于水的計算問題首先明確原理，無論是單一氣體（NO2），還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體，反應(yīng)的實質(zhì)是3NO2+H2O====2HNO3+NO，2NO+O2

====2NO2，故若有氣體剩余只能是NO或O2，不能是NO2。（2）方法——加合式法①NO2和O2混合氣體溶于水的計算由4NO2+O2+2H2O====4HNO3可知：②NO與O2同時通入水中2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO總的化學(xué)方程式為4NO+3O2+2H2O====4HNO3可知：③NO2、NO、O2三種混合氣體通入水中：a．可先將NO和O2轉(zhuǎn)化為NO2，再按上述各種情況分別處理。b．也可先將NO2和H2O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NO，再按4NO+3O2+2H2O====4HNO3情況處理。【知識拓展】氮的氧化物溶于水的計算的其他方法（1）原子守恒法4NO2+O2和4NO+3O2從組成上均相當(dāng)于2N2O5的組成，都與N2O5+H2O====2HNO3等效。當(dāng)NO、NO2、O2的混合氣體溶于水時利用混合氣體中N、O原子個數(shù)比進行分析判斷。（2）電子守恒法NO與O2的混合氣體通入水中發(fā)生反應(yīng)：2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO，在這當(dāng)中，存在著NO向NO2轉(zhuǎn)化、NO2向HNO3轉(zhuǎn)化的同時又生成NO的循環(huán)反應(yīng)。但總體來講，NO→HNO3，N的化合價升高是由于被O2氧化，因此可寫出在氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)必然相等。光化學(xué)煙霧氮的氧化物對環(huán)境污染NOx在紫外線作用下，與碳氫化合物發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的一種有毒的煙霧氮的氧化物對環(huán)境污染硝酸型酸雨NOx排入大氣中，與水反應(yīng)生成HNO3和HNO2，隨雨雪降到地面臭氧層空洞NO2可使平流層中的臭氧減少，導(dǎo)致地面紫外線輻射量增加氮的氧化物對環(huán)境污染【課堂回眸】【思考·討論】

（1）要使充滿NO2和O2混合氣體的試管倒扣水槽中，讓水充滿試管，必須按什么樣的體積比混合？

提示：由3NO2+H2O====2HNO3+NO和2NO+O2====2NO2得4NO2+O2+2H2O====4HNO3，即當(dāng)NO2和O2的體積比為4∶1時可完全溶于水。提示：①若剩余的是NO，由反應(yīng)3NO2+H2O====2HNO3+NO，得NO2體積為2mL×3=6mL。則原有O2體積為（10mL-6mL）×=0．8mL。②若剩余的是O2，則有10mL-2mL=8mLNO2和O2的混合氣體按反應(yīng)4NO2+O2+2H2O====4HNO3進行。所以NO2的體積為8mL×=6.4mL，O2體積為10mL-6.4mL=3.6mL。

（2）將10mL充滿NO2和O2的混合氣體的試管，倒置在水槽中，反應(yīng)停止后試管內(nèi)剩余2mL的無色氣體，則原混合氣體中O2為多少毫升？【案例示范】【典例1】下列對NO、NO2的描述，不正確的是（）A．NO2是紅棕色氣體，易溶于水，不是酸性氧化物B．NO可以用排水法收集，但不能由N2和O2直接化合而得到C．NO、NO2在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化，且二者都是引起光化學(xué)煙霧的大氣污染物D．NO、NO2都有毒，且NO是汽車尾氣的有害成分之一【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點：（1）

N2和O2直接化合得到NO，不能得到NO2。（2）NO與NO2均不是酸性氧化物?！窘馕觥窟xB。NO2是紅棕色氣體，易溶于水，與水發(fā)生反應(yīng)：3NO2+H2O====2HNO3+NO，由于反應(yīng)前后元素的化合價發(fā)生了變化，因此NO2不是酸性氧化物，A正確；NO不溶于水，可以用排水法收集，由于N2性質(zhì)穩(wěn)定，室溫下不容易反應(yīng)，但在放電時可由N2和O2直接化合而得到，B錯誤；NO與氧氣發(fā)生反應(yīng)會產(chǎn)生NO2；NO2溶于水反應(yīng)產(chǎn)生硝酸和NO，因此二者在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化，且二者都是引起光化學(xué)煙霧的大氣污染物，C正確；NO、NO2都有毒，且在汽車發(fā)動時，在電火花作用下N2和O2化合產(chǎn)生NO，NO是汽車尾氣的有害成分之一，D正確。【易錯提醒】（1）NO不能和堿反應(yīng)，是不成鹽化合物；NO2和堿反應(yīng)化合價發(fā)生了變化，所以二者均不是酸性氧化物。（2）N2和O2反應(yīng)，不管量和條件如何變化，均只能生成NO?！窘馕觥窟xC。設(shè)1molNO和NO2的混合氣體中有amolNO和（1-a）

molNO2，根據(jù)4NO+3O2+2H2O====4HNO3和4NO2+O2+2H2O====4HNO3可得：

所以a，V（NO）∶V（NO2）=3∶7。【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點：（1）NO2與O2混合物完全溶于水的比值為4∶1。（2）NO與O2混合物完全溶于水的比值為4∶3?！镜淅?】（2019·鄭州高一檢測）將盛有1molNO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中，再通入0.4molO2，充分反應(yīng)后，整個試管充滿水。則原混合氣體中NO與NO2體積比為 （

）A．1∶2

B．2∶5

C．3∶7

D．無法確定【母題追問】（1）1molNO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中剩余氣體0.4mol，則NO與NO2體積比為多少？（2）1molNO和NO2混合氣體中兩者體積之比為1∶1，試管倒立于盛滿水的水槽中，為使整個試管充滿水，需通入多少O2？

提示：。通入的氧氣的物質(zhì)的量為×0.5mol+mol=0.5mol?！具w移·應(yīng)用】1．科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)SARS病毒的全部基因組組分都可以在蝙蝠的糞便里找到，且SARS樣冠狀病毒基因內(nèi)部多個位點頻繁重組。病毒學(xué)研究證實，一氧化氮對SARS病毒有直接抑制作用。下列關(guān)于一氧化氮的敘述正確的是（）A．一氧化氮是一種紅棕色的氣體B．常溫常壓下，一氧化氮不能與空氣中的氧氣直接化合C．一氧化氮可以由氮氣和氧氣在放電條件下直接化合得到D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集【解析】選C。A項，NO是無色氣體，NO2是紅棕色氣體；B項，NO與O2能直接發(fā)生化合反應(yīng)2NO+O2====2NO2；C項，N2+O22NO；D項，NO不溶于水，可用排水法收集。放電===2．如圖所示，室溫下向盛有3.0mLNO的試管中緩緩?fù)ㄈ?.5mLO2（所有氣體體積均在標準狀況下測定）。試回答下列問題：（1）寫出觀察到的現(xiàn)象：①__________________________；

②__________________________；

③__________________________。

（2）最終試管中剩余的氣體是________，體積為________。

【解析】通入的O2與NO發(fā)生反應(yīng)生成NO2：2NO+O2====2NO2，所以看到有紅棕色氣體生成；生成的NO2溶于水：3NO2+H2O====2HNO3+NO。兩個反應(yīng)的總方程式為4NO+3O2+2H2O====4HNO3。氣體被消耗，所以看到試管內(nèi)液面上升；根據(jù)總反應(yīng)方程式可以計算出，氧氣全部反應(yīng)，剩余NO的體積是1.0mL，NO為無色氣體，這是可觀察到的第三個現(xiàn)象。答案：（1）①通入O2后試管內(nèi)氣體變?yōu)榧t棕色②試管內(nèi)液面升高③最后試管內(nèi)剩余一種無色氣體（2）NO

1.0mL【補償訓(xùn)練】將盛有N2和NO2混合氣體的試管倒立于水中，經(jīng)過足夠長的時間后，試管內(nèi)氣體的體積縮小為原來的一半，則原混合氣體中N2和NO2的體積比是（）A．1∶1

B．1∶2

C．1∶3

D．3∶1【解析】選C。將試管倒立于水中，只有NO2和H2O反應(yīng)，生成的NO與不反應(yīng)的N2為剩余氣體。設(shè)原氣體的體積為V，NO2的體積為x，根據(jù)差量法求解：3NO2+H2O====2HNO3+NO

ΔV減3

1

2x

解得：x=V（N