高中化學(xué)同步講義（必修二）第04講 5.4氮?dú)夂偷趸铮▽W(xué)生版）

第二節(jié)氮及其化合物第1課時(shí)氮?dú)夂偷趸?．了解氮的固定和自然界中氮的循環(huán)。2．了解氮?dú)獾闹饕瘜W(xué)性質(zhì)。3．認(rèn)識(shí)氮氧化物的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化。一、氮?dú)馀c氮的固定1．氮元素的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(1)氮元素的原子結(jié)構(gòu)氮元素位于元素周期表的第_____周期第______族，氮原子最外層有_____個(gè)電子，既不容易得到_____個(gè)電子，也不容易失去_____個(gè)電子。氮原子一般通過(guò)_______________與其他原子相互結(jié)合構(gòu)成物質(zhì)。(2)氮元素在自然界中的存在①游離態(tài)：主要以_________的形式存在于空氣中，約占78%（體積分?jǐn)?shù)）。②化合態(tài)：存在于動(dòng)植物體內(nèi)的_________中，土壤、海洋的_________鹽和_________鹽中。2．氮?dú)獾男再|(zhì)(1)物理性質(zhì)通常情況下，氮?dú)馐莀________、_________的氣體，密度比空氣的_________，_________溶于水。(2)化學(xué)性質(zhì)氮分子內(nèi)兩個(gè)氮原子間以__________________結(jié)合，斷開(kāi)該化學(xué)鍵需要_________的能量，所以氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)很_________，通常情況下_________與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但在_________、_________等條件下，氮?dú)庖部梢耘c鎂、氧氣、氫氣等物質(zhì)發(fā)生化合反應(yīng)。寫出氮?dú)馀c下列物質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式。①金屬鎂：____________________________________，氮?dú)獗憩F(xiàn)_________性；②氫氣：____________________________________，氮?dú)獗憩F(xiàn)_________性；③氧氣：____________________________________，氮?dú)獗憩F(xiàn)_________性。(3)用途①氮?dú)獬Ｓ米鞅Ｗo(hù)氣，如焊接金屬、填充燈泡、保存食品等。②氮?dú)馐呛铣砂?、制硝酸的重要原料。③液氮可用作制冷劑，?yīng)用于醫(yī)學(xué)、科技等領(lǐng)域。3．氮的固定(1)含義：將大氣中_________的氮轉(zhuǎn)化為_(kāi)____________的過(guò)程。(2)分類：①自然固氮：大自然通過(guò)_________釋放能量將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為含氮的化合物（高能固氮），或者通過(guò)豆科植物的_________將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氨（生物固氮）。②人工固氮：工業(yè)合成氨。二、一氧化氮和二氧化氮1．一氧化氮、二氧化氮的物理性質(zhì)氧化物顏色狀態(tài)氣味水溶性NO氣態(tài)NO2氣態(tài)2．一氧化氮、二氧化氮的相互轉(zhuǎn)化操作一：在一支50mL的注射器里充入20mLNO，觀察顏色，然后吸入5mL水，用乳膠管和彈簧夾封住管口，振蕩注射器?，F(xiàn)象：一氧化氮為無(wú)色氣體，注射器內(nèi)無(wú)明顯變化。結(jié)論：___________________________操作二：打開(kāi)彈簧夾，快速吸入10mL空氣，夾上彈簧夾?，F(xiàn)象：___________________________。結(jié)論：___________________________。操作三：振蕩注射器現(xiàn)象：____________________________________。結(jié)論：____________________________________。寫出下列轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程式：(1)NO→NO2：___________________________。(2)NO2→NO：___________________________，該反應(yīng)中NO2既表現(xiàn)________性，又表現(xiàn)_______性。?問(wèn)題一氮?dú)獾男再|(zhì)和氮的固定【典例1】氮在自然界中的循環(huán)如下圖所示。(1)過(guò)程①稱為_(kāi)_______，寫出合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式：_____________________________，該反應(yīng)中氮?dú)怙@__________(填“氧化”或“還原”，下同)性。(2)過(guò)程②中能通過(guò)______的作用將空氣中的氮?dú)夤潭ㄏ聛?lái)，寫出③中固氮反應(yīng)的化學(xué)方程式：___________________________________，該反應(yīng)中氮?dú)怙@________性。(3)過(guò)程④中的亞硝酸鹽有毒，工業(yè)上若直接排放將造成對(duì)環(huán)境的污染。已知NaNO2遇到還原性較強(qiáng)的NHeq\o\al(＋,4)會(huì)被還原為N2，在廢液中加入下列物質(zhì)不能使NaNO2無(wú)害化排放的是______(填字母)。a．H2O2b．NH4Clc．KNO3d．NaOH【歸納小結(jié)】(1)氮的固定必須為將游離態(tài)的N2轉(zhuǎn)化為化合態(tài)含氮物質(zhì)的過(guò)程，為氧化還原反應(yīng)。(2)氮?dú)庑再|(zhì)的“一惰性、兩反應(yīng)”。氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，通常狀況下，很難與其他物質(zhì)反應(yīng)，但是在一定條件下，也能與氫氣、氧氣等反應(yīng)。(3)氮元素是多價(jià)態(tài)元素，氮?dú)庵械爻?價(jià)，處于中間價(jià)態(tài)，故氮?dú)饧扔醒趸?與H2等反應(yīng))，又有還原性(與O2等反應(yīng))?！咀兪骄?-1】氮元素在海洋中的循環(huán)，是整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。海洋中無(wú)機(jī)氮的循環(huán)過(guò)程可用如圖表示。下列關(guān)于海洋氮循環(huán)的說(shuō)法正確的是()A．海洋中的氮循環(huán)起始于氮的氧化B．海洋中的氮循環(huán)屬于固氮作用的是③C．海洋中的反硝化作用一定有氧氣的參與D．向海洋排放含NOeq\o\al(－,3)的廢水，會(huì)影響海洋中NHeq\o\al(＋,4)的含量【變式練1-2】下列關(guān)于氮?dú)獾恼f(shuō)法中，正確的是()A．通常情況下，氮?dú)庑再|(zhì)比較穩(wěn)定B．可在氧氣中燃燒，生成一氧化氮C．1molN2與3molH2完全反應(yīng)生成2molNH3D．氮元素是活潑的非金屬元素，氮?dú)庠诨瘜W(xué)反應(yīng)中只能作氧化劑?問(wèn)題二氮氧化物的性質(zhì)【典例2】俗話說(shuō)“雷雨發(fā)莊稼”，試說(shuō)出其中的原理，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式?！練w納小結(jié)】(1)NO易與O2反應(yīng)、不溶于水、不與水反應(yīng)，因此收集NO用排水法，不可用排空氣法。NO2易與水反應(yīng)，但很難被O2氧化，因此收集NO2用向上排空氣法，不可用排水法。(2)NO2和N2O4是兩種不同的氧化物，通常情況下，NO2能進(jìn)行自身二聚：2NO2(紅棕色)N2O4(無(wú)色)，故NO2中總混有N2O4?！咀兪骄?-1】最新病毒學(xué)研究證實(shí)，一氧化氮對(duì)SARS病毒有直接的抑制作用。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．一氧化氮可由氮?dú)夂脱鯕庠诜烹姉l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【變式練2-2】下列有關(guān)NO2的說(shuō)法中正確的是()A．NO2能與水反應(yīng)生成硝酸，在反應(yīng)中NO2只是還原劑B．除去O2中混有的NO2，可將混合氣體通過(guò)水，將NO2溶解D．在NO2與水的反應(yīng)中氧化劑與還原劑的質(zhì)量之比為1∶2?問(wèn)題三氮氧化物溶于水的計(jì)算【典例3】工業(yè)生產(chǎn)硝酸時(shí)，由于NO2與H2O反應(yīng)會(huì)生成HNO3和NO，NO又可與O2反應(yīng)生成NO2，因此通入適量的氧氣可使NO或NO2恰好完全溶于水。(1)試根據(jù)反應(yīng)①3NO2＋H2O=2HNO3＋NO②2NO＋O2=2NO2推出NO2與O2的混合氣體、NO與O2的混合氣體被水完全吸收轉(zhuǎn)化為HNO3的化學(xué)方程式：__________________________________、_________________________________。(2)將一支充有12mLNO2氣體的試管倒置于水槽中，充分反應(yīng)。①下列圖示正確的是________(填字母)。②若水不能充滿試管，需再向試管中緩緩充入O2，現(xiàn)象為_(kāi)__________________________________，最終充入________mL氧氣，才能使水全部充滿?！練w納小結(jié)】(1)NO2溶于水或NO2(混有NO)通入水，由3NO2＋H2O=2HNO3＋NO可知：剩余氣體是NO，氣體減少的體積是NO2體積的eq\f(2,3)。(2)NO和O2通入水中由4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3可知：V(NO)∶V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝4∶3恰好完全吸收,<4∶3剩余氣體為O2,>4∶3剩余氣體為NO))(3)NO2和O2混合氣體通入水中由4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3可知：V(NO2)∶V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝4∶1恰好完全吸收,<4∶1剩余氣體為O2,>4∶1剩余氣體為NO))(4)NO、NO2和O2三種氣體通入水中先按3NO2＋H2O=2HNO3＋NO計(jì)算出生成的NO體積，然后加上原來(lái)混合氣體中NO體積，再按2計(jì)算?！咀兪骄?-1】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(gè)試管充滿水。則原混合氣體中NO與NO2體積比為()A．1∶2B．2∶5C．3∶7D．無(wú)法確定【變式練3-2】將裝有50mLNO2、NO混合氣體的量筒倒立在水槽中，反應(yīng)后氣體體積縮小為30mL，則原混合氣體中NO2和NO的體積比是()A．5∶3B．3∶5C．3∶2 D．2∶3【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．下列反應(yīng)中，屬于氮的固定的是()A．由氨制成碳酸氫銨或硫酸銨B．NO2與H2O反應(yīng)生成HNO3C．NO和O2反應(yīng)生成NO2D．N2和H2在一定條件下合成氨2．氮是動(dòng)植物生長(zhǎng)不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如圖所示的氮元素的循環(huán)過(guò)程，下列說(shuō)法不正確的是()A．過(guò)程①“雷電作用”中發(fā)生的反應(yīng)是N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NOB．過(guò)程③“固氮作用”中，氮?dú)獗贿€原C．⑤中涉及的反應(yīng)可能有2NOeq\o\al(－,2)＋O2=2NOeq\o\al(－,3)D．⑥中涉及的反應(yīng)可能有2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋=N2↑＋6H2O3．眾所周知，一氧化氮是一種大氣污染物，是吸煙、汽車尾氣及垃圾燃燒等釋放出的有害氣體，但是這種最常見(jiàn)、最簡(jiǎn)單的氣體小分子在生物體內(nèi)卻是一種重要的信使分子，具有保護(hù)心血管、降低血壓以及提升記憶力的作用。下列關(guān)于NO的說(shuō)法正確的是()A．NO是無(wú)色氣體，易溶于水，是酸性氧化物B．NO在人體內(nèi)可作“信使分子”，能擴(kuò)張血管，提高免疫力等，因此大氣中的NO對(duì)人體無(wú)害C．NO在空氣中可以轉(zhuǎn)為NO2，二者都是大氣污染物D．NO在化學(xué)反應(yīng)中，只能作還原劑，不能作氧化劑4．下列有關(guān)NO2的說(shuō)法正確的是()A．NO2可由N2與O2反應(yīng)直接制備B．NO2有毒，但因其易溶于水且與水反應(yīng)，因此不屬于大氣污染物C．NO2既有氧化性也有還原性D．NO2為紅棕色氣體，因此將NO2通入水中，溶液顯紅棕色5．德國(guó)濾清專家曼胡默爾推出一項(xiàng)新技術(shù)，用于降低污染嚴(yán)重地區(qū)的二氧化氮(NO2)濃度。下列關(guān)于氮的氧化物的說(shuō)法中正確的是()A．氮的氧化物都是酸性氧化物，都是大氣污染物B．氮的氧化物都既有氧化性，又有還原性C．NO2與H2O反應(yīng)生成HNO3，所以NO2是酸性氧化物D．可以用排空氣法收集NO26．在汽車尾氣凈化裝置中，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的過(guò)程如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是()A．該轉(zhuǎn)化過(guò)程中有3種元素的化合價(jià)發(fā)生變化B．NO和O2必須在催化劑表面才能反應(yīng)C．該裝置將有毒的NO和CO轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的CO2和N2D．該催化轉(zhuǎn)化的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NO＋O2＋4COeq\o(=,\s\up7(催化劑))4CO2＋N27．如圖所示，試管中盛裝的氣體呈紅棕色，當(dāng)?shù)箍墼谑⒂兴乃壑袝r(shí)，試管內(nèi)水面上升，但不能充滿試管，當(dāng)向試管內(nèi)鼓入氧氣后，可以觀察到試管中水面繼續(xù)上升，經(jīng)過(guò)多次重復(fù)后，試管被水充滿，對(duì)原試管中盛裝的氣體說(shuō)法正確的是()A．可能是N2與NO2的混合氣體B．可能是N2O氣體C．可能是NO與NO2的混合氣體D．只可能是NO2一種氣體8．在同溫同壓下，將等體積混合而成的四組氣體：①NO2＋O2、②NO2＋NO、③HCl＋N2、④SO2＋O2，分別通入體積相同的試管，并立即倒立于水槽中，如圖所示。待試管內(nèi)液面穩(wěn)定后，剩余氣體的體積依次為V1、V2、V3、V4，則剩余氣體的體積最小的是()A．V1B．V2C．V3D．V49．已知A、B、C為化合物，X為單質(zhì)。其中，A是一種能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體；X為雙原子分子，其原子的最外層電子數(shù)為內(nèi)層的3倍。A、B、C、X之間存在如下轉(zhuǎn)化關(guān)系：eq\x(A)eq\o(――→,\s\up7(X),\s\do5())eq\x(B)eq\o(――→,\s\up7(X),\s\do5())eq\x(C)(1)X的化學(xué)式為_(kāi)___________。(2)B轉(zhuǎn)化為C的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________________，C是一種_______色氣體。(3)工業(yè)上以NH3、空氣、水為原料生產(chǎn)硝酸：①NH3→NO化學(xué)方程式為_(kāi)__________________________________________；②NO→NO2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_____________________________________________。10．某化學(xué)學(xué)習(xí)小組為探究NO2和SO2的反應(yīng)，特進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)(如圖所示)。(1)圖1兩集氣瓶中______(填“上”或“下”)瓶顏色深。(2)圖2中反應(yīng)的現(xiàn)象是_________________________________________________________。(3)圖3中“有紅棕色氣體產(chǎn)生”說(shuō)明SO2和NO2反應(yīng)的產(chǎn)物中有__________，說(shuō)明NO2在該反應(yīng)中表現(xiàn)________性。(4)由圖2和圖3中的現(xiàn)象寫出NO2和SO2反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________________________?！灸芰μ嵘?．實(shí)驗(yàn)室以空氣和鎂為原料制備Mg3N2的裝置如圖所示(夾持和加熱裝置略去)。下列說(shuō)法正確的是()A．裝置A、B中可依次加入濃硫酸、NaOH溶液B．若去掉裝置C，對(duì)產(chǎn)品純度無(wú)影響C．實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先加熱裝置C，通入一段時(shí)間空氣后再加熱裝置DD．裝置E中堿石灰的作用是吸收尾氣2．科學(xué)的假設(shè)與猜想是科學(xué)探究的先導(dǎo)和價(jià)值所在。在下列假設(shè)或猜想引導(dǎo)下的探究肯定沒(méi)有意義的是()A．探究SO2和Na2O2反應(yīng)可能有Na2SO4生成B．探究NO和N2O可能化合生成NO2C．探究NO2可能被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2和NaNO3D．探究向滴有酚酞溶液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞紅色褪去的原因是溶液的酸堿性改變還是HClO的漂白作用3．如圖所示，在注射器里吸入20mLNO(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，然后吸入5mL水。若再吸入30mL空氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況，按O2占空氣總體積eq\f(1,5)計(jì)算)，夾住彈簧夾，讓內(nèi)外大氣壓相同，觀察現(xiàn)象。下列敘述不正確的是()A．可觀察到注射器內(nèi)氣體由無(wú)色變成紅棕色，最后變成無(wú)色B．可觀察到注射器的活塞緩緩向右移動(dòng)C．最終剩余氣體體積約為36mLD．所得硝酸的濃度約為0.07mol·L－1(假設(shè)所得硝酸的體積與吸入水的體積相同)4．氮氧化物會(huì)嚴(yán)重污染大氣，所以實(shí)驗(yàn)室必須對(duì)含有氮氧化物的廢氣進(jìn)行處理。用NaOH溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物，反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：①NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O②2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O(1)在反應(yīng)①中，參加反應(yīng)的氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為_(kāi)_________。(2)下列措施能提高尾氣中NO和NO2去除率的是________(填字母)。A．加快通入尾氣的速率B．采用氣、液逆流的方式吸收尾氣C．吸收尾氣過(guò)程中定期補(bǔ)加適量NaOH溶液(3)吸收后的溶液經(jīng)濃縮、結(jié)晶、過(guò)濾，得到NaNO2晶體，該晶體中的主要雜質(zhì)是__________________(填化學(xué)式，下同)；吸收后排放的尾氣中含量較高的氮氧化物是______________。