第1课时 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮

第二节氮及其化合物第1课时氮气与氮的固定一氧化氮和二氧化氮学业要求核心素养对接1•能列举、描述、辨识氮气、一氧化氮、二氧化氮的重要物理性质、化学性质及实验现象。2.能进行NO、N02、O2溶于水的简单计算。通过NO、NO2、O2溶于水的简单计算的学习培养学生证据推理与模型认知水平。通过氮的循环的学习，让学生理解变化观念与平衡思想。基础*自主学习预邑基础知识［知识梳理］知识点一氮气和氮的固定人气中的汕;拥1些细前人气中的汕;拥1些细前竊饕船J上壤中的歳生物粗壷化肥结合上图氮的循环，完成下列知识点：1．自然界中氮的循环(1)自然界：豆科植物根部的根瘤菌，把氮气转变为硝酸盐等含氮的化合物。在放电条件下，空气中N2与氧气化合为氮的氧化物，并随降雨进入水体和土壤中。微生物分解动植物中的蛋白质生成小分子的含氮化合物，回到水体和土壤中。(2)人类活动：

将空气中n2合成氨，再进一步转化为其他含氮化合物，进入水体和土壤中。化石燃料燃烧、森林和农作物的枝叶燃烧所产生的氮氧化物通过大气进入陆地和海洋。氮气的物理性质颜色密度气味溶解性无比空气小无难溶于水3•氮气的化学性质占燃N2与Mg反应：N2+3Mg=====Mg3N2⑵N2与02反应：N2+02放^==或==温2NO⑶N2与H2的反应：N2+3H2高|、高压2NH34.氮的固定(1)概念：使空气中游离态的氮转化为含氮化合物。⑵分类：高能固氮一占10%f高能固氮一占10%自然固氮］牛〔高能固氮一占10%f高能固氮一占10%自然固氮］牛〔生物固氮一占90%f合成氨人工固氮］圧〔仿生固氮知识点二一氧化氮和二氧化氮自然固氮氮的固定生物固氮一占90%人工固氮合成氨仿生固氮知识点二一氧化氮和二氧化氮如图是一氧化氮浓度检测仪，为什么要检测一氧化氮的浓度，一氧化氮有什么样的性质？二氧化氮呢？请完成下列知识点:不同价态的氮的氧化物氧化物NONON2O3NO2N2O4N2O5对应氮的化合价+1+2+3+4+4+5n2o俗称笑气，具有麻醉作用2.NO和NO2(1)物理性质NONO2颜色无色红棕色状态气态气态气味无味刺激性气味毒性有毒有毒水溶性难溶易溶(2)相互转化NO-NO?：2NO+O2==2NqNO接触空气就会变红棕色NO2—NO：3NO2+H2O==2HNC3+NO。2NO2N2O4存在NO2时就存在N2O4微判断⑴空气中N2的体积分数约为78%()N2在高温条件与O2发生燃烧生成NO()NO在空气中易转化为红棕色NO2()NO2与H2O的反应，NO2只作氧化剂()答案⑴V⑵X⑶V⑷X微训练1.下列关于n2的说法错误的是()通常情况下N2性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气反应n2+o2=S=I=>no是汽车尾气造成污染的主要原因之一4n2的质量约占空气总质量的5占燃D.在反应3Mg+N2=='===Mg3N2中，N2作氧化剂4解析N2在空气中的体积含量约为5,C项错误。答案c下列关于一氧化氮的叙述正确的是()一氧化氮是一种红棕色的气体常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到—氧化氮易溶于水，只能用向上排空气法收集解析NO是无色气体，不溶于水，可由N2与02直接化合而得到，且易与空气中的氧气直接反应而生成NO2，故只有C项符合题意。答案C关于二氧化硫和二氧化氮叙述正确的是()两种气体都是无色有毒的气体，且都可用水吸收以消除对空气的污染二氧化硫与过量的二氧化氮混合后通入水中能得到两种常用的强酸两种气体都具有强氧化性，因此都能够使品红溶液褪色两种气体溶于水都可以与水反应，且只生成相应的酸解析二氧化氮跟水反应，生成硝酸和一氧化氮，二氧化硫溶于水生成亚硫酸，硝酸氧化亚硫酸生成硫酸。二氧化硫的漂白原理不是利用强氧化性，二氧化硫也不具有强氧化性。答案B宇宙飞船的运载火箭的推进器引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体，从火箭尾部喷出。引燃后的高温气体成分有co2、h2o、n2、NO等，这些气体均无色，但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量的红色物质，产生红色的原因是()高温下N2遇空气生成NO2NO与空气反应生成NO2CO2遇NO反应生成NO2NO遇H2O反应生成NO2解析根据原高温气体均为无色，但现场却能看到红色可推知，是因为发生反应：2NO＋O2===2NO2。答案B微思考自然界中的氮循环涉及氮气及氮的许多化合物，请指出它们的物质类别和其中氮元素的化合价？汕放电N()」-XHT.NOr氨基酸蛋白质►A_:'二二NH；.NO；,NH-3+5-3核心•互动探究突硬杨也住务学习任务1氮的氧化物溶于水的计算资料：氮氧化物(NO)种类很多，造成大气污染的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，因此环境学中的氮氧化物一般就指这二者的总称。防治途径一是排烟脱氮，二是控制NO的产生。其中排烟脱氮分为干法和湿法两类湿法：有直接吸收法、氧化吸收法、氧化还原吸收法、液相吸收还原法和络合吸收法等。直接吸收法：水吸收、硝酸吸收、碱性溶液(氢氧化钠、碳酸钠、氨水等碱性液体)吸收，浓硫酸吸收等多种方法。氧化吸收法：在氧化剂和催化剂作用下，将NO氧化成溶解度高的NO2等，然后用水或碱液吸收脱氮的方法，在湿法排烟脱氮工艺中应用较多。芟流港论»请结合上述资料：(1)写出氧化吸收法所涉及到的化学方程式。提示2NO＋O2===2NO23NO2＋H2O===2HNO3＋NO(2)NO中充入O2、H2O能否被充分吸收？提示可以4NO＋3O2＋2H2O===4HNO33NO3NO2＋H2O===2HNO3＋NOAV名聊归纳卫氮的氧化物溶于水的计算规律1．相关反应原理3NO2+H20==2HNO3+NO①2NO+O2===2Nq②由方程式①X2+②得:4NO2+O2+2H2O===4HNO3由方程式①X2+②X3得:4NO+3O2+2H2O===4HNO32．氮的氧化物溶于水的三种类型：(1)NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①，剩余气体为NO。(2)NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及关系式③,V(no2)4OVxVj44x_V(o2)x_1反应情况O2过量并剩余恰好元全反应no2过量又发生反应①，剩余NO(3)NO和O2的混合气体：NO和O2的混合气体溶于水时涉及关系式④:V(NO)40<x<34x=34x>3x_V(o2)反应情况O2过量并剩余恰好元全反应NO过量并剩余当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子，若上述两种气体与O2混合通入水中时，O2得电子，且得失电子数必须相等，这是电子守恒法解答此类题目的依据【例题】将40mLNO2和NO的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的试管里,充分反应后试管中剩余20mL气体，则原混合气体中NO2和NO的体积比为()B.1：1D.1：1AB.1：1D.1：1C.3：1解析

3mL3mL1mL2mLV(NO2)(40mL－20mL)3mLV(NO2)2mL=40mL—2omL'解得…。尸30mL所以原混合气体中V(NO)=40mL—30mL=10mL,因此V(NO2):V(NO)=30mL:10mL=3:1。答案C变式训练在一定条件下，将6体积的N02(不考虑N2O4)和一定体积的NO置于试管中，并将试管倒置于水中，当通入4.5体积的02充分反应后，剩余1.5体积气体，则原NO体积可能为(双选)()①3体积②4体积③5体积④5.5体积⑤2体积③B.⑤C.④D.②或①解析本题的关键在于理解剩余的1.5体积气体,可能是一氧化氮,也有可能是氧气。若是一氧化氮,则氧气全部反应,二氧化氮完全反应用掉了1.5体积氧气,剩余3体积应该被一氧化氮消耗，所以一氧化氮体积为4体积+1.5体积=5.5体积；若剩余的为氧气,则这过程中一氧化氮消耗的氧气为1.5体积,所以一氧化氮的体积是2体积。答案BC学习任务2（核心素养）N0、NO2性质的其它应用―、知识要点NO的收集方法：排水法NO2向NO的转化：通入水中3.有关2NO2N2O4的考察NO的检验：通入O2变红棕色无色气体遇空气变红棕色NO2检验：通入H2O中变为无色气体二、核心素养NO、NO2的收集n培养学生的科学精神与创新意识NO、NO2的检验n提升学生的客观辨识与证据推理素养【素养解题】［典例示范］某研究小组借助如图仪器装置收集NO气体，正确的操作是（）从①口进气，用排水法集气从①口进气，用排气法集气从②口进气，用排水法集气从②口进气，用排气法集气［气体收集解题思维模型］明析气体性质2NO+O2===2NO2NO难溶于水明确收集方法不能用排气法用排水法收集“万能瓶”的用途洗气瓶：A进B出，如用饱和NaHCO3溶液除去CO2气体中的HCl气体。贮气瓶：广口瓶中盛满液体，B进A出，如Cl2可用排饱和食盐水贮存。③集气瓶：若A进B出，可收集密度比空气大的气体，如CO2；若B进A出，可收集密度比空气小的气体，如h2。④安全瓶：在气体的制取与性质验证实验中连接该装置(瓶中不盛放任何物质)，可有效地防止倒吸，起到安全瓶的作用(此时广口瓶中A管长度同B管)。答案C三、对点训练1．关于氮气的性质说法中，错误的是()氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在通常情况下，氮气性质很不活泼可在氧气中燃烧生成一氧化氮大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环解析通常情况下氮气的性质很不活泼，在放电或高温条件下，能跟氧气反应。答案C2．氮气能大量存在于空气中的根本原因是()氮气性质稳定，即使在高温下也不与其他物质发生反应氮气比空气轻且不溶于水氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定氮气既无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应解析n2性质稳定，但高温下可与02等物质发生反应，在反应中表现出氧化性或还原性；氮气比空气轻且不溶于水并不是n2能大量存在于空气中的根本原因；N2能大量存在于空气中的根本原因是氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定。答案C下列各项属于自然固氮的是()植物从土壤中吸收含氮肥料合成氨制取氮肥豆科植物的根瘤将氮气转变成硝酸盐等含氮的化合物仿生固氮解析A、B两项是化合态氮之间的转化，不属于氮的固定；C属于自然固氮，D属于人工固氮。

4．答案4．对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是（双选）（氧化剂与还原剂的质量比为1：2氧化产物与还原产物的物质的量之比为1：2NO2是氧化剂，H2O是还原剂在反应中若有6molNO2参与反应时，有4mol电子发生转移答案AD5.按图进行实验。试管中装有125.按图进行实验。试管中装有12mLNO,然后间歇而又缓慢地通入8mL02,⑥试管内气体是NOTOC\o"1-5"\h\z其中正确的是（）①③B.②④⑤②④⑥D.②③⑤4解析根据4NO+3O2+2H2O==4HNO3可得，剩余气体应为NO,体积为3mL,试管内液面上升。答案C

［学考练］1．下列关于氮气的说法中，错误的是()通常情况下，氮气性质比较稳定氮气可经一步反应转化成二氧化氮通常情况下，氮气在水中的溶解度很小跟氢气在一定条件下发生反应时，氮气是氧化剂解析n2解析n2不能一步转化为no2,n2+o2放电或高温2NO，2NO＋O2===2NO2。答案B2．下列关于自然界中氮循环(如下图)的说法不正确的是2．下列关于自然界中氮循环(如下图)的说法不正确的是()制造蛋白质科作用卜、［抽気唧遇动物卅泄愉I褫勺血氮彳卡用及遗体植物遗体分.I豆科怛物申根删II警谢.?丿A.氮元素均被氧化工业合成氨属于人工固氮含氮无机物和含氮有机物可相互转化碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环解析A项，人工固氮合成氨反应中，氮元素的化合价降低被还原，错误；B项，工业合成氨属于人工固氮，正确；C项，硝酸盐转化为蛋白质及经动物消化使蛋白质转化为氨气和铵盐,实现了含氮无机物和含氮有机物的相互转化；并且碳、氢、氧三种元素也参加了氮的循环，C、D正确。答案A3.下列反应属于氮的固定的是()①n2和h2在一定条件下合成nh3②N02和H2O反应生成HNO3和NO③Mg在N2中燃烧生成Mg3N2④NO被空气氧化为NO2TOC\o"1-5"\h\zA.①②B.②③C.①③D.①④解析氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮答案C4.为除去混入NO中的少量NO2，应将气体通过()A.Na2CO3溶液B.NaHCO3溶液C.H2OD.浓硫酸解析通过A、B两项都会生成CO2，导致引入新的杂质；浓H2SO4不与NO2反应，故不能除去NO中的NO2；由反应：3NO2+H2反应，故不能除去NO中的NO2；洗可除去NO中的NO2。答案C5.下列关于NO的说法正确的是()NO是酸性氧化物NO只能通过人工合成NO是大气污染，会形成酸雨NO可以用向上排空气法收集答案C把少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，最后收集到的气体是()A.氧气B.二氧化氮C.二氧化氮和氧气D.二氧化氮和一氧化氮解析少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，逸出的气体是NO、CO2,二者物质的量比为1：2，同时还有少量水蒸气逸出，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，CO2与过氧化钠反应生成的O2与NO反应生成NO2,o2有剩余，同时逸出的少量水蒸气与过氧化钠反应生成O2,所以最后收集到的气体是no2和o2。答案C如图所示，试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物)，当倒扣在盛有水的

水槽中时，试管内液面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中液面继续上升，经过多次重复后，试管内完全充满液体，原来试管中盛装的气体是(双选)水槽中时，试管内液面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中液面继续上升，经过多次重复后，试管内完全充满液体，原来试管中盛装的气体是(双选)()可能是N2和N02的混合气体—定是N02气体可能是NO与NO2的混合气体可能是NO2—种气体解析试管内气体为红棕色，故一定含有NO2，也可能含有NO,因为2NO+o2与水反应的总反O2==2NC2，生成的NO2又可与水反应，使液面上升，noo2与水反应的总反应的化学方程式为4NO2+O2+2H2O==4HNO3，故当试管内气体为NO2或NO2与NO的混合物时，通入适量O2,最终试管内可完全充满液体。由于N2不溶于水，故不可能含有N2。由此可知答案为CD。答案CD无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种，将一定量的甲气体经过下图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为()气体气体A．NO2、N2A．NO2、N2C．NO2、CO2解析D．NO、CO2、N2解析混合气体无色，气体中不含NO2,气体通过Na2O2后显红棕色，说明原混合气体中含有NO,且有与Na2O2反应生成O2的气体CO2，通入水中，溶液呈酸性，且几乎无气体剩余，说明原气体中不含n2。答案B9.现有NO2、O2的混合气体12mL,通入足量水中，充分反应后剩余气体2mL(同原剂的物质的量之比为原剂的物质的量之比为温同压下），则原混合气体中氧气的体积是（双选）（）B．2.4mLAB．2.4mLC．3mLDC．3mL解析（总反应式法）根据有关的反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO33NO2＋H2O===2HNO3＋NO设原混合气体中o2的体积为V（o2）,剩余气体可能是o2，也可能是NO。①若剩余O2，贝寸V剩=V（O2）-1[12mL—V（O2）]=2mL。解得V(O2)=4mL。②若剩余NO,贝寸V=f[12mL—V(O2)—4V(OJ]=2mL。剩322解得V(O2)=1.2mL。答案AD10．同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中,充分反应后，试管中剩余气体体积分别为V]、V2、V3,则下列关系正确的是（）BV1>V3>V2ABV1>V3>V2C．V2>V3>V1>D．V3>V1>V2解析可假设试管体积均为2V,每种气体的体积均为V；当倒置于水槽中时：4①中有反应：3NO2+H2O==2HNC3+NO,则剩余气体的体积v1=^v；②中有3反应：4NO2+O2+2H2O===4HNO3，则剩余O2的体积匕=4«；③中气体与水不反应，故试管中气体体积V3=2V。综上所述，V3>V]>V2。答案D11．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，（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：2NO2＋2NO＋4NaOH===4NaNO2＋2H2O①，2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O②，在反应①中，氧化剂是，还原剂是在反应①中，氧化剂是，还原剂是。在反应②中，氧化剂和还汽车尾气中含有CO和NO,消除这两种物质对大气的污染的方法是安装催化转化器，使它们发生反应生成对大气无污染的气体，该反应的化学方程式为解析(1)在反应①中no2中的氮元素化合价降低做氧化剂，NO氮元素化合价升高做还原剂；在反应②中氧化剂和还原剂都是no2,它们的物质的量之比为1：1。根据质量守恒定律结合题目信息可知，一氧化氮与一氧化碳反应后生成的对大气无污染的物质应为氮气和二氧化碳。答案(1)NO2NO1:1(2)2NO+2CO催化剂N2+2CO212•为了有效实现NO和NO2的相互转化，设计如下实验：按图组装好实验装置，并检验装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。(1)打开止水夹，推动针筒活塞，使o2进入烧瓶。关闭止水夹，首先观察到烧瓶中的现象：产生此现象的化学方程式为(2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为①；②产生此现象的化学方程式为答案(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色2NO+O2===2NO2(2)①烧杯中红棕色气体又变为无色②烧杯中水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升)3NO2+H2O===2HNO3+NO[能力练]13.如图所示：在B水槽中装有500mL水，容积为amL的试管A充满了N02和NO的混合气体(标准状况)，将试管A倒插入B水槽的水中。充分反应后，试管A中剩余气体的体积为0.5amL。(1)将A倒插入B槽中发生的反应为该反应中氧化剂与还原剂的质量比为，原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为。通过导气管C向剩余0.5amL气体的试管A中持续通入氧气，A中可能观察到的现象是。当试管A中充满气体时停止通入氧气，然后将试管取出水槽，水槽B中溶液的物质的量浓度为mol・L-1(设溶液的体积仍为500mL)。解析⑴试管A倒插入B水槽的水中后，发生反应：3NO2+H2O==2HNO3+NO,氧化剂与还原剂均为NO2，质量比为1：2。根据题意有|n(NO2)+n(NO)=|[n(NO2)+n(NO)],n(NO2):n(NO)=3:1；(2)试管A中剩余0.5amL气体为NO,通入氧气后，发生反应2NO+O2===2NO2，3NO2+H2O===2HNC3+NO,可写为4NO+3O2+2H2O===4HNO3，无色气体变为红棕色气体，试管中液面不断上升至全充满，继续通入氧气后，试管中液面下降，最后充满无色气体(02)。试管中充满气体时，根据氮原子守恒，n(HNO3)=n(气体)=缶^10-3mol，a■X10-3mol—2厶4a一c(HNO3)=03T=1T2