氮气和氮的氧化物 【知识精讲精研】 高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第二节氮及其化合物(1)

——N2、NOx高一化学备课组第五章化工生产中的重要非金属元素回顾：N的“位”“构”“性”1位置：2

结构：第二周期VA族3

性质：原子结构示意图+725氮元素非金属性——比氧弱，比碳强硝酸的酸性——比磷酸强最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子一般通过共用电子对与其他原子结合4

自然界存在：【P11】主要以N2的形式存在于空气中动植物体内的蛋白质中土壤、海洋里的硝酸盐\铵盐中一、氮气的结构、性质及用途1.氮气的物理性质颜色气味密度溶解性沸点无色无味1.25g/L比空气稍小难溶于水-196℃液氮可作冷冻剂收集氮气时用排水法不用排空气法一、氮气的结构、性质及用途2.氮气的结构

电子式：

结构式：

预测N2的化学性质：N≡N断开N≡N化学键需要较多的能量，共价键很牢固，氮气化学性质很稳定。氮气可用作保护气一、氮气的结构、性质及用途下列反应体现N2的

氧化性or还原性？即使Mg、Ca、Sr、Ba等活泼金属，只有在加热的情形下才能反应。在高温高压及催化剂条件下，才能和H2反应生成NH3。在放电的情况下才能和O2化合生成NO。3.氮气的化学性质氧化性N2显氧化性N2显还原性N2显-3-3+2一、氮气的结构、性质及用途4.氮气的制备、用途工业上由液态空气分馏来获得氮气实验室：亚硝酸铵（NH4NO2）固体加热归中-3+3用途：冷冻剂、保护气、食品加工助剂、合成氨/硝酸等二、自然界中氮的循环“魔鬼谷“之谜在新疆与青海交界处有一山谷，常常电闪雷鸣，并有大量牲畜死亡，当地牧民称之为“魔鬼谷”，但是这里却牧草茂盛，四季长青。Q:阅读教材第11-12页，分析归纳“自然固氮”、“人工固氮”的概念。二、自然界中氮的循环1.氮的固定概念：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程分类自然固氮高能固氮(雷雨天气N2转化为NO)生物固氮(豆科植物的根瘤菌固氮)人工固氮合成氨(工业合成氨)仿生固氮

(某些有机催化剂可起到类似根瘤菌的作用)二、自然界中氮的循环2.氮的循环N2NO+雨水+矿物质(复分解)铵盐氨氨或铵盐亚硝酸盐硝酸盐+O2+O2+O2NO2硝酸三、氮的氧化物属于酸酐\酸性氧化物的只有——

N2O3

和N2O5

化合价：+1+2+3+4+5N2O（笑气）

NON2O3

NO2、N2O4N2O5无色红棕色、无色N2O俗名笑气，是一种麻醉剂N2O3是亚硝酸(HNO2)的酸酐【不稳定】N2O5是硝酸(HNO3)的酸酐，是一种白色固体＋1＋3＋5三、氮的氧化物——NO和NO21.物理性质物质颜色状态气味毒性水溶性NO_____气体_____有毒___溶于水NO2_______气体_______有毒___溶于水无色无味不红棕色刺激性易三、氮的氧化物——NO和NO2现象:结论:1.观察到NO2为红棕色气体;2.与水反应后，试管中液面上升，小试管内红棕色气体消失；3.紫色石蕊变红。红棕色NO2气体与水发生反应生成硝酸和无色的NO气体；NO难溶于水。1.在一支小试管里装有一定量NO2气体，观察颜色。2.打开橡胶塞，放入盛有水的水槽中一段时间，观察现象。3.取少量溶液，加入紫色石蕊试液，测溶液酸碱性。操作:实验探究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在常温下很容易与O2化合，生成NO2NO2溶于水时生成HNO3和NO，工业上利用这一原理生产HNO32.化学性质+2+4+4+5+2如何收集？4NO2+O2+2H2O＝4HNO3NO2、O2何比例混合通入水，气体完全吸收？“雷雨作用”的固氮过程（雷雨发庄稼）写出转化过程中化学反应方程式。③3NO2+H2O=2HNO3+NO②2NO+O2＝2NO2①“魔鬼谷“之谜解密N2与O2NOO2NO2HNO3硝酸盐矿物质闪电①②③氮肥H2O三、氮的氧化物——NO和NO2①

NO→NO2:_____________________（验证NO的方法）②NO2→NO:________________________（NO2单独通入水）

2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO2.化学性质③

NO2通入碱溶液：______________________________④

等量NO/NO2通入碱溶液:

___________________________________

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

+4+5+3+4差异理解？HNO2不稳定2HNO2=H2O+NO↑+NO2↑+2+3注：NO单独通入碱溶液，并不反应三、氮的氧化物——NO和NO2模型思考？NO2、NO、O2

三者混合通入水，完全吸收时的要求？NO2、NO两者混合通入足量NaOH(aq)，完全吸收时的要求？n(NO)小于等于n(NO2)得失电子守恒：n(O2)=¾n(NO)+¼

n(NO2)三、氮的氧化物——NO和NO23.收集与检验NO难溶于水，易与空气反应

NO2易溶于水，易与水反应检验方法：NO——向气体中通入少量O2或空气，气体由无色变为红棕色，则该气体为NO；NO2——将红棕色气体通入水中，若看到红棕色褪去，而在瓶口又可以重新出现红棕色，则该气体为NO2。NO

——排液法收集NO2——向上排空气法收集收集三、氮的氧化物——NO和NO24.氮氧化物对环境的污染①光化学烟雾：在紫外线作用下，NOx与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO2和HNO3，随雨雪降到地面【硝酸型酸雨】硫酸/硝酸型酸雨的形成过程相互交织——

NO2+SO2=NO+SO3【NO2的氧化性】③破坏臭氧层：NOx可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。城市中过量NOx的来源

——汽车气缸高温性质NONO2物理性质毒性与水反应与氧气反应实验室制备收集方法其他对环境影响无色、无味的有毒气体，难溶于水红棕色、有刺激性气味的有毒气体不反应(难溶于水)3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO+O2=2NO2不反应铜与稀硝酸反应铜与浓硝酸反应常用排水法常用向上排空气法2NO2N2O4导致光化学烟雾和酸雨，破坏臭氧层有毒有毒小结1.下列叙述中与氮的固定无关的是(

)A.工业合成氨B.工业上将氨转化成硝酸和其他氮的氧化物C.豆科植物的根瘤菌吸收空气中的

N2使之转化成植物蛋白质D.电闪雷鸣的雨天,N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收解析:氮的固定过程是使游离态的氮转化为化合态的氮,B项,NH3转化为HNO3不符合要求。B2.下列属于人工固氮的化学反应是(

) A.N2与H2在一定条件下合成NH3 B.NO与O2反应生成NO2 C.NH3被O2氧化成NO和H2O D.由NH3制备化肥NH4HCO3解析:固氮的方式有自然固氮和人工固氮,工业合成氨为人工固氮,雷雨天气产生NO气体属于自然固氮。另外,豆科植物的根瘤菌能将空气中的氮气直接转化为植物体内的蛋白质,也属于自然固氮。A3.下列有关氮气的说法正确的是(

)A.氮气是由氮原子构成的双原子分子,所以化学性质不活泼B.医学上常用液氮做冷冻剂,在冷冻麻醉条件下做手术,是利用氮气化学性质的不活泼性C.H2与N2在一定条件下反应生成NH3,反应中N2体现氧化性D.电闪雷鸣的雨天,雨水中会含有一定量的硝酸,其中可能发生的反应有N2+2O22NO2C解析:A项,氮气性质稳定的原因是两个氮原子之间的作用力比较强,破坏这种作用力时需要很高的能量;B项,液氮汽化时需要吸收大量的能量,使周围环境温度降低,与其化学性质的不活泼无关;C项,反应的化学方程式为N2+3H22NH3,反应中氮元素化合价降低,氮气做氧化剂;D项,N2和O2在放电条件下生成NO,不能直接生成NO2。4.下列有关氮气的叙述中,错误的是(

)A.工业上,氮气常用作焊接金属的保护气B.在雷雨天,空气中的N2和O2可反应生成NOC.氮气既可做氧化剂又可做还原剂D.向某容器中充入1molN2可与3molH2完全反应生成2molNH3解析:N2与H2的反应属于可逆反应,1

mol

N2和3

mol

H2不可能完全反应生成2

mol

NH3,故D项错误;因氮气的化学性质很不活泼,常用作焊接金属的保护气;N2中的氮元素为0价,处于中间价态,故N2既可做氧化剂,又可做还原剂。D5.运载火箭的推进剂引燃后产生的气体主要是CO2、H2O、N2、NO,这些气体均为无色,但在卫星发射现场看到火箭喷出大量红棕色烟雾。产生红棕色烟雾的原因是(

)A.高温下N2遇空气生成NO2B.NO遇空气生成NO2C.CO2遇NO反应生成CO和NO2D.NO和H2O反应生成H2和NO2解析:根据火箭喷出的大量红棕色烟雾可推知其应是NO2,而高温下N2与O2不能生成NO2。B例1：在标况下，把一个大量筒装满水，倒置于水槽中，先通入10mLNO，然后通入20mLO2，问最后剩余气体为多少？解：

4NO+3O2+2H2O==4HNO310mLxmL现有氧气20mL,所以O2过量，应根据NO的体积计算

剩余氧气有12.5mL.故x=7.5mL例2：将12mLNO2与O2混合气体被水充分吸收后，发现剩余2mL气体，问原混合气体体积各为多少？讨论：（1）若剩余气体为O2，则4NO2+O2+2H2O===4HNO3ΔV415

xmL

[过量]

12–2=10mL

V(NO2)0＝x=4×10÷5=8mLV(O2)0＝

(12–8)mL＝

4mL【2mL反应，剩2mL】例2：将12mLNO2与O2混合气体被水充分吸收后，发现剩余2mL气体，问原混合气体体积各为多少？讨论：设V(NO2)0

＝(4x+6)mL解得V(O2)0＝

x＝

1.2mL

V(NO2)0＝

x＝

10.8mL（2）若剩余气体是NO，则考虑两组反应3NO2+H2O=2HNO3+NO

2mL6mL4NO2+O2+2H2O=4HNO34x

xV0总=(4x+6)+x=12mL则V(O2)0

＝xmL例3：将40mLNO和NO2的混合气体跟