5.2.1氮气与氮的氧化物（原卷版）

第二节氮及其化合物（1）氮气与氮的氧化物【学习目标】1、掌握氮气的结构、氮气的性质及氮的固定2、熟悉氮的氧化物，重点理解NO和NO2性质，会进行氮的氧化物溶于水的计算3、熟悉氮的氧化物对环境及人类健康的影响一、氮气与氮的固定1、氮元素的位置、结构氮的原子结构示意图为，位于元素周期表的周期、第族。氮原子的最外电子层有电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此，氮原子一般通过与其他原子相互结合构成物质。2、氮元素的存在既有游离态，又有化合态。氮元素在自然界中主要以氮分子的形式存在于空气中(N2约占空气总体积的78%、总质量的75%)，部分氮元素存在于动植物体内的中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的和铵盐中。3、氮气的物理性质N2是一种气体，ρ(N2)ρ(空气)，难溶于水4、氮气的分子结构电子式：，结构式：；氮氮键键能很大，难断裂，通常情况下，氮气的化学性很质，不易与其他物质反应5、氮气的化学性质常温下氮气很稳定，N2的化学性质很不活泼，很难与其它物质发生反应，但这种稳定是相对的，在一定条件下(如：高温、放电、点燃)，也能跟某些物质(如：H2、O2、Mg等)发生反应(1)与氢气反应生成NH3：。(2)与氧气在放电或高温条件下生成NO：，(在闪电时会发生反应)，(在汽车引擎中会发生反应)(3)与活泼金属Mg反应：。6、氮气的用途(1)工业上合成氨，制硝酸(2)代替稀有气体作焊接金属时的保护气，以防止金属被空气氧化(3)在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发(4)保存粮食、水果等食品，以防止腐烂(5)医学上用液氮作冷冻剂，以便在冷冻麻醉下进行手术(6)高科技利用液氮制造低温环境，使某些超导材料获得超导性能7、氮气的制法(1)实验室制法：加热NH4Cl饱和溶液和NaNO2晶体的混合物：，(2)工业制法：工业上从液态空气中，利用液态氮的沸点比液态氧的沸点低加以分离而制得氮气8、氮的固定(1)概念：将大气中的氮转化为的过程，叫做氮的固定(2)氮的固定有三种途径=1\*GB3①自然固氮：自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物=2\*GB3②生物固氮：豆科植物根瘤菌将N2转化成氨=3\*GB3③人工固氮：人类通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，最重要的人工固氮途径是。自然界中氮的循环二、氮的氧化物氮元素有+1、+2、+3、+4、+5价，五种正价对应六种氧化物：：。其中和分别是HNO2和HNO3的酸酐1、一氧化二氮(N2O)：俗称笑气，常作麻醉剂2、一氧化氮(NO)(1)物理性质：无色、无味的有毒的气体，密度比空气略大，难溶于水(2)实验室制法：，只能用排水法收集(3)化学性质：既有氧化性又有还原性，以还原性为主=1\*GB3①易被O2氧化为NO2而变红棕色：(收集NO气体必须用排水集气法，NO的检验方法)(4)对人体、环境的影响：①与结合，使人中毒②转化成NO2，形成酸雨、光化学烟雾3、三氧化二氮(N2O3)：亚硝酸的酸酐，可与水作用生成亚硝酸，。4、二氧化氮(NO2)(1)物理性质：有剌激性气味的有毒气体，易溶于水且与水能发生反应(2)实验室制法：，只能用排空气法收集(3)化学性质：既有氧化性又有还原性，以氧化性为主，NO2能氧化SO2、KI等物质=1\*GB3①与SO2的反应：NO2＋SO2=SO3＋NO=2\*GB3②与碘化钾溶液的反应：NO2＋2KI=2KNO2＋I2(NO2能使湿润的淀粉KI试纸为蓝)=3\*GB3③与水的反应：，=4\*GB3④与氢氧化钠溶液的反应：，=5\*GB3⑤与N2O4相互转化：2NO2N2O4【微点拨】由于NO2气体和溴蒸气都为气体，都能使湿润的淀粉碘化钾试纸，溴蒸气和NO2通入NaOH溶液均形成无色溶液。故不能用淀粉碘化钾试纸或NaOH溶液来区别NO2气体和溴蒸气，可用来区别。(4)对人体、环境的影响：形成酸雨、光化学烟雾(6)NO2、NO溶于水的实验过程实验操作实验现象实验结论如图所示，在一支50mL的注射器里充入20mLNO，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器无明显现象NO于水打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹注射器中气体由色变为，注射器塞子向移动NO与空气中的O2发生反应生成红棕色的NO2：。振荡注射器注射器中气体由色变为色，注射器塞子继续向移动NO2与水发生反应生成了无色的NO：。5、四氧化二氮(N2O4)：无色气体，易液化，与NO2相互转化，N2O42NO26、五氧化二氮(N2O5)：硝酸的酸酐，可与水作用生成硝酸，N2O5＋H2O=2HNO37、氮氧化物对环境的污染和防治(1)气态的氮氧化物几乎都是剧毒性物质，都是大气污染物，在太阳辐射下还会与碳氢化物反应形成光化学烟雾(2)空气中氮氧化物的来源：空气中的NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂的废气等(3)常见的污染类型=1\*GB3①光化学烟雾：氮氧化物(NxOy)和碳氢化合物(CxHy)在大气环境中受到强烈的太阳紫外线照射后，发生复杂的化学反应，主要生成光化学氧化剂(主在是O3)及其他多种复杂的化合物，这是一种新的二次污染物，统称为光化学烟雾。光化学烟雾刺激呼吸器官，使人生病甚至死亡。光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节=2\*GB3②酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面，就有可能形成酸雨=3\*GB3③破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加=4\*GB3④水体污染：水体富营养化(4)常见的NOx尾气处理方法=1\*GB3①碱液吸收法：，。NO2、NO的混合气能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是：n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理=2\*GB3②催化转化：在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理三、氮的氧化物和氧气、水的反应与计算类型1、NO2(或NO2与N2的混合气体)溶于水1、计算依据：①。例1、将20ml充满NO和NO2的混合气体的试管倒立于盛水的水槽中，充分反应后，剩余气体的体积变为10ml，求原混合气体中NO和NO2各占多少毫升？类型2、NO2和O2的混合气体溶于水1、计算依据：2、讨论法：由总反应可知V(NO2)∶V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝4∶1，恰好完全反应，无气体剩余,＜4∶1，O2过量，剩余气体为O2,＞4∶1，NO2过量，剩余气体为NO))例2、将充满NO2和O2的混合气体的量筒倒置于水中，充分反应后，保持气体压强不变，水进入至量筒体积的一半处停止了，则原混合气体中NO2和O2的体积比是多少？类型3、NO和O2的混合气体溶于水1、计算依据：2、讨论法：由总反应③可知V(NO)∶V(O2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＝4∶3，恰好完全反应，无气体剩余,＞4∶3，剩余气体为NO,＜4∶3，剩余气体为O2))例3、一定条件下，将等体积的NO和O2混合于一试管中，然后将试管倒立于盛有水的水槽中，充分反应后剩余气体的体积与原混合气体的体积之比是多少？类型4、NO、NO2和O2三种混合气体同时通入水中1、计算依据：2、假设法：假设NO2与水先反应，按反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，求出生成NO的体积，再加上原混合气体中NO的体积，得NO的总体积，最后按反应4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3进行计算例4、常温下盛有10mlNO2和10mlNO组成的混合气体的大试管倒立于水中，当缓缓通入O2一段时间后，试管内残留2ml气体，则通入O2体积可能为多少毫升？四、酸雨及防治1、SO2、NOx的主要来源、危害和防治(1)来源=1\*GB3①SO2：主要来源于和某些含硫的金属矿物的燃烧或冶炼=2\*GB3②NOx：主要来源于机动车产生的尾气(2)SO2、NOx对人体的危害=1\*GB3①SO2与NOx会引起疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡=2\*GB3②溶于水形成酸雨(3)防治=1\*GB3①调整能源结构，发展清洁能源=2\*GB3②研究煤的脱硫技术，改进燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放=3\*GB3③加强工厂废气的回收处理=4\*GB3④改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放2、酸雨(1)概念：pH的雨水(2)成因：主要是大气中SO2和NO2的溶于雨水形成的(3)类型=1\*GB3①硫酸型：SO2→H2SO3→H2SO4，化学方程式：。=2\*GB3②硝酸型：NO2→HNO3，化学方程式：。(4)危害=1\*GB3①直接损伤农作物，破坏森林、草原，使土壤、湖泊酸化=2\*GB3②会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及通信电缆的腐蚀(5)酸雨防治=1\*GB3①工业废气排放到大气中之前，必须进行适当处理，防止有害物质污染大气=2\*GB3②减少化石燃料的直接燃烧，如脱硫处理【对点训练1】1、下列关于N2的说法中错误的是()A．通常情况下N2的化学性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气B．N2＋O2eq\o(=,\s\up9(高温))2NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要原因之一C．N2在空气中约占空气总质量的eq\f(4,5)D．在反应：3Mg＋N2eq\o(=,\s\up9(点燃))Mg3N2中，N2作氧化剂2、下列反应属于氮的固定的是()①N2和H2在一定条件下合成NH3②NO2和H2O反应生成HNO3和NO③Mg在N2中燃烧生成Mg3N2④NO被空气氧化为NO2A．①②B．②③C．①③D．①④【对点训练2】1、最新的病毒学研究证实，一氧化氮对SARS病毒有直接抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是()A．一氧化氮是一种红棕色气体B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集2、已知某厂排放的尾气中NO、NO2的体积比为1∶1，该厂采用NaOH溶液来处理该尾气，处理后所得溶液中只有一种含氮的钠盐。则该含氮的钠盐中，氮元素的化合价为()A．－3B．＋1C．＋3D．＋53、发射卫星的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生的大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后产生的高温气体主要是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烟。产生红烟的原因是()A．高温下N2遇空气生成NO2B．NO遇空气生成NO2C．CO2与NO反应生成CO和NO2D．NO和H2O反应生成H2和NO24、下列关于NO和NO2的说法正确的是()A．NO2是红棕色气体，易溶于水，属于酸性氧化物B．NO2可由N2和O2直接化合得到C．NO和NO2均既可以用排空气法收集又可以用排水法收集D．NO和NO2在一定条件下可以相互转化5、诺贝尔化学奖曾授予德国化学家GerhardErtl，以表彰他对固体表面化学研究过程中的重大发现。使CO、NOx等在铂表面发生化学反应转变成无毒气体，以减少汽车尾气中有毒气体的排放，正是此项研究的重要应用之一。下列有关说法不正确的是()A．CO在铂表面被氧化生成CO2，铂起催化作用B．汽车尾气中的NOx在铂表面发生反应的产物是N2C．CO在铂表面可能和O2、NOx反应D．NOx、CO、CO2均能与人体中的血红蛋白结合【对点训练4】1、酸雨形成的最主要原因是()A．森林遭乱砍滥伐，破坏了生态平衡B．工业上大量燃烧含硫燃料C．大气中二氧化碳的含量增多D．汽车排出大量尾气2、下列污染现象主要与二氧化硫有关的是()A．酸雨B．光化学烟雾C．臭氧层空洞 D．温室效应【课后作业】1、将空气中的氮气转化成氮的化合物的过程称为固氮。能实现人工固氮的是()A．雷雨天闪电B．NH3催化氧化制NOC．豆科植物根瘤菌D．工业合成氨2、关于氮气的性质说法中错误的是()A．氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在B．通常情况下，氮气性质很不活泼C．可在氧气中燃烧生成一氧化氮D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环3、在二氧化氮被水吸收的反应中，发生还原反应和氧化反应的物质的量之比是()A．3∶1B．1∶3C．1∶2 D．2∶14、下列关于NO的叙述正确的是()A．NO易溶于水，所以可用排空气法收集B．NO是一种有刺激性气味的红棕色气体C．常温常压下，含等质量氧元素的NO和CO的体积相等D．NO不能通过化合反应获得5、下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是()①N2→NO2②NO2→NO③NO2→HNO3④N2→NO⑤N2→NH3A．①B．②⑤C．④D．③④6、湿润的淀粉碘化钾试纸接触某气体而显蓝色，该气体可能是下列气体中的()①Cl2②NO2③H2S④SO2⑤溴蒸气⑥HClA．①③④B．①②⑤C．①②⑥D．②④⑥7、常温下，将充满等体积混合气体的试管倒立在水槽中，试管内气体体积不会明显减少的是()①②③④⑤⑥NO、O2NO2、O2CO、O2NH3、O2Cl2、SO2N2、NOA．③⑥B．④⑤C．②③ D．①④8、将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积缩小为原来的一半，则原混合气体中N2和NO2的体积比是()A．1∶1B．1∶2C．1∶3D．3∶19、空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。下列措施不利于“蓝天工程”建设的是()A．推广使用燃煤脱硫技术，防治SO2污染B．实施