5.2.1氮气和氮氧化物高一化学教学讲与练（人教版2019）(原卷版)

第五章化工生产中的重要非金属元素第二节氮及其化合物第1课时氮气和氮氧化物课程标准核心素养目标1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解氮及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。2.结合实例认识氮及其氧化物的性质，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化。3.认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。1.宏观辨识与微观探析：通过学习氮气分子的结构和性质，培养学生“宏观辨识与微观探析”的学科素养。2.科学精神与社会责任：通过对氮的氧化物的污染与防治的学习，培养学生“科学精神与社会责任”的学科素养。一、氮气与氮的固定1．氮元素的结构及存在(1)氮元素位于元素周期表的第周期、第族。氮原子最外层有个电子，既不容易3个电子，也不容易5个电子。一般通过与其他原子相互结合成物质。(2)氮元素在自然界中的存在氮元素主要以N2分子的形式存在于空气中，部分氮元素以化合物的形式存在于动植物体内的中，还有部分存在于土壤、海洋里的和中。2．氮气(1)N2的物理性质通常情况下，氮气是、的气体，密度比空气的，于水。(2)N2的化学性质氮分子内两个氮原子间以结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下很难与其他物质发生化学反应，但在一定条件下氮气也可以和一些物质发生化学反应。写出氮气和下列物质反应的化学方程式。①金属镁：N2＋3Mgeq\o(=,\s\up7(点燃))Mg3N2，氮气表现性；②氢气：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do7(催化剂))2NH3，氮气表现性；③氧气：N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放电或高温))2NO，氮气表现性。3．氮的固定(1)含义：将大气中的氮转化为的过程。(2)分类氮的固定eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(自然固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(高能固氮N2＋O2\o(=,\s\up7(放电))2NO,生物固氮豆科植物根瘤菌固氮)),人工固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(合成氨N2＋3H2\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do7(催化剂))2NH3,仿生固氮))))二、一氧化氮和二氧化氮1．一氧化氮、二氧化氮的物理性质氧化物颜色状态气味水溶性NO色气态味溶NO2色气态气味溶2.一氧化氮、二氧化氮的性质探究操作一：在一支50mL的注射器里充入20mLNO，观察颜色，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。现象：一氧化氮为无色气体，注射器内无明显变化。结论：NO难溶于水操作二：打开弹簧夹，快速吸入10mL空气，夹上弹簧夹。现象：。结论：NO和O2反应生成。操作三：振荡注射器现象：气体红棕色，得到溶液。结论：NO2和H2O反应生成了。写出下列转化的化学方程式：(1)NO→NO2：2NO＋O2=2NO2。(2)NO2→NO：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，该反应中NO2既表现，又表现。3．NO、NO2的比较NONO2颜色无色红棕色毒性有毒有毒溶解性难溶于水易溶于水与O2或与H2O反应2NO＋O2=2NO23NO2＋H2O=2HNO3＋NO收集方法排水法向上排空气法与人体、环境的关系①与血红蛋白结合，使人中毒；②转化成NO2，形成酸雨、光化学烟雾形成酸雨、光化学烟雾探究一氮的氧化物与氧气和水反应探究1．俗话说“雷雨发庄稼”，试说出其中的原理，写出反应的化学方程式。2．在NO、NO2性质实验中(1)如果要将注射器中的NO充分转化，应采取的措施是_______________________________。(2)上述实验对工业上生产硝酸的启示是____________________________________________。3．将一支充有12mLNO2气体的试管倒置于水槽中，充分反应。(1)下列图示正确的是________。(2)如水不能充满试管，需再向试管中缓缓充入O2，现象为________________，最终充入________mL氧气，才能使水全部充满。一、反应原理3NO2＋H2O=2HNO3＋NO①2NO＋O2=2NO2②由方程式①×2＋②得：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3③由方程式①×2＋②×3得：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3④二、常见的类型1．NO2气体(或NO2与NO、N2等气体)溶于水NO2或NO2与NO、N2等气体的混合气体溶于水时仅涉及反应①，可利用气体体积变化差值进行计算：V剩＝eq\f(1,3)V(NO2)或V剩＝V(其他气体)原＋eq\f(1,3)V(NO2)。2．NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③：x＝eq\f(V(NO2),V(O2))0<x<eq\f(4,1)x＝eq\f(4,1)x>eq\f(4,1)反应情况O2过量，剩余O2恰好完全反应，无气体剩余NO2过量，又发生反应①，只剩余NO3.NO和O2的混合气体：NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④：x＝eq\f(V(NO2),V(O2))0<x<eq\f(4,3)x＝eq\f(4,3)x>eq\f(4,3)反应情况O2过量，剩余O2恰好完全反应，无气体剩余NO过量，剩余NO4.NO、NO2和O2通入水中的计算(1)可先求出NO2和H2O反应生成的NO的体积，然后按4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3进行分析计算。(2)也可认为NO与O2先反应生成NO2，NO2再与水反应。若O2过量，则按4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3进行分析计算；若转化后无O2剩余，则按关系式法计算。(3)有关NO、NO2、O2混合气体与H2O反应后剩余气体的问题，因NO2与H2O反应，NO与O2反应，所以剩余的气体只可能为NO或O2中的一种，绝对不会剩余NO2。三、守恒方法求解1．原子守恒法方程式：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3和4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3中的“4NO2＋O2”和“4NO＋3O2”从组成上均相当于“N2O5”的组成，也就是N、O的原子个数比符合2∶5时，氮的氧化物和氧气均无剩余，这两种情况均可利用混合气体中N、O的原子个数比来分析：N(N)∶N(O)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(＜2∶5，O2剩余,＝2∶5，恰好完全反应,＞2∶5，剩余NO))2．电子守恒法对于“NO＋NO2＋O2＋H2O”型，当反应后，无气体剩余，则N均被氧化为＋5价(存在于HNO3中)，O被还原为－2价(存在于HNO3中)，得失电子情况如下：NO2－e－→HNO3，NO－3e－→HNO3，O2＋4e－→HNO3。根据得失电子守恒知，n(NO2)＋3n(NO)＝4n(O2)。因实际应用中，气体量通常用体积表示，由阿伏加德罗定律推论知，同温同压下气体体积比等于气体物质的量比。故又有V(NO2)＋3V(NO)＝4V(O2)。上述公式具有广泛的适用性，若体系中没有NO，则V(NO)＝0，由此有V(NO2)＝4V(O2)；当体积中没有NO2时，则有3V(NO)＝4V(O2)。若将有关物质的已知量代入上述公式后能使等式成立，则气体恰好反应完全；若不能使等式成立，则数值较大的一侧对应的物质过量。应注意的是，无论何种体系，最终剩余的气体不可能是NO2。【例1】(2023·湖南岳阳高一质检)有一倒置于水槽且装满水的容器，向其中依次通入一定体积的NO2、NO和O2，充分反应后，若容器中仍充满溶液，则通入的NO2、NO和O2的体积比可能是()A．1∶1∶2 B．4∶3∶2C．4∶16∶13 D．4∶3∶41.(2023·山东青岛一中高一期中)将装有50mLNO2、NO混合气体的量筒倒立在水槽中，反应后气体体积缩小为30mL，则原混合气体中NO2和NO的体积比是()A．5∶3 B．3∶5C．3∶2 D．2∶3探究二氮氧化物对环境的污染与防治1．常见的污染类型(1)光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生的一种有毒的烟雾。(2)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。(3)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)NO与血红蛋白结合使人中毒。2．防治措施(1)调整能源结构，发展清洁能源。(2)研究煤的脱硫技术，改进燃烧技术，减少SO2和氮的氧化物的排放。(3)加强工厂废气的回收处理。(4)改进汽车尾气的处理技术，控制汽车尾气排放标准。3．常见的NOx尾气处理方法(1)碱液吸收法工业尾气中NOx常用碱液吸收处理，NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O(2)氨气吸收法8NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up7(一定条件))7N2＋12H2O4NH3＋6NOeq\o(=,\s\up7(一定条件))5N2＋6H2O(3)催化转化法在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)；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)。2CO＋2NOeq\o(=,\s\up7(催化剂))2CO2＋N2【例2】(2023·湖南岳阳高一质检)化学与环境密切相关，下列有关说法错误的是()A．NO2、NO含氮氧化物是光化学烟雾的主要污染物B．对酸性物质的排放加以控制，开发新清洁能源是减少酸雨的有效措施C．CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成D．大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧2.(2023·山东青岛一中高一期中)随着我国汽车年销量的大幅增加，空气环境受到了很大的污染。汽车尾气装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示，下列说法正确的是()A．反应中NO为氧化剂，N2为氧化产物B．汽车尾气的主要污染成分包括CO、NO和N2C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应D．催化转化总化学方程式为2NO＋O2＋4COeq\o(=,\s\up7(催化剂))4CO2＋N21．（2023上·上海静安·高一期末）下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是A．人类活动参与了氮循环B．碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化D．氮元素均被氧化2．（2023上·北京海淀·高一统考期末）氮循环是海洋生态系统的基础和关键，其中无机氮循环过程如下图所示。亚硝酸盐是氮循环中的重要物质。下列关于亚硝酸钠性质的推测中，不合理的是资料：为弱酸，在碱性条件下能稳定存在。A．具有氧化性 B．具有还原性C．能与反应 D．能与反应3．（2023下·广西南宁·高一校考月考）下列关于N2的说法中错误的是A．豆科植物的根瘤菌将N2转换为氮的化合物不属于氮的固定B．N2+O2=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体积的78%D．在反应：3Mg+N2=Mg3N2中N2作氧化剂4．（2023上·江苏南通·高一统考期末）在火箭燃料中作氧化剂，下列有关二氧化氮的说法正确的是A．为红棕色且有刺激性气味的气体 B．属于酸性氧化物C．经转化被植物吸收，属于氮的固定 D．常温下空气中与可以化合成5．（2023·北京房山·高一统考期末）自然界中氮的循环如如图所示。下列说法中，不正确的是A．工业合成氨属于人工固氮B．雷电作用下与发生了化学反应C．在氮的循环中不涉及氧化还原反应D．含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化6．（2023下·河北唐山·高一统考期中）下列关于氮的固定，说法不正确的是A．在雷雨天，N2可直接转化为NOB．工业上将氨转化为硝酸和其他含氮化合物的过程被称之为人工固氮C．氮的固定的过程中氮原子有可能被氧化，也有可能被还原D．一些豆科植物的根瘤菌可以将空气中的N2转化为硝酸盐7．（2023上·山东淄博第一中学高一调研）NO分子会污染空气。近年来，科学家发现少量的NO在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、提高免疫、增强记忆力的功能，而成为当前生命科学的研究热点。下列关于一氧化氮的叙述正确的是A．一氧化氮是酸性氧化物，会形成酸雨B．常温、常压下，一氧化氮只能通过人工合成C．一氧化氮为无色气体，在与O2反应中体现还原性D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集8．（2023下·河北唐山·高一校联考期中）下列关于氮及其化合物说法错误的是A．NO为无色气体，为红棕色气体B．工业上，氮气常用作焊接金属的保护气C．该转化过程通过一步反应就能完成，且必须加入还原剂D．氮氧化物()不仅会形成酸雨，还可能形成光化学烟雾9．（2023下·江苏盐城·高一江阜宁中学月考）在指定条件下，下列选项所示的物质间转化能实现的是A． B．稀硝酸C． D．10．（2023下·山西实验中学月考）某混合气体中可能含有、、、NO、中的两种或多种气体。现将此无色透明的混合气体通过品红溶液后，品红溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色。对于原混合气体成分的判断中正确的是A．肯定有、NO B．肯定没有、和C．可能有和 D．肯定只有NO11．（2023下·山东济宁第一中学月考）一定条件下，将等体积的NO和的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的A． B． C． D．12．（2023下·四川成都·高一成都七中月考）在一支的注射器里充入，然后吸入水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器。设空气中氧气的体积分数为20%，下列说法错误的是A．振荡后注射器活塞不移动B．打开弹簧夹，快速吸入空气后夹上弹簧夹，充分振荡注射器，活塞停留在大约处C．若将换为，完全反应需吸入约空气D．若注射器中是和的混合气体，吸入水后充分振荡注射器，活塞停留在大约处13．（2023下·江西南昌十中月考）常温常压下，在四支相同的试管中，分别装入等物质的量混合的两种气体。混合气体具体组成如下表，将四支试管迅速同时倒立于水槽中，至液面稳定后，水面上升高度由大到小正确的是试管编号123混合气体组成NO2、O2NO、O2NH3、N2A．1＞2＞3 B．2＞1＞3 C．3＞1＞2 D．2＞3＞114．（2023下·湖南长沙·高一校联考）将盛有和的混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余无色气体，则原混合气体中的体积可能是A．0.6mL B．2mL C．2.4mL D．4mL15．（2023下·四川广安高一联考）