第2節(jié)第1課時　氮氣與氮的固定　一氧化氮和二氧化氮

1、化 學第二節(jié)氮及其化合物6.掌握硝酸的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)。7.了解人類活動對氮循環(huán)的影響,知道酸雨產(chǎn)生的原因和危害。8.了解如何減少氮氧化物的排放,樹立環(huán)境保護意識。知 識 概 覽 第1課時氮氣與氮的固定一氧化氮和二氧化氮一、氮氣和氮的固定1.氮原子在周期表中的位置。氮元素位于元素周期表第二周期第A族。氮原子的最外電子層有5個電子,既不容易得到3個電子,也不容易失去5個電子,一般通過共用電子對與其他原子相互結(jié)合構(gòu)成物質(zhì)。2.N2的性質(zhì)。(1)氮氣的物理性質(zhì)。(2)氮氣的化學性質(zhì)。在一定條件下,可以與氧氣、氫氣、鎂等反應(yīng),分別寫出反應(yīng)的化學方程式。通常情況下N2化學性質(zhì)穩(wěn)定的原因是什么?提示:氮

2、分子是由氮原子構(gòu)成的雙原子分子,兩個氮原子之間共用三對電子,使每個氮原子均達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu),要破壞這種牢固的結(jié)合需要很高的能量,所以通常情況下N2的化學性質(zhì)很穩(wěn)定。3.自然界中氮的存在和氮的固定。二、一氧化氮與二氧化氮1.NO與NO2性質(zhì)比較。2.NO的檢驗。反應(yīng)原理:2NO+O2=2NO2,現(xiàn)象:無色氣體變紅棕色氣體。一 NOx與O2、水反應(yīng)的計算重難歸納氮的氧化物溶于水的計算有以下幾種情況:1.NO2或NO2和N2的混合氣體溶于水時可依據(jù): 3NO2+H2O=2HNO3+NO,利用氣體體積差值進行計算。2.NO2和O2的混合氣體、NO和O2的混合氣體與水反應(yīng)的化學方程式為3NO2+H2O=2H

3、NO3+NO 2NO+O2=2NO2 由方程式2+得:4NO2+O2+2H2O=4HNO3 由方程式2+3得:4NO+3O2+2H2O=4HNO3 3.NO2和O2混合后溶于水時,由4NO2+O2+2H2O=4HNO3可知,當體積比4.NO和O2混合后溶于水時,其反應(yīng)關(guān)系式是4NO+3O2+2H2O=4HNO3,5.NO、NO2、O2三種氣體混合后通入水中時,可先求出NO2與H2O反應(yīng)生成的NO的體積,再加上原混合氣體中的NO的體積即為NO的總體積,再進行計算。(1)鑒別NO2與溴蒸氣的方法(注意:不能用淀粉KI試紙、pH試紙、NaOH溶液來鑒別)。提示:將氣體通入AgNO3溶液中,出現(xiàn)氣體顏

4、色消失同時產(chǎn)生淡黃色沉淀的是溴蒸氣,將氣體通入AgNO3溶液中,氣體顏色消失同時無其他現(xiàn)象的是二氧化氮氣體。(2)比較NO和NO2的收集方法。提示:氣體收集要考慮到氣體密度大小、溶解性、能否發(fā)生反應(yīng)等方面。常溫下NO易與O2反應(yīng),收集NO只能用排水法而不能用排空氣法。NO2易與水反應(yīng)且密度比空氣大,收集NO2不能用排水法,只能用向上排空氣法。典例剖析按圖進行實驗。試管中裝有12 mL NO,然后間歇而又緩慢地通入8 mL O2,下列是有關(guān)最終狀態(tài)的描述:試管內(nèi)氣體呈紅棕色試管內(nèi)氣體呈無色試管內(nèi)液面不變試管內(nèi)液面上升試管內(nèi)氣體是O2試管內(nèi)氣體是NO其中正確的是()。A.B.C.D.答案:C學以致

5、用1.在一定條件下,將m體積NO與n體積O2先后通入倒立在水中且盛滿水的容器中,充分反應(yīng)后,容器內(nèi)殘留 體積的氣體,該氣體與空氣接觸后變?yōu)榧t棕色,則m與n的比值為()。A.32B.23C.83D.38答案:C 2.將容積為50 mL的量筒充滿二氧化氮和氧氣的混合氣體,將量筒倒置在盛滿水的水槽里,一段時間后,量筒里剩余氣體體積為5 mL。則原混合氣體中NO2和O2體積比可能是或。答案:187437解析:NO或NO2與O2和水的反應(yīng)計算關(guān)系式可由下列化學方程式推導出來。若剩余的5 mL氣體為O2,則參加反應(yīng)的NO2和O2的總體積為50 mL-5 mL=45 mL,則原混合氣體里,NO2的體積為45

6、 mL =36 mL,O2的體積為50 mL-36 mL=14 mL,即NO2與O2的體積比為3614=187。若剩余的5 mL氣體為NO,由式得過量的NO2體積為15 mL,則發(fā)生反應(yīng)的NO2和O2的總體積為50 mL-15 mL=35 mL,則原混合氣體里,O2的體積為35 mL =7 mL,NO2的體積為50 mL-7 mL=43 mL,即NO2與O2的體積比為437。規(guī)律總結(jié)解答氮的氧化物溶于水這類題型常用的三種方法討論法、差量法、守恒法。(1)討論法:由于某一條件的不確定,結(jié)果可能是兩個或兩個以上,這類題需要用討論的方法解決。(2)差量法:差量法是根據(jù)化學反應(yīng)中反應(yīng)物和生成物的相差量

7、跟反應(yīng)物的消耗量或生成物的增加量之間的比例關(guān)系為解題思路而建立起來的解題方法。解題的關(guān)鍵是找準變化量,把題中的已知差量與化學方程式中的化學計量數(shù)對應(yīng)的差量列出比例關(guān)系,進行計算,這是一種簡捷的解題方法。(3)電子守恒法:NOx轉(zhuǎn)化為硝酸時要失去電子,如果是NOx與O2混合,則反應(yīng)中O2得到的電子數(shù)與NOx失去的電子數(shù)相等。二 NO2性質(zhì)的實驗探究重難歸納民間有諺語:“雷雨發(fā)莊稼?！奔丛诶子赀^后,莊稼生長得更旺盛,其中蘊含了什么化學原理?請寫出相關(guān)的化學方程式。提示:有關(guān)反應(yīng)的化學方程式為: 由于生成的硝酸與土壤中的礦物質(zhì)作用,生成硝酸鹽,為土壤補充了氮肥,所以莊稼長得更旺盛。典例剖析為了有效實

8、現(xiàn)NO和NO2的相互轉(zhuǎn)化,設(shè)計如下實驗:按圖組裝好實驗裝置,并檢查裝置的氣密性,實驗前用排水法收集半瓶NO氣體。(1)打開彈簧夾,推動針筒活塞,使O2進入燒瓶。關(guān)上彈簧夾,首先觀察到燒瓶中的現(xiàn)象為,產(chǎn)生此現(xiàn)象的化學方程式為。(2)輕輕搖動燒瓶,觀察到燒瓶中的現(xiàn)象為;。產(chǎn)生此現(xiàn)象的化學方程式為。學以致用如圖所示,試管中盛裝的氣體呈紅棕色,當?shù)箍墼谑⒂兴乃壑袝r,試管內(nèi)液面上升,但不能充滿試管,當向試管內(nèi)鼓入氧氣后,可以觀察到試管中液面繼續(xù)上升,經(jīng)過多次重復后,試管被水充滿,對原試管中盛裝的氣體的說法正確的是()。A.可能是N2和NO2的混合氣體B.一定是NO2氣體C.可能是NO與NO2的混合氣

9、體D.只可能是NO2一種氣體答案:C 解析:試管內(nèi)氣體為紅棕色,故一定含有NO2,也可能含有NO,因為2NO+O2=2NO2,生成的NO2又可與水反應(yīng),使液面上升, NO2、O2與水反應(yīng)的化學方程式為4NO2+O2+2H2O=4HNO3,故當試管內(nèi)氣體為NO2或NO2與NO的混合氣體時,通入適量O2,最終試管內(nèi)可完全充滿液體。由于N2不溶于水,故不可能含有N2。由此可知答案為C。1.(雙選)下列物質(zhì)能由兩種單質(zhì)直接化合生成的是()。A.Cu2SB.NO2C.SO3D.NH3答案:AD解析:A項,Cu與S單質(zhì)反應(yīng)生成的是Cu2S,可由兩種單質(zhì)直接化合生成,故A正確;B項,氮氣與氧氣直接化合生成的

10、是NO,不是NO2,故B錯誤;C項,S單質(zhì)與氧氣反應(yīng)生成的是SO2,SO2與氧氣進一步反應(yīng)生成SO3,故C錯誤;D項,氮氣與氫氣在一定條件下可直接化合生成NH3,故D正確。2.發(fā)射“天宮一號”的運載火箭,其推進劑引燃后發(fā)生劇烈反應(yīng),產(chǎn)生大量高溫無色氣體(CO2、H2O、N2、NO),從火箭尾部噴出。但在發(fā)射現(xiàn)場看到火箭尾部噴出大量紅棕色煙,產(chǎn)生紅棕色煙的原因是()。A.NO遇空氣生成NO2B.高溫下N2遇空氣生成NO2C.CO2與N2反應(yīng)生成CO和NO2D.NO和H2O反應(yīng)生成H2和NO2答案:A解析:NO與空氣中的氧氣反應(yīng)生成NO2,NO2是紅棕色氣體,所以在發(fā)射現(xiàn)場看到火箭噴射出大量紅棕色

11、煙。3.(雙選)對3NO2+H2O=2HNO3+NO反應(yīng)的下列說法正確的是()。A.氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為12B.氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為12C.NO2是氧化劑,H2O是還原劑D.在反應(yīng)中若有6 mol NO2參與反應(yīng),有4 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移答案:AD解析:該反應(yīng)中N元素的化合價由+4價變?yōu)?5價和+2價,所以生成硝酸的二氧化氮是還原劑,其化學計量數(shù)是2,生成NO的二氧化氮是氧化劑,其化學計量數(shù)是1,所以氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量、質(zhì)量之比都是12,故A正確;該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物是硝酸,還原產(chǎn)物是NO,所以氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比是21,故B錯誤;該反應(yīng)中N元素的化合價由+4價

12、變?yōu)?5價和+2價,所以二氧化氮既是氧化劑又是還原劑,水中各元素化合價都不變,所以既不是氧化劑又不是還原劑,故C錯誤;在反應(yīng)中若有6 mol NO2參與反應(yīng),有4 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,故D正確。4.將充滿NO2和O2的量筒倒立于盛有水的水槽中,經(jīng)過一段時間后,水上升到量筒容積的一半處停止,則剩余氣體的成分是()。A.NO2B.NOC.O2D.NO或O2答案:C5.在標準狀況下,將O2和NO2按14體積比充滿干燥燒瓶,把燒瓶倒置于水中,瓶內(nèi)液體逐漸上升,假設(shè)燒瓶內(nèi)溶液不擴散,最終燒瓶內(nèi)所得溶液溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為()。答案:C 6.如圖所示,室溫下向盛有3.0 mL NO的試管中緩緩通入1.5 mL O2(所有氣體體積均在標準狀況下測定)。試回答下列問題:(1)寫出觀察到的現(xiàn)象(可不寫滿,也可補充):;。(2)最終試管中剩余的氣體是,體積為