5.2.1氮氣與氮的固定一氧化氮和二氧化氮課件高一下學期化學人教版

第二節(jié)氮及其化合物目標素養(yǎng)1.能基于自然界中的氮循環(huán)描述氮元素的主要存在形式(物質(zhì)),能說出氮的固定的含義。2.能基于實驗探究和客觀事實認識氮氣、氮的氧化物、氨、銨鹽、硝酸等物質(zhì)的主要化學性質(zhì)及重要應用。3.能基于物質(zhì)的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化關(guān)系認識硝酸的工業(yè)制法、氨的實驗室制法以及銨根離子的檢驗等。4.能從物質(zhì)類別和元素價態(tài)角度認識含氮物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化及其在資源綜合利用和環(huán)境保護中的作用。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.氮元素在周期表中的位置。氮元素位于元素周期表第

二

周期、第

ⅤA

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的分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。(1)N2的分子結(jié)構(gòu)。N的原子結(jié)構(gòu)示意圖為___________;N2分子的電子式為___________,結(jié)構(gòu)式為

N≡N。微解讀由于N2分子中兩個N原子之間形成氮氮三鍵(N≡N),N原子之間作用力很強,斷開該化學鍵需要很高的能量,所以N2分子很穩(wěn)定,通常情況難以發(fā)生化學反應,氮氣常用作保護氣。(2)N2的化學性質(zhì)。在高溫、放電等條件下,N2分子獲得足夠能量,使N≡N斷裂,N2分子能夠與其他物質(zhì)發(fā)生反應。微訓練下列關(guān)于N2性質(zhì)的敘述中錯誤的是(

)。A.N2性質(zhì)很穩(wěn)定,不支持任何物質(zhì)的燃燒B.氮氣既具有氧化性,又具有還原性C.在一定條件下N2能與H2反應,但反應不能進行到底D.氮氣與氧氣在一定條件下反應生成一氧化氮答案:A解析:Mg可在N2中燃燒,A項錯誤;氮氣中氮元素的化合價可以升高,也可以降低,既具有氧化性,又具有還原性,B項正確;N2與H2的反應屬于可逆反應,C項正確;氮氣與氧氣在放電條件下反應生成NO,D項正確。3.自然界中氮的存在形式和氮的固定。

微判斷1(1)大氣中的氮只以游離態(tài)形式存在。(

)(2)豆科植物通過根瘤菌吸收空氣中的氮屬于氮的固定,是化學變化。(

)×√一氧化氮與二氧化氮1.NO與NO2的性質(zhì)比較。微思考請用一種簡單方法證明某無色氣體是NO,寫出操作方法、實驗現(xiàn)象及所依據(jù)的化學原理。提示:向無色氣體中通入空氣,若無色氣體變?yōu)榧t棕色即可證明該無色氣體是NO,2NO+O2═2NO2。微判斷2(1)NO在空氣中易轉(zhuǎn)化為紅棕色的NO2。(

)(2)NO2與H2O的反應,NO2既作氧化劑,又作還原劑。(

)(3)NO和NO2的顏色、氣味、水溶性不同,但它們都是有毒的氣體。(

)(4)在實驗室里,NO和NO2均用排水法收集。(

)√√√×一

NOx性質(zhì)的實驗探究問題探究民間有諺語“雷雨發(fā)莊稼”。即在雷雨過后,莊稼生長得更旺盛。(1)請寫出相關(guān)的化學方程式,并用文字表示其中蘊含的化學原理。提示:有關(guān)反應的化學方程式如下。由于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。(2)實驗室能否用排空氣法收集NO氣體,能否用排水法收集NO2氣體?為什么?提示:均不能。原因是NO能與空氣中的氧氣發(fā)生反應,NO2能與水發(fā)生反應生成硝酸和NO,一般用排水法收集NO,用向上排空氣法收集NO2。(3)如何除去NO氣體中混有的少量NO2氣體雜質(zhì)?提示:可將混合氣體通入盛有水的集氣瓶,然后重新收集氣體。重難歸納1.實驗過程。2.對工業(yè)生產(chǎn)硝酸的啟示。工業(yè)上生產(chǎn)硝酸的原理為3NO2+H2O═2HNO3+NO,2NO+O2═2NO2(或總反應為4NO2+O2+2H2O═4HNO3)。向吸收后的廢氣中再通入適量的氧氣或空氣,能充分利用原料,并能減少NO的排放以保護環(huán)境。典例剖析【例1】為了有效實現(xiàn)NO和NO2的相互轉(zhuǎn)化,設計如下實驗: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①

;

②

。

產(chǎn)生此現(xiàn)象的化學方程式為

。

答案:(1)燒瓶中氣體顏色由無色變?yōu)榧t棕色2NO+O2═2NO2(2)①燒瓶中紅棕色氣體又變?yōu)闊o色②燒杯中的水倒吸到燒瓶中(或燒瓶中液面上升)

3NO2+H2O═2HNO3+NO學以致用1.下列關(guān)于反應3NO2+H2O══2HNO3+NO的說法正確的是(

)。A.氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為1∶2B.氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2C.NO2是氧化劑,H2O是還原劑D.在反應中若有6molNO2參與反應,則有3mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移答案:A解析:根據(jù)化學方程式可知,NO2既是氧化劑又是還原劑,氧化劑與還原劑的質(zhì)量比是1∶2,在反應中若有6

mol

NO2參與反應,則有4

mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移。2.NO2和溴蒸氣都是有刺激性氣味的紅棕色有毒氣體。已知Br2易溶于有機溶劑CCl4,而NO2在CCl4中不溶解。鑒別NO2和溴蒸氣,下列試劑不可行的是(

)。A.CCl4

B.蒸餾水C.NaOH溶液 D.AgNO3溶液答案:C解析:NO2在CCl4中不溶解,而Br2易溶于CCl4,Br2的CCl4溶液為橙紅色,A項試劑可行;NO2與水反應生成硝酸和NO,溶液顏色為無色,而溴蒸氣溶于水,溴水為橙黃色,B項試劑可行;NO2和Br2均能與NaOH溶液反應,現(xiàn)象相同,C項試劑不可行;NO2通入AgNO3溶液中,有氣體生成,而溴蒸氣通入AgNO3溶液中生成AgBr淡黃色沉淀,現(xiàn)象不同,D項試劑可行。二NOx與O2、水反應的計算問題探究如圖所示,試管中盛裝的氣體呈紅棕色,把試管倒扣在盛有水的水槽中,試管內(nèi)液面上升,但不能充滿試管,當向試管內(nèi)通入氧氣后,可以觀察到試管中液面繼續(xù)上升,經(jīng)過多次重復后,試管被液體充滿。(1)該氣體有沒有可能是N2和NO2的混合氣體?有沒有可能是NO與NO2的混合氣體?說明原因。提示:沒有可能。有可能。N2和O2常溫下不反應,試管內(nèi)不會充滿液體,而NO和NO2的混合氣體中,NO2與水反應生成NO,4NO+3O2+2H2O═4HNO3,當NO和O2的體積比為4∶3時,試管內(nèi)充滿液體。(2)若該氣體只含有NO2,則NO2與鼓入的O2的體積比為多少時,試管被液體充滿。提示:若該氣體只含有NO2,4NO2+O2+2H2O═4HNO3,則NO2與鼓入的O2的體積比為4∶1時,試管被液體充滿。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,V剩=V(N2)+V(NO2)。2.NO2和O2的混合氣體、NO和O2的混合氣體與水反應的化學方程式如下所示。3NO2+H2O══2HNO3+NO①2NO+O2══2NO2

②由方程式①×2+②得:4NO2+O2+2H2O══4HNO3

③由方程式①×2+②×3得:4NO+3O2+2H2O══4HNO3

④3.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,其反應關(guān)系式是4NO+3O2+2H2O══4HNO35.根據(jù)電子守恒或原子守恒計算。(1)當NO2或NO轉(zhuǎn)化為HNO3時失去電子,若兩種氣體與O2混合通入水中時,O2得電子,且得失電子數(shù)必須相等,這是應用電子守恒解答此類題目的依據(jù)。(2)利用原子個數(shù)比分析氮氧化物與氧氣的混合氣體溶于水的化學方程式。在反應4NO2+O2+2H2O═4HNO3和4NO+3O2+2H2O═4HNO3中,“4NO2+O2”和“4NO+3O2”從組成上均相當于2N2O5的組成,也就是N、O的原子個數(shù)比符合2∶5時,氮的氧化物和氧氣均無剩余,這兩種情況均可利用混合氣體中N、O的原子個數(shù)比來分析:典例剖析【例2】在一定條件下,將充滿NO2和O2的試管倒立于水槽中,充分反應后,剩余氣體體積為原混合氣體體積的

,則原混合氣體中NO2和O2的體積之比可能是(

)。①8∶1

②7∶3

③7∶1

④4∶1A.①② B.①③

C.②③ D.②④答案:C特別提醒氮的氧化物與O2混合通入水中,剩余氣體只可能是NO或O2,不可能是NO2,因為過量的NO2會與水反應生成NO,且形成的溶液中的溶質(zhì)為HNO3。學以致用3.按圖進行實驗。試管中裝有12mLNO,然后間歇而又緩慢地向其中通入8mLO2,下列是有關(guān)最終狀態(tài)的描述,其中正確的是(

)。①試管內(nèi)氣體呈紅棕色②試管內(nèi)氣體呈無色③試管內(nèi)液面不變④試管內(nèi)液面上升⑤試管內(nèi)氣體是O2

⑥試管內(nèi)氣體是NOA.①③ B.②④⑤

C.②④⑥ D.②③⑤答案:C4.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.3∶2 B.2∶3C.8∶3 D.3∶8答案:C5.將容積為50mL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,量筒里剩余氣體的體積為5mL。則原混合氣體中NO2和O2的體積比可能是

或

。

答案:18∶7

43∶7解析:NO2與O2和水的反應計算關(guān)系式可由下列化學方程式推導出來。2NO+O2══2NO2

①3NO2+H2O══2HNO3+NO②由②×2+①得

4NO2+O2+2H2O══4HNO3③若剩余的5

mL氣體為O2,則參加反應③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

mL×=36

mL,O2的體積為50

mL-36

mL=14

mL,即NO2與O2的體積比為36∶14=18∶7。若剩余的5

mL氣體為NO,由②式得過量的NO2體積為15

mL,則發(fā)生反應③的NO2和O2的總體積為50

mL-15

mL=35

mL,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43∶7。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、電子守恒法。

(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)化學反應中反應物和生成物的相差量與反應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,進而列出比例關(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,則反應中O2得到的電子數(shù)與NOx失去的電子數(shù)相等。1.下列關(guān)于氮氣的說法中,正確的是(

)。A.實驗室利用電弧放電使氧氣和氮氣反應屬于自然固氮B.氮氣性質(zhì)穩(wěn)定,可用于工業(yè)制鎂冷卻時的保護氣C.自然界中有游離態(tài)氮和化合態(tài)氮D.氮氣在化學反應中只作氧化劑答案:C解析:實驗室利用電弧放電使氧氣和氮氣反應屬于人工固氮,A項錯誤;高溫時鎂與氮氣反應,B項錯誤;氮元素在自然界有游離態(tài)(氮氣)和化合態(tài)(銨態(tài)氮和硝態(tài)氮等),C項正確;氮氣在化學反應中能作氧化劑,也能作還原劑,如氮氣與氧氣反應中,氮氣作還原劑,D項錯誤。2.下列反應屬于氮的固定的是(

)。答案:D解析:氮的固定是指將大氣中游離態(tài)的氮變?yōu)榛蠎B(tài)的氮的過程,只有D項符合題意。3.下列關(guān)于氮的氧化物的說法中,正確的是(

)。A.氮的氧化物都是酸性氧化物B.氮的氧化物都既有氧化性,又有還原性C.NO2與H2O反應生成HNO3,所以NO2是酸性氧化物D.NO和NO2均有毒答案:D解析: