高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物第1课时导学案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物第1课时导学案，共7页。学案主要包含了氮气与氮的固定，NO和NO2等内容，欢迎下载使用。
第二节　氮及其化合物第1课时　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮学习目标核心素养1．结合真实情境中的应用实例，了解氮的固定及其类型，认识其在生产中的意义。2．结合真实情境并通过实验探究，了解氮气的主要性质，认识合成氨在氮的循环及农业生产中的重要意义。3．通过实验探究，了解氮的氧化物的主要性质，结合真实情境认识氮的氧化物在生产中的应用和对生态环境的影响。 宏观辨识与微观探析：能从物质类别和元素化合价的角度，预测氮气及氮的氧化物的性质及转化科学探究与创新意识：能根据文献和实际需要提出综合性的探究课题，根据假设提出多种探究方案，评价和优化方案，能用数据、图表、符号等处理实验信息 新课情景呈现闪电是大家非常熟悉的自然现象。你知道在雷电交加的时候，空气里的氮气和有关的含氮化合物发生了哪些化学反应，产生了哪些物质？这些化学反应和所产生的物质对于人类的生产和生活有什么意义？让我们走进教材，学习氮气与氮的固定、NO2、NO。课前素能奠基新知预习一、氮气与氮的固定1．氮气(1)氮元素的存在①氮原子的结构原子结构示意图：____，一般通过__共用电子对__与其他原子结合。②自然界中，氮元素主要以氮气的形式存在于空气中，(2)氮气的物理性质颜色状态气味密度溶解性__无色__气体__无味__密度与空气接近__难__溶于水 (3)氮气的化学性质氮气的化学性质__稳定__，通常很难与其他物质发生化学反应。①还原性__N2＋O22NO__②氧化性a．N2与H2反应生成NH3，反应的化学方程式为__N2＋3H22NH3__。b．在点燃条件下与金属镁反应，化学方程式为__N2＋3MgMg3N2__。2．氮的固定(1)含义：将大气中__游离态__的氮转化为__含氮化合物__的过程叫做氮的固定。(2)分类：3．自然界中氮的循环二、NO和NO21．物理性质物质颜色状态气味毒性水溶性NO__无色__气体__无味__有毒__不__溶于水NO2__红棕色__气体__刺激性__有毒__易__溶于水 2．化学性质(1)实验探究：实验装置实验操作在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后再振荡注射器现象__无明显现象____无色气体变红棕色__，振荡后__红棕色气体变为无色__ (2)结论：在一定条件下，NO与NO2可以相互转化，反应的化学方程式为①NO→NO2：__2NO＋O2===2NO2__；②NO2→NO：__3NO2＋H2O===2HNO3＋NO__(工业制取硝酸)。预习自测1．下列反应起到了固氮作用的是(　A　)A．工业上N2与H2在一定条件下合成NH3B．NO与O2反应生成NO2C．NH3被O2氧化成NO和H2OD．由NH3制备化肥NH4HCO3解析：氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程，只有A项符合题意。2．大家在吃薯条等膨化食品时，会发现袋子里东西并不多却鼓鼓囊囊的，袋子里填充的是食品级的氮气而非空气。主要作用有三个方面：①延长食品的保质期；②可以抵御外界潮气的侵入；③保护食品不被压碎。下列关于N2性质的叙述中错误的是(　A　)A．氮气在氢气中能燃烧B．氮气既具有氧化性，又具有还原性C．将空气中的氮气转变成含氮化合物属于氮的固定D．氮气与氧气在一定条件下反应生成一氧化氮解析：N2与H2在高温、高压、催化剂作用下发生反应，A项错误；N2的化合价为0价，既可升高又可降低，N2既有氧化性又有还原性，B项正确；根据氮的固定的定义，C项正确；N2与O2在放电条件下反应生成NO，D项正确。3．下列关于氮气的说法中错误的是(　C　)A．通常情况下N2性质很稳定，所以N2可以在电焊时作保护气B．N2＋O22NO，该反应是汽车尾气造成污染的主要因素之一C．N2在空气中约占质量比的D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中N2作氧化剂解析：N2的化学性质很稳定，常用作保护气，A项正确；N2与O2在高温或放电条件下生成NO，NO易被O2氧化成NO2，故汽车尾气会造成环境污染，B项正确；N2在空气中的体积分数约为，C项错误；N2与Mg的反应中N2的化合价降低做氧化剂，D项正确。4．工业上常用原理：NOx＋NH3―→N2＋H2O，使其转化为无毒的N2，现有NO、NO2的混合气体3.0 L，可与3.5 L相同状况的NH3恰好完全反应，全部转化为N2，则在原混合气体中NO和NO2的物质的量之比是(　D　)A．1∶1  B．2∶1C．3∶1  D．1∶3解析：相同状况下，气体的体积比等于物质的量之比，则3.0 mol NO、NO2混合气体与3.5 mol NH3恰好反应生成N2，设NO为x mol，则NO2为(3－x)mol，由得失电子守恒可知2x＋4(3－x)＝3×3.5，x＝0.75，故原混合气体中NO和NO2的物质的量之比为1∶3。5．某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加，但树木、灌木、草等植被非常茂密，但很少有人敢进入这个山谷。你能解释该山谷植被茂密的原因吗？__雷雨天时在闪电的作用下，空气中氮气与氧气反应生成NO，然后发生NO→NO2→HNO3，HNO3随雨水进入土壤，为植被提供了丰富的氮肥。__课堂素能探究知识点氮的氧化物的性质及有关计算,问题探究1．要使充满NO2和O2混合气体的试管倒扣水槽中，让水充满试管，必须按什么样的体积比混合？提示：由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO和2NO＋O2===2NO2得4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，即当NO2和O2的体积比为4∶1时可完全溶于水。2．将10 mL充满NO2和O2的混合气体的试管，倒置在水槽中，反应停止后试管内剩余2 mL的无色气体，则原混合气体中O2为多少毫升？提示：①若剩余的是NO，由反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，得NO2体积为2 mL×3＝6 mL。则原有O2体积为(10 mL－6 mL)×＝0.8 mL。②若剩余的是O2，则有10 mL－2 mL＝8 mL NO2和O2的混合气体按反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3进行。所以NO2的体积为8 mL×＝6.4 mL，O2体积为10 mL－6.4 mL＝3.6 mL。知识归纳总结1．NO和NO2性质的对比 NONO2色、态、味、毒性无色、无味红棕色、刺激性气味有毒气体水溶性不溶易溶且与水反应与O2反应2NO＋O2===2NO2 与H2O反应 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO与O2、H2O共同反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO34NO2＋O2＋2H2O===4HNO3氧化性6NO＋4NH35N2＋6H2O6NO2＋8NH37N2＋12H2O，NO2＋SO2===SO3＋NO，NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝 2．氮的氧化物溶于水的计算(1)原理解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理，无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,2NO＋O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。(2)方法——加合式法①NO2和O2混合气体溶于水的计算由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知：V(NO2)∶V(O2)③NO与O2同时通入水中2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO总的化学方程式为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可知：V(NO)∶V(O2)③NO2、NO、O2三种混合气体通入水中：a．可先将NO和O2转化为NO2，再按上述各种情况分别处理。b．也可先将NO2和H2O反应转化为NO，再按4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3情况处理。┃┃典例剖析__■ 典例 将盛有1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，再通入0.4 mol O2，充分反应后，整个试管充满水。(1)则原混合气体中NO与NO2体积比为多少？__3∶7__。(2)1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中剩余气体0.4 mol，则NO与NO2体积比为多少？__1∶9__。(3)1 mol NO和NO2混合气体中两者体积之比为1∶1，试管倒立于盛满水的水槽中，为使整个试管充满水，需通入多少O2？__0.5_mol__。解析：(1)设1 mol NO和NO2的混合气体中有a mol NO和(1－a)mol NO2，根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3和4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可得：a＋＝0.4，所以a＝0.3，V(NO)∶V(NO2)＝3∶7。(2)设n(NO2)＝a mol3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　　气体减少3 mol 1 mol 2 mola mol (1－0.4)mola＝0.9故NO与NO2体积比为1∶9。(3)通入的氧气的物质的量为×0.5 mol＋ mol＝0.5 mol。 ┃┃变式训练__■　下列对NO、NO2的描述，不正确的是(　B　)A．NO2是红棕色气体，易溶于水，不是酸性氧化物B．NO可以用排水法收集，但不能由N2和O2直接化合而得到C．NO、NO2在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物D．NO、NO2都有毒，且NO是汽车尾气的有害成分之一解析：NO2是红棕色气体，易溶于水，与水发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，由于反应前后元素的化合价发生了变化，因此NO2不是酸性氧化物，A正确；NO不溶于水，可以用排水法收集，由于N2性质稳定，室温下不容易反应，但在放电时可由N2和O2直接化合而得到，B错误；NO与氧气发生反应会产生NO2；NO2溶于水反应产生硝酸和NO，因此二者在一定条件下可相互转化，且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物，C正确；NO、NO2都有毒，且在汽车发动时，在电火花作用下N2和O2化合产生NO，NO是汽车尾气的有害成分之一，D正确。