高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物导学案

基础课时3　氮与氮的氧化物

知识点一　氮气及氮的固定

1．氮元素的位置、结构与存在

(1)氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族。氮原子的最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此，氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。

(2)氮元素在自然界中主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。

2．氮气的物理性质

N2是一种无色、无味的气体，ρ(N2)＜ρ(空气)，难溶于水。

3．氮气的结构与化学性质

(1)N2的结构

N2的结构式为N≡N，氮氮键很难断裂，化学性质很稳定。

(2)化学性质

N2在高温、放电等条件下，N2获得足够的能量，使N≡N断裂。写出N2与Mg、H2、O2反应的化学方程式。

①3Mg＋N2Mg3N2；②；

③N2＋O22NO。

4．氮的固定：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。

(1)自然固氮：大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，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨。

(2)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就是工业合成氨。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)在自然界中只有氮的化合态。 (×)

(2)N2在化学反应时只能作氧化剂。 (×)

(3)NO在空气中易被氧化为NO2，此过程属于氮的固定。 (×)

(4)豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮气属于氮的固定，是化学变化。 (√)

(5)N2的电子式为N⋮⋮N。 (×)

知识点二　一氧化氮和二氧化氮

1．物理性质

2．化学性质

(1)NO在空气中易转化为红棕色的NO2，反应方程式为2NO＋O2===2NO2。

(2)NO2与H2O反应生成HNO3和NO，反应方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

　对于3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应，氧化剂，还原剂是什么物质？二者物质的量之比为多少？

提示：NO2　NO2　1∶2

1．在国民经济和日常生活中，氮气有广泛的用途。首先，利用它“性格孤独”的特点，我们将它充灌在电灯泡里，可防止钨丝的氧化延长灯泡的使用寿命。还可用它来代替惰性气体作焊接金属时的保护气。氮气为什么可以作保护气？

提示：N2的化学性质很稳定，常温下不与O2反应，可作保护气。

2．根据教材“氮气的熔点：－210 ℃，沸点：－196 ℃，密度：1.25 g·L－1”数据，分析医生为什么可以利用液氮给手术刀降温即被称为“冷刀”？

提示：液氮沸点低，气化时吸收热量，造成环境温度降低。

3．打雷放电时，N2如何反应？写出化学方程式。

提示：N2＋O22NO。

1．N2的性质与氮的固定

2．自然界中氮循环的主要形式

1．下列关于氮气的说法错误的是(　　)

A．氮气在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸

B．液氮可用于医学和高科技领域，制造低温环境

C．利用氮气的稳定性，工业上用来替代稀有气体作焊接金属的保护气

D．在高温高压、催化剂条件下与氢气反应时，氮气作还原剂

D　[氮气的化学性质很稳定，在通常情况下不燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸，A项正确；液氮汽化吸热，可用于制造低温环境，B项正确；氮气的化学性质很稳定，可用作焊接金属的保护气，C项正确；氮气与氢气生成氨气的反应中，N的化合价从0降低到－3，作氧化剂，D项错误。]

2．下列过程不属于氮的固定的是(　　)

A．闪电时大气中氮的氧化物的生成

B．由NH3制备NH4Cl

C．用N2和H2合成氨

D．豆科植物的根瘤菌把大气中的氮气转化成含氮化合物

[答案]　B

3．(2021·郑州高一检测)下列说法不正确的是(　　)

A．豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮是化学变化

B．汽车尾气中排放的氮氧化合物是由游离态氮转化来的

C．化石燃料燃烧通常不释放出氮氧化合物

D．植物秸秆燃烧时放出氮氧化合物，参与了氮的循环

[答案]　C

　NO2、NO溶于水的实验探究，根据探究填下表中的空白。

根据上述实验，工业上利用NO2与H2O反应生产HNO3有什么启示？

提示：为了NO2中氮原子完全转化为HNO3，可充入适量空气或O2，增大O2的量。

1．NO、NO2的性质及转化

①2NO＋O2===2NO2

②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

③2NO＋2CON2＋2CO2

④2NO2＋4CON2＋4CO2

2．NO、NO2与NaOH溶液的反应

2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O

NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O

4．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

D　[NO2不是酸性氧化物，A项错误；在高温或放电条件下，N2和O2直接化合生成NO，NO与O2反应生成NO2，B项错误；NO易与空气中的氧气反应生成NO2，只能用排水法收集，NO2能与水反应，只能用排空气法收集，C项错误；NO和O2反应生成NO2，NO2与H2O反应生成HNO3和NO，D项正确。]

5．如图所示，试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物)，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满。原来试管中盛装的(　　)

A．可能是N2与NO2的混合气体

B．可能是O2与NO2的混合气体

C．不可能是NO与NO2的混合气体

D．只能是NO2一种气体

B　[若是N2与NO2的混合气体，无论鼓入多少氧气，最后都有N2剩余，试管内不可能完全被水充满；若是O2与NO2的混合气体，由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，水可以充满试管；若是NO与NO2的混合气体通入适量O2，水可以充满试管。]

6．(素养题)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。

(1)NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：__________________。

(2)NO与NO2按物质的量之比1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是________。

[答案]　(1)2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O　(2)NaNO2

1．(素养题)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NO2

B．NO遇空气生成NO2

C．CO2与NO反应生成CO和NO2

D．NO和H2O反应生成H2和NO2

B　[高温下N2遇空气不会直接生成NO2，A错误；NO遇氧气发生反应2NO＋O2===2NO2，生成红棕色的NO2，B正确；高温条件下一氧化碳在空气中不可能为反应产物，CO2与NO高温条件下不反应，C错误；一氧化氮和水之间不会发生反应，D错误。]

2．下列反应属于氮的固定的是(　　)

①N2和H2在一定条件下合成NH3　②NO2和H2O反应生成HNO3和NO　③Mg在N2中燃烧生成Mg3N2　④NO被空气氧化为NO2

A．①②  B．②③  C．①③  D．①④

C　[氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮。]

3．某集气瓶中的气体呈红棕色，加入足量水，盖上玻璃片振荡，得橙色溶液，气体颜色消失。再拿走玻璃片后，瓶中气体又变为红棕色，则该气体可能是下列混合气体中的(　　)

A．N2、NO2、Br2   B．NO2、NO、N2

C．NO2、NO、O2   D．N2、O2、Br2

A　[气体呈红棕色说明含有NO2和Br2中的至少一种，溶于水得橙色溶液说明气体中必定含有溴蒸气，所得无色气体遇空气重新变为红棕色说明无色气体含NO。由于NO2溶于水时生成HNO3和NO，原气体可能既有NO2也有Br2，A项正确。]

4．某无色混合气体中可能含有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种。现将此混合气体通过品红溶液，品红溶液褪色；然后向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色。则下列对原混合气体成分的判断中正确的是(　　)

A．肯定含有SO2和NO B．肯定没有Cl2、O2和NO

C．可能含有Cl2和O2 D．肯定含有Cl2和NO

A　[因该混合气体无色，故可排除红棕色的NO2和黄绿色的Cl2；混合气体通过品红溶液，品红溶液褪色，说明含有SO2；向剩余气体中通入空气，很快变为红棕色，说明存在NO，则可推知一定不存在O2。故原混合气体中一定存在SO2和NO，肯定没有O2、NO2和Cl2。]

5．(素养题)俗话说“雷雨发庄稼”，这说明雷雨中含有能被植物吸收利用的化合态的氮。请写出三个有关的化学方程式：

(1)__________________________________________________；

(2)__________________________________________________；

(3)__________________________________________________。

[答案]　(1)N2＋O22NO　(2)2NO＋O2===2NO2　(3)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO