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

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物导学案，共16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。
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___________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，部分存在于动植物的蛋白质中以及存在与土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
（2）氮气的物理性质：无色，无味，气体，密度与空气接近，___溶于水。
（3）氮气的化学性质：氮气的化学性质_____，通常很难与其他物质发生化学反应。
①还原性_________________
②氧化性
a．N2与H2反应生成NH3，反应的化学方程式为_____________________。
b．在点燃条件下与金属镁反应，化学方程式为___________________。
氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护，国内外不乏先例。美国的《独立宣言》、中国博物馆和中南海毛主席故居纪念馆、北京房山云居寺“99石经回藏”都是氮气保护的成功典范。
为什么氮气可以作为保护气？
2． 氮的固定
（1）含义：将大气中_______的氮转化为___________的过程叫做氮的固定。
（2）分类：
【巧判断】
（1）氮的固定中氮元素一定被氧化。（ ）
（2）雷雨天含氮物质发生的反应都属于氮的固定。（ ）
3．自然界中氮的循环
二、NO和NO2
1．物理性质
2．化学性质
（1）：
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。现象：___________
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。_________________，
振荡后________________
（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： ___________________；
②NO2→NO： __________________________（工业制取硝酸）。
NO和NO2分别采用什么方法收集？说明原因。
NO2转化为NO的变化中，NO2只能作氧化剂吗？
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？
知识点 氮的氧化物的性质及有关计算
NO和NO2性质的对比
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：
②NO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：
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。
【知识拓展】氮的氧化物溶于水的计算的其他方法
（1）原子守恒法
4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，都与N2O5+H2O====2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。
（2）电子守恒法
NO与O2的混合气体通入水中发生反应：2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO，在这当中，存在着NO向NO2转化、NO2向HNO3转化的同时又生成NO的循环反应。但总体来讲，NO→HNO3，N的化合价升高是由于被O2氧化，因此可写出
在氧化还原反应中得失电子数必然相等。
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？
（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？
【典例1】下列对NO、NO2的描述，不正确的是（ ）
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
【解题指南】解答本题应注意以下两点：
（1） N2和O2直接化合得到NO，不能得到NO2。
（2）NO与NO2均不是酸性氧化物。
【易错提醒】（1）NO不能和碱反应，是不成盐化合物；NO2和碱反应化合价发生了变化，所以二者均不是酸性氧化物。
（2）N2和O2反应，不管量和条件如何变化，均只能生成NO。
【典例2】（2019·郑州高一检测）将盛有1 ml 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 ml O2，充分反应后，整个试管充满水。则原混合气体中NO与NO2体积比为（ ）
A．1∶2 B．2∶5 C．3∶7 D．无法确定
【解题指南】解答本题应注意以下两点：
（1）NO2与O2混合物完全溶于水的比值为4∶1。
（2）NO与O2混合物完全溶于水的比值为4∶3。
【母题追问】（1）1 ml 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 ml，则NO与NO2体积比为多少？
（2）1 ml 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？
1．科学家研究发现SARS病毒的全部基因组组分都可以在蝙蝠的粪便里找到，且SARS样冠状病毒基因内部多个位点频繁重组。
病毒学研究证实，一氧化氮对SARS病毒有直接抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是（ ）
A．一氧化氮是一种红棕色的气体
B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C．一氧化氮可以由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集
2．如图所示，室温下向盛有3.0 mL NO的试管中缓缓通入1.5 mL O2（所有气体体积均在标准状况下测定）。试回答下列问题：
（1）写出观察到的现象：
①__________________________；
②__________________________；
③__________________________。
（2）最终试管中剩余的气体是________，体积为________。
3. 将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积缩小为原来的一半，则原混合气体中N2和NO2的体积比是（ ）
A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．3∶1
【素养提升】
中国汽车销量增长幅度很大，同时也带来了空气污染。汽车尾气转化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。
（1）汽车尾气的主要污染成分包括哪些？
（2）由图分析写出汽车尾气转化装置里发生的反应？在反应中氮的氧化物分别表现什么性质？
（3）由图可以推出NO和O2必须在催化剂表面才能反应吗？
（4）汽车尾气的排放有哪些危害？
模块1：氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮
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，部分存在于动植物的蛋白质中以及存在与土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。
（2）氮气的物理性质：无色，无味，气体，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+O2 放电或高温 2NO
②氧化性
a．N2与H2反应生成NH3，反应的化学方程式为__N2+3H2 === 2NH3__。
b．在点燃条件下与金属镁反应，化学方程式为_N2+3Mg === Mg3N2__。
氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护，国内外不乏先例。美国的《独立宣言》、中国博物馆和中南海毛主席故居纪念馆、北京房山云居寺“99石经回藏”都是氮气保护的成功典范。
为什么氮气可以作为保护气？
氮气性质稳定，常温下不与物质发生反应，故可作保护气。
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：
【巧判断】
（1）氮的固定中氮元素一定被氧化。（ X ）
（2）雷雨天含氮物质发生的反应都属于氮的固定。（ X ）
3．自然界中氮的循环
二、NO和NO2
1．物理性质
2．化学性质
（1）：
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。现象：__无明显现象__
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。_无色气体变红棕色__，
振荡后_红棕色变为无色___
（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）。
NO和NO2分别采用什么方法收集？说明原因。
常温下NO能与O2反应，只能用排水法收集；NO2能与水反应生成NO，故只能用排空气法收集。
NO2转化为NO的变化中，NO2只能作氧化剂吗？
NO2与水反应转化为NO的同时生成HNO3，NO2既作氧化剂又作还原剂。
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。
知识点 氮的氧化物的性质及有关计算
NO和NO2性质的对比
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：
②NO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：
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。
【知识拓展】氮的氧化物溶于水的计算的其他方法
（1）原子守恒法
4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，都与N2O5+H2O====2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。
（2）电子守恒法
NO与O2的混合气体通入水中发生反应：2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO，在这当中，存在着NO向NO2转化、NO2向HNO3转化的同时又生成NO的循环反应。但总体来讲，NO→HNO3，N的化合价升高是由于被O2氧化，因此可写出
在氧化还原反应中得失电子数必然相等。
（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？ 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？①若剩余的是NO，由反应3NO2+H2O====2HNO3+NO，得NO2体积为2mL×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。
【典例1】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
【解题指南】解答本题应注意以下两点：
（1） N2和O2直接化合得到NO，不能得到NO2。（2）NO与NO2均不是酸性氧化物。
【易错提醒】（1）NO不能和碱反应，是不成盐化合物；NO2和碱反应化合价发生了变化，所以二者均不是酸性氧化物。
（2）N2和O2反应，不管量和条件如何变化，均只能生成NO。
【典例2】（2019·郑州高一检测）将盛有1 ml 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 ml O2，充分反应后，整个试管充满水。则原混合气体中NO与NO2体积比为（ C ）
A．1∶2 B．2∶5 C．3∶7 D．无法确定
【解题指南】解答本题应注意以下两点：
（1）NO2与O2混合物完全溶于水的比值为4∶1。
（2）NO与O2混合物完全溶于水的比值为4∶3。
【母题追问】（1）1 ml 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 ml，则NO与NO2体积比为多少？1∶9
（2）1 ml 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
1．科学家研究发现SARS病毒的全部基因组组分都可以在蝙蝠的粪便里找到，且SARS样冠状病毒基因内部多个位点频繁重组。
病毒学研究证实，一氧化氮对SARS病毒有直接抑制作用。下列关于一氧化氮的叙述正确的是（ C ）
A．一氧化氮是一种红棕色的气体
B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C．一氧化氮可以由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D．一氧化氮易溶于水，不能用排水法收集
2．如图所示，室温下向盛有3.0 mL NO的试管中缓缓通入1.5 mL O2（所有气体体积均在标准状况下测定）。试回答下列问题：（1）
（1）写出观察到的现象：
①通入O2后试管内气体变为红棕色；
②试管内液面升高；
③最后试管内剩余一种无色气体。
（2）最终试管中剩余的气体是_NO_，体积为1.0 mL。
3. 将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中，经过足够长的时间后，试管内气体的体积缩小为原来的一半，则原混合气体中N2和NO2的体积比是（ C ）
A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．3∶1
【素养提升】
中国汽车销量增长幅度很大，同时也带来了空气污染。汽车尾气转化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。
汽车尾气的主要污染成分包括哪些？
CO、NO2、NO等
由图分析写出汽车尾气转化装置里发生的反应？在反应中氮的氧化物分别表现什么性质？
发生的反应为2NO+O2====2NO2，NO表现还原性；2NO2+4CO 4CO2+N2，NO2表现氧化性
由图可以推出NO和O2必须在催化剂表面才能反应吗？
不对，NO和O2在空气中就能迅速反应生成NO2
（4）汽车尾气的排放有哪些危害？
汽车尾气被人吸收造成伤害，排入大气会引起光化学烟雾、硝酸型酸雨等
物质
颜色
状态
气味
毒性
水溶性
NO
_____
气体
_____
有毒
___溶于水
NO2
_______
气体
_______
有毒
___溶于水
NO
NO2
色、态、味
无色、无味、有毒气体
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O反应
2NO+O2 ====2NO2
与H2O反应
3NO2+H2O====2HNO3+NO
与O2、H2O共同反应
4NO+3O2+2H2O====4HNO3
4NO2+O2+2H2O====4HNO3
氧化性
6NO+4NH3 5N2+6H2O
6NO2+8NH3 7N2+12H2O，
NO2+SO2====SO 3+NO，
NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝
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
NO
NO2
色、态、味
无色、无味、有毒气体
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O反应
2NO+O2 ====2NO2
与H2O反应
3NO2+H2O====2HNO3+NO
与O2、H2O共同反应
4NO+3O2+2H2O====4HNO3
4NO2+O2+2H2O====4HNO3
氧化性
6NO+4NH3 5N2+6H2O
6NO2+8NH3 7N2+12H2O，
NO2+SO2====SO 3+NO，
NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝