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课时学案，共13页。学案主要包含了氮气和氮的固定，一氧化氮和二氧化氮等内容，欢迎下载使用。

第二节　氮及其化合物
氮元素位于元素周期表的第　　周期、第　　族。氮原子的最外电子层有　　个电子，既不容易得到　　个电子，也不容易失去　　个电子。因此，氮原子一般通过　　　　　　与其他原子相互结合构成物质。在自然界里，氮元素主要以　　　　的形式存在于　　　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。氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素。

第1课时　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮


核心微网络

新课程标准
1.了解氮气的主要性质，认识氮的循环与氮的固定；
2．通过实验探究，了解氮的氧化物的性质，认识它们在生产、生活中的应用和对生态环境的影响。
素养新要求
1.从物质类别和化合价角度，预测氮气及氮的氧化物的性质及转化；
2．通过探究实验认识二氧化氮与水反应的性质，理解氮的氧化物的简单计算。

学业基础——自学·思记·尝试
一、氮气和氮的固定
1．自然界中氮的循环
（1）自然界：
①豆科植物根部的　　　　，把氮气转变为　　　　等含氮的化合物。
②在　　　　条件下，空气中N2与氧气化合为氮的氧化物，并随降雨进入水体和土壤中。
③微生物分解动植物中的蛋白质生成小分子的含氮化合物，回到水体和土壤中。
（2）人类活动：
①将空气中N2合成　　　　，再进一步转化为其他含氮化合物，进入水体和土壤中。
②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　所产生的氮氧化物通过大气进入陆地和海洋。

2．氮气的物理性质

颜色
密度
气味
溶解性
　　
比空气　　　
　　
　　　　
3.氮气的化学性质
（1）N2与Mg反应：　　　　　　　　
（2）N2与O2反应：　　　　　　　　
（3）N2与H2的反应：　　　　　　　　
4．氮的固定
（1）概念：将大气中　　　　态的氮转化为氮的化合物的过程。
（2）分类：
氮的固定

【学而思】
1.思考：下列关于自然界中氮的循环（如图所示）的说法正确吗？

（1）氮元素均被氧化。（　　）
（2）工业合成氨属于人工固氮。（　　）
（3）含氮无机物和含氮有机物可相互转化。（　　）
（4）碳、氢、氧三种元素也参与了循环。（　　）
2．探索：在国民经济和日常生活中，氮气有广泛的用途。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？







3．质疑：医生为什么可以利用液氮给手术刀降温？已知：氮气的熔点－210 ℃，沸点－196 ℃，密度：1.25 g·L－1。










状元随笔　空气的组成与氮循环
空气是一种混合物，大概的组成情况（体积分数）如下：
氮气：78%；氧气：21%；稀有气体：0.94%；二氧化碳：0.03%；其他：0.03%。
空气是自然界中最大的氮元素容器，是氮循环的最大源泉。



二、一氧化氮和二氧化氮
1．物理性质


NO
NO2
色、态
　　　色气体
　　　色气体
气味
　　　
　　　气味
密度（与空
气相比）
略大
　　　
溶解性
　　　溶于水
与水反应
毒性
　　　毒
　　　毒
2.化学性质
（1）实验探究——【实验5－5】
①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。

实验现象：　　　　　　　　　　。
原因解释：　　　　　　　　　　。
②打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。
实验现象：气体变为　　　　色，再振荡后气体又变为　　　　色，同时注射器的活塞　　　　。
原因解释：NO与O2反应生成　　　　，气体变为　　　　色；振荡后NO2溶于水生成　　　　，气体又变为　　　　色，同时气体的总体积有所　　　　。
（2）NO和NO2的相互转化
NO→NO2化学方程式：_____________________________________
NO2→NO化学方程式：_________________________________________
（3）对工业生产硝酸的启示
工业上生产硝酸时，向吸收后的废气中再通入适量的氧气或空气，充分利用原料，并能减少NO的排放以保护环境。


【学而思】
1.质疑：已知NO2可被NaOH吸收，反应化学方程式为2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O；NO与NO2等物质的量时也可被NaOH吸收，反应化学方程式为NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。NO和NO2是否为酸性氧化物？





2．思考：如何鉴别NO和NO2?





3．探索：二氧化氮和溴蒸气都是有刺激性气味的红棕色气体，能否用湿润的淀粉碘化钾试纸检验？已知硝酸可以将I－氧化为I2。






[即学即练]
　
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
（1）空气中N2的体积分数约为78%。（　　）
（2）N2在高温条件下与O2发生燃烧生成NO。（　　）
（3）NO在空气中易转化为红棕色NO2。（　　）
（4）NO2与H2O的反应，NO2只作氧化剂。（　　）
（5）闪电时氮气和氧气化合，生成的氮的化合物被植物吸收的过程，属于自然固氮。（　　）
2．下列变化过程属于物理变化的是（　　）
A．活性炭使红墨水褪色
B．雷雨天氮气与氧气化合
C．二氧化氮溶于水
D．酸雨侵蚀建筑物
3．在NO2与水的反应中，水的作用是（　　）
A．是还原剂
B．既是氧化剂又是还原剂
C．是氧化剂
D．既不是氧化剂又不是还原剂
4．最新病毒学研究证实，一氧化氮对SARS病毒有直接的抑制作用。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
5．（双选）下列有关氮气的叙述错误的是（　　）
A．氮气可作贮存水果、粮食的保护气
B．氮的非金属性比磷强，所以氮气的化学性质比磷活泼
C．在雷雨天，空气中的N2和O2反应生成NO2
D．氮气既可作氧化剂，又可作还原剂

核心素养——合作·探究·分享
　

目标1氮的循环与固定
例1. 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



状元随笔





[提升1]　关于氮气的性质说法中，错误的是（　　）
A．氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在
B．通常情况下，氮气性质很不活泼
C．可在氧气中燃烧生成一氧化氮
D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环

关键能力
氮在自然界中的循环
（1）自然循环

（2）人类活动的影响

状元随笔　氮的固定涉及的氮及其化合物之间的转化关系

对图的解释：（1）氮的固定，是以氮气为核心的氮及其化合物之间的转化。（2）图中涉及的转化均可以通过氧化还原反应实现，涉及的化学方程式有：
①N2＋3H22NH3　②N2＋O22NO
③2NO＋O2===2NO2　④3NO2＋H2O===2HNO3＋NO



目标2氮的氧化物性质及有关计算
例2. 按图进行实验。试管中装有12 mL NO，然后间歇而又缓慢地通入8 mL O2，下列是有关最终状态的描述：

①试管内气体呈棕色 ②试管内气体呈无色
③试管内液面不变 ④试管内液面上升
⑤试管内气体是O2⑥试管内气体是NO
其中正确的是（　　）
A．①③ B．②④⑤
C．②④⑥ D．②③⑤
[提升2]　在一定条件下，将m体积NO与n体积O2先后通入倒立在水中且盛满水的容器中，充分反应后，容器内残留体积的气体，该气体与空气接触后变为红棕色，则m与n的比值为（　　）
A.3∶2 B．2∶3
C．8∶3 D．3∶8



状元随笔　当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子，若上述两种气体与O2混合通入水中时，O2得电子，且得失电子数必须相等，这是电子守恒法解答此类题目的依据。

关键能力
氮氧化物的计算类型
1．相关反应原理：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO①
2NO＋O2===2NO2②
由方程式①×2＋②得：
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3③
由方程式①×2＋②×3得：
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3④
2．计算类型：
（1）NO2（或NO2与NO的混合气体）气体溶于水（反应①）利用气体体积差法进行计算。
V剩＝V（NO）原＋V（NO2）。
（2）NO2与O2的混合气体溶于水（反应③）。
当V（NO2）∶V（O2）
（3）NO与O2的混合气体溶于水（反应④）
当V（NO）∶V（O2）



状元随笔　NO、NO2性质应用：
（1）NO的收集方法：排水法
（2）NO2向NO的转化：通入水中
（3）NO的检验：通入O2变红棕色或无色气体遇空气变红棕色
（4）NO2检验：通入H2O中变为无色气体

　学考评价——夯实·测控·演练

1．下列关于N2的说法错误的是（　　）
A．通常情况下N2性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气
B．反应N2＋O22NO是汽车尾气造成污染的主要原因之一
C．N2的质量约占空气总质量的
D．在反应3Mg＋N2Mg3N2中，N2作氧化剂
2．（双选）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物理变化
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
3．[2022·昆明高一检测]据研究，NO广泛分布于生物体内各组织中，可将积存在血管壁上的脂肪、胆固醇带走，被称为“血管清道夫”。下列说法中错误的是（　　）
A．NO极易与氧气反应生成一种红棕色气体
B．NO可以是某些低价含氮物质的氧化产物
C．人体吸入大量NO气体，可以预防心血管疾病
D．NO是汽车尾气排放的污染物之一
4．对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是（　　）
A．氧化剂与还原剂的质量比为1∶2
B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
C．NO2是氧化剂，H2O是还原剂
D．在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有3 mol电子发生转移
5.

将体积为V的试管充满NO气体，按如图所示进行实验。相同条件下，当通入O2 49 mL时，液面仍在原来位置，则试管体积V为（　　）
A．49 mL B．28 mL
C．30 mL D．24.5 mL

6．[2022·宁波高一检测]（双选）近年来，利用半导体光催化实现还原氮气制备氨气引起全世界极大关注。如图是在半导体光催化的作用下，N2被光催化材料捕获进而被还原实现“N2→NH3”的转化示意图。下列说法正确的是（　　）

A．此方法属于人工固氮技术
B．由转化示意图可知，氮气化学性质很活泼
C．该反应过程中有极性键的断裂和形成
D．该反应的化学方程式是N2＋3H22NH3
7.

某研究小组借助如图仪器装置收集NO气体，正确的操作是（　　）
A．从①口进气，用排水法集气
B．从①口进气，用排气法集气
C．从②口进气，用排水法集气
D．从②口进气，用排气法集气


练后感悟

“万能瓶”的用途
（1）

洗气瓶：A进B出，如用饱和NaHCO3溶液除去CO2气体中的HCl气体。
（2）贮气瓶：广口瓶中盛满液体，B进A出，如Cl2可用排饱和食盐水贮存。
（3）集气瓶：若A进B出，可收集密度比空气大的气体，如CO2；若B进A出，可收集密度比空气小的气体，如H2。
（4）安全瓶：在气体的制取与性质验证实验中连接该装置（瓶中不盛放任何物质），可有效地防止倒吸，起到安全瓶的作用（此时广口瓶中A管长度同B管）。
第二节　氮及其化合物
二　ⅤA　5　3　5　共用电子对　氮分子　空气

第1课时　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮
学业基础
一、
1．(1)根瘤菌　氨或铵盐　放电　(2)氨　化石燃料燃烧、森林和农作物的枝叶燃烧
2．无　稍小　无　难溶于水
3．(1)N2＋3MgMg3N2
(2)N2＋O22NO
(3)N2＋3H22NH3
4．(1)游离　(2)高能　生物　人工　合成氨　仿生
【学而思】
1．(1)提示：×　人工固氮和豆科植物固氮时氮元素被还原。
(2)提示：√　通过控制条件，由氮气和氢气合成氨气是人工固氮。
(3)提示：√　由氮的循环可知，含氮物质可相互转化。
(4)提示：√　碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环，如蛋白质的制造需要碳元素，又如N2在放电条件下与O2直接化合生成NO，氧元素参与，生成氨、铵盐的过程，二氧化氮易与水反应生成硝酸，氢元素参与。
2．提示：氮气化学性质很稳定，常温下不与氧气反应，可以作保护气。
3．提示：液氮沸点低，变成气体时吸收热量造成周围温度降低。

二、
1．无　红棕　无味　有刺激性　大　不　有　有
2．(1)无明显现象　NO不溶于水　红棕　无　向内移动　NO2　红棕　硝酸和NO　无　减小
(2)2NO＋O2===2NO2　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
【学而思】
1．提示：均不是，酸性氧化物与碱反应生成一种盐和水且为非氧化还原反应。
2．提示：NO2是红棕色气体，NO是无色气体且遇空气变为红棕色。
3．提示：不能，NO2溶于水生成硝酸，可使淀粉碘化钾试纸变蓝，Br2氧化性大于I2，也可使淀粉碘化钾试纸变蓝。
[即学即练]
1．答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√
2．答案：A
3．答案：D
4．解析：NO是无色气体，不溶于水，在放电的条件下N2与O2化合生成NO。
答案：C
5．解析：氮气的化学性质很稳定，无毒，可以用作食品保护气，故A正确；氮气分子中含N≡N，性质很稳定，化学性质不如磷活泼，故B错误；在雷雨天，放电条件下，氮气与氧气反应生成一氧化氮，故C错误；氮气中氮元素处于中间价态，既可作氧化剂，又可作还原剂，故D正确。
答案：BC
核心素养
[例1]　解析：氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程。
答案：C
[提升1]　解析：通常情况下氮气的性质很不活泼，在放电或高温条件下，能跟氧气反应。
答案：C
[例2]　解析：由反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3可得，剩余气体应为NO，体积为mL，试管内液面上升。
答案：C
[提升2]　解析：由题意可知，容器内体积的气体为NO。
解法Ⅰ(化学方程式法)：
4NO　＋　3O2＋2H2O===4HNO3
4　　　　　3
m－　 　n
(m－)∶n＝4∶3，解得m∶n＝8∶3。
解法Ⅱ(得失电子守恒法)：从整个反应过程看，NO与O2混合后溶于水是氧化还原反应，故得失电子数相等，在该过程中，O―→HO3，NO失电子，2―→HN3，O2得电子，则有(m－)×3＝n×2×2，解得m∶n＝8∶3。
解法Ⅲ(原子守恒法)：由题意知反应后所得溶液为HNO3溶液，而总反应式与N2O5＋H2O===2HNO3等效，据此可知参加反应的NO和O2中，N与O原子数之比一定为2∶5，即N(N)∶N(O)＝2∶5得[(m－)×1]∶[(m－)×1＋n×2]＝2∶5，解得m∶n＝8∶3，故本题答案为C。
答案：C
学考评价
1．解析：N2在空气中的体积含量约为，C项错误。
答案：C
2．答案：AC
3．答案：C
4．答案：A
5．解析：通入氧气发生4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，如NO过量，发生4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，则体积不可能与原来相等，应为氧气过量，则
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，
VV
49 mL－V＝V，V＝28 mL。
答案：B
6．解析：该方法是通过人工将氮气转化为氨气，属于人工固氮技术，故A正确；氮气结构式为N≡N，不易断裂，氮气常温下十分稳定，故B错误；该反应过程中有N≡N、O—H键断裂，N—H、O===O键生成，O—H键和N—H键为极性键，故C正确；由题图可知，氮气和水在半导体光催化的作用下生成氨气和氧气，化学方程式为2N2＋6H2O4NH3＋3O2，故D错误。
答案：AC
7．答案：C