【26版高中化学步步高人教版必修二学习笔记第五章第二节第1课时氮气和氮氧化物

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第二节　氮及其化合物

第1课时　氮气和氮氧化物

[核心素养发展目标]　1.通过对氮元素“位—构—性”的分析，认识氮元素在自然界中的存在形式，了解氮的固定的意义。2.掌握N₂的性质。3.掌握NO、NO₂的性质及二者的相互转化。4.掌握NO、NO₂与O₂混合溶于水的计算。

一、氮气与氮的固定

1.氮元素

(1)

一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。

(2)氮元素在自然界中的存在

2.氮气

思考1　根据氮原子核外电子排布和氮气分子的结构，推测氮气的化学活性。

提示由于氮分子内两个氮原子间以共价三键(N≡N)结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应。

在高温、放电等条件下，氮气可以与镁、氢气、氧气等物质发生化合反应。

写出氮气与下列物质发生反应的化学方程式：

①金属镁：N₂+3MgMg₃N₂，氮气表现氧化性；

②氢气：N₂+3H₂2NH₃，氮气表现氧化性；

③氧气：N₂+O₂2NO，氮气表现还原性。

思考2　写出镁条在空气中燃烧发生反应的化学方程式。

提示　2Mg+O₂、3Mg+N₂₃N₂、2Mg+CO₂。

3.氮的固定

1.判断正误

(1)N₂和O₂在放电的条件下会直接生成NO₂(　　)

(2)氮原子与其他原子只能形成共价键，不能形成离子键(　　)

(3)氮气常用作焊接金属、填充灯泡、保存食品的保护气(　　)

(4)氮的固定中氮元素一定被氧化(　　)

(5)工业上将NH₃转化为其他铵态化肥属于人工固氮(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×

2.(2024·江苏无锡高一期中)氮气属于地球大气的主要成分，它是地球生命循环——氮循环的重要组成部分，下列关于氮气的说法错误的是(　　)

A.氮气不燃烧，也无法支持燃烧，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.氮气可用于食品保鲜

答案　A

解析氮气可支持镁的燃烧，故选A。

3.(2024·北京高一期中)下列过程属于自然固氮的是(　　)

A.用N₂和H₂合成NH₃

B.闪电时大气中氮气和氧气化合生成一氧化氮

C.由氨气制硝酸

D.从空气中分离出液态氮气

答案　B

解析用N₂和H₂合成NH₃，属于人工固氮，A错误；闪电时大气中氮气和氧气化合生成一氧化氮，属于自然固氮，B正确；由氨气制硝酸、从空气中分离出液态氮气不属于固氮，C、D错误。

二、一氧化氮和二氧化氮

1.NO和NO₂的物理性质

2.NO和NO₂的化学性质

(1)实验探究

(2)实验结论及解释 

①NO不溶于水，也不与水反应，但能与空气中的氧气反应生成红棕色的NO₂，化学方程式：2NO+O₂===2NO₂。

②NO₂能与水反应生成无色的NO，化学方程式：3NO₂+H₂O===2HNO₃+NO。

思考1　为了有效实现NO和NO₂的相互转化，设计如下实验：按图组装好实验装置(夹持装置已省略)，并检查装置的气密性，实验前用排水法收集NO。

(1)打开止水夹，推动注射器活塞，使O₂进入烧瓶。关上止水夹，首先观察到烧瓶中的现象是，写出产生此现象的化学方程式：。 

提示气体由无色变为红棕色　2NO+O₂===2NO₂

(2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象是什么？利用化学方程式解释产生这种现象的原因是什么？

提示烧瓶中的红棕色气体又变为无色，且烧瓶内压强减小，烧杯中的水倒吸进入烧瓶，导致烧瓶中液面上升。摇动烧瓶，使得NO₂与水发生反应：3NO₂+H₂O===2HNO₃+NO。

(3)对于反应：3NO₂+H₂O===2HNO₃+NO，用双线桥法标出电子转移的方向和数目：，在反应中若有6molNO₂参与反应时，有mol电子发生转移。 

提示

3.NO、NO₂溶于水的相关计算

思考2　有一只充有20mLNO₂和NO混合气体的试管，倒置于盛有水的水槽中，充分反应后，仍有12mL无色气体，则原混合气体中NO和NO₂体积比为(气体体积均在相同状况下测得)。 

答案　2∶3

解析设混合气体中二氧化氮的体积为V，则：

3NO₂+H₂O===2HNO₃+NO　气体体积减少

3　　　　　　　　　　1　　　2

V　　　　　　　　　　　　20mL-12mL=8mL

所以V==12mL，即二氧化氮的体积为12mL，则混合气体中一氧化氮的体积为20mL-12mL=8mL，则原混合气体中NO和NO₂体积比为8mL∶12mL=2∶3。

思考3　假设试管内充有100mLNO，通入多少O₂才能使水充满试管？

提示已知：2NO+O₂===2NO₂①，3NO₂+H₂O===2HNO₃+NO　②，由反应①×3+②×2得：4NO+3O₂+2H₂O===4HNO₃，即当NO和O₂的体积比为4∶3时水可以充满试管，故需通入75mLO₂。

1.NO₂和O₂的混合气体与水反应由4NO₂+O₂+2H₂O===4HNO₃可知2.NO和O₂的混合气体与水反应由4NO+3O₂+2H₂O===4HNO₃可知

1.判断正误

(1)由于NO极易与O₂反应，并且其密度与空气相差不多，因此收集NO只能用排水法(　　)

(2)由于NO₂极易与水反应且密度比空气大，因此收集NO₂只能用向上排空气法(　　)

(3)NO₂与H₂O反应生成HNO₃，故NO₂是酸性氧化物(　　)

(4)可用湿润的淀粉碘化钾试纸鉴别NO₂与溴蒸气(　　)

答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×

2.(2024·江苏无锡高一期中)下列对NO和NO₂的描述正确的是(　　)

A.NO是无色气体，可用向上排空气法收集

B.NO₂与水的反应中，NO₂既是氧化剂又是还原剂

C.NO₂可由N₂和O₂直接化合得到

D.从元素化合价角度看，NO只有还原性

答案　B

解析　NO易与O₂反应生成NO₂，不能用排空气法收集，只能采用排水法收集，A错误；N₂和O₂在高温或放电条件下反应生成NO，NO₂不能直接由N₂和O₂直接化合得到，C错误；NO中氮元素显+2价，处于中间价态，则NO既有氧化性又有还原性，D错误。

3.现有NO₂、O₂的混合气体12 mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2 mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积可能是。 

答案　4 mL或1.2 mL

解析(总反应式法)根据有关的反应：

4NO₂+O₂+2H₂O===4HNO₃、3NO₂+H₂O===2HNO₃+NO

设原混合气体中O₂的体积为V(O₂)，剩余气体可能是O₂，也可能是NO。

①若剩余O₂，则V_剩=V(O₂)-[12mL-V(O₂)]=2mL，解得V(O₂)=4mL。

②若剩余NO，则V_剩=[12mL-V(O₂)-4V(O₂)]=2mL，解得V(O₂)=1.2mL。

1.(2024·江苏淮安高一期中)氮及其化合物在生产生活中具有广泛应用。下列关于N₂的叙述错误的是(　　)

A.氮是农作物生长的必需元素

B.N₂既可作氧化剂又可作还原剂

C.氮的固定是将N₂转化成含氮的化合物

D.1 mol N₂可与3 mol H₂反应生成2 mol NH₃

答案　D

解析　N₂与H₂反应生成NH₃的反应是可逆反应，所以1molN₂与3molH₂反应生成NH₃的物质的量小于2mol，故选D。

2.下列有关氮的氧化物的说法正确的是(　　)

A.氮的氧化物都能与水反应生成相应的酸

B.NO₂为红棕色气体，因此将NO₂通入水中，溶液显红棕色

C.NO、NO₂都有毒，且NO是汽车尾气的有害成分之一

D.NO是酸性氧化物

答案　C

解析　NO₂为红棕色气体，但通入水中后和水反应生成HNO₃和NO，溶液无色，B错误；NO、NO₂都有毒，且NO是汽车气缸中的氮气和氧气在高温条件下生成的，则汽车尾气中有NO气体，C正确。

3.将装有50 mL NO₂、NO混合气体的量筒倒立在水槽中，反应后气体体积缩小为30 mL，则原混合气体中NO₂和NO的体积比是(　　)

A.5∶3B.3∶5

C.3∶2D.2∶3

答案　C

解析解答此题可根据化学方程式，运用差量法进行计算。设混合气体中NO₂的体积为x，

3NO₂+H₂O===2HNO₃+NO　　ΔV

3mL1mL3mL-1mL=2mL

x(50-30) mL=20mL

==30mL，则原混合气体中NO的体积为50mL-30mL=20mL，所以V(NO₂)∶V(NO)=30mL∶20mL=3∶2。

4.(2024·天津高一段考)以下是氮循环的一部分：

(1)通常状况下，氮气的颜色是。 

(2)反应③的化学方程式是。 

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