人教版新教材必修第二册 第五章第二节 氮及其化合物(第1课时) 学案

第二节氮及其化合物

第1课时氮气与氮的氧化物

课前自主预习

1．氮元素的存在与氮的固定

2．N2的物理性质

无色、无味气体，密度比空气略小，难溶于水。3．N2的化学性质

写出有关反应的化学方程式：

①3Mg＋N2=====

点燃

Mg3N2；

②N2＋3H2

高温、高压

催化剂

2NH3；

③N2＋O2=====

放电

2NO。

4．氮的氧化物

课堂互动探究氮氧化物的转化及有关计算

1．NO→NO2

NO具有还原性，能与氧气反应生成二氧化氮，反应方程式为2NO ＋O2===2NO2，将盛有一氧化氮气体的试剂瓶的瓶塞打开，会发现瓶口变红棕色。

2．NO2→NO

二氧化氮易溶于水且能与水反应生成一氧化氮。

(1)反应的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

(2)反应现象：反应后气体体积减少为原来的三分之一，气体颜色由红棕色变为无色。

(3)反应特点：反应中的二氧化氮既是氧化剂又是还原剂，每3 mol 二氧化氮参加反应转移2 mol电子。二氧化氮不是酸性氧化物。

(4)有关计算：

NO2(NO2与N2的混合气体)溶于水时，可根据反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，利用气体体积的变化差值进行计算。

例：氮气和二氧化氮混合气体20 mL通入水中，气体的体积缩小为16 mL，则原混合气体中二氧化氮的体积V可通过以下关系求得：

氮的氧化物溶于水的有关计算

氮的氧化物溶于水的几种情况

(1)NO2或NO2与N2(非O2)的混合气体溶于水

根据3NO2＋H2O===2HNO3＋NO①

利用气体体积变化差值进行计算。

(2)NO2和O2的混合气体溶于水

根据4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3②

可知：当体积比

(3)NO和O2的混合气体溶于水

根据4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3③

可知：当体积比

(4)NO、NO2、O2三种混合气体通入水中

可先按①式求出NO2和H2O反应后生成的NO的体积，再加上原混合气体中NO的体积，即为NO的总体积，再按③式进行计算。

(5)无论是4NO2＋O2混合，还是4NO＋3O2混合，均可看成是2N2O5，这是实质，即利用N、O原子个数比进行分析推断。

(6)电子守恒法

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，O2得电子，且得失电子总数必然相等，这是解题的依据。

典例题组训练

题组一氮在自然界中的循环

1．(双选)下列关于自然界中氮循环(如图所示)的说法不正确的是(AD)

A．氮元素均被氧化

B．工业合成氨属于人工固氮

C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化

D．只有碳、氢二种元素参与了氮循环

解析：人工固氮中氮气转化为氨气，N化合价由0→－3价，化合价降低，被还原，故A错误；工业合成氨是典型的人工固氮方法，故B正确；根据图像知，通过生物体可以将铵盐和蛋白质相互转化，实现了含氮的无机物和有机物的转化，故C正确；生物体合成蛋白质的过程有碳、氢、氧三种元素的参与，故D错误。

2．雷雨发庄稼，解释其科学原理，并写出相关化学方程式。

答案：空气中的氮气和氧气在放电条件下生成一氧化氮，一氧化氮再和氧气反应，生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸，硝酸与土壤中矿物质作用形成可溶性硝酸盐，成为氮肥被植物吸收，所以

有利于庄稼生长。

相关化学方程式：N 2＋O 2=====放电2NO,2NO ＋O 2===2NO 2,3NO 2＋

H 2O===2HNO 3＋NO 。

题组二 氮的氧化物

3．(双选)下列关于NO 和NO 2的叙述正确的是( AC )

A ．NO 2是一种红棕色气体

B ．常温常压下，NO 不能与空气中的氧气直接化合

C ．含等质量的氧元素的NO 和CO 的物质的量相等

D ．NO 2可用排水法收集

解析：解答本题要抓住NO 易被氧化、NO 2易与水反应的特点。NO 2是红棕色的气体，A 正确。常温常压下，NO 易与空气中的氧气直接化合生成NO 2，B 错误。NO 2能与水反应，故不能用排水法收集，D 错误。

4．NO 2溶于水时，与水发生氧化还原反应，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是( B )

A ．21

B ．12

C ．31

D ．1 3

解析：NO 2与H 2O 的反应中，NO 2既作氧化剂又作还原剂：

根据得失电子守恒，n (氧化剂)

n (还原剂)＝12。

(1)NO 和NO 2都是有毒气体，NO 的中毒原理同CO 。

(2)收集NO 时不能用排气法，应用排水法，收集NO 2时，不能用排水法。

题组三 氮的氧化物、氧气与水的反应

5．将盛有10 mL NO 和NO 2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中，再通入4 mL O 2，充分反应后，整个试管充满水。则原混合气体中NO 与NO 2体积比为( C )

A ．1 2

B ．2 5

C ．37

D ．无法确定

解析：设10 mL NO 和NO 2的混合气体中有a mL NO 和(10－a ) mL NO 2，根据4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3和4NO 2＋O 2＋2H 2O

===4HNO 3可得：34a ＋10－a 4＝4，所以a ＝3，V (NO)V (NO 2)＝37。

6．如图所示，试管中盛装的是红棕色气体，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，试管被水充满，原来试管中盛装的气体是( D )

A ．肯定是NO 2气体

B ．肯定是O 2与NO 2的混合气体

C ．肯定是NO 气体

D．可能是NO与NO2的混合气体

解析：由气体“红棕色”推测肯定含有NO2，与水反应后生成物有NO，由“向试管内鼓入氧气多次后，试管被水充满”，则试管中原来可能还含有NO或含有O2。由4NO2＋O2＋2H2O===

4HNO3,4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3这两个方程式进行判断，可能是NO与NO2的混合气体；若是O2与NO2的混合气体，当O2过量，试管就不可能被水充满，因此，原试管中可能情况之一是O2与NO2的混合气体且O2不过量。

(1)要明确试题要求，如反应后容器内是否有剩余气体？剩余气体可能是什么？注意剩余气体不可能是NO2，也不可能是NO与O2的混合气体。

(2)计算中可能用到的化学反应：

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3

4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3,(3)要对试题中产生的结果进行可能情况的讨论，如NO2与O2的混合气体溶于水时，剩余的气体是NO还是O2要进行讨论。

核心素养

氮氧化物与O2、H2O反应的计算

(1)关系式法

①NO和O2通入水中

由2NO＋O2===2NO2和3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3

②NO2和O2混合气体通入水中

由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO和2NO＋O2===2NO2得总反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3

③NO、NO2和O2三种气体通入水中

先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算出生成的NO体积，然后加上原来混合气体中NO体积，再按①计算。

(2)电子守恒法

当NO x转化为硝酸时要失去电子，如果是NO x与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NO x失去的电子数相等。

【例1】(双选)在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL 通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积为()

A．1.2 mL B．2.4 mL C．3 mL D．4 mL

【解析】4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3

若剩余的气体是O2，则V(NO2)＝4

5×(12－2) mL＝8 mL，V(O2)

＝12 mL－8 mL＝4 mL。

若剩余的气体是NO(2 mL)?6 mL NO2。

则V(O2)＝1

5×(12－6) mL＝1.2 mL。

【答案】AD

【例2】将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立

于水槽中且盛满水的试管内，充分反应后，试管内残留m

2体积的气体，

该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为() A．3：2 B．2：3 C．8：3 D．3：8

【解析】该过程中涉及的反应有2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，可将两个方程式“合并”为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。剩余气体与空气接触立即变为红棕色，说明剩余气体为NO。则可知m

2

体积的NO气体与n体积的O2恰好完全反应。

4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3

4 3

m

2n

4：m

2

＝3：n，解得m：n＝8：3。

【答案】 C