2025版高一化學(xué)必修第二冊（含不定項(xiàng)選擇）第五章 第二節(jié) 第1課時(shí) 氮?dú)饧暗墓潭?一氧化氮和二氧化氮

第二節(jié)氮及其化合物第1課時(shí)氮?dú)饧暗墓潭ㄒ谎趸投趸n標(biāo)定向目標(biāo)定位1.能從物質(zhì)類別、氮元素的化合價(jià)的角度預(yù)測氮及其氧化物的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化。(宏觀辨識(shí)與微觀探析)2.通過真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例或通過實(shí)驗(yàn)探究,了解氮及其氧化物的主要性質(zhì),認(rèn)識(shí)這些物質(zhì)在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí))厘清重點(diǎn)氮?dú)?、一氧化氮、二氧化氮的化學(xué)性質(zhì)突破難點(diǎn)NOx溶于水的計(jì)算學(xué)習(xí)任務(wù)一:氮?dú)馀c氮的固定必備知識(shí)·導(dǎo)學(xué)[引入]中國博物館和中南海毛主席故居紀(jì)念館采用氮?dú)獗Ｗo(hù)技術(shù);北京房山云居寺“99石經(jīng)回藏”也是氮?dú)獗Ｗo(hù)的成功典范。氮?dú)鉃槭裁茨苡糜谡滟F文物的保存?1.自然界中氮元素的存在2.氮元素的位置與結(jié)構(gòu)3.氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)(1)穩(wěn)定性[思考]為什么氮?dú)饪梢宰鳛楸Ｗo(hù)氣?提示:氮?dú)庑再|(zhì)穩(wěn)定,常溫下不與物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),故可作保護(hù)氣。(2)發(fā)生化合反應(yīng)在高溫、放電等條件下,N2獲得足夠的能量,使N≡N斷裂。寫出氮?dú)馀c下列物質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式:①金屬鎂:N2+3MgMg3N2,氮?dú)獗憩F(xiàn)氧化性;②氧氣:N2+O22NO,氮?dú)獗憩F(xiàn)還原性;③氫氣:N2+3H22NH3,氮?dú)獗憩F(xiàn)氧化性。[思考]鎂條在空氣中燃燒,生成的含鎂化合物有幾種?提示:兩種,分別為Mg3N2、MgO。[注意]鎂條可以在CO2中燃燒,生成MgO和C。4.氮的固定判對(duì)錯(cuò)·通教材判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)氮?dú)庠谕ǔＧ闆r下不燃燒,也不支持燃燒,不能供給呼吸。 (√)提示:氮?dú)夥肿又械I比較穩(wěn)定,化學(xué)性質(zhì)不活潑,氮?dú)庠谕ǔＧ闆r下不燃燒,也不支持燃燒,不能供給呼吸。(2)氮元素有負(fù)價(jià),正價(jià)和零價(jià),因而常溫下,N2既能與氧氣反應(yīng),又能與H2反應(yīng)。 (×)提示:N2在放電條件下才能與O2反應(yīng);在高溫高壓、催化劑條件下才能與H2化合生成NH3。(3)固氮反應(yīng)一定屬于氧化還原反應(yīng)。 (√)提示:該過程由氮單質(zhì)生成了氮的化合物,一定有元素化合價(jià)的變化,固氮反應(yīng)一定屬于氧化還原反應(yīng)。(4)閃電時(shí)氮?dú)馀c氧氣化合生成NO,屬于自然固氮。 (√)提示:閃電時(shí)氮?dú)馀c氧氣化合生成NO,為自然界中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮的過程,屬于自然固氮。核心要點(diǎn)·歸納1.N2的性質(zhì)與氮的固定2.氮?dú)庑再|(zhì)的易錯(cuò)點(diǎn)(1)氮的固定必須是將游離態(tài)的N2轉(zhuǎn)化為化合態(tài)含氮物質(zhì)的過程,屬于氧化還原反應(yīng)。(2)氮?dú)庑再|(zhì)的“一惰性、兩反應(yīng)”。氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定,通常狀況下,很難與其他物質(zhì)反應(yīng),但是在一定條件下,也能與氫氣、氧氣等反應(yīng)。(3)氮元素是多價(jià)態(tài)元素,氮?dú)庵械爻?價(jià),處于中間價(jià)態(tài),故氮?dú)饧扔醒趸?與H2等反應(yīng)),又有還原性(與O2等反應(yīng))。學(xué)力診斷·測評(píng)1.下列關(guān)于氮?dú)庑再|(zhì)的說法正確的是 ()A.點(diǎn)燃條件下,N2在氧氣中燃燒生成NOB.點(diǎn)燃時(shí),N2與金屬M(fèi)g反應(yīng)生成Mg3N2,N2作還原劑C.合成氨反應(yīng)中,N2發(fā)生氧化反應(yīng)D.氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,其原因是兩個(gè)氮原子之間以共價(jià)三鍵結(jié)合【解析】選D。氮?dú)庠诜烹娀蚋邷貤l件下與氧氣反應(yīng)生成一氧化氮,A錯(cuò)誤;點(diǎn)燃時(shí),N2與金屬M(fèi)g反應(yīng)生成Mg3N2,N2得電子,化合價(jià)降低作氧化劑,B錯(cuò)誤;合成氨反應(yīng)中,N2得電子化合價(jià)降低發(fā)生還原反應(yīng),C錯(cuò)誤;氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,其原因是兩個(gè)氮原子之間以共價(jià)三鍵結(jié)合,鍵能大,不易斷裂,D正確。2.(2024·濟(jì)南高一檢測)將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化成含氮化合物叫做氮的固定,包括自然固氮和人工固氮。下列關(guān)于氮的轉(zhuǎn)化過程,屬于人工固氮的是 ()A.用N2和H2合成氨B.閃電時(shí)空氣中N2轉(zhuǎn)化為NOC.用NH3和CO2合成尿素D.豆科植物的根瘤菌固氮【解析】選A。A.工業(yè)合成氨是N2與H2在一定條件下反應(yīng)生成NH3,屬于人工固氮,A正確;B.閃電時(shí)空氣中N2轉(zhuǎn)化為NO,屬于自然固氮不是人工固氮,B錯(cuò)誤;C.用NH3和CO2合成尿素,不屬于氮的固定,C錯(cuò)誤;D.豆科植物的根瘤菌將N2轉(zhuǎn)化為含氮化合物,屬于自然固氮,D錯(cuò)誤。【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(2024·合肥高一檢測)氮元素是地球大氣中含量豐富的元素,是形成人體蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)。下列關(guān)于氮的循環(huán),敘述錯(cuò)誤的是 ()A.氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氮的化合物的過程叫氮的固定B.氮的固定可以通過自然固氮和人工固氮的方式實(shí)現(xiàn)C.人類的生產(chǎn)活動(dòng)參與了氮的循環(huán)過程D.氮的循環(huán)過程中只有氮元素被氧化的過程【解析】選D。氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氮的化合物的過程即游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮叫氮的固定,故A正確;氮的固定可以通過自然固氮和人工固氮的方式實(shí)現(xiàn),故B正確;人類的生產(chǎn)活動(dòng)參與了氮的循環(huán)過程,如人工合成氨,氮肥的使用等,故C正確;氮的循環(huán)過程中可以是氮元素被氧化,也可以是氮元素被還原,故D錯(cuò)誤。2.我國科學(xué)家研制出全氮陰離子鹽,其能量巨大,爆炸產(chǎn)物只有N2。氮?dú)饽艽罅看嬖谟诳諝庵械母驹蚴?()A.氮?dú)庑再|(zhì)穩(wěn)定,即使在高溫下也不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)B.氮?dú)獗瓤諝廨p且不溶于水C.氮?dú)夥肿又袃蓚€(gè)氮原子結(jié)合很牢固,分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定D.氮?dú)饧葻o氧化性,也無還原性,不與其他物質(zhì)反應(yīng)【解析】選C。N2性質(zhì)穩(wěn)定,但在高溫下可與O2等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),在反應(yīng)中表現(xiàn)出氧化性或還原性;氮?dú)獗瓤諝廨p且不溶于水并不是N2能大量存在于空氣中的根本原因;N2能大量存在于空氣中的根本原因是氮?dú)夥肿又袃蓚€(gè)氮原子結(jié)合很牢固,分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。學(xué)習(xí)任務(wù)二:一氧化氮和二氧化氮必備知識(shí)·導(dǎo)學(xué)1.一氧化氮和二氧化氮的物理性質(zhì)物質(zhì)顏色、狀態(tài)氣味毒性水溶性NO無色氣體無味有毒不溶于水NO2紅棕色氣體有刺激性氣味有毒易溶于水2.一氧化氮、二氧化氮的化學(xué)性質(zhì)(1)實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)操作在如圖所示注射器里充入20mLNO,然后吸入5mL水,用乳膠管和彈簧夾封住管口,振蕩注射器打開彈簧夾,快速吸入10mL空氣后夾上彈簧夾振蕩注射器實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①②③(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①無明顯現(xiàn)象②無色氣體變?yōu)榧t棕色③紅棕色氣體逐漸變?yōu)闊o色,注射器活塞向左移動(dòng)(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論及解釋①NO不溶于水,也不與水反應(yīng)。②NO能與空氣中的氧氣反應(yīng)生成紅棕色的NO2,化學(xué)方程式:2NO+O2===2NO2。③NO2能與水反應(yīng)生成無色的NO,化學(xué)方程式:3NO2+H2O===2HNO3+NO。[思考]上述實(shí)驗(yàn)對(duì)工業(yè)上利用NO2與H2O反應(yīng)生產(chǎn)HNO3有什么啟示?提示:為了NO2完全轉(zhuǎn)化為HNO3,可充入適量空氣或增大O2的量。判對(duì)錯(cuò)·通教材判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)NO不溶于水,所以可用排水法收集。 (√)提示:NO不溶于水,可以用排水法收集。(2)NO是一種有刺激性氣味的紅棕色氣體。 (×)提示:NO是一種無味難溶于水的無色氣體。(3)N2與O2在放電條件下直接化合成NO2。 (×)提示:N2與O2在放電條件下直接化合成NO,不能生成NO2。(4)NO2易溶于水生成HNO3,故NO2是酸性氧化物。 (×)提示:NO2與堿溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成兩種鹽,不屬于酸性氧化物。(5)瓶中盛滿水,從b口進(jìn)氣,用排水法收集NO2。 (×)提示:用排水法收集NO2,發(fā)生反應(yīng):3NO2+H2O===2HNO3+NO,最終得到的是NO。(6)NO2溶于水時(shí),NO2是氧化劑,水是還原劑。 (×)提示:二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮,反應(yīng)中二氧化氮中部分氮化合價(jià)升高,部分化合價(jià)降低,二氧化氮既是氧化劑又是還原劑,水中元素化合價(jià)未發(fā)生變化。核心要點(diǎn)·歸納1.NO和NO2性質(zhì)比較氮氧化物NONO2色、味、態(tài)無色無味的氣體紅棕色、有刺激性氣味的氣體溶解性不溶于水易溶于水且與水反應(yīng)氧化物類別非酸性氧化物非酸性氧化物氧化性或還原性具有氧化性、還原性,主要表現(xiàn)強(qiáng)還原性具有氧化性、還原性,主要表現(xiàn)強(qiáng)氧化性,能氧化SO2、KI等物質(zhì)毒性有毒(易結(jié)合血紅蛋白使人中毒)有毒(刺激腐蝕呼吸道黏膜)相互轉(zhuǎn)化NONO22.NO和NO2的收集方法(1)NO易與O2反應(yīng)、不溶于水、不與水反應(yīng),因此收集NO用排水法,不可用排空氣法。(2)NO2易與水反應(yīng),但很難被O2氧化,因此收集NO2用向上排空氣法,不可用排水法。微點(diǎn)撥·拓教材1.正確理解NO和NO2所屬物質(zhì)的類別NO和NO2都不是酸性氧化物,NO與堿、酸都不能反應(yīng)生成鹽和水,屬于不成鹽氧化物;NO2與堿溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成兩種鹽,也不屬于酸性氧化物。2.含NO和NO2的尾氣處理(1)NO與酸、堿都不反應(yīng),進(jìn)行尾氣處理時(shí)一般用充袋法,或通入氧氣的同時(shí)用堿液吸收。(2)NO2與堿溶液能直接反應(yīng),可用堿液直接吸收:2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O。(3)NO和NO2按物質(zhì)的量之比1∶1混合,可用堿液直接吸收:NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O學(xué)力診斷·測評(píng)1.最新的病毒學(xué)研究證實(shí),一氧化氮對(duì)某些病毒有直接抑制作用。下列關(guān)于一氧化氮的敘述正確的是 ()A.一氧化氮是一種紅棕色氣體B.常溫常壓下,一氧化氮不能與空氣中的氧氣直接化合C.一氧化氮可由氮?dú)夂脱鯕庠诜烹姉l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【解析】選C。NO是一種無色不溶于水的氣體,可以用排水法收集;常溫常壓下,NO容易與氧氣直接化合生成NO2。2.NO2在火箭燃料中作氧化劑,下列有關(guān)二氧化氮的說法正確的是 ()A.NO2為紅棕色且有刺激性氣味的氣體B.NO2屬于酸性氧化物C.NO2經(jīng)轉(zhuǎn)化被植物吸收,屬于氮的固定D.常溫下空氣中N2與O2可以化合成NO2【解析】選A。NO2為紅棕色且有刺激性氣味的氣體,A正確;NO2與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成硝酸鈉、亞硝酸鈉和水,故不屬于酸性氧化物,B錯(cuò)誤;氮的固定是指N2轉(zhuǎn)化為氮的化合物,C錯(cuò)誤;常溫下空氣中N2與O2不反應(yīng),D錯(cuò)誤。3.(2024·淄博高一檢測)下列關(guān)于NO和NO2的說法正確的是 ()A.NO2能與水反應(yīng)生成硝酸,故NO2是酸性氧化物B.除去NO2中混有的NO,可將混合氣通入水中C.NO與NO2互為同素異形體D.3NO2+H2O===2HNO3+NO中氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為1∶2【解析】選D。A.NO2能與水反應(yīng)生成硝酸和NO,所以NO2不是酸性氧化物,故A錯(cuò)誤;B.NO2能與水反應(yīng)生成硝酸和NO,NO和水不反應(yīng),混合氣通入水中不能除去NO2中混有的NO,故B錯(cuò)誤;C.同素異形體是同種元素組成的不同單質(zhì),NO與NO2是氮元素的兩種氧化物,不是同素異形體,故C錯(cuò)誤;D.3NO2+H2O===2HNO3+NO中降價(jià)的N原子與升價(jià)的N原子的個(gè)數(shù)比為1∶2,所以氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為1∶2,故D正確。學(xué)習(xí)任務(wù)三:氮的氧化物與氧氣、水的反應(yīng)必備知識(shí)·探究[情境]硝酸是無機(jī)強(qiáng)酸之一,也是一種重要的化工原料,我國已經(jīng)成為全球硝酸的重要供應(yīng)國之一。工業(yè)生產(chǎn)硝酸時(shí),由于NO2與H2O反應(yīng)會(huì)生成HNO3和NO,NO又可與O2反應(yīng)生成NO2,因此通入適量的氧氣可使NO或NO2恰好完全溶于水。(1)試根據(jù)反應(yīng):①3NO2+H2O===2HNO3+NO②2NO+O2===2NO2推出NO2與O2的混合氣體、NO與O2的混合氣體被水完全吸收轉(zhuǎn)化為HNO3的化學(xué)方程式。提示:①×2+②得:4NO2+O2+2H2O===4HNO3;①×2+②×3得:4NO+3O2+2H2O===4HNO3。(2)將一支充有12mLNO2氣體的試管倒置于水槽中,充分反應(yīng)。①下列圖示正確的是哪一個(gè)?提示:CNO2溶于水發(fā)生反應(yīng):3NO2+H2O===2HNO3+NO,12mLNO2參與反應(yīng),生成的NO為4mL,生成NO的體積占試管體積的13②若水不能充滿試管,需再向試管中緩緩充入O2,請(qǐng)敘述現(xiàn)象。最終充入多少毫升氧氣才能使水全部充滿?提示:向試管中緩緩充入O2,發(fā)生反應(yīng)2NO+O2===2NO2,故氣體顏色由無色變?yōu)榧t棕色,然后發(fā)生反應(yīng)3NO2+H2O===2HNO3+NO,故液面逐漸上升,將①和②兩式聯(lián)立得4NO+3O2+2H2O===4HNO3,要使水全部充滿試管,需充入3mL氧氣。核心要點(diǎn)·歸納氮的氧化物溶于水的計(jì)算1.原理解答氮的氧化物溶于水的計(jì)算問題首先應(yīng)明確原理,無論是單一氣體(NO2),還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體,反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是3NO2+H2O===2HNO3+NO,2NO+O2===2NO2,故若有氣體剩余只能是NO或O2,不能是NO2。2.方法——加合式法①NO2和O2混合氣體溶于水的計(jì)算由4NO2+O2+2H2O===4HNO3可知:V(NO2)∶V(O2)<4∶1②NO與O2同時(shí)通入水中2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO總的化學(xué)方程式為4NO+3O2+2H2O===4HNO3可知:V(NO)∶V(O2)<4∶3③NO2、NO、O2三種混合氣體通入水中:a.可先將NO和O2轉(zhuǎn)化為NO2,再按①處理。b.也可先將NO2和H2O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NO,再按②處理。學(xué)力診斷·測評(píng)1.(雙選)(2024·濟(jì)寧高一檢測)如圖所示,試管中盛裝的是紅棕色氣體(可能是混合物),當(dāng)?shù)箍墼谑⒂兴乃壑袝r(shí),試管內(nèi)水面上升,但不能充滿試管,當(dāng)向試管內(nèi)鼓入氧氣后,可以觀察到試管中水柱繼續(xù)上升,經(jīng)過多次重復(fù)后,試管內(nèi)完全被水充滿。原來試管中盛裝的 ()A.可能是N2與NO2的混合氣體B.可能是O2與NO2的混合氣體C.可能是NO與NO2的混合氣體D.只能是NO2一種氣體【解析】選B、C。若是N2與NO2的混合氣體,無論鼓入多少氧氣,最后都有N2剩余,試管內(nèi)不可能完全被水充滿;若是O2與NO2的混合氣體,由4NO2+O2+2H2O===4HNO3,水可以充滿試管;若是NO與NO2的混合氣體通入適量O2,水可以充滿試管。[方法導(dǎo)引]根據(jù)反應(yīng)4NO2+O2+2H2O===4HNO3、4NO+3O2+2H2O===4HNO3可得,NO2和O2的物質(zhì)的量之比為4∶1時(shí)可以完全溶于水,NO和O2的物質(zhì)的量之比為4∶3時(shí)可以完全溶于水。2.在一定溫度和壓強(qiáng)下,將一容積為15mL的試管充滿NO2后,倒置于一個(gè)盛有水的水槽中。當(dāng)試管內(nèi)液面上升至一定高度不再變化時(shí),在相同條件下再通入O2,若要使試管內(nèi)液面仍保持在原高度,則通入O2的體積為 ()A.3.75mL B.7.5mLC.8.75mL D.10.5mL【解析】選C。15mLNO2與水反應(yīng)后生成5mLNO,根據(jù)反應(yīng)4NO+3O2+2H2O===4HNO3,使5mLNO完全被氧化需要O2體積為5mL×343.75mL。據(jù)題意,通入的O2應(yīng)過量5mL,則共需通入O28.75mL?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】將盛有1molNO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中,再通入0.4molO2,充分反應(yīng)后,整個(gè)試管充滿水。則原混合氣體中NO與NO2體積比為 ()A.1∶2B.2∶5C.3∶7D.無法確定【解析】選C。設(shè)1molNO和NO2的混合氣體中有amolNO和(1-a)molNO2,根據(jù)4NO+3O2+2H2O===4HNO3和4NO2+O2+2H2O===4HNO3可得:34a+1-a4=0.4,解得a=0.3,則V(NO)∶V(NO2學(xué)情檢測·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.下列反應(yīng)不屬于氮的固定的是 ()A.N2+3MgMg3N2B.N2+3H22NH3C.2NO+O2===2NO2D.N2+O22NO【解析】選C。將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為氮的化合物,屬于氮的固定,不符合要求的是C項(xiàng)。2.下列關(guān)于氮的氧化物的敘述正確的是 ()A.氮的氧化物只有NO、NO2B.氮的氧化物均為紅棕色氣體C.氮的氧化物均有毒D.氮