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第二节　　氮及其化合物
第1课时　氮气和氮氧化合物
第五章　　化工生产中的重要非金属元素
[学习目标]
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的性质及二者相互转化(重点)。
4.掌握NO、NO2与O2混合溶于水的计算(难点)。
引入新课
氮气是空气中含量最多的气体，你了解氮的氧化物吗？
NxOy都有毒。除NO2，其他均极不稳定；除NO外均可溶于水。
N2O：笑气，无色不可燃，有轻微金属味，有轻微麻醉作用。
NO：信使分子，具有扩张血管、促进消化和增强记忆力的特殊功能。它一向被视为大气污染物，这是否能给我们一些启示呢？
一、氮气与氮的固定
1. 氮元素
结合氮原子结构及周期表中位置，分析其成键特点？
一般通过共用电子对与其他原子结合构成物质。
位：第二周期第ⅤA族
构：核外2个电子层，最外层5个e-
性：不易得3个e-，也不易失5个e-
(1)N(氮)
(2)氮元素在自然界中的存在
游离态：空气中N2，体积分数约占78%
化合态：动植物体内的蛋白质中，土壤、
海洋里的硝酸盐和铵盐中
一、氮气与氮的固定
1. 氮元素
N≡N
共价三键、键能大，性质稳定，难与其他物质反应
催化剂
高温、高压
N2 + 3H2 2NH3
N2 + O2 2NO
放电或高温
N2 + 3Mg Mg3N2
点燃
N2 表现氧化性
N2 表现还原性
思考
写出镁条在空气中燃烧发生反应的化学方程式。
2Mg＋O2 == 2MgO、3Mg＋N2 == Mg3N2、2Mg＋CO2 == 2MgO＋C
点燃
点燃
点燃
一、氮气与氮的固定
2. 氮气
高能固氮(如雷雨天气N2转化为NO)
生物固氮(如豆科植物根瘤菌固氮)
将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程
(1)概念
自然固氮
(2)分类
人工固氮
合成氨
仿生固氮 (某些金属有机化合物可起到根瘤菌的作用)
N2 + 3H2 2NH3
催化剂
高温、高压
一、氮气与氮的固定
3. 氮的固定
应用体验
1.判断正误
(1)N2和O2在高温的条件下会生成NO(　　)
(2)N2中N元素价态为0价，处于中间价态，因此既有氧化性，又有还原性
(　　)
(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(　　)
√
√
√
×
×
一、氮气与氮的固定
应用体验
2.氮在自然界中的循环如下图所示。
(1)过程①称为____________，
写出合成氨反应的化学方程式：
___________________________，
该反应中氮气显_______(填“氧化”或“还原”)性。
人工固氮
N2＋3H2 2NH3
氧化
(2)过程②中能通过______________________的作用将空气中的氮气固定下来，写出③中固氮反应的化学方程式：___________________，该反应中氮气显_______(填“氧化”或“还原”)性。
豆科植物的根瘤菌
还原
一、氮气与氮的固定
应用体验
(3)过程④中的亚硝酸盐有毒，工业上若直接排放将造成对环境的污染。已知NaNO2遇到还原性较强的会被还原为N2，在废液中加入下列物质不能使NaNO2无害化排放的是______(填字母)。
a.H2O2 b.NH4Cl c.KNO3 d.NaOH
acd
一、氮气与氮的固定
2.氮在自然界中的循环如下图所示。
二、一氧化氮和二氧化氮
1. NO和NO2的物理性质
颜色 毒性 气味 水溶性
NO
NO2
探究NO2溶于水实验
原理分析：
3NO2＋H2O === 2HNO3＋NO
2NO + O2 === 2NO2
2. NO和NO2的化学性质
无色
红棕色
有毒气体
有毒气体
无味
有刺激性气味
不溶
易溶
装置 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 ①打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹
②振荡注射器
现象
无明显现象
①无色气体变为红棕色
②红棕色气体逐渐变为无色，注射器活塞向左移动
二、一氧化氮和二氧化氮
2. NO和NO2的化学性质
实验结论及解释
①NO不溶于水，也不与水反应，与O2反应生成红棕色NO2；
2NO + O2==2NO2
②NO2能与水反应生成无色的NO。
3NO2＋H2O == 2HNO3＋NO
该反应中NO2既是氧化剂又是还原剂
+4 +5 +2
二、一氧化氮和二氧化氮
2. NO和NO2的化学性质
如果要将注射器中的NO充分转化为硝酸，可以采取什么措施？
上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？
采取的措施是继续通入过量的空气。
用水吸收NO2制取硝酸的反应过程中，要不断地补充空气，使NO2尽可能多地转化为硝酸。
思考1
二、一氧化氮和二氧化氮
2. NO和NO2的化学性质
若将充满NO2的试管倒置在装满水的水槽里，会有什么现象？
若同时向倒置试管中不断地缓慢通入O2，最终现象是什么？
试管中红棕色逐渐褪去，水倒吸入试管中，最终试管里剩余气体占
水槽中的液体最终充满整个试管
二、一氧化氮和二氧化氮
2. NO和NO2的化学性质
思考2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
2NO+O2===2NO2
①
②
①×2＋②得：
①×2＋②×3得：
4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
4∶1
4∶3
恰好完全被水吸收
二、一氧化氮和二氧化氮
3. NO、NO2溶于水的计算
(1)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
溶于水，若有气体剩余只能是NO或O2，不可能是NO2。
(2)对于连续发生的化学反应，可用化学方程式叠加的方法而得到复合反应，
解决问题更简便。
归纳总结
二、一氧化氮和二氧化氮
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的反应中，NO2只做氧化剂(　　)
(4)NO和NO2都是有刺激性气味的有毒气体，它们都是大气污染物(　　)
√
√
×
×
应用体验
二、一氧化氮和二氧化氮
应用体验
2.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_______________。
4 mL或1.2 mL
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。
二、一氧化氮和二氧化氮
①若剩余O2，则V剩＝V(O2)－ [12 mL－V(O2)]＝2 mL，解得V(O2)＝4 mL。
②若剩余NO，则V剩＝[12 mL－V(O2)－4V(O2)]＝2 mL，解得V(O2)＝1.2 mL。
随堂检测
1.(2023·四川绵阳高一期中)下列说法正确的是
A.氮气化学性质不活泼，原因是N的非金属性较弱
B.氮气与氧气在汽车内燃机中高温反应，氧气过量直接生成NO2
C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料，实现氮的固定
D.“雷雨发庄稼”所包含的化学变化有N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐
√
N≡N键能大
生成NO，NO进一步被氧气氧化生成NO2
氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮的过程
随堂检测
2.(2023·日照高一期末)下列对NO和NO2的描述正确的是
A.NO2与水的反应中，NO2既是氧化剂又是还原剂
B.NO是无色气体，可用向上排空气法收集
C.NO、NO2均可用排水法收集
D.从元素化合价角度看，NO只有还原性
√
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
+4 +5 +2
NO易与O2反应生成NO2 排水法
NO2与H2O反应
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
随堂检测
3.在同温同压下，将等体积混合而成的四组气体：①NO2＋O2、②NO2＋NO、③HCl＋N2、④SO2＋O2，分别通入体积相同的试管，并立即倒立于水槽中，如图所示。待试管内液面稳定后，剩余气体的体积依次为V1、V2、V3、V4，则剩余气体的体积最小的是
A.V1 B.V2 C.V3 D.V4
√
假设每种气体的体积都是a，试管的容积为2a
①根据反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3
剩余O2的体积为
②根据反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
剩余气体是NO，其体积为
③ N2和H2O不反应， HCl极易溶于水
④SO2＋H2O H2SO3，O2和H2O不反应
剩余气体的体积为a
剩余气体的体积大于a
本节内容结束

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