资源简介

(共33张PPT)
第1课时　氮气与氮的固定　
一氧化氮和二氧化氮
第五章
内容索引
01
02
课前篇 素养初探
课堂篇 素养提升
素养目标
1.通过分析氮气分子的结构,了解氮气的化学稳定性。
2.结合生产、生活实例,了解氮的固定的定义及意义,提升科学态度与社会责任等学科核心素养。
3.掌握氮气、氮氧化物的重要化学性质,提升变化观念等学科核心素养。
课前篇 素养初探
【自主梳理】
一、氮气与氮的固定
1.自然界中的氮元素
2.氮气的化学性质
(1)稳定性:通常情况下氮气难与其他物质发生化学反应,无法被大多数生物体直接吸收。
【微思考1】从分子结构角度分析,为什么氮气的化学性质很稳定
提示 氮分子内两个氮原子之间以共价三键结合,断开该化学键需要较多的能量。
(2)氮气与金属或非金属单质的反应
【微思考2】氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护。为什么氮气可以作为保护气
提示 氮气性质稳定,常温下难与其他物质发生反应,故可作保护气。
3.氮的固定 转化形式:N2→含氮化合物　　
(1)定义:将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。
(2)分类
氮的固定
二、一氧化氮和二氧化氮
1.物理性质
物质 颜色、状态 气味 水溶性
NO 无色气体 无味 不溶于水
NO2 红棕色气体 特征性颜色 有刺激性气味 易溶于水
2.化学性质
(1)实验探究
实验 装置 实验 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 打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹,观察现象,然后再振荡注射器
现象 无明显现象 无色气体变为红棕色,振荡后
气体由红棕色变为无色
(2)结论
在一定条件下,NO与NO2可以相互转化,反应的化学方程式为:
①NO→NO2:2NO+O2 === 2NO2;
②NO2→NO:3NO2+H2O === 2HNO3+NO(工业制取硝酸)。
【自我检测】
正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)NO和NO2的颜色、气味、水溶性不同,但它们都是有毒的气体。(　　)
(2)实验室用排水法收集NO,用向上排空气法收集NO2。(　　)
(3)NO具有较强的还原性,在空气中极易被氧化。(　　)
(4)将盛满NO的试管打开塞子置于空气中,无色气体变为红棕色。(　　)
(5)雷雨天含氮物质发生的反应都属于氮的固定。(　　)
(6)NO2转化为NO的变化中,NO2只能作氧化剂。(　　)
√
√
√
√
×
×
课堂篇 素养提升
任务
氮的氧化物溶于水的有关计算
【问题探究】
【实验探究】NO2被H2O吸收的实验
NO2能溶于H2O并发生反应,为了使NO2尽可能被H2O吸收,某化学兴趣小组设计了如下实验步骤,以探究NO2被H2O吸收的程度。
步骤①:将盛满NO2气体的试管倒置于盛水的水槽中,如图甲所示。
步骤②:将O2缓慢通入步骤①的试管中,如图乙所示。
甲
乙
1.步骤①中试管内气体的颜色和水位有何变化 发生反应的化学方程式是什么
2.步骤②中试管内气体的颜色和体积怎样变化,试管内水位怎样变化 主要发生哪些反应
提示 缓慢通入O2时,试管内无色气体变为红棕色,后又变为无色,但气体体积减小,液面不断上升。发生反应:2NO+O2 === 2NO2,3NO2+H2O === 2HNO3+NO。
3.当液体充满整个试管时,通入的O2与原试管内的NO2体积之比是多少 写出总反应的化学方程式。
提示 当液体充满试管时,NO2和通入的O2恰好完全反应生成HNO3,即4NO2+O2+2H2O === 4HNO3,因此V(NO2)∶V(O2)=4∶1。
4.在相同条件下,向同一试管中分别通入NO和O2,然后倒置于水槽中,若溶液充满试管,则通入的NO和O2的体积比为多少 写出反应的化学方程式。
提示 4∶3。4NO+3O2+2H2O === 4HNO3。
【深化拓展】
1.NO和NO2的性质对比
物质 NO NO2
颜色、状态、气味、毒性 无色、无味 红棕色、刺激性气味
有毒气体 水溶性 不溶 易溶且与水反应
与O2反应 2NO+O2===2NO2 —
与H2O反应 — 3NO2+H2O===2HNO3+NO
物质 NO NO2
与O2、H2O 共同反应 4NO+3O2+2H2O===4HNO3 4NO2+O2+2H2O===4HNO3
氧化性 6NO+4NH3 5N2+6H2O 6NO2+8NH3 7N2+12H2O,
NO2+SO2===SO3+NO,NO2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝
2.氮的氧化物溶于水的有关定量关系
(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)氮氧化物溶于水的不同情况及剩余气体分析
①NO2与O2的混合气体溶于水(反应③)
②NO与O2的混合气体溶于水(反应④)
温馨提示 :氮的氧化物与O2的混合气体溶于水时,剩余的气体可能是O2,也可能是NO,但不可能是NO2,因为NO2会与水反应生成HNO3和NO。
【素能应用】
典例将V mL NO和NO2的混合气体通过水吸收后,得到无色气体A。将此无色气体A与等体积的O2通入水中充分吸收后,得到5 mL无色气体B,下列说法不正确的是(　　)
A.气体A是NO,B气体是O2
B.气体A的体积是20 mL
C.V的取值范围是20D.将盛有体积比为4∶1的NO2和O2混合气体的烧瓶倒立于水槽中充分反应后,烧瓶中所得溶液的物质的量浓度为 mol·L-1
答案 D
解析 NO不与水反应,NO2能与水反应:3NO2+H2O === 2HNO3+NO,则无色气体A为NO;无色气体A与等体积的O2混合通过水后发生反应:4NO+3O2+2H2O === 4HNO3,由此可知O2过量,则无色气体B为O2,A正确;由于过量的氧气为5 mL,而开始反应时NO与O2的体积相等,根据反应4NO+3O2+2H2O === 4HNO3,剩余O2体积占反应前O2总体积的 ,可知NO的体积为V(NO)=V(O2)=5 mL×4=20 mL,即气体A的体积是20 mL,B正确;
由B可知,NO2与水反应产生的NO和原来的NO共20 mL,若NO气体全部来源于原气体,则V=20;若NO气体全部是由NO2与水反应产生,根据反应3NO2+H2O === 2HNO3+NO可知V=3×20=60,则V的取值范围是20【变式设问】
将NO、O2和NO2的混合气体通入水中被完全吸收,当氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3时,NO、O2和NO2的体积之比为　　　　。
提示 1∶2∶5
解析 将NO、O2和NO2的混合气体通入水中被完全吸收,反应中O2是氧化剂,NO和NO2是还原剂,若氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3,设n(O2)=1 mol,则有n(NO)+n(NO2)=3 mol,设NO、NO2的物质的量分别为x、y,则有x+y=3 mol;据得失电子守恒可得:1 mol×4=3x+y,综合上述两式可得x=0.5 mol,y=2.5 mol。根据阿伏加德罗定律及推论可知,相同条件下,气体的体积之比等于其物质的量之比,故NO、O2、NO2的体积之比为0.5 mol∶1 mol∶2.5 mol=1∶2∶5。
变式训练 将40 mL NO2和NO的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的试管里,充分反应后试管中剩余20 mL气体,则原混合气体中NO2和NO的体积比为(　　)
A.2∶1 B.1∶3 C.3∶1 D.1∶1
答案 C
解析
3NO2+H2O === 2HNO3+NO 　ΔV
3 mL 1 mL 2 mL
V(NO2) (40 mL-20 mL)
所以原混合气体中V(NO)=40 mL-30 mL=10 mL,因此V(NO2)∶V(NO)=30 mL∶10 mL=3∶1。
随堂检测
1.(原创题)下列关于氮气性质的说法正确的是(　　)
A.点燃条件下,N2在氧气中燃烧生成NO
B.点燃时,金属Mg与N2反应生成Mg2N3,N2是还原剂
C.合成氨反应中,N2发生氧化反应
D.氮气的化学性质稳定,其原因是两个氮原子之间以共价三键结合
答案 D
解析 N2不能在O2中燃烧,在高温或放电条件下,二者反应生成NO,A错误;点燃时,金属Mg与N2反应生成Mg3N2,氮元素由0价降低到-3价,则N2是氧化剂,B错误;合成氨反应中,氮元素由0价降低到-3价,则N2是氧化剂,发生还原反应,C错误;N2分子中存在N≡N,较难断裂,故N2的化学性质稳定,D正确。
2.(2021山东济南高一期末)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.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 A
解析 NO2与水发生反应3NO2+H2O === 2HNO3+NO,氮元素由+4价变为+5价和+2价,则NO2既是氧化剂又是还原剂,A正确;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NO,B错误;N2和O2在高温或放电条件下反应生成NO,不能直接得到NO2,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.(2021山东枣庄高一期末)自然界的氮循环如下图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.工业合成氨属于人工固氮
B.雷电作用下N2与O2发生化学反应
C.在氮循环过程中不涉及氧化还原反应
D.含氮无机物与含氮有机化合物可相互转化
答案 C
解析 工业合成氨是将N2与H2在一定条件下反应生成NH3,属于人工固氮,A正确;雷电作用下N2与O2发生化学反应生成NO,B正确;N2与O2发生化学反应生成NO的反应是氧化还原反应,所以在氮循环过程中涉及氧化还原反应,C错误;由氮循环的示意图可知,通过生物体可以将铵盐和蛋白质相互转化,实现了含氮无机物与含氮有机化合物的相互转化,D正确。
4.(原创题)某同学设计实验探究NO2在水中的溶解性,注射器的容积为50 mL,充入20 mL NO,然后吸入5 mL水(如图所示),夹紧弹簧夹,振荡注射器,观察现象1。打开弹簧夹,快速吸入10 mL空气后夹紧弹簧夹,观察现象2。振荡注射器,再观察现象3。下列有关叙述不正确的是(　　)
A.现象1是无明显变化,说明NO难溶于水
B.现象2是气体变成红棕色,发生反应:2NO+O2 === 2NO2
C.现象3是气体变成无色,注射器活塞向右移动
D.将注射器中的NO充分转化,应吸入足量空气
答案 C
解析 NO2与水发生反应:3NO2+H2O === 2HNO3+NO,气体的总物质的量减小,气体的压强减小,故现象3是气体变成无色,注射器活塞向左移动,C错误。

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