17（必修2）第1课时　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮（导学案1）

skybamboo · 发表于昨天 08:54

第二节　氮及其化合物

学业要求	核心素养对接
1.能列举、描述、辨识氮气、一氧化氮、二氧化氮的重要物理性质、化学性质及实验现象。 2.能进行NO、NO2、O2溶于水的简单计算。	1.通过NO、NO2、O2溶于水的简单计算的学习培养学生证据推理与模型认知水平。 2.通过氮的循环的学习，让学生理解变化观念与平衡思想。

[知识梳理]
知识点一　氮气和氮的固定

结合上图氮的循环，完成下列知识点：
1．自然界中氮的循环
(1)自然界：
①豆科植物根部的根瘤菌，把氮气转变为硝酸盐等含氮的化合物。
②在放电条件下，空气中N2与氧气化合为氮的氧化物，并随降雨进入水体和土壤中。
③微生物分解动植物中的蛋白质生成小分子的含氮化合物，回到水体和土壤中。
(2)人类活动：
①将空气中N2合成氨，再进一步转化为其他含氮化合物，进入水体和土壤中。
②化石燃料燃烧、森林和农作物的枝叶燃烧所产生的氮氧化物通过大气进入陆地和海洋。
2．氮气的物理性质

颜色	密度	气味	溶解性
无	比空气小	无	难溶于水

3.氮气的化学性质
4．氮的固定
(1)概念：使空气中游离态的氮转化为含氮化合物。
(2)分类：
知识点二　一氧化氮和二氧化氮

如图是一氧化氮浓度检测仪，为什么要检测一氧化氮的浓度，一氧化氮有什么样的性质？二氧化氮呢？请完成下列知识点：
1．不同价态的氮的氧化物

氧化物	N2O	NO	N2O3	NO2	N2O4	N2O5
对应氮的化合价	＋1	＋2	＋3	＋4	＋4	＋5

N2O俗称笑气，具有麻醉作用
2．NO和NO2
(1)物理性质

	NO	NO2
颜色	无色	红棕色
状态	气态	气态
气味	无味	刺激性气味
毒性	有毒	有毒
水溶性	难溶	易溶

(2)相互转化
①NO→NO2：2NO＋O2===2NO2　NO接触空气就会变红棕色
②NO2→NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
③2NO2N2O4　存在NO2时就存在N2O4
微判断
(1)空气中N2的体积分数约为78%(　　)
(2)N2在高温条件与O2发生燃烧生成NO(　　)
(3)NO在空气中易转化为红棕色NO2(　　)
(4)NO2与H2O的反应，NO2只作氧化剂(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×
微训练
1．下列关于N2的说法错误的是(　　)
A．通常情况下N2性质很稳定，所以N2可在电焊时作保护气
答案　C
2．下列关于一氧化氮的叙述正确的是(　　)
A．一氧化氮是一种红棕色的气体
B．常温常压下，一氧化氮不能与空气中的氧气直接化合
C．一氧化氮可由氮气和氧气在放电条件下直接化合得到
D．一氧化氮易溶于水，只能用向上排空气法收集
解析　NO是无色气体，不溶于水，可由N2与O2直接化合而得到，且易与空气中的氧气直接反应而生成NO2，故只有C项符合题意。
答案　C
3．关于二氧化硫和二氧化氮叙述正确的是(　　)
A．两种气体都是无色有毒的气体，且都可用水吸收以消除对空气的污染
B．二氧化硫与过量的二氧化氮混合后通入水中能得到两种常用的强酸
C．两种气体都具有强氧化性，因此都能够使品红溶液褪色
D．两种气体溶于水都可以与水反应，且只生成相应的酸
解析　二氧化氮跟水反应，生成硝酸和一氧化氮，二氧化硫溶于水生成亚硫酸，硝酸氧化亚硫酸生成硫酸。二氧化硫的漂白原理不是利用强氧化性，二氧化硫也不具有强氧化性。
答案　B
4．宇宙飞船的运载火箭的推进器引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体，从火箭尾部喷出。引燃后的高温气体成分有CO2、H2O、N2、NO等，这些气体均无色，但在卫星发射现场看到火箭喷射出大量的红色物质，产生红色的原因是(　　)
A．高温下N2遇空气生成NO2
B．NO与空气反应生成NO2
C．CO2遇NO反应生成NO2
D．NO遇H2O反应生成NO2
解析　根据原高温气体均为无色，但现场却能看到红色可推知，是因为发生反应：2NO＋O2===2NO2。
答案　B
微思考
自然界中的氮循环涉及氮气及氮的许多化合物，请指出它们的物质类别和其中氮元素的化合价？
提示　①

②

③

学习任务1　氮的氧化物溶于水的计算
资料：
氮氧化物(NOx)种类很多，造成大气污染的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，因此环境学中的氮氧化物一般就指这二者的总称。防治途径一是排烟脱氮，二是控制NOx的产生。
其中排烟脱氮分为干法和湿法两类
湿法：有直接吸收法、氧化吸收法、氧化还原吸收法、液相吸收还原法和络合吸收法等。
直接吸收法：水吸收、硝酸吸收、碱性溶液(氢氧化钠、碳酸钠、氨水等碱性液体)吸收，浓硫酸吸收等多种方法。
氧化吸收法：在氧化剂和催化剂作用下，将NO氧化成溶解度高的NO2等，然后用水或碱液吸收脱氮的方法，在湿法排烟脱氮工艺中应用较多。

请结合上述资料：
(1)写出氧化吸收法所涉及到的化学方程式。
提示　2NO＋O2===2NO2　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(2)NO中充入O2、H2O能否被充分吸收？
提示　可以4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3

氮的氧化物溶于水的计算规律
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．氮的氧化物溶于水的三种类型：
(1)NO2气体：NO2气体溶于水时仅涉及反应①，剩余气体为NO。
(2)NO2和O2的混合气体：NO2和O2的混合气体溶于水时涉及关系式③，


反应情况	O2过量并剩余	恰好完全反应	NO2过量又发生反应①，剩余NO

(3)NO和O2的混合气体：NO和O2的混合气体溶于水时涉及关系式④：


反应情况	O2过量并剩余	恰好完全反应	NO过量并剩余

当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子，若上述两种气体与O2混合通入水中时，O2得电子，且得失电子数必须相等，这是电子守恒法解答此类题目的依据
【例题】　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∶1
C．3∶1       D．1∶1
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。
答案　C
变式训练　在一定条件下，将6体积的NO2(不考虑N2O4)和一定体积的NO置于试管中，并将试管倒置于水中，当通入4.5体积的O2充分反应后，剩余1.5体积气体，则原NO体积可能为（双选）(　　)
①3体积　②4体积　③5体积　④5.5体积　⑤2体积
A．③       B．⑤
C．④       D．②或①
解析　本题的关键在于理解剩余的1.5体积气体，可能是一氧化氮，也有可能是氧气。若是一氧化氮，则氧气全部反应，二氧化氮完全反应用掉了1.5体积氧气，剩余3体积应该被一氧化氮消耗，所以一氧化氮体积为4体积＋1.5体积＝5.5体积；若剩余的为氧气，则这过程中一氧化氮消耗的氧气为1.5体积，所以一氧化氮的体积是2体积。
答案　BC
学习任务2　(核心素养)NO、NO2性质的其它应用
一、知识要点
1．NO的收集方法：排水法
2．NO2向NO的转化：通入水中
3．有关2NO2N2O4的考察
4．NO的检验：通入O2变红棕色无色气体遇空气变红棕色
5．NO2检验：通入H2O中变为无色气体
二、核心素养

NO、NO2的收集⇒培养学生的科学精神与创新意识

NO、NO2的检验⇒提升学生的客观辨识与证据推理素养

【素养解题】
[典例示范]　

某研究小组借助如图仪器装置收集NO气体，正确的操作是(　　)
A．从①口进气，用排水法集气
B．从①口进气，用排气法集气
C．从②口进气，用排水法集气
D．从②口进气，用排气法集气
[气体收集解题思维模型]

明析气体性质	2NO＋O2===2NO2	NO难溶于水
明确收集方法	不能用排气法	用排水法收集
“万能瓶”的用途 ①洗气瓶：A进B出，如用饱和NaHCO3溶液除去CO2气体中的HCl气体。 ②贮气瓶：广口瓶中盛满液体，B进A出，如Cl2可用排饱和食盐水贮存。 ③集气瓶：若A进B出，可收集密度比空气大的气体，如CO2；若B进A出，可收集密度比空气小的气体，如H2。 ④安全瓶：在气体的制取与性质验证实验中连接该装置(瓶中不盛放任何物质)，可有效地防止倒吸，起到安全瓶的作用(此时广口瓶中A管长度同B管)。

答案　C
三、对点训练
1．关于氮气的性质说法中，错误的是(　　)
A．氮在自然界中既以游离态存在又以化合态存在
B．通常情况下，氮气性质很不活泼
C．可在氧气中燃烧生成一氧化氮
D．大气、陆地和水体中的氮元素在不停地进行着氮的循环
解析　通常情况下氮气的性质很不活泼，在放电或高温条件下，能跟氧气反应。
答案　C
2．氮气能大量存在于空气中的根本原因是(　　)
A．氮气性质稳定，即使在高温下也不与其他物质发生反应
B．氮气比空气轻且不溶于水
C．氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定
D．氮气既无氧化性，也无还原性，不与其他物质反应
解析　N2性质稳定，但高温下可与O2等物质发生反应，在反应中表现出氧化性或还原性；氮气比空气轻且不溶于水并不是N2能大量存在于空气中的根本原因；N2能大量存在于空气中的根本原因是氮气分子中两个氮原子结合很牢固，分子结构稳定。
答案　C
3．下列各项属于自然固氮的是(　　)
A．植物从土壤中吸收含氮肥料
B．合成氨制取氮肥
C．豆科植物的根瘤将氮气转变成硝酸盐等含氮的化合物
D．仿生固氮
解析　A、B两项是化合态氮之间的转化，不属于氮的固定；C属于自然固氮，D属于人工固氮。
答案　C
4．对3NO2＋H2O===2HNO3＋NO反应的下列说法正确的是（双选）(　　)
A．氧化剂与还原剂的质量比为1∶2
B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
C．NO2是氧化剂，H2O是还原剂
D．在反应中若有6 mol NO2参与反应时，有4 mol电子发生转移
答案　AD
5．按图进行实验。试管中装有12 mL NO，然后间歇而又缓慢地通入8 mL O2，下列是有关最终状态的描述：

①试管内气体呈棕色　②试管内气体呈无色　③试管内液面不变　④试管内液面上升　⑤试管内气体是O2
⑥试管内气体是NO
其中正确的是(　　)
A．①③ B．②④⑤
C．②④⑥ D．②③⑤
答案　C

[学考练]
1．下列关于氮气的说法中，错误的是(　　)
A．通常情况下，氮气性质比较稳定
B．氮气可经一步反应转化成二氧化氮
C．通常情况下，氮气在水中的溶解度很小
D．跟氢气在一定条件下发生反应时，氮气是氧化剂
答案　B
2．下列关于自然界中氮循环(如下图)的说法不正确的是(　　)

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．碳、氢、氧三种元素也参加了氮循环
解析　A项，人工固氮合成氨反应中，氮元素的化合价降低被还原，错误；B项，工业合成氨属于人工固氮，正确；C项，硝酸盐转化为蛋白质及经动物消化使蛋白质转化为氨气和铵盐，实现了含氮无机物和含氮有机物的相互转化；并且碳、氢、氧三种元素也参加了氮的循环，C、D正确。
答案　A
3．下列反应属于氮的固定的是(　　)
①N2和H2在一定条件下合成NH3
②NO2和H2O反应生成HNO3和NO
③Mg在N2中燃烧生成Mg3N2
④NO被空气氧化为NO2
A．①②       B．②③
C．①③       D．①④
解析　氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮。
答案　C
4．为除去混入NO中的少量NO2，应将气体通过(　　)
A．Na2CO3溶液       B．NaHCO3溶液
C．H2O       D．浓硫酸
解析　通过A、B两项都会生成CO2，导致引入新的杂质；浓H2SO4不与NO2反应，故不能除去NO中的NO2；由反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO知，水洗可除去NO中的NO2。
答案　C
5．下列关于NO的说法正确的是(　　)
A．NO是酸性氧化物
B．NO只能通过人工合成
C．NO是大气污染，会形成酸雨
D．NO可以用向上排空气法收集
答案　C
6．把少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，最后收集到的气体是(　　)
A．氧气       B．二氧化氮
C．二氧化氮和氧气       D．二氧化氮和一氧化氮
解析　少量NO2气体通入过量小苏打溶液中，逸出的气体是NO、CO2，二者物质的量比为1∶2，同时还有少量水蒸气逸出，再使逸出的气体通过装有足量的过氧化钠颗粒的干燥管，CO2与过氧化钠反应生成的O2与NO反应生成NO2，O2有剩余，同时逸出的少量水蒸气与过氧化钠反应生成O2，所以最后收集到的气体是NO2和O2。
答案　C
7．如图所示，试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物)，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内液面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中液面继续上升，经过多次重复后，试管内完全充满液体，原来试管中盛装的气体是（双选）(　　)

A．可能是N2和NO2的混合气体
B．一定是NO2气体
C．可能是NO与NO2的混合气体
D．可能是NO2一种气体
解析　试管内气体为红棕色，故一定含有NO2，也可能含有NO，因为2NO＋O2===2NO2，生成的NO2又可与水反应，使液面上升，NO2、O2与水反应的总反应的化学方程式为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，故当试管内气体为NO2或NO2与NO的混合物时，通入适量O2，最终试管内可完全充满液体。由于N2不溶于水，故不可能含有N2。由此可知答案为CD。
答案　CD
8．无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种，将一定量的甲气体经过下图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为(　　)

A．NO2、N2       B．NO、CO2
C．NO2、CO2       D．NO、CO2、N2
解析　混合气体无色，气体中不含NO2，气体通过Na2O2后显红棕色，说明原混合气体中含有NO，且有与Na2O2反应生成O2的气体CO2，通入水中，溶液呈酸性，且几乎无气体剩余，说明原气体中不含N2。
答案　B
9．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是（双选）(　　)
A．1.2 mL       B．2.4 mL
C．3 mL       D．4 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。
解得V(O2)＝4 mL。
解得V(O2)＝1.2 mL。
答案　AD
10．同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是(　　)
A．V1＞V2＞V3       B．V1＞V3＞V2
C．V2＞V3＞V1＞       D．V3＞V1＞V2
答案　D
11．氮氧化物进入大气后，不仅会形成硝酸型酸雨，还可能形成光化学烟雾，因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。
(1)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：
2NO2＋2NO＋4NaOH===4NaNO2＋2H2O　①，
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O　②，
在反应①中，氧化剂是________，还原剂是________。在反应②中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。
(2)汽车尾气中含有CO和NO，消除这两种物质对大气的污染的方法是安装催化转化器，使它们发生反应生成对大气无污染的气体，该反应的化学方程式为__________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
解析　(1)在反应①中NO2中的氮元素化合价降低做氧化剂，NO氮元素化合价升高做还原剂；在反应②中氧化剂和还原剂都是NO2，它们的物质的量之比为1∶1。(2)根据质量守恒定律结合题目信息可知，一氧化氮与一氧化碳反应后生成的对大气无污染的物质应为氮气和二氧化碳。
12．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，并检验装置气密性，实验前用排水法收集半瓶NO气体。

(1)打开止水夹，推动针筒活塞，使O2进入烧瓶。关闭止水夹，首先观察到烧瓶中的现象：_______________________________________________________
_______________________________________________________________，
产生此现象的化学方程式为________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为
①_________________________________________________________________；
②__________________________________________________________________。
产生此现象的化学方程式为____________________________________________
_________________________________________________________________。
答案　(1)烧瓶中气体由无色变为红棕色
2NO＋O2===2NO2
(2)①烧杯中红棕色气体又变为无色
②烧杯中水倒吸到烧瓶中(或烧瓶中液面上升)
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
[能力练]
13．如图所示：在B水槽中装有500 mL水，容积为a mL的试管A充满了NO2和NO的混合气体(标准状况)，将试管A倒插入B水槽的水中。充分反应后，试管A中剩余气体的体积为0.5a mL。

(1)将A倒插入B槽中发生的反应为_____________________________
______________________________________________________________，
该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________，原混合气体中NO2和NO的物质的量之比为________。
(2)通过导气管C向剩余0.5a mL气体的试管A中持续通入氧气，A中可能观察到的现象是____________________________________________________。
(3)当试管A中充满气体时停止通入氧气，然后将试管取出水槽，水槽B中溶液的物质的量浓度为________ mol·L－1(设溶液的体积仍为500 mL)。
答案　(1)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　1∶2　3∶1
14．利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如下：

(1)一定条件下，NO与NO2可以生成一种新的氧化物，试写出该反应的化学方程式：__________________________________________________________
_____________________________________________________________。
(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋)，其目的是___________________________________________________
___________________________________________________________；
滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是________(填化学式)。
(3)该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。
若n(NO)∶n(NO2)＞1∶1，则会导致________________________________；
若n(NO)∶n(NO2)＜1∶1，则会导致_____________________________________。
(4)生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为_____________________________________________。
(2)气体上升液体下降，这样气液接触充分，使尾气被充分吸收；分析加入的原料及生成物，只有Ca(OH)2微溶于水，所以滤渣的主要成分为Ca(OH)2。
(3)当n(NO)＞n(NO2)时，NO过剩；当n(NO)＜n(NO2)时，NO2过剩，剩余NO2会与Ca(OH)2反应生成Ca(NO3)2。
(2)使尾气中的NO、NO2被充分吸收　Ca(OH)2
(3)排放气体中NO含量升高　产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高

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17（必修2）第1课时 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮（导学案1）

17（必修2）第1课时　氮气与氮的固定　一氧化氮和二氧化氮（导学案1）