第二節氮及其化合物第1課時氮氣和氮氧化物[核心素養發展目標]1.能從分子結構的角度認識氮氣的化學穩定性，熟知氮氣與鎂、氧氣、氫氣的化學反應及其條件。了解氮的固定和自然界中氮的循環。2.能從物質類別和氮元素的化合價認識氮氧化物的性質與轉化，熟知工業制硝酸的反應原理，促進“證據推理與模型認知”化學核心素養的發展。一、氮氣與氮的固定1.氮——重要的非金屬元素(1)氮元素位于元素周期表的第二周期、第ⅤA族，氮元素的非金屬性比氧元素弱，比碳元素強，硝酸的酸性比磷酸強。(2)氮元素原子最外層有5個電子，氮原子很難得失電子形成離子鍵，一般通過共用電子對與其他原子相互結合構成物質。(3)氮元素在自然界中的存在①游離態：主要以氮分子的形式存在于空氣中。②化合態：部分存在于動植物體內的蛋白質中；部分存在于土壤、海洋里的硝酸鹽和銨鹽中。2.氮氣(1)氮分子內兩個氮原子間以共價三鍵(N≡N)結合，斷開該化學鍵需要較多的能量，所以氮氣的化學性質很穩定，通常情況下很難與其他物質發生化學反應。(2)寫出氮氣與下列物質反應的化學方程式：①金屬鎂：N2＋3Mgeq\o(=,\s\up7(點燃))Mg3N2，氮氣表現氧化性；②氫氣：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3，氮氣表現氧化性；③氧氣：N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電或高溫))2NO，氮氣表現還原性。3.氮的固定氮的固定—eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(概念：將大氣中游離態的氮轉化為氮的化合物的過程,分類\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(自然固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(高能固氮如雷雨天氣N2轉化為NO,生物固氮如豆科植物的根瘤菌固氮)),人工固氮\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(合成氨工業上合成氨,仿生固氮某些金屬有機化合物,可起到根瘤菌的作用))))))(1)氮元素有多種化合價，其最高正價為＋5價()(2)氮原子與其他原子只能形成共價鍵，不能形成離子鍵()(3)氮氣常用作焊接金屬、填充燈泡、保存食品的保護氣()(4)白磷(P4)在空氣中能自燃而氮氣能穩定存在，說明磷元素非金屬性比氮元素強()(5)硝酸鹽在某些細菌作用下轉化成氮氣為自然固氮()(6)在高溫、高壓、催化劑條件下，1molN2與3molH2混合可生成2molNH3()答案(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×(6)×1.汽車尾氣中含有CO、NO等多種污染物，已成為城市空氣的主要污染源。汽油和柴油中基本不含氮元素，那么汽車尾氣中的NO是如何產生的？寫出有關反應的化學方程式。(忽略空氣中二氧化碳)提示汽車尾氣中的NO是由空氣中的氮氣和氧氣在內燃機中高溫條件下反應而生成，N2＋O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2NO。2.金屬鎂在空氣(忽略空氣中二氧化碳)中燃燒可生成哪些產物？寫出有關反應的化學方程式。提示可生成氧化鎂和氮化鎂。2Mg＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))2MgO,3Mg＋N2eq\o(=,\s\up7(點燃))Mg3N2。3.氮在自然界中的循環如下圖所示。(1)氮在自然界中主要存在形式有哪些？提示大部分以氮氣的形式存在，少部分以化合物的形式(如硝酸鹽、銨鹽、蛋白質等)存在。(2)人體里的蛋白質中的氮元素是從哪兒來的？提示人體里蛋白質中的氮是從外界攝入的，特別是肉類、蛋類物質等。若溯本求源，則來自大氣中的N2。(3)自然界中有哪些固定氮的途徑？提示自然界中固氮主要有自然固氮和人工固氮，自然固氮有高能固氮(雷電作用)、生物固氮(豆科植物)。(4)氮循環中含氮物質有多種形式的轉化，有的對人類生產生活有益，有的則產生負面作用，請舉例說明。提示①對人類有益的有：人工固氮如合成氨，不僅為農作物的生長提供了必需的氮元素，而且為其他化工產品的生產提供了重要的原料。②對人類有害的有：工業廢氣、汽車尾氣中的氮氧化物會造成大氣污染等；工廠廢液、生活廢水中的氮元素對水體造成污染。1.下列關于性質的敘述中錯誤的是()A.任何物質在氮氣中都不能燃燒B.氮氣既具有氧化性，又具有還原性C.將空氣中的氮氣轉變成含氮化合物屬于氮的固定D.氮氣與氧氣在一定條件下反應生成一氧化氮答案A解析活潑金屬鈉、鎂、鋁可以在N2中燃燒。2.下列敘述與氮的固定無關的是()A.工業上氮氣與氫氣化合成氨B.工業上將氨轉化為硝酸和其他含氮化合物C.豆科植物的根瘤菌把空氣中的氮氣轉化為含氮化合物D.電閃雷鳴的雨天，空氣中的氮氣會與氧氣發生反應并最終轉化為硝酸鹽被植物吸收答案B解析氮的固定是指把空氣中游離態的氮轉化為含氮化合物的過程。3.氮的循環在自然界元素的循環中具有重要的意義，有些氮的轉化是從氮氣轉化為含氮的化合物，有的轉化發生在含氮的化合物之間。下列過程中，以游離態的氮為原料，最終產生含氮的化合物的是()A.汽車尾氣中的氮氧化物形成酸雨 B.硝化細菌的硝化過程C.動物尸體腐爛 D.豆科植物的根瘤菌固氮答案D解析氮氧化物形成酸雨是其與水反應生成硝酸的緣故；硝化細菌的硝化過程是將氨或銨鹽轉化成硝酸鹽；動物尸體腐爛是從高分子有機氮到小分子有機氮的過程；豆科植物的根瘤菌固氮過程是在固氮酶的作用下將氮氣轉化為含氮的化合物。二、一氧化氮和二氧化氮1.不同價態的氮的氧化物氮的氧化物N2O(笑氣)NON2O3NO2N2O4N2O5氮元素化合價＋1＋2＋3＋4＋4＋5上述氮的氧化物中屬于酸性氧化物的是N2O5和N2O3。2.一氧化氮、二氧化氮性質探究(1)在一支50mL的注射器里充入20mLNO，觀察顏色：無色，然后吸入5mL水，用乳膠管和彈簧夾封住管口，振蕩注射器。現象：注射器內無明顯變化，結論：NO難溶于水。(2)打開彈簧夾，快速吸入10mL空氣后夾上彈簧夾，現象：注射器內氣體變為紅棕色；振蕩注射器。現象：氣體的紅棕色消失。結論：在一定條件下，NO和NO2可以相互轉化。寫出下列轉化的化學方程式：①NO→NO2：2NO＋O2=2NO2；②NO2→NO：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。3.二氧化氮的性質(1)紅棕色、有刺激性氣味的有毒氣體，密度比空氣的大。(2)易溶于水且與水反應：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。(3)具有強氧化性：能與SO2、KI等反應。(4)自身二聚：2NO2N2O4(無色氣體)。NO和NO2性質比較氮氧化物NONO2色、味、態無色無味氣體紅棕色、有刺激性氣味氣體溶解性不溶于水易溶于水且與水反應氧化物類別非酸性氧化物(不成鹽氧化物)非酸性氧化物(不成鹽氧化物)氧化性或還原性具有氧化性、還原性，主要表現強還原性具有氧化性、還原性，主要表現強氧化性，能氧化SO2、KI等物質毒性有毒(易結合血紅蛋白使人中毒)有毒(刺激腐蝕呼吸道黏膜)相互轉化NOeq\o(,\s\up7(O2),\s\do5(H2O))NO2(1)由于NO極易與O2反應，并且其密度與空氣相差不多，因此收集NO只能用排水法()(2)由于NO2極易與水反應且密度比空氣大，因此收集NO2只能用向上排空氣法()(3)NO2能與堿反應生成硝酸鹽、亞硝酸鹽和水，NO2是酸性氧化物()(4)N2與O2反應時，不論O2是否足量，其一步反應都只能得到NO，不能生成NO2()(5)可用濕潤的淀粉碘化鉀試紙鑒別溴蒸氣和二氧化氮兩種紅棕色氣體()(6)NO和NO2都是有刺激性氣味的有毒氣體，它們都是大氣污染物()答案(1)√(2)√(3)×(4)√(5)×(6)×1.俗話說“雷雨發莊稼”，試說出其中的原理，寫出反應的化學方程式。提示雷電發生時，N2和O2化合生成NO，NO迅速被氧化為NO2，NO2溶于水生成HNO3，HNO3跟土壤作用生成硝酸鹽，NOeq\o\al(－,3)可被植物吸收。N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NO,2NO＋O2=2NO2,3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。2.在上述NO、NO2性質實驗中(1)如果要將注射器中的NO充分轉化，應采取的措施是___________________________。(2)上述實驗對工業上生產硝酸的啟示是_________________________________________。提示(1)繼續通入過量的空氣(2)在用水吸收NO2制取硝酸的反應過程中，要不斷地補充一些空氣，使NO2盡可能多地轉化為硝酸1.(2018·江蘇淮陰中學期中)下列關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.氮的氧化物在空氣中能穩定存在答案C解析氮的氧化物包括NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，A項錯誤；NO、N2O4等均為無色氣體，B項錯誤；氮的氧化物均有毒，C項正確；NO在空氣中易被O2氧化為NO2，D項錯誤。2.對3NO2＋H2O=2HNO3＋NO反應的下列說法正確的是()A.氧化劑與還原劑的質量比為1∶2B.氧化產物與還原產物的物質的量之比為1∶2C.NO2是氧化劑，H2O是還原劑D.在反應中若有6molNO2參與反應時，有3mol電子發生轉移答案A解析該反應中NO2既是氧化劑又是還原劑，硝酸為氧化產物，NO為還原產物。硝酸與NO的物質的量之比為2∶1，還原劑(NO2)與氧化劑(NO2)的物質的量之比為2∶1。若有6molNO2參與反應，則轉移電子4mol。3.按圖進行實驗。試管中裝有12mLNO，然后間歇而又緩慢地通入8mLO2，下列是有關最終狀態的描述：試管內氣體是O2⑥試管內氣體是NO。其中正確的是()A.①③ B.②④⑤C.②④⑥ D.②③⑤答案C解析根據4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3可得，剩余氣體應為NO，體積為eq\f(4,3)mL，試管內液面上升。課時對點練A組基礎對點練題組一氮氣和氮的固定1.(2018·湖南湘潭一中期中)氮氣能大量存在于空氣中的根本原因是()A.氮氣性質穩定，即使在高溫下也不與其他物質發生反應B.氮氣比空氣輕且不溶于水C.氮氣分子中兩個氮原子結合很牢固，分子結構穩定D.氮氣既無氧化性，也無還原性，不與其他物質反應答案C解析N2性質穩定，但在高溫下可與O2等物質發生反應，在反應中表現出氧化性或還原性；氮氣比空氣輕且不溶于水并不是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氣分子中兩個氮原子結合很牢固，分子結構穩定。2.氮氣的用途也很廣泛，下列不屬于氮氣用途的是()A.合成氨制作氮肥 B.充入燈泡作保護氣C.液氮可作制冷劑 D.醫療上可作為危重病人的急救氣答案D解析氮氣與氫氣合成氨能用于制作氮肥、氮氣充入燈泡作保護氣、液氮蒸發吸熱用作制冷劑屬于氮氣的用途；氮氣不具有幫助呼吸的性質，醫療上不可作為危重病人的急救氣。3.下列變化過程屬于氮的固定的是()A.氮氣跟氫氣合成氨B.氨氣跟氯化氫反應生成氯化銨固體C.植物吸收硝酸銨D.氮氣由氣態變為固態答案A4.下列氮的循環過程中，氮元素由游離態轉化為化合態的是()A.銨鹽在硝化細菌的作用下轉化為硝酸鹽B.雷雨天氣會有氮的氧化物生成C.硝酸鹽在某些細菌的作用下分解D.農作物枝葉燃燒產生的氮氧化物通過大氣進入陸地和海洋答案B解析雷雨天氣中有N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NO，氮元素由游離態轉化為化合態。題組二一氧化氮和二氧化氮5.Murad等三位教授關于一氧化氮分子在人體內的獨特功能的研究，曾獲得諾貝爾醫學或生理學獎。關于一氧化氮的下列敘述不正確的是()A.一氧化氮是某些含低價氮物質氧化的產物B.一氧化氮是亞硝酸的酸酐C.一氧化氮是某些含高價氮物質還原的產物D.一氧化氮具有還原性，在空氣中極易被氧化答案B解析氮元素的化合價有－3、0、＋1、＋2、＋3、＋4、＋5等，在一氧化氮分子中，氮元素為＋2價，它既可以是含低價氮物質被氧化的產物，又可以是含高價氮物質被還原的產物；亞硝酸的酸酐是三氧化二氮，一氧化氮不是酸酐；一氧化氮具有較強的還原性，在空氣中極易被氧化為紅棕色的二氧化氮氣體。6.下列關于NO和NO2的說法中正確的是()A.NO2是紅棕色氣體，易溶于水，屬于酸性氧化物B.NO2可由N2和O2直接化合得到C.NO和NO2均既可以用排空氣法收集又可以用排水法收集D.NO和NO2在一定條件下可以相互轉化答案D解析A選項，NO2不是酸性氧化物；B選項，在高溫或放電條件下，N2和O2直接化合生成NO；C選項，NO易與空氣中的氧氣反應生成NO2，只能用排水法收集，NO2能與水反應，只能用排空氣法收集；D選項，NO和氧氣反應生成NO2，NO2與水反應生成HNO3和NO。7.下列反應必須加入氧化劑且一步反應就能完成的是()①N2→NO2②NO2→NO③NO2→HNO3④N2→NO⑤N2→NH3A.①B.②⑤C.④D.③④答案C解析①N2→NO2不能一步完成，②③NO2與H2O反應即可，但H2O不是氧化劑，④N2→NO中N2被氧化，需要加入氧化劑，⑤N2與H2反應生成NH3，加入的H2是還原劑。8.除去NO中混入的少量NO2，應將該混合氣體通過下列試劑中的()A.Na2CO3溶液 B.NaHCO3溶液C.H2O D.無水硫酸銅答案C解析NO2溶于水生成硝酸和一氧化氮，若混合氣體通入碳酸鈉溶液或碳酸氫鈉溶液中，硝酸會與碳酸鈉或碳酸氫鈉反應生成二氧化碳，引入新雜質。混合氣體通入水中，可以生成一氧化氮，且不引入雜質。無水硫酸銅不與二氧化氮反應。9.(2018·天津耀華中學期中)如圖所示，試管中盛裝的氣體呈紅棕色，當倒扣在盛有水的水槽中時，試管內水面上升，但不能充滿試管，當向試管內鼓入氧氣后，可以觀察到試管中水面繼續上升，經過多次重復后，試管被水充滿，對原試管中盛裝的氣體的說法正確的是()A.可能是N2與NO2的混合氣體B.可能是N2O氣體C.可能是NO與NO2的混合氣體D.只可能是NO2一種氣體答案C解析試管中盛裝的氣體呈紅棕色，那么一定有二氧化氮存在。根據題述現象可知，原試管中盛裝的氣體的成分情況可能為①NO2、②NO2和O2(少量)、③NO2和NO等。10.下圖是有關氮的循環示意圖。請回答：(1)過程①中通過____________________的作用將空氣中的氮氣固定下來。請寫出②中合成氨反應的化學方程式：________________________________________________________。(2)請寫出③中固氮反應的化學方程式：_______________________________________。(3)過程④中的亞硝酸鹽有毒，工業上若直接排放將造成對環境的污染。已知NaNO2遇到還原性較強的NHeq\o\al(＋,4)會被還原為N2，在廢液中加入下列物質不能使NaNO2無害化排放的是________(填字母)。a.H2O2b.NH4Clc.KNO3答案(1)豆科作物的根瘤菌N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3(2)N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NO(3)acB組綜合強化練1.(2018·北京昌平區高一期末)氮是動植物生長不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如圖所示的氮元素的循環過程，下列說法不正確的是()A.過程①“雷電作用”中發生的反應是N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NOB.過程③“固氮作用”中，氮氣被還原C.⑤中涉及的反應可能有2NOeq\o\al(－,2)＋O2=2NOeq\o\al(－,3)D.⑥中涉及的反應可能有2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋=N2↑＋6H2O答案D解析過程①“雷電作用”中氮氣與氧氣化合生成NO，即發生的反應是N2＋O2eq\o(=,\s\up7(放電))2NO，A正確；過程③“固氮作用”中氮元素化合價降低，氮氣被還原，B正確；⑤中NOeq\o\al(－,2)被氧化為NOeq\o\al(－,3)，涉及的反應可能有2NOeq\o\al(－,2)＋O2=2NOeq\o\al(－,3)，C正確；⑥中氮元素化合價降低，NOeq\o\al(－,3)被還原，涉及的反應不可能為2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋=N2↑＋6H2O，因為此反應中只有元素化合價降低，沒有元素化合價升高，且電荷不守恒，故D錯誤。2.(2019·天水一中期末)已知某廠排放的尾氣中NO、NO2的體積比為1∶1，該廠采用NaOH溶液來處理該尾氣，處理后所得溶液中只有一種含氮的鈉鹽。則該含氮的鈉鹽中，氮元素的化合價為()A.－3B.＋1C.＋3D.＋5答案C解析體積比為1∶1的NO、NO2通入NaOH溶液中只生成一種產物，反應后的化合價應介于＋2價和＋4價之間，應為＋3價，發生反應的化學方程式為NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O。3.將盛有N2和NO2混合氣體的試管倒立于水中，經過足夠長的時間后，試管內氣體的體積縮小為原來的一半，則原混合氣體中N2和NO2的體積比是()A.1∶1B.1∶2C.1∶3D.3∶1答案C解析設原混合氣體的體積為V，NO2的體積為x，根據差量法求解：3NO2＋H2O=2HNO3＋NOΔV減312xeq\f(V,2)解得：x＝eq\f(3V,4)，V(N2)＝V－eq\f(3V,4)＝eq\f(V,4)，故eq\f(VN2,VNO2)＝eq\f(1,3)。4.(2018·貴陽市清華中學期中)發射衛星的運載火箭，其推進劑引燃后發生劇烈反應，產生大量的高溫氣體從火箭尾部噴出。引燃后產生的高溫氣體主要是CO2、H2O、N2、NO，這些氣體均無色，但在衛星發射現場卻看到火箭噴出大量紅煙。產生紅煙的原因是()A.高溫下N2遇空氣生成NO2B.NO遇空氣生成NO2C.CO2與NO反應生成CO與NO2D.NO和H2O反應生成H2和NO2答案B解析NO在空氣中能被氧氣氧化為NO2，NO2是紅棕色氣體。5.科學的假設與猜想是科學探究的先導和價值所在。在下列假設或猜想引導下的探究肯定沒有意義的是()A.探究SO2和Na2O2反應可能有Na2SO4生成B.探究NO和N2O可能化合生成NO2C.探究NO2可能被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2和NaNO3D.探究向滴有酚酞溶液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞紅色褪去的原因是溶液的酸堿性改變還是HClO的漂白作用答案B解析N低。6.(201