《2022-2023学年人教版必修第二册 第五章第二节 第1课时 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 学案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022-2023学年人教版必修第二册 第五章第二节 第1课时 氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮 学案.docx（12页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第五章化工生产中的重要非金属元素第二节氮及其化合物第1课时氮气与氮的定一氧化氮和二氧化氮课标定向.能从物质类别和元素化合价的角度，预测氮气及氮的氧化物的性质及转化。(宏观辨识与微观探析).通过二氧化氮与水反应的实验探究，认识科学探究是进行科学解释和发现、 创造和应用的科学实践活动。(科学探究与创新意识)情境导入在新疆和青海交界处有一山谷，人称“魔鬼谷经常电闪雷鸣、狂风暴雨，但谷 内牧草茂盛、四季常青。农业上有一句俗语“雷雨发庄稼涉及氮元素在自然界 中的哪些转化？教学建议本课时的重点是学会氮气和氮氧化物的性质,并从物质 类别和兀素化合价角度预测性质，以及氮氧化物溶于水 的计算。可借助氮循环、火箭
2、燃料等情境引入教学，引 导学生发散思维掌握氮q及其氧化物的性质，并建立氮 氧化物溶于水的计算模型。学习任务一 氮气与氮的固定基础理解教材认知1 .氮兀素(1 )结构：氮元素位于元素周期表的第二周期、第VA族,氮原子结构示意图为空?一般通过”用曳子对与其他原子相互结合构成物质。(2 )分布:在自然界里，氮元素主要以氢分子的形式存在于空气中。2 .氮气等，故N2既可作氧化剂又可作还原剂，故A正确；雷雨天时，发生自然固氮, 空气中N2和02可反应生成NO故B正确 氮的固定是将空气中游离态的氮N2 ） 转化为含氮化合物的过程，故C正确；氮气也能和金属发生反应，例如氮气和 镁点燃生成氮化镁，故D错误。2
3、.下列说法不正确的是（）A.豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮是化学变化B.汽车尾气中排放的氮氧化合物是由游离态氮转化来的C.化石燃料燃烧通常不释放出氮氧化合物D.植物秸秆燃烧时放出氮氧化合物，参与了氮的循环【解析】选C。氮的固定是游离态的氮变成化合态的氮，是化学变化；汽车尾气 中排放的氮氧化合物是由氮气和氧气反应生成的；化石燃料中含有氮的化合物， 燃烧时会释放出氮氧化合物；植物秸秆燃烧时放出氮氧化合物，参与了氮的循 环。3 .（ 2022.昆明高一检测）据研究，NO广泛分布于生物体内各组织中，可将积 存在血管壁上的脂肪、胆固醇带走，被称为“血管清道夫二下列说法中错误的是 （ ）A . NO极易
4、与氧气反应生成一种红棕色气体B . NO可以是某些低价含氮物质的氧化产物C .人体吸入大量NO气体，可以预防心血管疾病D . NO是汽车尾气排放的污染物之一【解析】选C。NO遇到氧气立即反应生成一种红棕色气体，即NO2，故A正 确；NO中N为+ 2价，可以是某些低价含氮物质的氧化产物，故B正确；人体 吸入少量NO气体,可以预防心血管疾病，吸入大量NO气体会使人中毒死亡， 故C错误；汽车尾气中含有NO ,故D正确。4 . （ 2022.湖州高一检测）近年来，利用半导体光催化实现还原氮气制备氨气引 起全世界极大关注。如图是在半导体光催化的作用下，用被光催化材料捕获进 而被还原实现“N2NH3”的转
5、化示意图。下列说法正确的是（）光A.此方法不属于人工固氮技术B.由转化示意图可知，氮气化学性质很活泼C.该反应过程中有极性键的断裂和形成D .该反应的化学方程式是N2 + 3H2殿剂2NH3【解析】选Ce该方法是通过人工将氮气转化为氨气，属于人工固氮技术，故A 错误；氮气结构式为N三N ,不易断裂，氮气常温下十分稳定，故B错误；该反 应过程中有N三N、0H键断裂，NH、0=0键生成，0H键和NH键 为极性键，故C正确；D.由题图可知，氮气和水在半导体光催化的作用下生成 氨气和氧气，化学方程式为2刈+ 6H20催罐 4NH3 + 302 ,故D错误。5为了有效实现NO和N02的相互转化，设计如下
6、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 0(2 )轻轻摇动烧瓶，观察到烧瓶中的现象为；0产生此现象的化学方程式为 0【解析】(1 )无色NO气体被氧化为红棕色的N02气体，2NO + O2=2NO2o(2 ) NO2气体与水反应生成NO气体，同时气体体积减小，烧瓶内压强减小引 起倒吸，3NO2 + H2O=2HNO3 + NOo答案：（1 ）烧瓶中气体由无色变为红棕色2NO + O2=2NO2（2 ）烧瓶中红棕色气体又变为无色烧杯中水倒吸到
7、烧瓶中（或烧瓶中液面上升）3NO2 + H2O=2HNO3 + NO关闭Word文档返回原板块(1)结构：氮分子内两个氮原子间以价三键结合，电子式为：N：N：，结构式为N=Ne(2 )物理性质：无色、无味、难溶于水,密度与空气相近，约占空气体积的数。(3 )化学性质：通常情况下很稳定，难与其他物质反应。高温、高压与氢气反应：N2+ 3H2：催化剂2NH3与氧气反应：N2 + O2 放电或高温2N0与金属镁反应：N2 + 3MrMmn3N2闪问镁在空气中可以发生哪些反应？提示：N2 + 3Mg篁处 Mg3N2.2Mg + Ch亶维 2Mg0、2Mg + C02= 2Mg0 + Co3.氮的固定(
8、1 )含义：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。(2 )分类:闪电释放能量A含氮的化合物自然固氮氮的固定豆科植物的根瘤菌人工固氮埴重山工业合成氨闪问氮的固定中氮元素的化合价如何变化？提示：闪电固氮中氮元素化合价升高，被氧化；豆科植物根瘤菌固氮和人工固 氮合成氨反应中氮元素化合价降低，被还原。袤流丹至1 .思考：下列关于自然界中氮的循环(如图所示)的说法正确吗？雷电 作用动物人工固氮固氮作用动物排泄植而被细菌 2根瘤菌）物告遗体遗体 T量或的总肖酸分解【硝酸好氮元素均被氧化（X ）提示：人工固氮和豆科植物固氮时氮元素被还原。工业合成氨属于人工固氮（4）提示：通过控制条件，由氮气
9、和氢气合成氨气是人工固氮。含氮无机物和含氮有机物可相互转化（Y）提示：由氮的循环可知，含氮物质可相互转化。碳、氢、氧三种元素也参与了循环（Y）提示：碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环，如蛋白质的制造需要碳元素，又 如N2在放电条件下与02直接化合生成N0，氧元素参与，生成氨、镇盐的过程， 二氧化氮易与水反应生成硝酸，氢元素参与。2 .探索：在国民经济和日常生活中，氮气有广泛的用途。我们将它充灌在电灯 泡里，可防止铝丝的氧化，延长灯泡的使用寿命。还可用它来代替惰性气体作 焊接金属时的保护气。氮气为什么可以作保护气？提示：氮气化学性质很稳定，常温下不与氧气反应，可以作保护气。3 .质疑：氮是较活泼的
10、非金属元素，从结构上分析，为什么氮气的化学性质却 很稳定？提示：N2的结构式为N三N ,断裂氮氮三键需要较多的能量，因此氮气的化学性 质很稳定。即学即练1 .下列有关氮气的叙述错误的是（）A.氮气可作贮存水果、粮食的保护气B.氮的非金属性比磷强，所以氮气的化学性质比磷活泼C ,在雷雨天，空气中的N2和02反应生成NOD.氮气既可作氧化剂，又可作还原剂【解析】选B。氮气的化学性质很稳定，无毒，可以用作食品保护气，故A正 确；氮气分子中含N三N，性质很稳定，化学性质不如磷活泼，故B错误；在雷 雨天,放电条件下,氮气与氧气反应生成一氧化氮,故C正确；氮气中氮元素 处于中间价态，既可作氧化剂，又可作还
11、原剂，故D正确。2.在水体中部分含氮物质循环如图。图中转化属于氮的固定的是()、. B . C. D.【解析】选C。将N2转化为氮的化合物的过程叫氮的固定，因此循环图中只有 转化属于氮的固定。学习任务二NO和N02的性质重点探究教材认知.物理性质及毒性(1 )一氧化氮(NO )无色无味气体，密度比空气略大，丕溶于水，有毒。(2 )二氧化氮(NO2 )红棕色气体,有刺激性气味,密度比空气大，易液化，易溶于水，有毒。1 .化学性质(1 )实验探究【实验5 -5】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。|liii|ini|iini
12、|iiii|ilH|-X- 10 20 30 40 50 mL 实验现象：无明显现象。原因解释：NO不溶于水。打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器, 再观察现象。实验现象：气体变为红棕色,再振荡后气体又变为无色，同时注射器的活塞包 内移动。原因解释：NO与02反应生成N02 ,气体变为红棕色；振荡后NCh溶于水生成 硝酸和NO ,气体又变为无色,同时气体的总体积有所减小。(2 ) NO和N02的相互转化NO NO2 化学方程式：2N0 + O2=2NC)2NO2一NO 化学方程式：3NCh + H2O=2HNO3 + NO(3 )对工业生产硝酸的启示：工业上生产
13、硝酸时，向吸收后的废气中再通入适量的氧气或空气，充分利用原 料，并能减少NO的排放以保护环境。闪问实验室收集NO和N02分别用什么方法？提示：收集NO用排水法，收集NCh用向上排空气法。袤流时徐1质疑 已知NCh可被NaOH吸收 反应化学方程式为2NO2 + 2NaOH=NaNO3 + NaNO2 + H20 ；N0与NCh等物质的量时也可被NaOH吸收，反应化学方程式 为 NO + NO2 + 2NaOH=2NaNO2 + H2Oo NO 和 N02 是否为酸t生氧化物?提示：均不是，在与碱反应的过程中，NO和NCh的化合价发生了改变。2 .思考：如何鉴别NO和N02?提示：NCh是红棕色气
14、体，NO是无色气体且遇空气变为红棕色。3 .探索：二氧化氮和溪蒸气都是有刺激性气味的红棕色气体，能否用湿润的淀 粉碘化钾试纸检验？已知硝酸可以将I-氧化为I2o提示：不能，NO2溶于水生成硝酸，可使淀粉碘化钾试纸变蓝，Br2氧化性大于 12 ,也可使淀粉碘化钾试纸变蓝。总辂梃升1.NO和N02的化学性质对比NaNO3 + NaNO2 + H202.二氧化氮与漠蒸气的鉴别方法物质NONO2与氧气反应2NO + 022NO2不反应与水反应不反应3NO2 + H2O2HNO3 + NO与氢氧化钠的反应不反应2NO2 + 2NaOH(1 )水溶法分别向盛有二氧化氮和溪蒸气的集气瓶中倒入适量的蒸储水，振
15、荡集气瓶使气 体溶解，观察现象。若集气瓶中形成了无色溶液，被溶解的气体为NO2o若集 气瓶中形成了橙色溶液，被溶解的气体为溪蒸气。(2 )硝酸银溶液试验法将两种气体分别通入稀AgNO3溶液中，观察现象。若溶液中无明显现象，被检 验的气体为NO2 ；若溶液中生成淡黄色沉淀，被检验的气体为漠蒸气。提醒3NO2 + H2O=2HNO3 + NO反应中NO2既是氧化剂也是还原剂，其比 例为1 ： 2。翼例”等【典例】无色的混合气体甲，可能含NO、CO2、NO2、N2中的几种，将一定量 的气体甲经过如图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则气体红色 气显棕体红色 气显棕体红色 气显棕体甲的组
16、成为()足量Na2(D2A . NO2、N2C . NO2、CO2A . NO2、N2C . NO2、CO2B . NO、CO2D . NO、82、N2【解析】选Bo混合气体无色，说明气体中不含NO2 ；气体通过Na2(h后显红棕 色，说明原混合气体中含有NO ,且有与NazCh反应生成02的气体C02 ；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N2o借题发挥(1 )改变条件：假设起始通入的NO标准状况下体积为22.4 L ,得到溶液体积 为1 L ,则最终耶5的物质的量浓度为多少？提示：根据N原子守恒，HNO3为1 mol ,物质的量浓度为1 moLL，(2 )改变结果：如
17、果最后有气体剩余，则一定有N2存在吗？提示：不一定，最后可以剩余NO或。2。即学即练C.下列关于NO和NO2的叙述正确的是()A . NO是一种红棕色气体B.常温常压下，NO不能与空气中的氧气直接化合C .含等质量氧元素的NO和CO的物质的量相等D . N02可用排水法收集【解析】选C。NO是一种无色气体，故A错误；一氧化氮与氧气反应生成二氧 化氮，故B错误；含等质量氧元素时，氧原子的物质的量相同，则一氧化氮与 一氧化碳的物质的量相同，故C正确；二氧化氮遇水反应生成硝酸和一氧化氮， 不能用排水法收集，故D错误。1 .将一支充满NO2的试管倒立在盛有水的烧杯中(水中已预先加入数滴石蕊试 液试描述
18、可能出现的实验现象：等。【解析】将一支充满N02的试管倒立在盛有水的烧杯中时，二氧化氮和水反应 生成一氧化氮和硝酸，试管中的压强减小，在外界大气压的作用下，溶液会进 入试管；硝酸属于酸，水溶液显酸性，能使石蕊试液变红色。答案：红棕色气体颜色变浅至消失，水进入试管形成液柱，液柱高度大约占试管高度的彳，溶液变红色学习任务三氮氧化物溶于水的计算供邀座用总辂梃和1 . N02和02混合气体与水反应由 4NO2 + 02 + 2H2O=4HNO3 可知广等于4 ： 1恰好完全反应当体积比一-小于4：1剩余气体()2V(N()?) ： M()2)二大于4：1 剩余气体N(). NO和02混合气体与水反应由
19、 4NO + 3O2 + 2H2O=4HNO3 可知恰好完全反应剩余气体（）2剩余气体NOL等于4 ： 3当体积比,十小于4 : 3V(NO) : V()2)f大于4 : 32 .剩余气体的判断NO、O2不溶于水，但NO2溶于水且与水反应，所以氮氧化物溶于水的各种情况 中，剩余气体可为NO或02 ,但不可能是NO2或NO与O2同时剩余。方法导引电子守恒法当NO、转化为硝酸时要失去电子，如果是NO、与02混合，则反应中02得至I的 电子数与NO1失去的电子数相等。翼例”等【典例】有一支充有20 mL NO和NO2混合气体的试管，倒置于盛有水的水槽中，充分反应后，仍有12 mL无色气体，则原混合气
20、体中NO和NO2体积比为（气体体积均在相同状况下测得）（）A . 2 ： 3 B . 3 ： 2 C . 1 ： 4 D . 4 ： 1【解析】选A。二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮和水不反应 且不溶于水所以，剩余的气体为一氧化氮，设混合气体中二氧化氮的体积为V , 则：3NO2 + H2O=2HNO3 + NO 气体体积减少312V20 mL - 12 mL = 8 mL所以V二吟也二12 mL ,即二氧化氮的体积为12 mL ,则混合气体中一氧化 氮的体积为20 mL - 12 mL=8 mL则原混合气体中NO和NCh体积比为8 mL : 12 mL = 2 ： 3。借题发挥（
21、1 ）改变物质：若初始试管中气体火有,反应后气体体积缩小至试管体积 几分之几？提示：根据反应3NO2 + H2O=2HNO3 + NO可知，缩小至三分之一。（2 ）改变角度：若将盛有混合气体的试管，倒置于盛有水的水槽中，当缓慢充入同温同压下的氧气10 mL并摇动容器，容器内气体体积为0(即水全部充入容器内)，则原混合气体中NO和NO2的体积比是多少？*/wv/vz/zwzzwX提示:由4NO2 + 02 + 2H2O=4HNO3 ,可知X mL NO2完全反应消耗氧气为mL ,由4NO + 3O2 + 2H2O=4HNO3 ,可知(20 - x ) mL NO完全反应消耗氧气为3x ( 20
22、- x )4 mL,y 3x ( 20 - x )消耗氧气总体积为W mL +4 mL=10 mL , X=1。，贝J V ( NO2)= 10 mL , V ( NO ) = 10 mL , V ( NO ) ： V( NO2) = 1 ： l0即学即练。将体积为V的试管充满NO气体，按如图所示进行实验。相同条件下，当通 入02 49 mL时，液面仍在原来位置，则试管体积V为(A . 49 mL B . 28 mL C . 30 mL D . 24.5 mL【解析】选Bo通入氧气发生4NO + 3O2 + 2H2O=4HNO3 ,如NO过量，发生 4NO + 302 + 2H2O=4HNO3 ,则体积不可能与原来相等，应为氧气过量，则 4NO + 302 + 2H2O=4HNC)3 ,由49 mL - | V= V, V=28 mL0课堂小测1 . ( 2022.台州高一检测)下列关于N2的叙述错误的是() A . N2既可作氧化剂又可作还原剂B.在雷雨天，空气中的N2和。2可反应生成NOC.氮的固定是将N2转化成含氮的化合物D.氮气性质稳定，不能和金属发生反应【解析】选D。刈中N元素的化合价可以降低变成NH3 ,也可以升高生成NO