一、氮氣與氮的固定1.氮氣(1)氮元素的存在①氮原子的結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)示意圖: ________,一般通過___________與其他原子結(jié)合。
②自然界中,氮元素主要以氮氣的形式存在于空氣中,
(3)氮氣的化學性質(zhì)氮氣的化學性質(zhì)_____,通常很難與其他物質(zhì)發(fā)生化學反應。①還原性_________________
N2+O2 2NO
②氧化性a.N2與H2反應生成NH3,反應的化學方程式為_____________________。b.在點燃條件下與金屬鎂反應,化學方程式為___________________?
N2+3H2 2NH3
N2+3Mg Mg3N2
【情境·思考】氮氣保護技術(shù)通常應用于珍貴文物的保存和保護,國內(nèi)外不乏先例。美國的《獨立宣言》就密封在氮氣環(huán)境中;中國博物館和中南海毛主席故居紀念館也是應用氮氣保護法;北京房山云居寺“99石經(jīng)回藏”也是氮氣保護的成功典范。
為什么氮氣可以作為保護氣?
提示:氮氣性質(zhì)穩(wěn)定,常溫下不與物質(zhì)發(fā)生反應,故可作保護氣。
2. 氮的固定(1)含義:將大氣中_______的氮轉(zhuǎn)化為___________的過程叫做氮的固定。(2)分類:
【巧判斷】(1)氮的固定中氮元素一定被氧化。(　　)提示:×。人工固氮合成氨反應中氮元素被還原。
(2)雷雨天含氮物質(zhì)發(fā)生的反應都屬于氮的固定。(　　)提示:×。雷雨天只有反應N2+O2 2NO屬于氮的固定。
二、NO和NO21. 物理性質(zhì)
2.化學性質(zhì)(1)實驗探究:
(2)結(jié)論:在一定條件下,NO與NO2可以相互轉(zhuǎn)化,反應的化學方程式為①NO→NO2: ______________;②NO2→NO: ____________________(工業(yè)制取硝酸)。
2NO+O2====2NO2
3NO2+H2O====2HNO3+NO
【微思考】(1)NO和NO2分別采用什么方法收集?說明原因。提示:常溫下NO能與O2反應,只能用排水法收集;NO2能與水反應生成NO,故只能用排空氣法收集。
(2)NO2轉(zhuǎn)化為NO的變化中,NO2只能作氧化劑嗎?提示:NO2與水反應轉(zhuǎn)化為NO的同時生成HNO3,NO2既作氧化劑又作還原劑。
【情境·思考】某山谷經(jīng)常電閃雷鳴、雷雨交加,但樹木、灌木、草等植被非常茂密,但很少有人敢進入這個山谷。你能解釋該山谷植被茂密的原因嗎?
提示:雷雨天時在閃電的作用下,空氣中氮氣與氧氣反應生成NO,然后發(fā)生NO→NO2→HNO3,HNO3隨雨水進入土壤,為植被提供了豐富的氮肥。
知識點　氮的氧化物的性質(zhì)及有關(guān)計算【重點釋疑】1.NO和NO2性質(zhì)的對比
2.氮的氧化物溶于水的計算(1)原理解答氮的氧化物溶于水的計算問題首先明確原理,無論是單一氣體(NO2),還是NO、NO2、O2中的兩者或三者的混合氣體,反應的實質(zhì)是3NO2+H2O====2HNO3+NO,2NO+O2 ====2NO2,故若有氣體剩余只能是NO或O2,不能是NO2。
(2)方法——加合式法①NO2和O2混合氣體溶于水的計算由4NO2+O2+2H2O====4HNO3可知:
②NO與O2同時通入水中2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO總的化學方程式為4NO+3O2+2H2O====4HNO3可知:
③NO2、NO、O2三種混合氣體通入水中:a.可先將NO和O2轉(zhuǎn)化為NO2,再按上述各種情況分別處理。b.也可先將NO2和H2O反應轉(zhuǎn)化為NO,再按4NO+3O2+2H2O ====4HNO3情況處理。
【知識拓展】氮的氧化物溶于水的計算的其他方法(1)原子守恒法4NO2+O2和4NO+3O2從組成上均相當于2N2O5的組成,都與N2O5+H2O====2HNO3等效。當NO、NO2、O2的混合氣體溶于水時利用混合氣體中N、O原子個數(shù)比進行分析判斷。
(2)電子守恒法NO與O2的混合氣體通入水中發(fā)生反應:2NO+O2====2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO,在這當中,存在著NO向NO2轉(zhuǎn)化、NO2向HNO3轉(zhuǎn)化的同時又生成NO的循環(huán)反應。但總體來講,NO→HNO3,N的化合價升高是由于被O2氧化,因此可寫出
在氧化還原反應中得失電子數(shù)必然相等。
【思考·討論】　(1)要使充滿NO2和O2混合氣體的試管倒扣水槽中,讓水充滿試管,必須按什么樣的體積比混合? 提示:由3NO2+H2O====2HNO3+NO和2NO+O2====2NO2得4NO2+O2+2H2O====4HNO3,即當NO2和O2的體積比為4∶1時可完全溶于水。
(2)將10 mL充滿NO2和O2的混合氣體的試管,倒置在水槽中,反應停止后試管內(nèi)剩余2 mL的無色氣體,則原混合氣體中O2為多少毫升?
提示:①若剩余的是NO,由反應3NO2+H2O====2HNO3+NO,得NO2體積為2 mL×3=6 mL。則原有O2體積為(10 mL-6 mL)× =0.8 mL。 ②若剩余的是O2,則有10 mL-2 mL=8 mL NO2和O2的混合氣體按反應4NO2+O2+2H2O====4HNO3進行。所以NO2的體積為8 mL× =6.4 mL,O2體積為10 mL-6.4 mL=3.6 mL。
【案例示范】【典例1】下列對NO、NO2的描述,不正確的是(　　)A.NO2是紅棕色氣體,易溶于水,不是酸性氧化物B.NO可以用排水法收集,但不能由N2和O2直接化合而得到C.NO、NO2在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化,且二者都是引起光化學煙霧的大氣污染物D.NO、NO2都有毒,且NO是汽車尾氣的有害成分之一
【解題指南】解答本題應注意以下兩點:(1) N2和O2直接化合得到NO,不能得到NO2。(2)NO與NO2均不是酸性氧化物。
【解析】選B。NO2是紅棕色氣體,易溶于水,與水發(fā)生反應:3NO2+H2O====2HNO3+NO,由于反應前后元素的化合價發(fā)生了變化,因此NO2不是酸性氧化物,A正確;NO不溶于水,可以用排水法收集,由于N2性質(zhì)穩(wěn)定,室溫下不容易反應,但在放電時可由N2和O2直接化合而得到,B錯誤;NO與氧氣發(fā)生反應會產(chǎn)生NO2;NO2溶于水反應產(chǎn)生
硝酸和NO,因此二者在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化,且二者都是引起光化學煙霧的大氣污染物,C正確;NO、NO2都有毒,且在汽車發(fā)動時,在電火花作用下N2和O2化合產(chǎn)生NO,NO是汽車尾氣的有害成分之一,D正確。
【易錯提醒】(1)NO不能和堿反應,是不成鹽化合物;NO2和堿反應化合價發(fā)生了變化,所以二者均不是酸性氧化物。(2)N2和O2反應,不管量和條件如何變化,均只能生成NO。
【典例2】(2019·鄭州高一檢測)將盛有1 ml NO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中,再通入0.4 ml O2,充分反應后,整個試管充滿水。則原混合氣體中NO與NO2體積比為(　　)A.1∶2　　　B.2∶5　　　C.3∶7　　　D.無法確定
【解題指南】解答本題應注意以下兩點:(1)NO2與O2混合物完全溶于水的比值為4∶1。(2)NO與O2混合物完全溶于水的比值為4∶3。
【解析】選C。設1 ml NO和NO2的混合氣體中有a ml NO和(1-a) ml NO2,根據(jù)4NO+3O2+2H2O====4HNO3和4NO2+O2+2H2O====4HNO3可得: 所以a=0.3,V(NO)∶V(NO2)=3∶7。
　【母題追問】(1)1 ml NO和NO2混合氣體的試管倒立于盛滿水的水槽中剩余氣體0.4 ml,則NO與NO2體積比為多少?
提示:1∶9。設n(NO2)=a ml 3NO2+H2O====2HNO3+NO　　　氣體減少3 ml　　　　　 1 ml　　　2 mla ml　　　　　　　　(1-0.4)mla=0.9故NO與NO2體積比為1∶9。
(2)1 ml NO和NO2混合氣體中兩者體積之比為1∶1,試管倒立于盛滿水的水槽中,為使整個試管充滿水,需通入多少 O2?
提示:0.5。通入的氧氣的物質(zhì)的量為 ×0.5 ml+ ml=0.5 ml。
【遷移·應用】1.科學家研究發(fā)現(xiàn)SARS病毒的全部基因組組分都可以在蝙蝠的糞便里找到,且SARS樣冠狀病毒基因內(nèi)部多個位點頻繁重組。
病毒學研究證實,一氧化氮對SARS病毒有直接抑制作用。下列關(guān)于一氧化氮的敘述正確的是(　　)A.一氧化氮是一種紅棕色的氣體B.常溫常壓下,一氧化氮不能與空氣中的氧氣直接化合C.一氧化氮可以由氮氣和氧氣在放電條件下直接化合得到D.一氧化氮易溶于水,不能用排水法收集
【解析】選C。A項,NO是無色氣體,NO2是紅棕色氣體;B項,NO與O2能直接發(fā)生化合反應2NO+O2====2NO2;C項,N2+O2 2NO;D項,NO不溶于水,可用排水法收集。
2.如圖所示,室溫下向盛有3.0 mL NO的試管中緩緩通入1.5 mL O2(所有氣體體積均在標準狀況下測定)。試回答下列問題:世紀金榜導學號
(1)寫出觀察到的現(xiàn)象:①__________________________;?②__________________________;?③__________________________。?(2)最終試管中剩余的氣體是________,體積為________。?
【解析】通入的O2與NO發(fā)生反應生成NO2:2NO+O2====2NO2,所以看到有紅棕色氣體生成;生成的NO2溶于水:3NO2+H2O====2HNO3+NO。兩個反應的總方程式為4NO+3O2+2H2O====4HNO3。氣體被消耗,所以看到試管內(nèi)液面上升;根據(jù)總反應方程式可以計算出,氧氣全部反應,剩余NO的體積是1.0 mL,NO為無色氣體,這是可觀察到的第三個現(xiàn)象。
答案:(1)①通入O2后試管內(nèi)氣體變?yōu)榧t棕色?、谠嚬軆?nèi)液面升高?、圩詈笤嚬軆?nèi)剩余一種無色氣體　(2)NO　1.0 mL
【補償訓練】　　將盛有N2和NO2混合氣體的試管倒立于水中,經(jīng)過足夠長的時間后,試管內(nèi)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∶1　　　B.1∶2　　　C.1∶3　　　D.3∶1
【解析】選C。將試管倒立于水中,只有NO2和H2O反應,生成的NO與不反應的N2為剩余氣體。設原氣體的體積為V,NO2的體積為x,根據(jù)差量法求解:3NO2+H2O====2HNO3+NO　　ΔV減3　　　　　　　 1　　2x　　　　　　　　　　　
解得:x= V(N2)=V- 故
【素養(yǎng)提升】中國汽車銷量增長幅度很大,同時也帶來了空氣污染。汽車尾氣轉(zhuǎn)化裝置里,氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的過程如圖所示。
(1)汽車尾氣的主要污染成分包括哪些?(2)由圖分析寫出汽車尾氣轉(zhuǎn)化裝置里發(fā)生的反應?在反應中氮的氧化物分別表現(xiàn)什么性質(zhì)?(3)由圖可以推出NO和O2必須在催化劑表面才能反應嗎?(4)汽車尾氣的排放有哪些危害?
【解析】(1)汽油不完全燃燒生成CO,放電條件下氮氣與氧氣反應生成NO,部分NO與氧氣反應生成NO2,故尾氣的主要污染物為CO、NO2、NO等;(2)由過程圖中進出的物質(zhì)可知,發(fā)生的反應為2NO+O2====2NO2, 2NO2+4CO 4CO2+N2,第一個反應中NO表現(xiàn)還原性,第二個反應中NO2表現(xiàn)氧化性;(3)NO和O2在空氣中就能迅速反應
生成NO2;(4)汽車尾氣被人吸收造成傷害,排入大氣會引起光化學煙霧、硝酸型酸雨等。
答案:(1)CO、NO2、NO等　(2)發(fā)生的反應為2NO+O2====2NO2,NO表現(xiàn)還原性;2NO2+4CO 4CO2+N2,NO2表現(xiàn)氧化性　(3)不對,NO和O2在空氣中就能迅速反應生成NO2　(4)汽車尾氣被人吸收造成傷害,排入大氣會引起光化學煙霧、硝酸型酸雨等

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