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1、氮气与氮的固定 一氧化氮和二氧化氮,一、氮气与氮的固定 1.氮气 (1)氮元素的存在 氮原子的结构 原子结构示意图: _,一般通过_与 其他原子结合。,共用电子对,自然界中,氮元素主要以氮气的形式存在于空气中,(2)氮气的物理性质,无色,无味,难,(3)氮气的化学性质 氮气的化学性质_,通常很难与其他物质发生化学 反应。 还原性 _,稳定,N2+O2 2NO,氧化性 a.N2与H2反应生成NH3,反应的化学方程式为 _。 b.在点燃条件下与金属镁反应,化学方程式为 _,N2+3H2 2NH3,N2+3Mg Mg3N2,【情境思考】 氮气保护技术通常应用于珍贵文物的保存和保护,国内外不乏先例。美
2、国的独立宣言就密封在氮气环境中;中国博物馆和中南海毛主席故居纪念馆也是应用氮气保护法;北京房山云居寺“99石经回藏”也是氮气保护的成功典范。,为什么氮气可以作为保护气?,提示:氮气性质稳定,常温下不与物质发生反应,故可作保护气。,2. 氮的固定 (1)含义:将大气中_的氮转化为_的 过程叫做氮的固定。 (2)分类:,游离态,含氮化合物,【巧判断】 (1)氮的固定中氮元素一定被氧化。 ( ) 提示:。人工固氮合成氨反应中氮元素被还原。,(2)雷雨天含氮物质发生的反应都属于氮的固定。 ( ) 提示:。雷雨天只有反应N2+O2 2NO属于氮的固 定。,3.自然界中氮的循环,二、NO和NO2 1. 物
3、理性质,无色,无味,不,红棕色,刺激性,易,2.化学性质 (1)实验探究:,无明显现象,无色气体变红棕色,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 NONO2: _; NO2NO: _(工业制取硝酸)。,2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO,【微思考】 (1)NO和NO2分别采用什么方法收集?说明原因。 提示:常温下NO能与O2反应,只能用排水法收集;NO2能与水反应生成NO,故只能用排空气法收集。,(2)NO2转化为NO的变化中,NO2只能作氧化剂吗? 提示:NO2与水反应转化为NO的同时生成HNO3,NO2既作氧化剂又
4、作还原剂。,【情境思考】 某山谷经常电闪雷鸣、雷雨交加,但树木、灌木、草等植被非常茂密,但很少有人敢进入这个山谷。你能解释该山谷植被茂密的原因吗?,提示:雷雨天时在闪电的作用下,空气中氮气与氧气反应生成NO,然后发生NONO2HNO3,HNO3随雨水进入土壤,为植被提供了丰富的氮肥。,知识点 氮的氧化物的性质及有关计算 【重点释疑】 1.NO和NO2性质的对比,2.氮的氧化物溶于水的计算 (1)原理 解答氮的氧化物溶于水的计算问题首先明确原理,无论 是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两者或三者的 混合气体,反应的实质是3NO2+H2O=2HNO3+NO,2NO+O2 =2NO2,
5、故若有气体剩余只能是NO或O2,不能是NO2。,(2)方法加合式法 NO2和O2混合气体溶于水的计算 由4NO2+O2+2H2O=4HNO3可知:,NO与O2同时通入水中 2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO 总的化学方程式为4NO+3O2+2H2O=4HNO3 可知:,NO2、NO、O2三种混合气体通入水中: a.可先将NO和O2转化为NO2,再按上述各种情况分别处理。 b.也可先将NO2和H2O反应转化为NO,再按4NO+3O2+2H2O =4HNO3情况处理。,【知识拓展】氮的氧化物溶于水的计算的其他方法 (1)原子守恒法 4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相
6、当于2N2O5的组成,都与N2O5+H2O=2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。,(2)电子守恒法 NO与O2的混合气体通入水中发生反应:2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO,在这当中,存在着NO向NO2转化、NO2向HNO3转化的同时又生成NO的循环反应。但总体来讲,NOHNO3,N的化合价升高是由于被O2氧化,因此可写出,在氧化还原反应中得失电子数必然相等。,【思考讨论】 (1)要使充满NO2和O2混合气体的试管倒扣水槽中,让水充满试管,必须按什么样的体积比混合? 提示:由3NO2+H2O=2HNO3+NO
7、和2NO+O2=2NO2得4NO2+O2+2H2O=4HNO3,即当NO2和O2的体积比为41时可完全溶于水。,(2)将10 mL充满NO2和O2的混合气体的试管,倒置在水槽中,反应停止后试管内剩余2 mL的无色气体,则原混合气体中O2为多少毫升?,提示:若剩余的是NO,由反应3NO2+H2O=2HNO3+NO, 得NO2体积为2 mL3=6 mL。则原有O2体积为(10 mL- 6 mL) =0.8 mL。 若剩余的是O2,则有10 mL -2 mL=8 mL NO2和O2的混合气体按反应4NO2+O2+2H2O =4HNO3进行。所以NO2的体积为8 mL =6.4 mL, O2体积为10
8、 mL-6.4 mL=3.6 mL。,【案例示范】 【典例1】下列对NO、NO2的描述,不正确的是 ( ) A.NO2是红棕色气体,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在一定条件下可相互转化,且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物 D.NO、NO2都有毒,且NO是汽车尾气的有害成分之一,【解题指南】解答本题应注意以下两点: (1) N2和O2直接化合得到NO,不能得到NO2。 (2)NO与NO2均不是酸性氧化物。,【解析】选B。NO2是红棕色气体,易溶于水,与水发生 反应:3NO2+H2O=2HNO3+NO,由于反应前后元素的化合
9、 价发生了变化,因此NO2不是酸性氧化物,A正确;NO不溶 于水,可以用排水法收集,由于N2性质稳定,室温下不容 易反应,但在放电时可由N2和O2直接化合而得到,B错 误;NO与氧气发生反应会产生NO2;NO2溶于水反应产生,硝酸和NO,因此二者在一定条件下可相互转化,且二者都是引起光化学烟雾的大气污染物,C正确;NO、NO2都有毒,且在汽车发动时,在电火花作用下N2和O2化合产生NO,NO是汽车尾气的有害成分之一,D正确。,【易错提醒】(1)NO不能和碱反应,是不成盐化合物;NO2和碱反应化合价发生了变化,所以二者均不是酸性氧化物。 (2)N2和O2反应,不管量和条件如何变化,均只能生成NO
10、。,【典例2】(2019郑州高一检测)将盛有1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中,再通入 0.4 mol O2,充分反应后,整个试管充满水。则原混合气体中NO与NO2体积比为 ( ) A.12 B.25 C.37 D.无法确定,【解题指南】解答本题应注意以下两点: (1)NO2与O2混合物完全溶于水的比值为41。 (2)NO与O2混合物完全溶于水的比值为43。,【解析】选C。设1 mol NO和NO2的混合气体中有a mol NO和(1-a) mol NO2,根据4NO+3O2+2H2O=4HNO3和 4NO2+O2+2H2O=4HNO3可得: 所以a=0.3, V(NO
11、)V(NO2)=37。,【母题追问】(1)1 mol NO和NO2混合气体的试管倒立于盛满水的水槽中剩余气体0.4 mol,则NO与NO2体积比为多少?,提示:19。设n(NO2)=a mol 3NO2+H2O=2HNO3+NO 气体减少 3 mol 1 mol 2 mol a mol (1-0.4)mol a=0.9 故NO与NO2体积比为19。,(2)1 mol NO和NO2混合气体中两者体积之比为11,试管倒立于盛满水的水槽中,为使整个试管充满水,需通入多少 O2?,提示:0.5。通入的氧气的物质的量为 0.5 mol+ mol=0.5 mol。,【迁移应用】 1.科学家研究发现SARS
12、病毒的全部基因组组分都可以在蝙蝠的粪便里找到,且SARS样冠状病毒基因内部多个位点频繁重组。,病毒学研究证实,一氧化氮对SARS病毒有直接抑制作用。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.一氧化氮可以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,不能用排水法收集,【解析】选C。A项,NO是无色气体,NO2是红棕色气体;B 项,NO与O2能直接发生化合反应2NO+O2=2NO2;C项, N2+O2 2NO;D项,NO不溶于水,可用排水法收集。,2.如图所示,室温下向盛有3.0 mL NO的试管中
13、缓缓通入1.5 mL O2(所有气体体积均在标准状况下测定)。试回答下列问题: 世纪金榜导学号,(1)写出观察到的现象: _; _; _。 (2)最终试管中剩余的气体是_,体积为_。,【解析】通入的O2与NO发生反应生成NO2:2NO+O2= 2NO2,所以看到有红棕色气体生成;生成的NO2溶于水:3NO2+H2O=2HNO3+NO。两个反应的总方程式为4NO+3O2+2H2O=4HNO3。气体被消耗,所以看到试管内液面上升;根据总反应方程式可以计算出,氧气全部反应,剩余NO的体积是1.0 mL,NO为无色气体,这是可观察到的第三个现象。,答案:(1)通入O2后试管内气体变为红棕色 试管内液面
14、升高 最后试管内剩余一种无色气体 (2)NO 1.0 mL,【补偿训练】 将盛有N2和NO2混合气体的试管倒立于水中,经过足够长的时间后,试管内气体的体积缩小为原来的一半,则原混合气体中N2和NO2的体积比是 ( ) A.11 B.12 C.13 D.31,【解析】选C。将试管倒立于水中,只有NO2和H2O反应, 生成的NO与不反应的N2为剩余气体。设原气体的体积 为V,NO2的体积为x,根据差量法求解: 3NO2+H2O=2HNO3+NO V减 3 1 2 x,解得:x= V(N2)=V- 故,【素养提升】 中国汽车销量增长幅度很大,同时也带来了空气污染。汽车尾气转化装置里,气体在催化剂表面
15、吸附与解吸作用的过程如图所示。,(1)汽车尾气的主要污染成分包括哪些? (2)由图分析写出汽车尾气转化装置里发生的反应?在反应中氮的氧化物分别表现什么性质? (3)由图可以推出NO和O2必须在催化剂表面才能反应吗? (4)汽车尾气的排放有哪些危害?,【解析】(1)汽油不完全燃烧生成CO,放电条件下氮气 与氧气反应生成NO,部分NO与氧气反应生成NO2,故尾气 的主要污染物为CO、NO2、NO等;(2)由过程图中进出的 物质可知,发生的反应为2NO+O2=2NO2, 2NO2+4CO 4CO2+N2,第一个反应中NO表现还原性,第二个反 应中NO2表现氧化性;(3)NO和O2在空气中就能迅速反应,生成NO2;(4)汽车尾气被人吸收造成伤害,排入大气会引起光化学烟雾、硝酸型酸雨等。,答案:(1)CO、NO2、NO等 (2)发生的反应为2NO+O2 =2NO2,NO表现还原性;2NO2+4CO 4CO2+N2,NO2表 现氧化性 (3)不对,NO和O2在空气中就能迅速反应生 成NO2 (4)汽车尾气被人吸收造成伤害,排入大气会引 起光化学烟雾、硝酸型酸雨等,